продолжается дальнейшее эволюционное совершенствование реакторных установок и технологических схем энергоблоков с корпусными легководными реакторами типа ВВЭР, которые хорошо себя зарекомендовали во многих странах мира

Перспективы развития атомной энергетики России в XXI веке

Рассмотрено современное состояние атомной энергетики в Российской Федерации, дана краткая характеристика существующих проблем и предложены пути их решения. Приведены прогнозные оценки возможности развития атомной энергетики в первой половине XXI в., в том числе определены основные направления научно-технического прогресса в атомной энергетике будущего века.

В России в настоящее время работают девять атомных электростанций суммарной установленной мощностью 21 242 МВт (эл.), имеющих 29 энергоблоков с реакторами разных типов. В их числе 13 энергоблоков с водо-водяными реакторами типа ВВЭР, 11 - с канальными реакторами типа РБМК, 4 - с канальными реакторами типа ЭГП-6 и один энергоблок с реактором на быстрых нейтронах типа БН-600.
Перечень и основные характеристики действующих энергоблоков российских АЭС приведены в таблице.

Характеристика действующих российских АЭС
АЭС (тип реактора)	Номер энергоблока	Электрическая мощность (брутто), МВт	Срок ввода в эксплуатацию, год	Срок окончания эксплуатации, год	Поколение энергоблока
Белоярская (БН-6000)	3	600	1980	2010	II
Билибинская (ЭГП-6)	1 2 3 4	12 12 12 12	1974 1974 1975 1976	2004 2004 2005 2006	I I I I
Балаковская (ВВЭР-1000)	1 2 3 4	1000 1000 1000 1000	1985 1987 1988 1993	2015 2017 2018 2023	II II II II
Калининская (ВВЭР-1000)	1 2	1000 1000	1984 1986	2014 2016	II II
Кольская (ВВЭР-440)	1 2 3 4	440 440 440 440	1973 1974 1981 1984	2003-2008* 2004-2009* 2011 2014	I I II II
Курская (РБМК-1000)	1 1 3 4	1000 1000 1000 1000	1976 1979 1983 1985	2006-2011* 2009-2014* 2013 2015	I I II II
Ленинградская (РБМК-1000)	1 2 3 4	1000 1000 1000 1000	1973 1975 1979 1981	2003-2008* 2005-2010* 2009-2014* 2011	I I II II
Нововоронежская (ВВЭР-440)	1 2 3	417 417 1000	1971 1972 1980	2001-2006* 2002-2007* 2010	I I II
Смоленская (РБМК-1000)	1 2 3	1000 1000 1000	1982 1985 1990	2012 2015 2020	II II II
* С учетом планируемого продления срока эксплуатации

