О планах реализации федерального проекта № 1 КП РТТН «Разработка технологий двухкомпонентной атомной энергетики с замкнутым ядерным топливным циклом» рассказал директор по управлению ЖЦ ЯТЦ и АЭС Госкорпорации «Росатом» Владислав Корогодин (соавторы: Евгений Адамов, Владимир Асмолов, Наталья Ильина, Владислав Корогодин)
2020 год был успешным для Росатома: это исторический рекорд генерации, превысивший достижение СССР; доля атомной генерации в энергобалансе России составила 20 %; мы удерживаем первое место по портфелю сооружения энергоблоков за рубежом. Также один из главных успехов – решение руководства страны, которое позволит двигаться дальше: поручение Президента РФ о мерах по достижению 25-% доли атомной генерации в энергобалансе России, что позволит нарастить темп развития, и государственная поддержка в рамках программы РТТН. Мы должны реализовать преимущества и нивелировать системные проблемы атомной энергетики.
Каковы наши преимущества? У атомной энергетики практически отсутствуют выбросы парниковых газов, в этом мы сопоставимы с ветряной энергетикой – лидером по данному показателю. Но и по сравнению с ветряной генерацией, и другими «зелеными» технологиями АЭС занимают самую компактную территорию, требуют наименьшего удельного потребления материалов.
Проблемы атомной энергетики связаны в первую очередь с доверием населения. Это три тяжелые аварии (Три-Майл-Айленд, Чернобыль и Фукусима), которые имели место в прошлом, и нерешенность вопроса с переработкой отработавшего топлива, накоплением ОЯТ. Также это большие капитальные вложения и, в настоящее время, конечность топливной базы.
Первый федеральный проект направлен на развитие и воплощение технологий, позволяющих решить эти системные проблемы. В рамках развития двухкомпонентной энергетики мы синергетически совершенствуем технологии ВВЭР и реакторов на быстрых нейтронах, формируя двухкомпонентную энергосистему с замкнутым ядерно-топливным циклом. Это и позволит решить системные проблемы: сократить объемы накопления отработавшего топлива, снизить объемы радиоактивных отходов при соблюдении режима нераспространения, фактически уйти от ограниченности запасов уранового сырья и констатировать практическую неограниченность ресурсной базы, и улучшить экономические показатели атомной энергетики не в ущерб безопасности.
В части развития технологии ВВЭР мы планируем двигаться по двум проектам. Первый проект – ВВЭР с регулированием спектра нейтронов, с охлаждением водой докритических параметров, повышением коэффициента воспроизводства до 0.7. Следующей эволюционный шаг – ВВЭР-СКД, реактор с быстрым спектром нейтронов и коэффициентом воспроизводства порядка единицы (то есть с возможностью самообеспечения топливом). Ключевой успех с точки зрения экономики – повышение КПД до 45 %, благодаря сверхкритическим параметрам теплоносителя. Отказ от борного регулирования обеспечит нам снижение капитальных затрат; отказ от циркониевых сплавов в активной зоне улучшает водородную безопасность; снижение расхода природного снимает зависимость от ресурсной базы и ограниченных дорогих ресурсов урана; повышение КПД – ключевой фактор экономического успеха.
В технологиях реакторов на быстрых нейтронах мы развиваемся по двум направлениям. Продолжается эволюция технологии с натрием теплоносителем; на Белоярской АЭС успешно эксплуатируется энергоблок № 4, наработано уже более 1200 эффективных суток, КИУМ приближается к 82 % – среднему по атомной энергетике. В 2021 году будут выполнены две полные перегрузки мокс-топлива; в 2022 планируем перейти на полную уран-плутоневую зону. Дальнейшее движение – фактически обеспечение конкурентоспособного проекта о CAPEX и LCOE; коэффициент воспроизводства мы ожидаем получить на уровне 1.25, что позволит создать задел для ускоренного развития быстрой энергетики за счет наработанного материала. Также это полное использование потенциала уранового сырья и сжигание минорных актинидов.
Ключевым прорывным проектом является реактор со свинцовым теплоносителем в рамках проекта «Прорыв». Его ключевые особенности – интегральная конструкция реакторной установки, которая позволяет исключить аварии с потерей теплоносителя; равновесное плотное топливо при бета-эффективности порядка единицы, что гарантирует исключение реактивностных аварий. Будет освоено выделение регенерированного урана и плутония для многократного рецикла, и минорных актинидов для дожигания, с оставлением для хранения и последующего захоронения только короткоживущих фракций. Тем самым мы сможем избежать геологического захоронения высокоактивных отходов, что принципиально для развития атомной энергетики в большинстве стран мира. Ключевая цель – отсутствие воздействия на окружающую среду и здоровье; радиационная и радиологическая эквивалентность в таком формате достигаются уже в горизонте 200-300 лет.
Немаловажный фактор для позиционирования этого проекта как экспортного – возможность работы энергокомплекса с пристанционным ядерным топливным циклом. В этом формате полностью исключается транспортировка ядерных материалов; за счет различных мер контроля, включая спутниковый (за конфигурацией зданий) мы можем быть уверены, что технологии выделения плутония применены не будут.
В утвержденной части проекта общий объем бюджетного и внебюджетного финансирования на ближайшие четыре года составляет 64 млрд руб., при реализации проекта мы должны обеспечить 67 контрольных точек (ключевых событий). В 2021 году из 16 млрд. руб. примерно половина – это финансирование НИОКР по различным направлениям: технологии, расчетные коды, экспериментальная база, научно-техническая документация. И работы не только по комплексу БРЕСТ и ОДЭК (проект «Прорыв»), но и по реакторам большой мощности БН-1200м, быстрому реактору БР-1200 со свинцовым теплоносителем. По проекту ВВЭР-С работа в 2021 году ведется за счет внебюджетного финансирования; по результатам 2024 года с учетом необходимого бюджетного финансирования мы должны выполнить технический проект реакторной установки и проектные материалы по энергоблоку. Дальнейшее внедрение наших проектов во временном графике для перехода к двухкомпонентной атомной энергетике представлено на рис.
Рассчитывая конкурентоспособность, мы сравниваем себя не с текущими показателями, а буквально с идеальным случаем: оптимальной газовой станцией с полным импортозамещением, с сниженным CAPEX и идеальным КИУМ в 76 %. В случае нулевой ставки дисконтирования мы конкурентоспособны с огромным запасом; при ставке дисконтирования 5 также конкурентоспособны; при ставке дисконтирования восемь (при значительном CAPEX мы чувствительны к этому параметру) удерживаемся на границе конкурентоспособности. Но с учетом перспектив введения платы за выбросы co2, даже при минимальной ставке стран Европы, мы вновь выигрываем.
На рис. (из Стратегии развития ГК «Росатом») представлены картина развития атомной энергетики. Это опора на технологию ВВЭР, производство плутония и дожигание минорных актинидов в быстрых реакторах, двухкомпонентная атомная энергетика. На рис. присутствует зона неопределенности: по результатам в том числе программы РТТН предстоит определить реакторы, которыми эта зона будет заполняться.
Успешная реализации программы создает условия для перехода к безопасной, конкурентоспособной двухкомпонентной атомной энергетике, которая соответствует целям гарантированной безопасности, не имеет ограничений по ресурсной базе, обеспечивает минимизацию отходов: словом, решает все системные проблемы атомной энергетики, обеспечивает снижение выбросов углекислого газа, способствуют увеличению доли атомной генерации в энергобалансе страны, закреплению технологического лидерства России в ядерных технологиях, открывает возможности для высокотехнологичного экспорта.
Алексей Комольцев для журнала РЭА (по материалам доклада)
