В настоящее время большинство находящихся в эксплуатации реакторов во всем мире относятся к реакторам поколения II. А число реакторов поколения III и III+ по состоянию на 2024 год незначительно. По экспертным оценкам, данные реакторы будут эксплуатироваться в мире еще много десятилетий. Об этом и о многом другом рассказал директор НИИ «Экологии, био и нанотехнологий» Рауан Абдинов в ходе круглого стола с участием экспертов, прошедшего на днях в Атырауском государственном университете им.Х.Досмухамедова.
По его словам, характерными чертами реакторов поколения III являются более высокая топливная эффективность, улучшенный тепловой КПД, значительное усовершенствование системы пассивной ядерной безопасности. Это многослойные системы защиты, включающие автоматическое аварийное охлаждение и защитные оболочки.
«Конструкция позволяет снижать капитальные затраты и затраты на техническое обслуживание. Улучшенная версия поколения III – реакторы поколения III+. Они предлагают повышение безопасности по сравнению с конструкциями реакторов поколения III. Они решают три ключевые задачи: безопасность, снижение стоимости и новые технологии сборки. По сравнению с реакторами второго поколения реакторы III поколения прослужат в два раза дольше. Не 30, а 60 лет с возможностью продления эксплуатации до 100 лет, до полного капитального ремонта и замены корпуса реактора», - говорит он.
- Кто может построить АЭС в Казахстане?
- Это часто задаваемый вопрос. В настоящее время в качестве потенциальных поставщиков ядерных технологий рассматриваются компании "CNNC" (КНР, реактор HPR1000), ГК "Росатом" (РФ, реактор ВВЭР-1200), "KHNP" (Южная Корея, реактор APR1400) и "EDF" (Франция, реактор EPR1200). Эти реакторы имеют двухконтурную систему с водой под давлением и обеспечивают высокую степень надежности и безопасности, минимизируя вероятность аварий. Поставщика выберут, опираясь на такие критерии, как безопасность, экономические показатели, наличие положительного опыта эксплуатации и другие важные вопросы национальных интересов страны.
Французский EPR-1200
- Относительно новый реактор III поколения, мощностью 1200 мегаватт. Название он получил весьма амбициозное - в Европе его называли "Европейский реактор под давлением", международное название было "Эволюционный энергетический реактор".
В нем вода действует под давлением. По оценкам поставщика он достаточно долговечен (проектный срок службы 60 лет), имеет высокую экономическую эффективность. Под реактором есть ловушка расплава особой конструкции если реактор с топливом начнет плавиться, материал попадет на специальную "подушку", потеряет тепло и не попадет в почву. Государственная компания Франции Électricité de France признавала, что при разработке проекта EPR возникли серьезные трудности. В сентябре 2015 года в компании заявили, что модернизированная версия (позже названная EPR2) будет проще и дешевле в постройке. На данный момент реакторы такого типа используются всего лишь на двух станциях - один блок на финской АЭС Олкилуото 3 и два на китайской станции Тайшань.
Корейский APR-1400
- В целом, по сообщениям в СМИ - неплохой реактор. Как отмечали в российской корпорации "Росатом", APR-1400 и российский ВВЭР-1200 находятся примерно на одинаковом уровне технологического развития, и каждый имеет свои уникальные решения. Единственной проблемой корейского проекта является лицензионный спор с американской компанией "Westinghouse". Проекты южнокорейских атомных агрегатов разрабатывались на базе проекта "System 80", с 2000 года принадлежащего "Westinghouse". Американцы считают, что в APR-1400 сохраняется их интеллектуальная собственность, южнокорейцы утверждают обратное.