      В период 1996-1998 гг. на этих атомных электростанциях ежегодное производство электрической энергии составляло около 108 млрд. кВт× ч, а в 1999 г. - возросло до 120 млрд. кВт× ч, что составило 14,4 % общего объема выработки электроэнергии в России.
      Производство на АЭС 120 млрд кВт× ч электроэнергии позволило сократить сжигание традиционных органических видов топлива, например, природного газа в объеме 48 млрд м , стоимость которых на мировом рынке составляет около 3,2 млрд долл.
      Доля поставки электроэнергии от атомных электростанций на Федеральный оптовый рынок энергии и мощности (ФОРЭМ) достигает сейчас 40 %, такова же доля поставки электроэнергии от АЭС на экспорт.
      После крупных аварий на американской АЭС "Три Майл Айленд" и Чернобыльской АЭС на всех российских атомных электростанциях был выполнен комплекс мер, исключающих повторение таких тяжелых ситуаций. В настоящее время завершаются модернизация и техническое перевооружение энергоблоков АЭС первого поколения, что позволило не только существенно повысить уровень их безопасности, но также дало возможность обеспечить продление проектного срока эксплуатации на 5-10 лет.
      Несмотря на спад в экономике и большинстве отраслей промышленности России, атомные электростанции работают достаточно устойчиво и надежно. Они поставляют в необходимых количествах более дешевую электроэнергию потребителям в регионах, наиболее удаленных от месторождений дешевого органического топлива. Средний тариф на электроэнергию АЭС в 1999 г. составил 157 руб/(МВт× ч), что в 1,37 раза ниже усредненного тарифа ГРЭС РАО "ЕЭС России", равного 217 руб/(МВт× ч).
      Энергоблоки российских АЭС всех типов устойчиво работают в базисной части графиков нагрузок за исключением Билибинской АТЭЦ, работающей по скользящему графику покрытия электрических и тепловых нагрузок изолированного северного региона. Эксплуатационные показатели, характеристики безопасности и надежности АЭС также являются стабильно высокими. По большинству из них российские АЭС не уступают зарубежным.
      Несмотря на значительную роль, которую играет атомная энергетика в мировом энергетическом балансе, наметились тенденции падения ее доли в общем энергопроизводстве и сворачивания ядерных программ в некоторых развитых странах Запада. Негативное отношение к атомной энергетике в отдельных странах объясняется сохраняющейся потенциальной опасностью АЭС при тяжелых авариях с повреждением ядерного топлива в реакторе, проблемами накопления, переработки и окончательного захоронения радиоактивных отходов (РАО) и отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), которые еще до конца не решены.
      Главными задачами, стоящими перед атомной энергетикой России на ближайший период, являются обеспечение высокого уровня безопасности АЭС и поддержание достигнутого уровня производства электроэнергии с последующим ростом после 2000 г. Для реализации этих задач необходимо до 2009 г. завершить техническое перевооружение и модернизацию 12 энергоблоков АЭС первого поколения общей электрической мощностью 5 762 МВт для повышения безопасности и продления срока их службы не менее чем на 5-10 лет, а также в ближайшие 1-3 года завершить строительство трех современных энергоблоков.

Среди этих сооружаемых энергоблоков следует выделить первый энергоблок Ростовской АЭС с реактором ВВЭР-1000 электрической мощностью 1000 МВт, строительно-монтажная готовность которого по состоянию на конец 1999 г. составляет 85... 90 %. Для завершения сооружения и ввода этого энергоблока в эксплуатацию требуется вложить 2,5...3,0 млрд руб. (без стоимости загрузки ядерного топлива) в ценах на 1 января 2000 г..

Строительная готовность третьего энергоблока Калининской АЭС с реактором ВВЭР-1000 электрической мощностью 1000 МВт и пятого энергоблока Курской АЭС с усовершенствованным реактором РБМК-1000 электрической мощностью 1000 МВт оценивается на уровне 70 %. Для завершения сооружения и пуска в эксплуатацию этих энергоблоков требуется по 5 млрд руб. на каждый. Расчеты показывают, что инвестиции в достройку этих трех энергоблоков окупятся в течение 5 ближайших лет.

В существующих экономических условиях финансирование капитального строительства в атомной отрасли затруднено из-за отсутствия -необходимых средств. Основные финансовые ресурсы эксплуатирующих организаций АЭС направляются в настоящее время на обеспечение безопасности атомных электростанций, а также на техническое перевооружение и модернизацию энергоблоков первого поколения.
Современная атомная энергетика базируется главным образом на реакторах, работающих на тепловых нейтронах, которые используют около 1 % добываемого урана. Поэтому экономически приемлемые запасы урана могут обеспечить топливом атомную энергетику достигнутого уровня не более чем на 100 лет. В настоящее время в России не реализован в полной мере замкнутый топливный цикл: ведется переработка отработавшего ядерного топлива с ВВЭР-440 и судовых ядерных установок с последующим использованием регенерированного урана в реакторах РБМК. Важнейшей задачей является переход к полному замкнутому топливному циклу и радиационно-эквивалентному захоронению радиоактивных отходов.

Топливная база крупномасштабной атомной энергетики должна быть основана на воспроизводстве и повторном использовании всех делящихся ядерных материалов, а следовательно, замкнутый топливный цикл является обязательным условием для развития крупномасштабной атомной энергетики XXI в. Ее стратегическая целесообразность основана на:
практически неограниченных ресурсах ядерного топлива (с учетом внедрения замкнутого топливного цикла и реакторов-размножителей на быстрых нейтронах);
экономических преимуществах атомной энергетики по сравнению с традиционной теплоэнергетикой;
экологических преимуществах, заключающихся в отсутствии выбросов продуктов сгорания органического топлива.

