Руководитель проектного направления «Прорыв», специальный представитель по международным и научно-техническим проектам Госкорпорации «Росатом» Вячеслав Першуков на X Конференции молодых атомщиков Сибири рассказал о возможностях атомной энергетики в достижении целей устойчивого развития, о реализации проекта опытно-демонстрационного комплекса технологий IV поколения
Вячеслав Першуков напомнил, что в достижении большинства целей устойчивого развития ООН энергетика играет ключевую роль: доступное электричество – основа развитого человеческого общества. Благодаря транспортным связям и электронным коммуникациям экономика всех стран тесно взаимосвязана; любой кризис или переизбыток перепроизводства немедленно отражается на всей системе мировой экономики. По этой причине эпоха национальных проектов, позволявшая вырваться отдельным странам в технологические лидеры, уступает место международной кооперации. Из 17 целей устойчивого развития девять так или иначе связаны с атомной промышленностью. Это роль доступной энергии в ликвидация голода, укрепление вклада в здравоохранение и благополучие, получение чистой воды, доступность чистой энергии, борьба с климатическими изменениями, сохранение наземных и морских экосистем и др.
Не случайно в мире востребованы такие технологии, как возобновляемые источники энергии, реализуются масштабные водородные программы. Чтобы АЭС будущего могла конкурировать с новыми технологиями энергии, в России десять лет назад были сформулированы основные принципы построения новой технологической платформы атомной энергетики с решением принципиальных задач. В первую очередь, это исключение аварий на АЭС с эвакуацией населения; был принят тезис о необходимости «естественной безопасности» реакторной установки. Такая установка в ближайшее время начнет строиться, напомнил Вячеслав Першуков: уже сегодня предложенные технические решения по реакторной установке «БРЕСТ-ОД-300» (опытно-демонстрационного быстрого реактора со свинцовым теплоносителем) прошли экспертизу.
Вторая задача – преодоление сырьевой недостаточности, дефицита урана-235 через переработку и многократное вовлечение в цикл облученного ядерного топлива. Уже сейчас ОЯТ не следует считать ядерными отходами – это ценное сырье для будущей энергетики. Попытку замыкания ядерного топливного цикла декларировали многие страны, но в России реализуется попытка реализовать ее на промышленном объекте.
Третья задача – снижение риска распространения. Плутоний, побочный продукт работы тепловых реакторов, не должен быть использован как компонент ядерного оружия. Наработка плутония – одна из причин, почему работа АЭС является объектом особого внимания мирового сообщества, особенно в условиях политической нестабильности, желания отдельных политиков завладеть оружием массового поражения как инструментом влияния. Благодаря новой технологической платформе удастся сократить риск нераспространения, поскольку плутоний будет использован в качестве топливного компонента для атомной энергетики.
Одна из проблем сегодняшней атомной энергетики – непростая экономика. Длительное время занимает цикл реализации проекта – от подготовки проекта до пуска в эксплуатацию блока проходит от семи до десяти лет. При этом жизненный цикл всего объекта приближается к столетию. В мире мало политиков, менеджеров и экономистов, готовых решиться на крупные инвестиции, если жизненный цикл составляет более 60 лет. Для этого нужно масштабное видение, уверенность в технической реализуемости, безопасности, экономичности решений.
Одна из непростых задач новой технологической платформы – обеспечить технико-экономические параметры не ниже, чем достигнутые для легководных реакторов. Но благодаря свинцовому теплоносителю и другим решениям, исключающим тяжелые аварии как таковые (внутренне присущей безопасности реактора), могут быть снижены затраты на системы безопасности.
Процесс перехода от легководных реакторов к реакторам на быстрых нейтронах, способных работать на плутонии, займет не одно десятилетие, считает Вячеслав Першуков. По его словам, стратегии по постепенной трансформации атомной энергетики рассчитаны до конца столетия. Заслуживает внимания динамика развития атомной энергетики Китая: это и амбициозные планы роста атомной генерации с выходом на лидирующую позицию в мире, и прогнозируемое после 2030-х годов внедрение реакторов на быстрых нейтронах для выработки энергии и трансмутации минорных актинидов. Исходя из оценок российской и китайской стратегий, по консервативному прогнозу, до 50 % генерации будет осуществляться реакторами на быстрых нейтронах.
