Осторожный шаг к «большому скачку»

Тема недели
Москва, 18.03.2013
«Эксперт Сибирь» №11 (367)
В конце марта «Росатом» начнет реализацию в Железногорске проекта по строительству опытно-демонстрационного центра по переработке отработанного ядерного топлива (ОЯТ). Если этот центр перерастет в полноценный завод по переработке ОЯТ, то российская атомная энергетика окажется на пороге нового витка своего развития, а Сибирь станет центром новых ядерных технологий

22 марта, как сообщается на сайте госзакупок, госкорпорация «Росатом» намерена провести открытый конкурс на право строительства опытно-демонстрационного центра (ОДЦ) по переработке отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) в ЗАТО Железногорск (Красноярский край) с начальной ценой контракта 4,965 млрд рублей. Первый пусковой комплекс ОДЦ должен быть сдан в эксплуатацию до 10 декабря 2015 года, полностью же новая установка должна заработать в 2018 году.

Важность этого долгожданного события трудно переоценить. Объект, расположенный на территории Горно-химического комбината (ГХК), станет уникальным научно-производственным комплексом по отработке технологий переработки ОЯТ реакторов на тепловых нейтронах для выделения из них ценных компонентов и их повторного использования в качестве топлива на атомных электростанциях. Фактически речь идет о замыкании ядерно-топливного цикла российских АЭС, что позволит нашей стране не только кардинально решить проблему с отходами, но и обеспечить себя практически на неограниченное время ядерным топливом.

Кроме того, создание ОДЦ и производства MOX-топлива в Железногорске открывает путь для строительства энергетических реакторов на быстрых нейтронах большой мощности — свыше 1 ГВт. А это — совершенно новые возможности для контролируемого экспорта российских ядерных технологий за рубеж. Энергетическая стратегия Китая, например, предусматривает строительство к 2050 году от 70 до 200 ГВт электрической мощности на «быстрых реакторах». Своих промышленных БН-технологий (так же как и технологий по замыканию ядерного топливного цикла в целом) у нашего большого южного соседа, слава богу, пока нет, хотя китайские ядерщики интенсивно работают в этом направлении. Поэтому вопрос стоит так — эти технологии поставят туда или французы, или русские. Правда, до этого ясность с тем, по какому же пути пойдет развитие атомной энергетики, придется навести в самой России.

Урановое расточительство

Основным топливом для большинства атомных электростанций (АЭС) во всем мире является обогащенный природный уран. Для обеспечения работы 436 энергетических реакторов по всему земному шару общей мощностью 370 ГВт нужно ежегодно, по разным оценкам, производить 65–70 тыс. тонн природного урана. При этом, за исключением Японии, Германии и еще нескольких стран, никто в мире от развития атомной энергетики отказываться не собирается. МАГАТЭ как прогнозировало увеличение к 2030 году количества атомных реакторов до 660, так и прогнозирует. Китай как собирался к этому времени увеличить до 30% свою долю в мировом балансе производства атомной энергии (в 2012 году она составляла 5%), так и собирается. А «Росатом» как намеревался вдвое увеличить в ближайшие два десятка лет количество атомных энергоблоков в России, так и продолжает заниматься реализацией этой задачи.