Кроме того, следует отметить, что атомные электростанции служат основой Единой энергетической системы страны, особенно в энергозонах Северо-Запада и Центра России, так как мощные АЭС - Ленинградская, Смоленская, Курская, Калининская, Балаковская и Нововоронежская - являются узловыми и во многом определяют структуру высоковольтных линий электропередачи напряжением 220 кВ и выше.

Перспективы дальнейшего развития атомной энергетики

      Многочисленные прогнозы дальнейшего использования атомной энергии в мире достаточно противоречивы и неоднозначны. В некоторых странах, как уже отмечалось, сложилось негативное отношение к АЭС, либо началось свертывание программ развития атомной энергетики. В то же время прогнозируется ее бурный рост в странах азиатского региона. Масштабы и пути развития энергетики (включая атомную) каждая страна определяет исходя из своих потребностей и возможностей.
      Большинство прогнозов сходятся на том, что потребности в электрической энергии в мире к середине XXI в. возрастут в 2-3 раза по сравнению с концом XX в., что связано с неизбежным удвоением населения Земли, а также с ростом потребления энергии в развивающихся странах. Поэтому атомная энергетика, удовлетворяющая повышенным требованиям по безопасности и экономике, должна взять на себя определенную часть прироста мировых потребностей в топливе и энергии.
      Ближайшие перспективы развития атомной энергетики в России определены в Программе развития атомной энергетики до 2010 г. [1]. Важнейшими задачами до 2010 г. являются:

наращивание производства электроэнергии на АЭС (для замещения органического топлива с высвобождением ресурсов газа и нефти) благодаря повышению эффективности использования ее существующих мощностей;
продление сроков эксплуатации энергоблоков, выработавших установленный ресурс;
продление сроков эксплуатации энергоблоков, выработавших установленный ресурс;
завершение строительства и ввода в действие новых энергоблоков, имеющих высокую строительную готовность.

Программой [1] предусматривается ввод современных энергоблоков на Ростовской, Калининской и Курской АЭС. Кроме того, до 2010 г. планируется обеспечить проектирование, строительство и ввод в эксплуатацию головных энергоблоков АЭС нового поколения повышенной безопасности с ректорами ВВЭР-640 (модификация В-407) и ВВЭР-1000 (модификация В-392) на новых площадках Сосновоборской, Кольской и Нововоронежской АЭС. Намечено сооружение энергоблоков с реакторами БН-800 на площадках Южно-Уральской и Белоярской АЭС. Предстоит довести до практической реализации и продемонстрировать эффективность и высокую безопасность ACT - атомных станций теплоснабжения для обеспечения теплом крупных городов и регионов. Программой [1] предусмотрена также расконсервация и достройка Воронежской ACT с двумя энергоблоками тепловой мощностью по 500 МВт, а также сооружение новой аналогичной двухблочной ACT в г. Томске.
В соответствии с этим документом [1] в России намечено достигнуть следующих показателей:

	2005 г	2010 г
Установленная мощность АЭС, ГВт (эл)	26,9	27,6...29.2
Объем производства электроэнергии, млрд. кВт× ч	140	150...170

Реализация Программы создает предпосылки для начала крупномасштабного развития атомной энергетики на основе энергоблоков АЭС нового поколения.
По мнению ведущих ученых и специалистов, в XXI в. атомная энергетика будет важнейшей составляющей в топливно-энсргетичсском балансе страны [2,3]. Оценки запасов ядерного топлива в земной коре и в водах океанов показывают, что производство атомной энергии не встретит ресурсных ограничений на обозримый период времени даже при консервативных предположениях о возможном его извлечении. В крупномасштабной атомной энергетике будут использоваться реакторные установки различного типа, в том числе для выработки электроэнергии и тепла, расширенного воспроизводства ядерного топлива, выжигания актинидов и для других практических задач.

Важным является проведение намеченных научных исследований и опытно-конструкторских работ (НИОКР) по созданию и внедрению в атомную энергетику XXI в. реакторных установок с естественной безопасностью, в которых детерминистически исключаются тяжелые аварии с повреждением топлива в активных зонах реакторов. Принцип естественной безопасности атомной энергетики распространяется на весь ядерно-топливный цикл и включает в себя следующие требования:
исключение тяжелых аварий с повреждением ядерного топлива, представляющих радиационную опасность для населения;
надежное обращение и захоронение радиоактивных отходов;
обеспечение режима нераспространения ядерных материалов.

