Атомная энергетика уже сейчас занимает определяющее положение в производстве электроэнергии в Украине. Доля АЭС в украинской электроэнергетике составляет 22,7% по общей установленной мощности и 48% — по объему энергопроизводства. В 2005 году атомными станциями было выработано 88,8 млрд. кВт•ч электроэнергии, что на 1,74 млрд. кВт•ч больше, чем за 2004 год. Атомная энергетика, несомненно, может и должна стать основой энергетической независимости страны, так как Украина занимает шестое место в мире по разведанным запасам урана. Переход на новый тип реакторов, в которых используется не только уран-235, но и уран-238, позволит нашей стране быть энергонезависимой в течение тысячелетий.
Украина пока находится в положении потребителя реакторных технологий, топлива и средств по переработке отработанного топлива. При этом в стране добывается и производится цирконий, выплавляются конструкционные стали, добывается уран, создано мощное производство труб, разрабатываются физические основы реакторного материаловедения, успешно развивается радиационная физика, создаются средства контроля, а также производятся турбины, приспособленные для работы на АЭС.
Поскольку атомная энергетика является только одним из секторов энергетики и существенно зависит от перспективы развития и экономичности других секторов, ее будущее можно оценивать только с учетом тенденций развития энергетики в целом. Как известно, экологические последствия хозяйственной деятельности людей стали поистине угрожающими в связи с загрязнениями поверхности Земли отходами энергетики и выбросами в атмосферу парникового газа (двуокись углерода). Атомная энергетика не производит парниковых газов и не расходует кислород. Однако атомные реакторы не соответствуют требованию гарантированной безопасности, а радиоактивные отходы — требованиям экологической чистоты. С учетом этих соображений, а также прогноза роста энергетических потребностей и составляются планы по использованию атомной энергии в развитых странах, в которых атомной энергетике отводится одно из основных мест. В настоящей статье мы кратко рассмотрим основные тенденции и проблемы, связанные с будущим атомной энергетики в Украине и мире.
Энергетика и экология
Имеющиеся статистические данные обнаруживают довольно сильную зависимость продолжительности жизни людей от уровня потребления энергии на душу населения. Это свидетельствует о том, что, кроме обеспечения технического и технологического прогресса, потребление энергии в конечном счете составляет основу улучшения качества жизни человека. Статистика показывает, что люди в индустриальных странах (20% населения в мире) потребляют энергии много, живут долго и хорошо. Страны третьего мира и страны с переходной экономикой (80% населения Земли) потребляют энергии мало, живут примерно на 10 лет меньше и живут плохо. Естественное стремление людей к хорошей жизни является мощным фактором повышения производства и потребления энергии в данной стране.
По прогнозам ООН, аналитических институтов США и Европейского Союза, население в мире в ближайшие 50—100 лет возрастет до 10—12 млрд. человек, то есть примерно вдвое. Ожидается, что это приведет к увеличению потребления энергии не менее чем в три раза. Структура производства энергии в настоящее время такова, что 64% электроэнергии производится за счет сжигания угля, нефти и газа. В общем производстве энергии нефть, газ и уголь занимают около 80%. Различие с производством электроэнергии связано с автомобилями, авиацией, отоплением домов и т. д. Традиционные технологии производства энергии есть технологии интенсивного расходования кислорода и производства парникового газа СО2.
Эти расходы настолько велики, что уже в настоящее время мощностей лесов Сибири и Амазонки едва хватает для компенсации затрат кислорода. Другими словами, стабильность содержания кислорода в атмосфере находится под угрозой. В настоящее время выбросы в атмосферу за счет деятельности человека составляют около 25% общих выбросов за счет вулканов и других природных источников. При увеличении производства энергии традиционными методами количество выбросов СО2 от природных источников может возрасти до 40—50%. В соответствии с рекомендациями Киотского протокола и других форумов по экологии, количество выбросов — уже по сравнению с сегодняшними — необходимо уменьшить вдвое.