Вопрос в том, что превалирующая сегодня топливная схема в мировой атомной энергетике, основанная на использовании урана-235 и открытом ядерном топливном цикле (ОЯТЦ) — тупиковая. При ОЯТЦ топливные кассеты с ураном-235 загружаются в АЭС, выделяют необходимое количество энергии, а затем извлекаются оттуда и помещаются сначала в пристанционные хранилища, а затем отправляются подальше от густонаселенных территорий в места длительного хранения. А в атомную станцию тем временем загружается следующая партия кассет со «свежим» ураном-235. В результате подобного цикла природного урана становится все меньше, а ядерных отходов — все больше. «Главный вызов атомной энергетике в том, что почти все нынешние АЭС работают на уране-235. Его запасы малы. Хватит еще на пятьдесят лет эксплуатации таких станций. Более того, использование этого урана фактически означает то, что мы топим печи спичками, ведь дрова — это уран-238 и торий. Запасов урана-238 и тория хватит, чтобы обеспечить человечество энергией на тысячи лет. Но для их использования нужен уран-235. Если уран-235 весь используют, человечество утратит доступ к практически неисчерпаемым источникам энергии. Так что ториевые реакторы и реакторы на уране-238 — это вопрос о будущем нашей цивилизации, причем самом близком будущем», — отмечает член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией теоретических исследований Института общей и ядерной физики Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» Леонид Пономарев.

Открытый ядерный цикл, основанный на уране-235, порождает и огромное количество ОЯТ. При нынешней топливной схеме к началу 2009 года (более свежих данных найти не удалось) общий объем накопленных отходов только на объектах «Росатома» составлял около 19 тыс. тонн (преимущественно это топливо реакторов РБМК и ВВЭР-1000). И этот объем постоянно растет, поскольку из примерно 650 тонн ОЯТ, выгружаемых ежегодно из реакторов российских АЭС, в настоящее время перерабатывается не более 15%. Это делается на предприятии «Маяк» в Челябинской области. Но завод РТ-1 на этом предприятии может перерабатывать только ОЯТ энергетических реакторов ВВЭР-440, БН-350 и БН-600, судовых реакторов и источников радиоактивности. Перерабатывать же ОЯТ с реакторов типа РБМК и ВВЭР-1000 вообще негде. И это на самом деле большая проблема, поскольку в условиях отказа «Росатома» от продолжения строительства реакторов типа РБМК (сделано это было в основном в угоду европейской общественности) реакторы типа ВВЭР-1000, ВВЭР-1200 и ВВЭР-ТОИ становятся главной энергетической базой российской ядерной корпорации. Таких реакторов в России и в мире только в ближайшие полтора десятка лет она намеревается построить около полусотни.

Натянули одеяло на себя

Единственная страна, которая «не парится» по поводу возможного недостатка топлива для АЭС и роста отходов от них, — США. Там работает четверть всех энергетических ядерных реакторов мира — более сотни. Россия сейчас обеспечивает более половины потребностей Америки в низкообогащенном уране, а американские ядерные отходы отправляются на вечное хранение в 25 стран мира. Новых атомных станций американцы с конца прошлого века практически не строят. При Бараке Обаме стало ясно, что в США в ближайшее десятилетие не будут строить ни быстрые реакторы, ни заводы по переработке ядерного топлива. Вот такой вот международный ядерный аутсорсинг по-американски.

Франция — второй по величине в мире производитель электроэнергии на АЭС — тоже застыла в неопределенности. С одной стороны, в этой стране скопилось столько запасов обедненного урана (уран-238), что их хватило бы для обеспечения топливом всей Франции чуть ли не на тысячу лет. С другой стороны, решение о строительстве нового быстрого натриевого реактора мощностью 600 МВт ASTRID, который мог бы реально «замкнуть» открытый ядерный топливный цикл в этой стране, будет приниматься лишь в 2019 году, после истечения срока нынешних полномочий президента Франсуа Олланда. Зато китайские ядерщики в марте этого года на международной конференции по быстрым реакторам и замкнутому ядерному топливному циклу (ЗЯТЦ) в Париже огорошили своих коллег заявлением о том, что к 2050 году общая мощность АЭС в КНР может вырасти до 400 ГВт. При этом половина из них будет на быстрых нейтронах. «Если урана в Китае окажется достаточно, то на долю быстрых реакторов останется роль выжигателей младших актинидов. В этом случае в 2050 году в Китае будет работать 70 ГВт быстрых блоков. При дефиците урана быстрые реакторы вспомнят о своих бридерных способностях и начнут нарабатывать излишки плутония для теплового крыла отрасли. При таком раскладе в 2050 году у Китая окажется 200 ГВт быстрых реакторов», — передало слова Donghui Zhang из китайского института атомной энергии издание AtomInfo.ru.