Китайский HPR-1000
- Реактор HPR1000, также известный как Hualong One, представляет собой реактор с водой под давлением поколения III электрической мощностью 1100 МВт. Проект достаточно новый, как и французский EPR, хоть и базируется на проверенных технологиях в реакторах прошлых лет. На данный момент в эксплуатации всего 5 реакторов такого типа. Проектный срок службы реактора "Hualong One" составляет 60 лет. К вопросам безопасности в КНР подходят с большим трепетом после аварии в соседней Японии. На случай тяжёлых аварий в проекте предусмотрены пассивная система отвода тепла через парогенераторы, пассивная система отвода тепла от контейнмента и система заливки и охлаждения шахты реактора. Все три перечисленные системы рассчитаны на работу в течение свыше 72 часов после начала тяжёлой аварии.
Российский ВВЭР-1200
- ВВЭР-1200 продолжает традиции предыдущих серий этого типа. Большим преимуществом российского проекта является его проверенность временем и изученность технологий. Только в России эксплуатируются 22 энергоблока с реакторами типа ВВЭР: 4 энергоблока – ВВЭР-1200, 13 энергоблоков – ВВЭР-1000 и 5 энергоблоков – ВВЭР-440 различных модификаций. Значительное их количество работает или строится в других странах. Время эксплуатации - минимум 60-80 лет, с последующим продлением срока эксплуатации. Сам ВВЭР-1200 имеет сравнительно небольшие габариты. Плюсом российского ВВЭР в вопросах безопасности является то, что стержни-поглотители (замедляющие реакцию) находятся сверху и удерживаются магнитами. Под своим весом они опустятся в активную зону даже при обесточивании станции. Кроме этого, под реактором находится ловушка расплава. Используемое топливо достаточно легко хранится после отработки, вода из первого контура поддается высокой степени очистки: при выводе из эксплуатации (с помощью выпаривания количество радиоактивных элементов можно сократить в 50-70 раз).
- Как атомная станция защищена на случай аварии? Не вмешается ли человеческий фактор?
- Современные АЭС поколений III и III+ оснащены как активными, так и пассивными системами безопасности. Пассивные системы безопасности не требуют вмешательства человека и могут эффективно предотвращать аварии, такие как плавление активной зоны реактора. Это минимизирует зависимость от человеческого фактора и повышает общую безопасность станции. Кроме того, современные АЭС оснащены сложными системами мониторинга и диагностики, которые в реальном времени отслеживают ключевые параметры реактора и автоматически реагируют на отклонения.
- Как будут храниться радиоактивные отходы? Может ли нарушение условий их хранения привести к экологической катастрофе?
- При эксплуатации АЭС образуется около 50 кубометров радиоактивных отходов в год на энергоблок мощностью 1200 мегаватт. АЭС находятся в промышленной эксплуатации более 60 лет, за которые на двухблочной станции всего будет произведено примерно 7200 тонн отходов. Существующие технологии переработки радиоактивных отходов позволяют обеспечить их полную безопасность при хранении и последующем захоронении. Для сравнения: отходы угольной электростанции составляют сотни тысяч тонн ежегодно. Радиоактивные отходы будут храниться в специально оборудованных хранилищах с соблюдением международных стандартов и под контролем МАГАТЭ. Современные технологии хранения отходов позволяют минимизировать риск радиационного загрязнения.
- Сколько лет потребуется для строительства атомной электростанции?
- Строительство АЭС потребует около 10 лет.
- Каковы радиационные риски, связанные с новыми проектами АЭС, и как они могут повлиять на здоровье населения и состояние окружающей среды?
Атомные станции не загрязняют окружающую среду такими веществами, как дымовые газы, зола, сбросные воды, содержащие нефтяные продукты.
На атомную энергетику приходится менее 0,1% радиоактивного излучения, которому большинство людей подвергается в своей повседневной жизни. Например, по расчетам, приведенным в материалах надзорного органа Великобритании, годовая доза облучения от АЭС для любого члена британского общества будет примерно такой же, как при авиаперелете из Лондона в Нью-Йорк и обратно.