Чтобы эти планы состоялись, необходимо подтвердить работоспособность технологии двухкомпонентной ядерной энергетики с замыканием топливного цикла. Эра тепловых реакторов не ушла и не уйдет еще длительное время, считает Вячеслав Першуков, но основные возможности по безопасности, эффективности работы на реакторах с тепловыми нейтронами близки к исчерпанию. Россия реализовала поколение блоков «3+», обеспечив четыре барьера безопасности. Остается еще одна возможность значимо улучшить топливный и теплоэнергетический цикл – это создание реактора ВВЭР со сверхкритическими параметрами давления, после чего возможности существенного улучшения технологии ВВЭР, по мнению Вячеслава Першукова, будут исчерпаны. Кроме того, системная проблема – использование урана-235, то есть перспектива исчерпания сырьевой базы.
Впереди, но вместе
Новая платформа основывается на реакторах на быстрых нейтронах. В настоящее время Россия единственная страна, максимально овладевшая технологией создания и эксплуатации быстрых реакторов. Лишь Россия начиная с 1960-х годов последовательно прошла всю цепочку необходимого масштабирования и подтверждения работоспособности реакторных установок. Хотя опыт создания быстрых реакторов России может считаться передовым, он накоплен и в других странах. Аналогичный российскому путь сейчас проходит Китай. Далее с некоторым отрывом следует Франция, которая приостановила эксплуатацию реактора Superphenix и работу над ASTRID. Своим путем, ориентируясь на имеющиеся запасы тория, идет Индия. В Японии длительное время работали над созданием натриевого реактора, но, к сожалению, приняли решение о закрытии проекта, хотя и открыли новый – создание исследовательского реактора быстрого спектра с натриевым теплоносителем. Первыми исследовательские реакторы, которые могли утилизировать плутоний, построили в США в Айдахо, но и это направление по ряду причин было закрыто. В настоящее время работы по исследовательским реакторам на быстрых нейтронах (аналоги наших МБИР или БРЕСТ-300) в США возобновлены, наши партнеры пытаются выстроить международную кооперацию.
Будем прорываться
Исходя из поставленных задач и характерного для нашей атомной отрасли исторического понимания роли России в технологиях по быстрым реакторам, сформирован проект направления «Прорыв» – аналог национальных проектов, который вот уже 10 лет реализуется силами Росатома как целевая программа. Реализован ряд значимых шагов.
Площадка в городе Северск Томской области заслуженно определена как место для начала создания опытно-демонстрационного энергетического комплекса новой платформы (ОДЭК). Место выбрано исходя из разных критериев, одним из решающих стало наличие качественного человеческого ресурса – научной, образовательной школы региональных университетов. Вячеслав Першуков напомнил о роли Сергея Кириенко, руководителя отрасли в то время, указавшего на наличие потенциальной кадровой базы в Северске как решающее обстоятельство.
Участники проекта ориентируются уже не просто на демонстрацию возможностей (они доказаны на большом количестве предыдущих образцов техники и реакторов), а на создание коммерческого промышленного энергокомплекса с использованием технологии, которая реализуется на площадке ОДЭК. Задача – подтвердить путем работы ОДЭК возможность построения коммерческой ядерной индустрии с замыканием топливного цикла. В программе задействовано более 30 научно-технических институтов РАН и Росатома, более полутора тысяч сотрудников научного профиля, всего же с учетом строителей и производителей оборудования коллектив превышает 20 тыс. чел. Этот проект, с его глобальными перспективами и значимостью, по привлеченным ресурсам можно сравнить с первым атомным проектом, когда решалась задача стратегического паритета.
В рамках проекта реализован ряд значимых проектов. Опережающим темпом идет строительство МБИР – полифункционального комплекса высокопоточного реактора на быстрых нейтронах в НИИАР, где будут проводиться исследования материалов. Завершается программа по обоснованию смешанного уран-плутониевого нитридного топлива (СНУП-топливо).
Вячеслав Першуков напомнил, что основа новой технологической платформы – это не только переход к реакторам быстрого спектра, но и замыкание ядерного топливного цикла, что позволит решить проблему топливной базы на перспективу нескольких тысяч лет, обеспечит радиационную эквивалентность между захоронением отходов и добываемым урановым сырьем. Тем самым минимизируются известные риски деятельности атомной индустрии: исчерпание урана-235, накопление отходов. Предстоит в 25 раз сократить объем хранения ОЯТ и переработать накопленные запасы топлива тепловых реакторов.