Россия на этом фоне выглядит активнее и разнообразнее, чем европейцы, но скромнее в объемах по сравнению с Китаем. По сути, «Росатом» в последние несколько лет решал две задачи. Первая — увеличение объемов запасов исход­ного сырья, природного урана, из которого потом и выделяется уран-235 (см. справку ниже). В России он есть. В конце прошлого года на Приаргунском производственном горно-химическом объединении в Забайкалье была запущена первая очередь рудника № 8, где уже в этом году будет добыто 400 тонн урана и который, по сути, должен удержать объем добычи этого сырья в регионе на уровне свыше двух тыс. тонн в год. В строительство первой очереди этого рудника было вложено 3,5 млрд рублей. Продолжается развитие «Хиагды» в Бурятии, которая к 2019 году должна выйти на проектную мощность — до 1,8 тыс. урана в год. Проводятся геологоразведочные работы с целью выявить на территории России месторождения с низкой себестоимостью добычи урана. «В 2011 году некоторые успехи были достигнуты в Калмыкии и Забайкалье, где изучается группа небольших месторождений урана, пригодных для отработки методом кучного выщелачивания. Потенциальный суммарный объем добычи ориентировочно чуть ниже тысячи тонн в год в течение 25–30 лет», — подчеркнул осенью прошлого года исполняющий обязанности генерального директора «Атомредмедзолото» (АРМЗ, структура «Росатома») Тигран Хачатуров.

Главная проблема российского топлива для АЭС в том, что себестоимость добычи исходного сырья у нас выше, чем, например, в Австралии или Танзании. Поэтому сейчас практически прекратились разговоры о скором освоении Эльконского месторождения в Южной Якутии, которое в перспективе могло бы обеспечить до трети потребности нашей страны в природном уране. Зато прошлой зимой АРМЗ обрел полный контроль над одним из крупнейших мировых добытчиков урана — канадской компанией Uranium One, которая работает в Казахстане, ЮАР, Намибии, Австралии и США. «Эта сделка позволит «Росатому» обеспечить свои предприятия ресурсной базой, ведь сегодня «Росатом» не может обеспечить свои потребности в уране за счет собственной добычи. Дефицит компания компенсирует запасами и выводом оружейного урана из использования», — считает первый вице-президент Российского союза инженеров Иван Андриевский. К этому стоит добавить, что за несколько прошедших лет госкорпорация скупила еще несколько уранодобывающих компаний, в том числе австралийскую Mantra Resources, флагманским проектом которой является освоение месторождения Mkuju River в Танзании. Плюс в интересах «Росатома» ряд ураносодержащих участков в Африке купили и несколько других крупных российских игроков. Все это дало главе концерна Сергею Кириенко основание заявить прошлой осенью о том, что «Росатом» обеспечил топливом свои нынешние, строящиеся и проектируемые станции на сто лет вперед.

В это же время госконцерн выполнил и вторую задачу — обеспечил на 50 лет вперед и хранение отработанного ядерного топлива. На базе ГХК в «закрытом» Железногорске в последние несколько лет была построена первая очередь «сухого» хранилища отработанного ядерного топлива (ХОЯТ). Полностью железногорское ХОЯТ будет построено к 2015 году и сможет вместить в себя до 38 тыс. тонн «отработки» реакторов РБМК и ВВЭР. Неизвестно, будет ли там размещаться ОЯТ зарубежных станций. Что касается тех станций, которые построены по советско-российским проектам в Болгарии, Венгрии, Чехии — наверняка «да». Что касается станций США, Франции, Германии, Кореи и т.д. — пока неизвестно. Но ясно то, что эти два проекта — скупка урановых месторождений по всему миру и ХОЯТ в Железногорске — дали «Росатому» возможность спокойно приступить к следующему мега-проекту — замыканию ядерного топливного цикла и переходу на быстрые реакторы.

