Атомна енергетика для кліматично-нейтрального майбутнього

В результаті виробництва енергії на атомних електростанціях накопичуються радіоактивні відходи, проте відсутні викиди парникових газів. Враховуючи це, Європейський Союз розглядає можливе визначення атомної енергетики як "зеленої". 

Для України атомна енергетика має величезне значення. Її частка у виробництві електроенергії в країні хоч і дещо скоротилась в останні роки, але складає потужні 52-53%. 

Скорочення відбулось за рахунок збільшення частки відновлюваних джерел енергії (ВДЕ), особливо цей факт відноситься до періоду підвищеної сонячної активності.

Плани розвитку "атомки" створюються Міністерством енергетики у вигляді концепцій та відповідних програм, які затверджує Кабмін у рамках більш широких стратегій. Чинна стратегія розвитку енергетичного комплексу охоплює період до 2035-го року. 

Це досить невеликий "горизонт" для ядерної енергетики: цикл будівництва сучасних енергоблоків складає близько 5 років, а цикл експлуатації одразу 50-60 років. Тобто, насправді ми маємо дійсно дивитись у майбутнє –– на 50 років вперед. 

Зараз в Україні працюють 13 енергоблоків типу ВВЕР-1000 та два енергоблоки ВВЕР-440. Але в рамках розвитку атомної генерації заплановано добудову ще двох реакторів ВВЕР-1000 – 3-го та 4-го енергоблоків Хмельницької АЕС. 

Один з них має стадію будівельної готовності у 75%, другий – 25%. До речі, в проєктах нових енергоблоків передбачені додаткові системи, які дозволяють запобігти виникненню тяжких гіпотетичних аварій на енергоблоці. 

ВВЕР-1000 – це реактори 3-го покоління на теплових нейтронах. У деяких західних країнах вже використовуються більш складні та "просунуті" технології. Наприклад, це реактори на швидких нейтронах. Вони більш ефективно випрацьовують паливні елементи. 

У Великій Британії працюють газово-графітні реактори, які останнім часом отримали суттєву перевагу, враховуючи, що потік теплоносія на виході має температуру до 700 градусів. Це означає можливість одразу отримувати водень. 

В українських реакторах температура теплоносія близько 270 градусів, і, щоб отримати водень, потрібно виробляти електричну енергію, а потім використовувати електроліз. 

Проте вартість запровадження нових технологій, що відрізняються від легко водяних реакторів в Україні надто висока, тому, на думку фахівців, є сенс продовжувати експлуатацію та добудову того, що вже ефективно використовується. Перехід на інші технології – це перспектива найближчих 15 років. 

При цьому не можна сказати, що основні фонди української атомної енергетики "зношені". Фактично ми маємо ситуацію коли закладені консервативні підходи з боку конструкторів діючих реакторів дають можливість обґрунтовано продовжувати термін експлуатації без зниження рівня безпеки енергоблоків. 

Справа в тому, що на етапі конструювання обладнання реакторних установок фахівці свідомо переоцінювали вплив тривалого "бомбардування" нейтронами металу корпусу реактора.

Тому енергоблоки мали визначений проєктний термін експлуатації близько 30 років. На практиці виявилось, що конструктори обрали якісний метал, а його товщина майже удвічі перевищувала товщину металу у іноземних аналогів. 

Тому кожні 10 років термін експлуатації подовжують. Зараз вже доведено, що корпуси реакторів витримують щонайменше 50 років А будівельні конструкції енергоблоків, розраховані мінімум на 100 років. 

Щодо вартості будівництва – сучасний енергоблок на 1000 МВт коштує не менше 5 млрд дол. У випадку 3-го та 4-го енергоблоків Хмельницької АЕС, за оцінками фахівців, можна вкластись у близько 3 млрд дол за добудову обох. 

Тут держава в особі Верховної Ради та Кабміну має прискоритись з прийняттям відповідного Закону щодо цих енергоблоків. Проте зараз цьому перешкоджають незавершені транскордонні консультації в рамках Конвенції Еспо, за виконання яких відповідальні Міністерство захисту довкілля та природних ресурсів.

