В преддверии конференции СОР-28 МАГАТЭ выпустило доклад «Обзор ядерных технологий – 2023», где представлены ключевые события, произошедшие в 2022 году, и тенденции, которые, по мнению экспертов агентства, будут определять развитие мировой атомной отрасли в будущем.
Всего в резюме представлено 26 пунктов, характеризующих ключевые события и тенденции. Мы остановимся на наиболее значимых и интересных.
Увеличение атомных мощностей
Второй год подряд МАГАТЭ повышает свой прогноз развития мировой атомной отрасли. В соответствии с оптимистическим прогнозом, объем установленной мощности АЭС к 2050 году в мире может составить 873 ГВт. Это на 10% выше, чем в прошлогоднем сценарии. Таким образом, доля атома в мировой энергетической корзине может вырасти с нынешних 9,8% до 14%. Чтобы прогноз стал реальностью, потребуется повсеместный переход к долгосрочной эксплуатации, предполагающей продление срока службы действующих реакторов вкупе со строительством почти 600 ГВт новой атомной генерации в ближайшие 30 лет.
Росатом вносит большой вклад в достижение этой цели. Госкорпорация возводит 22 энергоблока в семи странах. Всего в портфеле проектов – 33 блока в 11 странах. За 18 лет госкорпорация построила 18 блоков большой мощности, из них девять – за пределами России. В этом году топливо было завезено на АЭС «Аккую» в Турции и «Руппур» в Бангладеш.
Как отмечается в исследовании, активному строительству новых атомных мощностей мешают сложности с финансированием ядерных проектов. Но положительные сдвиги есть: в 2022 году атомная энергетика была включена в Таксономию устойчивого финансирования Евросоюза и таксономии других стран. В целом, агентство отмечает улучшение отношения к атомной отрасли со стороны политиков благодаря вкладу атома в поставки низкоуглеродной стабильной электроэнергии. Турция и Египет, где АЭС строит Росатом, включили ядерную энергетику в свои национальные вклады в безуглеродное будущее в соответствии с Парижским соглашением.
АСММ
Одна из актуальных тенденций, обозначенных МАГАТЭ, – интерес к малой атомной генерации. «Ожидается, что ММР, вместе с усовершенствованными водоохлаждаемыми реакторами большой мощности, в течение следующих трех десятилетий будут составлять основную часть прироста мощностей», – отмечается в докладе.
Росатом первым в мире ввел в эксплуатацию плавучую АЭС – ПЭБ «Академик Ломоносов» и приступил к реализации в «железе» еще трех проектов АСММ. Первый – четыре ПЭБ для энергообеспечения Баимского ГОКа. Второй – наземная АСММ в Якутии. Для этих проектов будут использованы реакторные установки РИТМ-200 в различных модификациях. Кроме того, Росатом работает над строительством АСММ на базе реакторной установки «Шельф-М» для энергоснабжения месторождения Совиное и соседних участков. В общей сложности, на разных стадиях разработки в Росатоме находится около десятка проектов реакторных установок для АСММ. Росатом активно обсуждает строительство АСММ с правительствами разных стран, в частности, – с Монголией и Мьянмой.
Новые технологии
Как отмечается в докладе, все чаще рассматриваются, изучаются и сооружаются усовершенствованные варианты водоохлаждаемых реакторов для постепенного внедрения усовершенствованных полузамкнутых или замкнутых топливных циклов, обеспечивающих более высокую эффективность: «В Российской Федерации продолжаются концептуальные исследования по инновационному водо-водяному энергетическому реактору со сверхкритическими параметрами теплоносителя, включая возможность использования активной зоны на быстрых нейтронах. Последние разработки ориентированы на небольшие модульные версии с акцентом на улучшенные параметры ядерной безопасности, физической ядерной безопасности, экономичности и устойчивости». Кроме того, в Росатоме на продвинутой стадии находится разработка реактора ВВЭР-С со спектральным регулированием (о нем мы писали в прошлом выпуске).
В числе перспективных технологий названы также жидкосолевые реакторы. Росатом развивает это направление, но не для энергетических целей. Исследовательский жидкосолевой реактор предназначен для отработки технологии трансмутации минорных актинидов с получением продуктов деления с более низкой активностью. Физпуск реактора запланирован на 2030 год.
Отдельный блок доклада посвящен быстрым реакторам. В мире эксплуатируются пять реакторов на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем: по одному в Китае и Индии и три – в России. Росатом планирует сооружение еще одного быстрого натриевого реактора электрической мощностью 1200 МВт – БН-1200. На 2027 год запланирована заливка первого бетона. Кроме того, идет строительство многоцелевого быстрого исследовательского реактора МБИР с натриевым теплоносителем электрической мощностью 150 МВт.
Все больший интерес вызывают технологии с использованием тяжелого жидкометаллического теплоносителя. Росатом здесь тоже впереди – впервые в мире возводит опытный демонстрационный реактор на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем БРЕСТ-ОД-300 электрической мощностью 300 МВт.