Ключевое решение

С одной стороны, у «Росатома» сейчас есть большие запасы природного урана, благодаря чему он в течение десятилетий может извлекать из него в необходимом количестве уран-235, на котором работают его любимые реакторы класса ВВЭР-1000 и выше. С другой стороны, у него есть десятки тысяч тонн отработанного топлива, хранящегося в Железногорске, и «хвосты» возле обогатительных комбинатов, в которых содержится гигантское количество урана-238 (последний может стать топливом для реакторов на быстрых нейтронах). «Даже тех отвалов, которые у нас у самих есть для наших комбинатов, хватает. Запас по топливу столетиями начинает измеряться при переходе на быструю энергетику, даже с учетом сегодня добытого урана», — сказал Сергей Кириенко на одном из заседаний президиума Совета при Президенте РФ по модернизации экономики и инновационному развитию страны.

Поэтому в Железногорске, на базе ГХК, и начнется в этом году строительство установки, которая извлекала бы из ОЯТ реакторов типа ВВЭР и РБМК уран и плутоний (завод РТ-2) и снова направляла бы их «в дело». Тем более что идея эта для железногорцев не новая. Мысль построить здесь второй отечественный завод по переработке ОЯТ (первый — это ПО «Маяк») родилась еще в советские времена, когда ГХК успешно изготавливал оружейный плутоний для ядерных бомб и ракет (последний реактор по наработке оружейного плутония — АДЭ-2, был остановлен в Железногорске в апреле 2010 года). Нынешнее «мокрое» хранилище ОЯТ на ГХК — это, собственно, первая ступень такого завода.

Немудрено, что еще в прошлом году проект опытно-демонстрационного центра (ОДЦ) по переработке отработанного ядерного топлива на Железногорском ГХК прошел госэкспертизу и был включен в Федеральную целевую программу по обеспечению ядерной и радиационной безопасности России на период до 2015 года. А в этом году начнется его строительство. В дальнейшем, как подчеркнул журналистам глава ГХК Петр Гаврилов, на базе испытанных на ОДЦ технологий планируется строительство полномасштабного завода по переработке отработанного ядерного топлива атомных электростанций. Технологии, которые для этого будут применяться в Железногорске, оцениваются как технологии третьего поколения. Экспертизу проекта проводили французские специалисты, которые реализовывали схему по переработке ОЯТ у себя на заводе в Шербуре.

Параллельно с этим на ГХК создается и само производство MOX-топлива (смешанное уран-плутониевое топливо) для реакторов на быстрых нейтронах. Сейчас промышленный реактор такого типа в мире остался только один — БН-600 (третий энергоблок на Белоярской АЭС в Свердловской области). Специфика этого реактора — топливные сборки для него в опытно-промышленном режиме выпускает только знаменитый Димитровградский научно-исследователь­ский институт атомных реакторов (НИИАР, Ульяновская область). Но для четвертого блока «белоярки», который сейчас строится там с реактором БН-800 электрической мощностью 880 МВт, уран-плутониевый гранулят будет поставлять уже Железногорский ГХК. А за НИИАРом остается конечная сборка тепловыделяющих сборок (ТВС) для нового реактора. И такой поворот дела, конечно, резко повышает роль и самого ГХК в новейшей истории страны, и Сибири как таковой — в развитии ядерной энергетики (недавно мы писали о новых перспективах Новосибирского химкомбината в связи в началом производства топлива «ТВС-Квадрат» для западных водо-водяных реакторов — см. «Ядерный ренессанс» в «Эксперте-Сибирь» №48 за 2012 год).