Многолетний опыт эксплуатации АЭС в разных странах мира подтверждает, что они не оказывают вреда человеку и природе. Учеными экспериментально установлено, что индивидуальные дозы облучения в районе крупной ТЭС превышают аналогичную дозу вблизи АЭС в 5-10 раз. Поэтому атомная энергия признана «зелёной». Такой источник энергии является наиболее экологически чистым даже по сравнению с ВИЭ.
После аварии на АЭС Фукусима стали больше внимания уделять проблеме нераспространения ядерных материалов. Стали расширять топливную базу с использованием замкнутого ядерного топливного цикла. То есть перерабатывать и повторно использовать топливо, что не только рационально, но и экологично. Помимо этого, многие станции стали использовать топливо, которое не может расплавиться. А значит в случае происшествия радиологического ущерба за пределами реактора не произойдёт.
- Каков риск повторения катастроф, подобных Чернобылю и Фукусиме, и какие меры предусмотрены для снижения вероятности человеческих ошибок на этапе эксплуатации АЭС?
Уроки, извлеченные из этих аварий на Чернобыльской АЭС в 1986 году и на АЭС «Фукусима-I» в 2011 году и других инцидентов, доводятся до сведения всех стран мира, учитываются при проектировании новых реакторов и в практике эксплуатации.
Под влиянием данных катастроф безопасность применения атомной энергетики вышла на новый уровень. В конструкцию реакторов поколения III+ были внесены дополнительные функции безопасности. Акцент был сделан на пассивной безопасности, не требующей действий оператора или функционирования электронных устройств. В результате станция может работать в условиях эвакуации персонала и отключения электричества. Исключение человеческого фактора в критичные моменты позволяет исключить риск управленческой ошибки при аварии. Кроме того, некоторые из ядерных реакторов поколения III+ имеют устройство локализации расплава. Если оболочки твэлов и корпус реактора, а также связанные с ними трубопроводы расплавятся, и так называемый кориум упадет в уловитель активной зоны, который удерживает расплавленный материал и имеет возможность его охлаждать. Это, в свою очередь, не позволит выходу кориума в окружающую среду. Каждая атомная электростанция строится с учётом способности выдерживать природные катастрофы. Помимо наших специалистов за безопасностью атомной станции в штатном режиме тщательно будет следить Всемирная ассоциация организаций, эксплуатирующих АЭС. Через нее у наших экспертов будет доступ ко всему мировому опыту эксплуатационной безопасности АЭС. Таким образом, реакторы нового типа имеют гораздо больше степеней защиты, чем были на АЭС в Чернобыле и Фукусиме, а за безопасностью следят отечественные и зарубежные специалисты.
- В достаточной ли мере изучены долгосрочные последствия эксплуатации АЭС, включая безопасную утилизацию радиоактивных отходов, и какие меры предусмотрены для управления этими рисками?
- Среднее время эксплуатации реакторов поколения III и III+ рассчитано на 60 лет с возможностью продления эксплуатации до 100 лет, при выполнении специальных технологических операций. Долгосрочная эксплуатация ядерных установок после истечения срока действия их первоначальной лицензии стала обычным явлением во многих странах.
К тому же долгосрочная эксплуатация существующих АЭС позволит сократить выбросы CO2 и снизить стоимость «энергетического перехода». Эксперты Всемирной ядерной ассоциации пришли к выводу, что без ядерной энергии выполнение целей по достижению углеродной нейтральности невозможно. А Казахстан должен исполнить обязательства по декарбонизации к 2060 году.
В общественном сознании устойчив стереотип о радиационной опасности. И здесь важно акцентировать внимание на том, что облученное ядерное топливо не является отходами, из него в результате переработки можно извлечь свыше 90% полезных материалов для повторного использования.
Около 97% радиоактивных отходов по своим радиохимическим характеристикам классифицируются как низкоактивные отходы или очень низкоактивные отходы. Что касается высокоактивных опасных отходов, то они составляют менее 0,1%.