Неэлектрические применения атомной энергии
Как отмечается в докладе, среди неэлектрических применений реакторных технологий наибольший интерес представляет выработка тепла – самостоятельно или в когенерации с электроэнергией (для центрального отопления и для промышленных предприятий), опреснение и выработка водорода. Росатом предлагает и развивает все эти направления. Так, «Академик Ломоносов» на Чукотке обеспечивает теплом близлежащий город Певек. На «Аккую» монтируют опреснительную установку для реакторов, хозяйственно-питьевых и противопожарных нужд, спроектированную и укомплектованную Росатомом. На Кольской АЭС планируется к запуску стендовый испытательный комплекс для производства водорода методом электролиза. Кроме того, Росатом разрабатывает проект высокотемпературного газоохлаждаемого реактора тепловой мощностью 200 МВт с химико-технологической установкой для производства водорода в объеме порядка 110 тыс. тонн в год. Предполагается, что первый блок будет построен в 2032 году.
Природный уран
По оценкам экспертов МАГАТЭ, которые ссылаются на глобальные прогнозы, спрос на уран в течение следующих пяти лет вырастет с примерно 160 млн фунтов закиси-окиси в год до примерно 190 млн фунтов. «В ожидании дальнейшего роста спотовой цены на уран прогнозируется, что отделы закупок АЭС будут стремиться к форвардным закупкам концентрата урановой руды и вновь заключать долгосрочные контракты с поставщиками урана. Это может привести к дальнейшему увеличению спотовой цены на уран, которая, как ожидается, к 2027 году возрастет примерно с $52/фунт U3O8 до примерно $65/фунт U3O8», – говорится в докладе. Пока действительность превосходит этот прогноз: по данным на 4 декабря 2023 года, спотовая цена на уран составляла $81,45/фунт.
«Ожидается, что в ближайшие пять-десять лет откроются новые урановые рудники, в том числе в Австралии, Бразилии, Канаде, Мавритании и Намибии. Однако прогнозируемые объемы производства на этих новых предприятиях будут недостаточны для восполнения дефицита предложения, который в настоящее время покрывается за счет вторичных источников. В этой связи ожидается, что в ближайшие годы активность по разведке урана возрастет, в том числе на традиционных и нетрадиционных типах месторождений», – прогнозируют эксперты МАГАТЭ.
Росатом, напомним, отрабатывает месторождения и ведет разведочные работы в России и Казахстане, а также развивает проекты в Танзании и Намибии.
Топливо
В топливном сегменте эксперты МАГАТЭ выделили следующие тенденции: повышение безопасности топлива, используемого в действующих крупных реакторах, разработка толерантного топлива, работы по увеличению глубины выгорания и обогащения, увеличение топливной кампании с увеличением среднего выгорания.
Кроме того, разработка новых реакторов влечет за собой и разработку новых видов топлива. «Для производства многих типов ядерного топлива инновационных концепций <…> потребуется ВНОУ (топливо со средним обогащением, до 20% – прим. ред.)», – говорится в докладе. Создать мощности по производству ВНОУ планируют США, но в настоящее время полной технологической цепочкой по производству топлива ВНОУ обладает только Росатом.
Росатом ведет огромную планомерную работу по созданию новых топливных композиций и конструкционных материалов, чтобы сделать ядерное топливо более экономичным и безопасным. Также для улучшения эксплуатационных характеристик исследуются новые – в частности, композитные — технологии изготовления оболочек. Так, в этом году в исследовательском реакторе БОР-60 завершился первый этап испытаний образцов композитных оболочек из карбида кремния.
В сегменте переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) все более актуальным становится создание специальных методик по обращению и переработке. Росатом в этом сегменте работает по нескольким направлениям. Во-первых, это создание новых видов топлива из ОЯТ. Прежде всего, это оксидное урановое и уран-плутониевое. Так, реактор БН-800 уже год проработал с активной зоной, практически полностью загруженной МОКС-топливом. Кроме того, Росатом работает над получением в промышленных объемах нитридного уран-плутониевого топлива.
Во-вторых, госкорпорация разрабатывает концепцию сбалансированного ядерного топливного цикла, включающего обращение и переработку ОЯТ с извлечением из него ценных компонентов и дожиганием наиболее радиоактивных – минорных актинидов. Дожигание дошло до стадии реакторных испытаний – на Горно-химическом комбинате (входит в топливный дивизион Росатома) в декабре прошла приемка первых трех кассет с МОКС-топливом, содержащим минорные актиниды америций-241 и нептуний-237. Сборки будут загружены в реактор БН-800 Белоярской АЭС весной 2024 года. По расчетам ученых, под воздействием быстрых нейтронов америций и нептуний будут распадаться на осколки – более легкие элементы, которые будут обладать меньшей активностью и периодом полураспада, чем исходные изотопы.
В-третьих, Росатом разрабатывает методики, технологии и средства для безопасного обращения с различными видами ОЯТ и радиоактивных отходов, успешно применяя их для ликвидации накопленного вреда. Эта работа, например, много лет успешно идет на Северо-Западе российской Арктики.
В-четвертых, Росатом развивает инфраструктуру по окончательному захоронению РАО и ОЯТ. Наконец, в-пятых, Росатом разрабатывает и выполняет проекты по приведению в безопасное состояние бывших горнодобывающих предприятий. Такой проект был завершен осенью этого года на бывшем руднике Табошар в Узбекистане, где в середине прошлого века впервые в СССР начали добывать уран.
Таким образом, деятельность Росатома не только соответствует, но и во многих случаях находится в авангарде тенденций атомной отрасли.