Отже, потужності атомної генерації в Україні достатньо розвинені та мають потенціал до модернізації. Але є одна особливість атомних реакторів: найбільшу ефективність вони показують при повному навантаженні. 

Можливості маневрування – зменшувати або збільшувати обсяги виробництва електроенергії залежно від навантаження – обмежені. Маневрувати можна, але це неефективно з точки зору зносу паливних елементів. 

При пікових навантаженнях на допомогу "атомці" та ВДЕ приходять ГАЕС і… на цей час, теплова вугільна генерація. В Україні бракує високоманеврових потужностей. 

Експерти вважають, що краще використовувати паро-газові або газо-турбінні установки. До речі, це один з напрямків, за яким Міністерство веде роботу над законодавчими стимулами для розвитку.

Останні роки багато говорять про перспективи SMR, малих модульних реакторів. Це екологічно чистий, безкарбоновий і більш безпечний варіант – зважаючи на низьку потужність. 

А модульна конструкція дозволяє скоротити терміни будівництва з 5 до 3 років. Думки фахівців щодо малих реакторів різняться, адже термодинамічний цикл залишився таким самим, як у їхніх великих "братів". 

Дехто бачить можливість використання SMR для маневрування при встановленні декількох реакторів потужністю до 200 МВт або навіть менше. Проте більшість фахівців вважають, що для стабільності електросистеми краще мати один енергоблок на 1000 МВт, ніж 5 по 200 МВт. 

Крім того, SMR – ще не завершена технологія. Так, існує багато проєктів, зокрема, Holtec або NuScale. Але, наприклад, перший реалізований проект від NuScale очікується тільки в 2029 році.

Коли з’являться діючі моделі SMR, це може створити цікаву можливість для заміни теплової генерації на вугіллі. Ще в радянські часи існували проєкти з використання малих реакторів для створення Київської, Одеської АТЕЦ (атомна теплоелектроцентраль). 

Це міг би бути добрий варіант модернізації тих самих ТЕЦ-5 і ТЕЦ-6, які працюють на газові прямо в Києві. 

Провідні фахівці Міністерства вважають перспективним варіант модернізації ТЕЦ або ТЕС із встановленням малих модульних реакторів по 50 чи 150 МВт за умов дотримання всіх вимог ядерної та радіаційної безпеки, оскільки захист населення є найвищим пріоритетом. 

Крім модернізації реакторів, для атомної енергетики України надзвичайно важливим є питання власного "палива" – тепловиділяючих збірок. 

Зараз 60% потреб АЕС забезпечують тепловиділяючі збірки Westinghouse, а решта 40% – це, до цього часу, вироби російського АО ТВЕЛ. 

Хоча ми маємо суттєвий потенціал для власного виробництва – добуваємо уранову руду і можемо виготовляти уран-оксидний концентрат. Маємо поклади цирконію, який використовується у виробництві збірок.

Проте є проблема у тому, що ми не маємо права збагачувати уран, оскільки ми без'ядерна держава… Але ця проблема більш умовна, тому що послуга із збагачення урану продається на світовому ринку – її можна купити не тільки у Westinghouse, а де завгодно. 

Є 5-6 компаній на цьому ринку. Відповідно, можна вести переговори з іноземцями та знайти тих, кого цікавить створення виробництва в Україні. 

Наостанок додам, що в лютому цього року атомна енергетика несподівано отримала солідного прихильника у особі Білла Гейтса. У своїй новій книзі "Як уникнути кліматичної катастрофи", мільярдер говорить про кричущу потребу в чистій енергії та визнає, що за нинішнього розвитку технологій одні ВДЕ не забезпечать потребі людства. На його думку, потрібно розвивати ядерну генерацію. 

Нещодавно я головував з українського боку на засіданні українсько-польської групи з енергетики. Наші партнери теж бачать зв’язку атомна енергетика + ВДЕ як основу енергетики майбутнього. 

Отже все більше урядів, які прагнуть протидіяти змінам клімату, включають ядерну генерацію в свої стратегії побудови кліматично-нейтральної економіки. А Україна має ресурсну базу та зберегла науково-технічний потенціал, щоб продовжити розвивати власну атомну енергетику.