Важно отметить, что объемы отходов от АЭС ничтожно малы по сравнению с иными промышленными отходами и тем более с отходами тепловых электростанций. При работе АЭС нарабатывается всего порядка 50 кубических метров радиоактивных отходов в год на каждые 1 ГВт установленной мощности или 3600 тонн за 60 лет эксплуатации.
У населения резонно возникает страх относительно захоронения опасных радиоактивных отходов. Подобных хранилищ в мире пока нет. Но в Финляндии ведется строительство первого подземного полигона для ядерных отходов, который станет окончательным геологическим хранилищем. То есть накапливать отходы будут до 2120 года, а затем их законсервируют на 100 тысяч лет. То есть у Казахстана будет возможность перевезти высокоактивные отходы в специальный полигон. С другой стороны, ученые полагают, что через 10 лет, когда у нас построят АЭС, усовершенствуются технологии, и отработавшего топлива вовсе не будет.
- Как строительство АЭС может стимулировать научно-технический прогресс в Казахстане и способствовать развитию инновационных технологий в энергетике?
- Атомная энергетика станет значимым двигателем экономики и локомотивом высокотехнологического сектора, даст огромный мультипликативный эффект для смежных отраслей и приведет к росту научных исследований.
Так, строительство и эксплуатация АЭС требует внедрения передовых технологий, инноваций и IT-решений. В последние годы наблюдается увеличение интереса к развитию новых видов ядерной энергии, таких как ядерный синтез и термоядерный реактор.
Развивается сотрудничество ученых из разных областей знаний в разработке инноваций в сфере энергетики. Например, искусственный интеллект играет все более важную роль в развитии ядерной науки. Благодаря своей способности решать масштабные и сложные задачи, ИИ может способствовать проведению экспериментов в области термоядерного синтеза и совершению научных открытий путем моделирования и имитации.
Казахстан, как и многие другие страны, поставил перед собой амбициозную цель достичь углеродной нейтральности. Это означает сокращение выбросов парниковых газов до нуля, а компенсацию оставшихся выбросов путем поглощения углерода из атмосферы. В этом контексте атомная энергетика рассматривается как один из ключевых инструментов для достижения этой цели. Атомная энергетика часто рассматривается как парадоксальная составляющая "зеленой" экономики. Давайте разберемся, почему.
Аргументы "за" атомную энергетику как "зеленую":
Низкие выбросы парниковых газов: При работе АЭС практически не выделяются углекислый газ и другие парниковые газы, которые являются основными виновниками глобального потепления. Это делает атомную энергетику одним из самых чистых источников энергии.
Высокая плотность энергии: Небольшое количество ядерного топлива позволяет производить огромное количество электроэнергии. Это делает атомные станции компактными и эффективными.
Стабильность энергоснабжения: АЭС способны работать круглосуточно и независимо от погодных условий, что обеспечивает стабильное энергоснабжение.
Потенциал для развития: Современные технологии позволяют создавать более безопасные и эффективные атомные реакторы, а также новые способы утилизации ядерных отходов.
Инновации и будущее атомной энергетики: Несмотря на существующие проблемы, атомная энергетика продолжает развиваться. Современные технологии позволяют сделать ее более безопасной и эффективной.
Новые типы реакторов: Разрабатываются реакторы IV поколения, которые будут более безопасными, экономичными и эффективными.
Замкнутый ядерный топливный цикл: Эта технология позволяет перерабатывать ядерные отходы, что значительно сокращает их объем и радиоактивность.
Системы безопасности: Современные системы безопасности позволяют предотвратить аварии и минимизировать их последствия.
Выводы: Атомная энергетика – это сложный и противоречивый вопрос. Она обладает как значительными преимуществами, так и недостатками. Будущее атомной энергетики зависит от того, насколько успешно будут решены проблемы безопасности, утилизации отходов и нераспространения ядерного оружия. Атомная энергетика может стать важной частью "зеленой" экономики, но при условии соблюдения высоких стандартов безопасности и устойчивого развития.