Осторожные шаги с оглядкой на Китай

При этом надо отдавать себе отчет в том, что реакторы на быстрых нейтронах, работающие на MOX-топливе, и даже отдельные элементы ЗЯТЦ — это экзотика для мировой ядерной энергетики. Ее основа — реакторы на тепловых (медленных) нейтронах, работающие на уране-235, и открытый ядерный топливный цикл. И может пройти немало времени, пока энергоблоки с БН-реакторами войдут в массовое промышленное применение. Пока, повторимся, работающий под Екатеринбургом БН-600 и строящийся там же БН-800 — единственные промышленные реакторы на быстрых нейтронах в мире. Французский Superphenix остановлен в 2009 году, японский «Мондзю» закрыт еще до аварии на АЭС «Фукусима», скоро заканчивается и ресурс индийского исследовательского реактора FBTR (правда, индийцы к этому времени обещают запустить новый реактор).

С этой точки зрения Россия, конечно, рискует, продолжая продвигать направление быстрых реакторов и ЗЯТЦ. Но риск этот оправдан как минимум по двум причинам. Первая — экономика процесса. Что такое энергоблок БН-800, где будет производиться окончательная отработка технологии реакторов на быстрых нейтронах с использованием уран-плутоние­вого MOX-топлива? Это более чем 50-кратное увеличение использования добываемого природного урана (что значительно расширяет топливную базу атомной энергетики), утилизация радиоактивных отходов и решение проблемы накопления ОЯТ — путем вовлечения в полезный производственный цикл отвального урана-238 и плутония, утилизация запасов оружейного плутония, высвобождаемого в результате конверсии. Вторая причина — возможность в полном объеме задействовать оставшийся в отрасли научно-технический потенциал для решения амбициозной задачи. Что бы ни говорили о российской науке, фундаментальные и часть прикладных исследований именно в атомной сфере по-прежнему остаются национальным достоянием России, которое никто мире, включая признанных авторитетов — французов, повторить не может. Но, в отличие от полувековой давности, практическая востребованность этого потенциала в России по-прежнему находится под большим вопросом. И тут нам «на помощь» может прийти Китай с его огромной, неутоленной жаждой энергии.

На конференции FR13 по БН в Париже китайские атомщики говорили очень интересные вещи. Например, что у всякой энергетики в Поднебесной есть свои естественные пределы. Так, максимально возможный парк ветрогенераторов в этой стране может составить не более 700 ГВт, гелиопарк — не более 200 ГВт. Предел гидроэлектростанций — 500 ГВт. И только возможности атомной энергетики, подкрепленной быстрыми реакторами и ЗЯТЦ, по мнению китайских энергетиков, «бесконечны» (особенно, если им удастся выполнить поставленную правительством задачу кардинального снижения себестоимости строительства АЭС). Соответственно, тот, кто сейчас грамотно закрепляется на этом рынке, потом и будет получать с него дивиденды за интеллектуальную собственность. Конечно, с китайцами в этом отношении безумно тяжело сотрудничать, потому как они норовят идеи и механизмы беззастенчиво скопировать, а потом выдать за свои. Но сотрудничать возможно. Кроме того, работая с Китаем по быстрым реакторам, можно не опасаться международных санкций за распространение ядерных технологий — БН-реакторы при определенных обстоятельствах имеют способность вырабатывать оружейный плутоний, но Поднебесная и без этого является одной из самых мощных стран с ядерным оружием.

«Принять участие в реализации китайских планов и получить весомые дивиденды для российской атомной отрасли и страны можно. Но для этого к 2030 году нам нужно иметь построенный, действующий и набравший реальный и продолжительный (несколько лет) опыт эксплуатации блок с БН-1200. И лучше бы не один такой блок, а два или более. А значит, если принять точку зрения о том, что БН-1200 строить не следует (а такая точка зрения, как известно, отстаивается рядом специалистов), то фактически мы тем самым скажем: “Мы уходим с огромного в потенциале китайского рынка быстрых реакторов, теряем те позиции, что наработали во время контрактов по CEFR, и отдаем этот рынок конкурентам — хотя бы тем же французам”. Конечно же, допускать этого нельзя», — считают наши коллеги из AtomInfo.ru.