Особо отметим, что запасы нефти и газа могут быть исчерпаны в обозримом будущем в течение 50—100 лет. Из известных на сегодняшний день технологий производства энергии не связаны с потреблением кислорода и производством парниковых газов следующие:
1) использование энергии рек, приливов и т. д. (гидротехнологии). В этой области производства энергии накоплен большой опыт. По-видимому, к настоящему времени большинство возможностей использования рек для производства электроэнергии исчерпаны. Использование энергии вод океана, связанной с приливами и отливами, в промышленных масштабах пока практически не реализовано из-за технических трудностей;
2) использование энергии ветра. Этой теме в последнее десятилетие уделялось большое внимание в ряде стран — США, Германии, Нидерландах. Особенности ветровой энергетики связаны с тем, что источники этой энергии (постоянные достаточно интенсивные ветра) расположены, как правило, в приморской зоне. Вторая особенность связана с тем, что отдельный источник энергии сравнительно маломощный. Третья особенность связана с тем, что эти источники не являются постоянно действующими. В настоящее время относительно ветровой энергетики сформировалось такое мнение: она эффективна для удовлетворения нужд распределенных потребителей малых энергетических мощностей;
3) использование солнечной энергии. Этот источник энергии имеет те же особенности, что ветровая энергетика. В средних и высоких широтах «запасы» солнечной энергии сравнительно невелики. Отдельный источник энергии, как правило, маломощный и не является стабильным во времени. Общий вывод совпадает с мнением относительно ветровой энергетики. Солнечная энергетика эффективна для удовлетворения нужд распределенных потребителей малых энергетических мощностей;
4) атомная энергетика на основе ядерных реакций деления. По нашему мнению, этот вид энергетики имеет большие перспективы, которые мы обсудим далее. Атомная энергетика (АЭ) не потребляет кислород и не производит парниковые газы. Однако АЭ сегодня не может решить все вопросы энергетики.
Атомные реакторы
сегодня и в ближайшем будущем
В последние несколько лет в ряде стран — России, США, Китае, Индии, Южной Корее — наблюдается большой интерес к АЭ. Это обусловлено, в первую очередь, повышением цен на нефть и газ. Конечно, соображения экологической безопасности тоже играют свою роль. Остановимся на отдельных странах.
Россия. В настоящее время в РФ имеются 33 ядерных блока, и доля АЭ в общей российской электроэнергетике составляет 17%. Правительство России планирует в ближайшие 5—7 лет увеличить производство электрической энергии на АЭС в Европейской части с 30 до 40—50%.
Руководство российской атомной отрасли берет курс на увеличение доли атомной энергии в производстве электроэнергии. Недавно глава Росатома Сергей Кириенко заявил, что в ближайшие 25 лет в стране необходимо построить 40 новых энергоблоков. По оценкам специалистов, это будет стоить около $60 млрд. 59% населения России высказываются за АЭ. Страны Восточной Европы (Венгрия, Чехия, Словения и Словакия) также заинтересованы в российских реакторах и топливе для них.
В России имеются все компоненты атомной энергетики от научного сопровождения до захоронения ОЯТ. РФ занимает активную позицию по распространению АЭ у себя в стране и мире.
Китай. Правительство Китая планирует увеличить производство электроэнергии (ЭЭ) за счет АЭ до 2020 года в 6 раз. К этому времени планируется ввести 30 новых блоков и обеспечить 4% потребностей промышленности в электроэнергии.
Индия. Правительство Индии планирует увеличить производство электроэнергии на АЭС в ближайшие 7 лет в 10 раз, а к 2050 году — в 100 раз. К 2040-му Индия планирует начать эффективную эксплуатацию АЭС на своей территории. Сейчас в Индии на 14 блоках вырабатывается 3,3% ЭЭ, или 17 млрд. кВт•ч.
США. Правительство Штатов планирует отойти от нефти и газа для производства электроэнергии и наращивать мощности производства ЭЭ за счет угля и АЭС. В настоящее время в США находятся в эксплуатации 103 энергоблока, доля АЭ в производстве электроэнергии составляет 20%. До 2010 года в Америке планируется построить еще 19 ядерных блоков. В США имеются все компоненты атомной энергетики — от научного сопровождения до захоронения отработанного ядерного топлива (ОЯТ).
Южная Корея. В настоящее время в эксплуатации в Южной Корее имеется 20 блоков (ВВЭР + Канду). Доля АЭ в производстве электроэнергии составляет 40%. Имеется производство собственного топлива, завод по переработке ОЯТ, хранилище ОЯТ. Планируется к 2027 году увеличить число блоков до 28.