      Перспективы и масштабы возможного внедрения атомной энергетики вытекают из прогноза развития энергетики, структуры топливно-энергетического баланса и других условий, связанных с состоянием экономики страны. К 2020 г. возможно увеличение доли производства электроэнергии на АЭС до 20...30 % в целом по стране и до 25.. .40 % в европейской части России [1]. По оценкам специалистов, производство электроэнергии в России в 2020 г. в 1,5-1,8 раза превысит уровень 1999 г. Таким образом, установленная мощность российских АЭС может достигнуть уровня 40...45 ГВт(эл), а производство электроэнергии на атомных станциях - 220... 250 млрд. кВт× ч.
      Широкомасштабное использование атомной энергетики в России [2, 3] возможно к середине XXI в., и в этот же период, по-видимому, начнется практическое освоение термоядерного синтеза. Развитие термоядерной энергетики [2] будет основано на реализации международного проекта создания термоядерного реактора ИТЭР и на положительном опыте, накопленным в атомной промышленности.
      Оценивая перспективы атомной энергетики [2], необходимо иметь в виду, что к настоящему времени в России сложилась благоприятная ситуация со складскими запасами урана, достаточными для работы атомных электростанций общей электрической мощностью 70...75 ГВт в течение нескольких десятилетий (даже при незамкнутом топливном цикле).
      Таким образом, несмотря на доминирующий вклад природного газа в покрытие энергопотребления, в первой половине XXI в. в топливно-энергетический баланс страны будут вносить существенный вклад уголь, нефть и атомная энергетика.
      Формирование крупномасштабной атомной энергетики позволит снизить потребление органического топлива (и в первую очередь природного газа), реструктурировать экспортный потенциал России и восполнить его другими энергетическими ресурсами, способствовать решению экологических проблем, связанных с энергетикой, а также решить задачу длительного и надежного энергообеспечения отдаленных и труднодоступных районов страны, использующих жидкие органические виды топлива.
      Оценивая перспективы атомной энергетики [2], необходимо иметь в виду, что к настоящему времени в России сложилась благоприятная ситуация со складскими запасами урана, достаточными для работы атомных электростанций общей электрической мощностью 70…75 ГВт в течение нескольких десятилетий (даже при незамкнутом топливном цикле).
      Таким образом, несмотря на доминирующий вклад природного газа в покрытие энергопотребления, в первой половине XXI в. в топливно-энергетический баланс страны будут вносить существенный вклад уголь, нефть и атомная энергетика.
      Формирование крупномасштабной атомной энергетики позволит снизить потребление органического топлива (и в первую очередь природного газа), реструктурировать экспортный потенциал России и восполнить его другими энергетическими ресурсами, способствовать решению экологических проблем, связанных с энергетикой, а также решить задачу длительного и надежного энергообеспечения отдаленных и труднодоступных районов страны, использующих жидкие органические виды топлива.
      Дальнейшее крупномасштабное развитие атомной энергетики в России будет способствовать обеспечению энергетической составляющей национальной безопасности страны благодаря экономии органического топлива, снижению техногенного воздействия на окружающую среду, повышению конкурентоспособности российских АЭС на внутреннем и международном рынках.

Основные направления научно-технического прогресса в атомной энергетике

      Обеспечение крупномасштабного развития атомной энергетики требует разработки и внедрения новых ядерных технологий, способных взять на себя удовлетворение существенной части прироста электроэнергетических мощностей в стране, стабилизируя (или снижая) при этом потребление органических видов топлива и в первую очередь газа.
      В рамках федеральных целевых и отраслевых программ в ближайшие годы предстоит завершить комплекс НИОКР, ориентированный на создание новых реакторных установок, а также разработку технологий, направленных на решение научно-технических проблем ядерного топливного цикла, в том числе малоотходной ("сухой") технологии переработки ОЯТ, радиационно-эквивалентного захоронения радиоактивных отходов и других назревших проблем.
      Разработка проектов АЭС нового поколения для атомной энергетики XXI в. ведется по нескольким направлениям:

