Атомный ренессанс

Об атомной энергетике вспоминают, когда цена на нефть переходит границу в $30 за баррель. Так было в 1970-х годах, во время предыдущего всплеска интереса к ядерной энергии. Это происходит и сейчас. В Европе, США, Японии и Китае разрабатывают реакторы нового поколения. Технология производства энергии с их помощью наносит гораздо меньший урон окружающей среде, чем тепловые электростанции.

По оценкам «Международного энергетического агентства» (МЭА), мировое энергопотребление возрастет к 2030 году на 59%. При этом доля альтернативной энергетики в мировом энергопотреблении достигнет не более 7%. Необходимость снижения эмиссии «парниковых газов» подталкивает руководство стран к пересмотру отношения к атомной энергетике. Показательно изменение позиции бывшего федерального министра экономики Германии Вернера Мюллера, разработавшего в 1990-х годах концепцию закрытия германских АЭС, а теперь занимающего пост главы энергетического концерна RAG. Он заявил, что нужно вернуться к обсуждению использования ядерной энергии в Германии. Дело в том, что Германия собирается снизить выбросы в атмосферу к 2012 году на 21% по сравнению с уровнем 1990 года. Однако если газовые, мазутные, угольные электростанции выйдут на приемлемый уровень экологической чистоты, то их энергия окажется гораздо дороже атомной, даже с учетом того, что АЭС поднимут свою цену вдвое, полностью решив проблему утилизации отходов.

Мирный атом

Во всем мире сейчас происходит наращивание мощностей АЭС. В США реализуется программа «Ядерная энергетика-2010». 4 ноября 2004 года министерство энергетики США объявило о выделении $13 млн двум группам компаний в качестве федеральной помощи на прохождение процедуры лицензирования новых атомных станций.

Промышленные группы, возглавляемые компанией Dominion и консорциумом NuStart Energy Development, рассчитывают в ближайшее время получить разрешение на сооружение в 2008 году АЭС нового поколения «III+». В группу Dominion входят компании AECL Technologies, Bechtel Power Corporation и Hitachi America. Они намерены построить усовершенствованный реактор типа CANDU (ACR-700) разработки компании AECL (Atomic Energy of Canada Ltd). Консорциум NuStart Energy состоит из фирм GE, Westinghouse Electric, Exelon Generation, Entergy Nuclear и т. д. Это будет первая АЭС в США после почти 20-летнего перерыва, вызванного аварией на станции Three Mile Island в Пенсильвании в 1979 году.

Новые АЭС разрабатываются и в Европе. Например, водо-водяной реактор, известный как European Pressurized Water Reactor, будет введен в строй в 2010 году. Его разработала совместная компания Framatome, созданная германской Siemens и французской Areva. Французы предполагают, что этот тип реактора заменит к 2020 году действующие французские реакторы, которые сейчас производят 78% всей электроэнергии в стране. По словам французского министра экономики Никола Саркози, новый реактор в 10 раз надежнее, в 10 раз дешевле и дает на 15 – 30% меньше отходов, чем действующие.

В фарватере Франции следуют и другие европейские государства. Новый атомный блок французского производства купила Финляндия. Сооружение атомной станции планируется в Болгарии. В итальянском правительстве рассматриваются вопросы развития собственной ядерной энергетики, так как вся экономика развивается за счет покупной энергии.

Новые проекты в атомной энергетике разрабатываются как с учетом усовершенствования существующих типов реакторов, так и на основе создания принципиально новых технологий. Главные проблемы, которые при этом решаются, связаны с повышением надежности и эффективности АЭС.

По словам руководителя Федерального агентства по атомной энергии академика Александра Румянцева, в России сейчас ставка делается не на строительство новых, а на модернизацию существующих АЭС. При модернизации станции требуется вложить от $60 (как на Нововоронежской АЭС) до $160 (на Ленинградской АЭС) для получения 1 кВт мощности, а при новом строительстве – не менее $1000 на 1 кВт. В России предусмотрена модернизация всех одиннадцати энергетических канальных реакторов РБМК. Это позволит продлить срок их службы как минимум еще на пятнадцать лет.