Скоро на всех экранах
ОДЭК уже становится реальностью. Практически полностью закончено строительство модуля фабрикации топлива в Северске, оборудование модуля фабрикации и рефабрикации топлива изготовлено и доставлено непосредственно на площадку, идет его монтаж. Некоторые решения реализованы впервые мире. Так, это линия для карботермического синтеза, уран-плутониевые нитридные таблетки формируются в условиях регулируемой атмосферы. На высоком уровне роботизация этого и других комплексов.
ОДЭК планируется ввести в эксплуатацию в 2029 году. Серия НИОКР будет продолжена в целях отработки промышленной технологии. Планируется, что с 2034 года можно будет начать ввод промышленных энергокомплексов как с использованием традиционного топливного цикла, с транспортировкой ОЯТ и централизованной переработкой, так и со строительством крупных энергоблоков на быстрых нейтронах мощностью 1200 МВт (БРЕСТ-1200). Планируется, что строительство можно будет начать уже в следующем десятилетии, с последующим тиражированием промышленных энергокомплексов как в стране, так и за рубежом.
В ближайшее время будет развернуто возведение реактора БРЕСТ-ОД-300, ожидается получение лицензии на строительство, которая позволит развернуть широкомасштабные бетонные работы. Проведены обоснования практически всех элементов реактора. Поскольку реактор такого масштаба со свинцовым теплоносителем еще не создавался, проходят оценку все элементы – корпус, насосы, парогенераторы, система измерения кислорода и общая система управления этим процессом. Эти и другие элементы уже созданы в макетах, проведены температурные и реакторные испытания, пролив свинцом и водой.
Много призванных, мало избранных
ОДЭК – это будущие рабочие места, и места особые. Безусловно, есть свои преимущества в работе на традиционных АЭС, где изучены все технологии и созданы регламенты. Но потенциал нового проекта, по мнению Вячеслава Першукова, привлечет тех, кто занят поиском, хочет внести свой вклад в развитие науки и техники. До 2030 года потребности в кадрах для обеспечения ОДЭК оцениваются примерно в тысячу человек; кандидаты на эту работу должны обладать не только стандартными, но и междисциплинарными знаниями. Никогда ранее ядерщики не учились радиохимии, а радиохимики не учились нейтронике в части эксплуатации атомных блоков. На ОДЭК, где технологии объединены в едином комплексе, требуются специалисты с уникальным набором знаний – понимающие топливный цикл, работу реактора новой платформы, разбирающиеся во всех вопросах новой технологии. Еще шесть лет назад создана специальная кафедра технологии замыкания ядерного топливного цикла в НИЯУ МИФИ в Москве; программа передана также Северскому филиалу этого опорного вуза. В проект «рекрутируются» магистранты со всей страны, защитившиеся по ядерной специальности; создан консорциум вузов, и с 2021 года планируется начать программу по подготовке кадров для ОДЭК. Формируются программы подготовки специалистов из молодых атомщиков, с совмещением дисциплин по эксплуатации АЭС, топливному ядерному циклу, радиохимии, общими аспектами развития принципов нераспространения.
ОДЭК – это лишь первый шаг. В дальнейшем предполагается активное развитие технологии на базе новой платформы в рамках международной кооперации. Идет обсуждение сотрудничества с представителями стран, заинтересованных в формировании новой платформы. Наиболее тесное взаимодействие с Китаем и Южной Кореей, есть также контакты с Францией. Когда работоспособность ОДЭК будет подтверждена, а международная кооперация по тиражированию технологии выстроена, планируется развернуть строительство промышленно-энергетических комплексов за рубежом. На этом этапе подготовка кадров потребуется уже не только для эксплуатации блоков на быстрых нейтронах. Актуальной станет подготовка инструкторов, которые ознакомились с эксплуатацией и смогут взять на себя практическое обучение национальных кадров. До конца столетия потребуется около 2 тыс. менторов, имеющих профильное образование, получивших опыт работы на ОДЭК и промышленных энергокомплексах внутри России, в условиях замкнутого топливного цикла и готовых распространять знания итехнологии новой платформы атомной энергетики. Это веская причина, чтобы дожить до 2100 года, – ясная цель жизни способствует долголетию, уверен Вячеслав Першуков.
Алексей Комольцев для журнала РЭА