И в этом состоит одна из главных опасностей для той тенденции, которая сейчас наметилась и в России, и в «Росатоме». В отличие от советского периода, горизонты государственного планирования сейчас сузились до трех–пяти лет. А атомная энергетика изначально мыслит десятилетиями. Поэтому сейчас вновь разгорелись дискуссии на тему, строить или нет БН-1200? Или же сделать упор на ВВЭР-ТОИ? А если строить, то сколько? А кому он будет нужен (БН-800, например, китайцев уже не очень устраивает, потому что ученые из Поднебесной сейчас пытаются собственными силами разработать такой быстрый реактор мощностью более 1 ГВт с натриевым носителем)? А не проще ли направить деньги на совершенствование уже имеющихся проектов?

Действительно, затраты на создание в России производства MOX-топлива, как говорилось в материалах к восьмой Международной конференции «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики» (МНТК-2012), могут превысить 50 млрд рублей. Но это с учетом создания нового вида топлива не только к реакторам БН-1200, но и к ВВЭР-ТОИ (сейчас все реакторы типа ВВЭР работают на уране-235). А это уже совсем другая экономика. Планируется, что БН-1200 будет запущен в эксплуатацию в 2020 году в качестве головного в серии из шести энергоблоков. Этот реактор считается самым подходящим реактором для замыкания ядерного топливного цикла в России, в срок до 2030 года. И если к этому времени в нашей стране, пусть даже за счет сокращения планируемого числа водо-водяных реакторов, будут построены шесть блоков БН-1200, то это не только прибавит более 7 ГВт мощности российской энергосистеме, но и даст российским атомщикам уникальный шанс закрепить свое историческое первенство на мировом рынке.

При этом производство MOX-топлива для БН-1200, очевидно, будет создано в Железногорске не позднее 2018 года. А к 2020 году здесь должно будет создано производство MOX-топлива для блоков с ВВЭР, которые будут вводиться в срок с 2020 по 2030 годы (предполагается, что доля этого топлива в их активных зонах составит не менее трети). Параллельно этому ГХК с 2017 года начнет переработку ОЯТ ВВЭР на ОДЦ (мощность 250 тонн в год), а в 2025 году к опытному производству может добавиться завод РТ-2 мощностью 700 тонн в год. С 2025 года на Железногорском ГХК может стартовать переработка ОЯТ уже с первого БН-1200. Таким образом, будущее одного из основных, особенно в недалеком прошлом, оружейных центров страны, будет связано с максимально возможной переработкой ядерных отходов и производством нового вида топлива для новых российских реакторов. И в том, и в другом случае работы для железногорских ядерщиков будет непочатый край. Впрочем, не только у них. Вся атомная индустрия Сибири сейчас переживает своеобразный ренессанс. В Северске (Томская область), например, сейчас создается «чистое» производство по конверсии урана (новый завод будет построен на площадке Сибирского химического комбината и объединит его конверсионные мощности с предприятиями, расположенными в Ангарске (Иркутская область) и Глазове (Удмуртия)). Конечно, вряд ли сибирские ядерные заводы в ближайшее время выйдут на те объемы производства, которые они делали в советское время, работая на ОПК. Но то, что у них появились хорошие перспективы в «мирной» жизни — факт неоспоримый.

Современные реакторы на тепловых (медленных) нейтронах работают на обогащенном уране-235, доля которого в природном уране составляет 0,7%. Реакторы на быстрых нейтронах (быстрые реакторы) могут работать на уране-238, которого в природном уране содержится почти 99,3%. В данном случае в них используется MOX-топливо, которое содержит в себе различные сочетания урана-235 и плутония.

Схема открытого ядерного топливного цикла
Схема замкнутого ядерного топливного цикла

У партнеров

    Реклама