Направление канальных реакторов после аварии на Чернобыльской АЭС практически не развивается, хотя ряд российских ученых по-прежнему считает его перспективным. Сейчас ЕС предлагает России замещение всех реакторов РБМК корпусными реакторами, исходя из соображений безопасности. Но, по мнению главного конструктора энергетических канальных реакторных установок НИКИЭТ Юрия Черкашова, дело не в безопасности, а в том, что эти реакторы могут быть переведены в режим наработки плутония, который используется при создании ядерного оружия.

Между водородом и термоядом

В течение ближайших 10-12 лет, по мнению специалистов, предпочтение будет отдаваться реакторам на быстрых нейтронах. Принципиальная разница между реакторами на быстрых нейтронах и обычными состоит в резком снижении вероятности тяжелых аварий, которые могут повлечь за собой выброс радиоактивных материалов в атмосферу. Катастрофы, подобные чернобыльской, с реакторами на быстрых нейтронах физически невозможны.

Еще одно преимущество этих реакторов состоит в использовании природного урана и тория, запасы которого намного превышают запасы нынешнего основного «горючего» АЭС – урана-235. Более того, в процесс можно вовлекать и так называемый «отвальный уран», оставшийся после обогащения ядерного горючего урана-235. Поэтому сейчас реакторы на быстрых нейтронах рассматриваются как основное направление утилизации избыточного оружейного плутония. Отработанное топливо (стронций, цезий, следы урана и плутония) через двести лет выдержки снижает свою радиоактивность до природного уровня (уровня радиоактивности природного урана и тория в земной коре).

Во Франции в 1973 году был введен в эксплуатацию первый реактор на быстрых нейтронах, или бридер PHENIX, а в 1985-м – полномасштабная АЭС с реактором на быстрых нейтронах SUPERPHENIX (стоимость строительства – $5 млрд). В России единственный промышленный реактор на быстрых нейтронах работает на Белоярской АЭС.

Особого внимания заслуживает проект высокотемпературного газового реактора. С помощью таких установок можно вырабатывать водород в промышленных количествах. Водород, как известно, представляет собой прекрасное топливо. Когда он сгорает, получается вода без всяких выхлопных газов. Это направление энергетики сейчас переживает второе рождение. В России формируется государственная программа по развитию водородной энергетики. А американцы провозгласили ее как национальное экономическое направление и назвали «водородной экономикой». Днем АЭС, оснащенные высокотемпературными газовыми реакторами, должны производить электричество и тепло в тех количествах, которые нужны потребителям. А ночью, когда производство снижает свои потребности, направлять избыток энергии на получение водорода и тепла.

Летом 2004 года Япония и США достигли принципиального согласия начать разработку технологии такого реактора для АЭС четвертого поколения. Совместными усилиями предполагается создать высокотемпературный реактор с газовым охлаждением, где будет использоваться гелий, а температура достигать почти 1000 градусов Цельсия. Размеры реакторов четвертого поколения станут меньше, чем у их предшественников на легкой воде, которые широко используются в настоящее время. Япония является общепризнанным лидером в разработке технологии реакторов этого вида. Японский Институт исследований атомной энергии уже сконструировал опытный образец устройства, производящего водород с помощью высоких температур в реакторе АЭС. Японские ученые считают, что высокотемпературные газовые реакторы станут источником для топливных батарей, рассматриваемых в качестве главного источника энергии будущего.

Существует еще одно направление: термоядерный синтез. Этот метод предлагает долговременный безопасный источник энергии с практически неисчерпаемыми запасами топлива и существенными экологическими преимуществами. Проработка проектов демонстрационных и энергетических термоядерных реакторов (РФ ДЕМО в России; ARIES в США; SEAFP в Европе; SSTR в Японии и ряда других) интенсивно проводилась в последние годы с целью получения электроэнергии. Среди перспективных в этой области следует назвать проект Международного термоядерного экспериментального реактора ИТЭР, осуществляемый под эгидой Международного агентства по атомной энергии. Работа над ним началась в 1988 году СССР, США, Японией и Европой, а в 2001 году была завершена разработка техпроекта. Примерная стоимость реактора – $4,5 млрд. За право разместить на своей территории этот реактор конкурируют Франция (единый кандидат от Евросоюза) и Япония.