В мире сейчас работают 440 блоков, из них 103 — в США, 151 — в странах ЕС, 28 блоков — на тяжелой воде и природном уране (Южная Корея, Канада, Китай, Индия, Румыния). Основными поставщиками урана в мире являются Канада, Австралия, Казахстан. В России, США, а также Англии, Франции и Китае имеются запасы оружейного урана и плутония. Однако уже сейчас производство урана-235 отстает от потребностей атомной промышленности на 40—45%. С этим обстоятельством связан рост цен на природный уран: с $26,5 за 1 кг U (декабрь 2003 года) до $85,8 за 1 кг U (октябрь 2005 года).
Ядерная энергетика может быть основана на реакциях деления и синтеза. Главные преимущества устройств по термоядерному синтезу могут быть следующие. Это, прежде всего, огромные, фактически неограниченные запасы дейтерия в океане. По оценкам физиков, количества дейтерия достаточно для производства энергии при нынешних темпах ее потребления примерно на миллиард лет. При производстве энергии в установках по управляемому термоядерному синтезу не потребляется кислород и не производятся парниковые газы.
Существует перспектива строительства реакторов на быстрых нейтронах (БН). В реакторе на быстрых нейтронах происходит превращение урана-238 в плутоний-239. Это означает, что в процессе работы сам реактор создает себе топливо. Реактор БН перерабатывает весь уран и по времени работы становится «вечным двигателем». Это приводит к тому, что потребность в природном уране для атомной промышленности снижается примерно в пять раз. Коэффициент полезного действия реакторов БН уже сейчас достигает 42% (Россия) против 33% реакторов на медленных нейтронах. Коэффициент выгорания уже сегодня достигает 11%. Ожидается, что в реакторах будущего коэффициент будет не менее 40%. Конечно, БН, так же как и реакторы на медленных нейтронах, производит радиоактивные отходы (РАО), но их объем намного меньше и с самого начала исключает уран и плутоний.
В России создан и 25 лет успешно проработал промышленный реактор на быстрых нейтронах БН-600 на Белоярской АЭС. Много лет проработал БН-реактор в городе Шевченко для опреснения воды Каспийского моря. Россия к 2030 году планирует создать и запустить на рынок реактор на быстрых нейтронах БН-1800, то есть реактор мощностью 1800 МВт. В области физики и техники реакторов на быстрых нейтронах Россия пока опережает США, Францию, Германию, Англию, Японию и Индию, где в настоящее время также ведутся работы по БН.
В Украине в области изучения возможностей реакторов на быстрых нейтронах работают ученые в ХФТИ. Сочетание высокой безопасности с возможностью сжигать все трансурановые элементы и трансмутировать токсичные долгоживущие изотопы на фоне грядущего истощения изотопа урана-235 показывает, что это поколение реакторов должно с неизбежностью разрабатываться и использоваться в ближайшем будущем. Несмотря на то, что срок введения в эксплуатацию этих реакторов оценивается в 25 лет, разработка конструкций и материалов для них активно ведется уже сегодня всеми ведущими ядерными державами. Украина может и должна принимать в данной международной кооперации достойное участие.
В настоящее время в Украине полностью сформирована и успешно работает национальная энергогенерирующая компания «Энергоатом». В 2005 году НАЭК «Энергоатом» отпускала электроэнергию по стоимости 7,14 коп./кВт•ч. Себестоимость (стоимость производства) составляет 5,03 коп./кВт•ч (4,22 на ЗАЭС, 7,24 на РАЭС). Отметим, что на ТЭС себестоимость составляет примерно 10 коп./кВт•ч. Эта компания работает на 13 российских реакторах ВВЭР-1000 и двух ВВЭР-440 и только на российском топливе. Производства топлива в Украине нет. Переработки отработанного ядерного топлива (ОЯТ) в Украине нет. Хранилищ ОЯТ в Украине нет. Хранение ОЯТ в России стоит $700 за 1кг металла в год.
Что необходимо сделать до 2030 года?
Для того чтобы атомная энергетика Украины полностью соответствовала современным требованиям и обеспечивала энергетическую независимость нашей страны, необходимо выполнить ряд неотложных задач: создать отечественное производство топлива для атомной энергетики Украины (около $1 млрд.). Продлить срок службы действующих блоков на 15 лет. Ввести новые блоки (11—12) на основе тендера и выбора типов реакторов (около $11—12 млрд.). Построить завод по переработке отработанного ядерного топлива ($0,6 млрд.). Построить хранилище отработанного ядерного топлива (возможно, за счет объекта «Укрытие» №2). Выполнить строительство объекта «Укрытие» №2 на ЧАЭС (более $1,2 млрд. за счет доноров) и вывод ЧАЭС из эксплуатации (за деньги Украины).
Все эти мероприятия стоят больших денег — около $15 млрд. — и требуют много времени. Вместе с тем проведение этих работ совместно с работами по введению энергосберегающих технологий, развитию в необходимых объемах производства энергии на тепловых электростанциях за счет угля и мазута позволит избавиться Украине от энергетической зависимости от других стран. И естественно, такая программа должна быть под постоянным контролем Президента и правительства Украины.
Национальная Академия наук может и внесет существенный вклад в научно-техническую поддержку этой программы, ее реализацию. До сих пор речь шла только о технической стороне дела. Вместе с тем в нашей стране имеются социальные, психологические и моральные проблемы, которые необходимо решать при развитии атомной энергетики. Двое из авторов — ликвидаторы аварии на ЧАЭС. Мы не можем не высказать своего мнения об этих проблемах.
Известно, что после Чернобыльской катастрофы общественное мнение в Украине выступает против атомной энергетики, против «мирного атома» и ядерных реакторов. Напомним, что только ликвидаторов и переселенных из пострадавших от Чернобыльской катастрофы районов более 300 тысяч человек. Это означает, что правительство, руководство атомной энергогенерирующей компании должны с особым вниманием относиться к мнению народа Украины по этой проблеме.
Чтобы убедить наше общество в преимуществах атомной энергетики, должна быть проведена огромная и честная пропагандистская работа. Люди должны конкретно знать, что им даст развитие атомной энергетики. Интересы пострадавших от аварии на ЧАЭС, несомненно, должны быть учтены в планах развития атомной энергетики. Каждый человек нашей страны должен иметь возможность в любой момент получить информацию о состоянии какой-либо из атомных станций Украины, а также должен быть уверен в надежности и безопасности работы АЭС, высокой профессиональной и моральной культуре операторов атомных станций.
Во Франции, Японии, Бельгии работе с общественностью уделяется огромное внимание. Приведем некоторые примеры деятельности компании «Фроматом» и правительства Франции. Строительство всех 59 блоков АЭС Франции было согласовано с местным населением того района, в котором должна была быть построена АЭС. Люди, проживающие возле АЭС, получали определенную «плату за страх» жить рядом с атомной станцией. Это строительство дорог, школ для детей, льготные тарифы на электроэнергию, тепло для парников и домов по льготным тарифам и т. д.
Наконец, жители окрестностей всех АЭС Франции имеют доступ к информации о радиационной обстановке на станции в любой момент, а также о состоянии безопасности этой станции. Учителя и врачи, обслуживающие жителей опасных районов, имея определенные льготы, постоянно информируют население о состоянии дел на АЭС.
Население окрестных поселков обязательно знакомится с планами первоочередных мероприятий в случае аварии на АЭС. Люди знают свои права, меру компенсации возможного ущерба. Во Франции имеется специальный центр по ликвидации возможных аварий со своими поездами, самолетами и автобусами. Весь транспорт снабжен не только необходимым количеством дозиметров, но и средствами по дезактивации. Об этом информированы жители поселков вокруг АЭС.
В нашей стране подобная деятельность находится в начальной стадии. Жители окрестностей любой из АЭС в Украине не имеют необходимых льгот. Пострадавшие от катастрофы на ЧАЭС, по нашему мнению, имеют право на поддержку не только со стороны правительства, но и со стороны атомной энергетики Украины. Такие социально-этические проблемы, несомненно, должны быть решены в полном объеме. Специалисты Национальной Академии наук готовы и будут сотрудничать с правительством во всем, что касается решения этих проблем.