продолжается дальнейшее эволюционное совершенствование реакторных установок и технологических схем энергоблоков с корпусными легководными реакторами типа ВВЭР, которые хорошо себя зарекомендовали во многих странах мира. Примером такого эволюционного совершенствования являются проекты энергоблоков с ВВЭР-1000 (мод. В-392) и ВВЭР-640 (мод. 407);
дальнейшее совершенствование проектов АЭС с реакторами на быстрых нейтронах. Продолжается разработка хорошо освоенной в России конструкции и технологии реакторов типа БН с жидкометаллическим натриевым теплоносителем. Уже в ближайшее десятилетие должны быть сооружены энергоблоки с реакторами БН-800М.

      В научно-исследовательском и конструкторском институте энерготехники (НИКИЭТ) ведутся исследования и технические проработки по созданию опытно-демонстрационного энергоблока АЭС электрической мощностью 300 МВт с быстрым реактором со свинцовым теплоносителем БРЕСТ-ОД-300 с замкнутым топливным циклом [4]. Главной целью создания АЭС с таким реактором является демонстрация новой ядерной технологии, обеспечивающей естественную безопасность атомной энергетики, которая должна стать основой при крупномасштабном развитии и внедрении АЭС в XXI в. По оценкам разработчиков, реакторная установка БРЕСТ будет удовлетворять всем требованиям безопасности во всех режимах эксплуатации, а также в любых аварийных ситуациях, не приводя к разрушению ядерного топлива и тем самым исключая недопустимые выбросы радиоактивных веществ и радиационное воздействие на население и природу окружающих территорий.
      Апробация и освоение новой технологии БРЕСТ позволит перейти к сооружению АЭС с реакторными установками такого типа, которые будут иметь высокие технико-экономические показатели, не уступающие современным тепловым электростанциям при единичных электрических мощностях энергоблоков до 1 200 МВт и обеспечат реализацию замкнутого ядерного топливного цикла.
      К перспективным ядерным технологиям следует отнести разработки [5] в ряде стран, в том числе и в России, атомных электростанций с высокотемпературными газовыми реакторами (ВТГР) повышенной безопасности с гелиевым теплоносителем.
      Высокотемпературные газовые реакторы и быстрые газовые реакторы-размножители является следующим поколением перспективных и безопасных ядерных источников как для выработки электрической энергии, так и для получения высокопотенциального технологического тепла. Температура теплоносителя на выходе из реактора, достигающая 900...950 °С, а в перспективе и 1400 °С, является предпосылкой высокой термодинамической эффективности и высоких технико-экономических показателей ядерных установок типа ВТГР.
      В НИКИЭТ ведутся исследования и конструкторские проработки по атомным парогазовым установкам. В настоящее время выполняются НИОКР по переводу реакторной установки ВК-50, работающей в институте атомных реакторов НИИАР (г. Димитровград), в режим атомной парогазовой установки для апробации новой технологической схемы и оценки безопасности и экономической эффективности таких АЭС.
      Наличие в России удаленных и труднодоступных регионов (Крайний Север, Дальний Восток и др.) с низкой плотностью населения предопределяет целесообразность использования для электро- и теплоснабжения автономных ядерных источников небольшой мощности.
      В наибольшей степени требованиям автономных энергоисточников удовлетворят [3] атомные теплоэлектроцентрали с реакторами, использующими естественную циркуляцию теплоносителя, с максимальным оснащением таких установок системами зашиты и безопасности с пассивным принципом приведения их в действие.
      Программой [1] предусматривается сооружение головных ядерных установок малой мощности, в том числе строительство АТЭЦ в г. Певек (на Чукотке) и в Приморском крае, на базе судовой реакторной установки типа КЛТ-40 тепловой мощностью 70 МВт. В России морская транспортная энергетика получила широкое развитие и хорошо себя зарекомендовала.
      В XXI в., безусловно, будет продолжаться дальнейшее развитие и совершенствование транспортной (судовой) атомной энергетики. Вполне реально и создание плавучих атомных электростанций.

Воронин Л.М., доктор техн. наук
ВНИИАЭС

      Список литературы:
      1. Программа развития атомной энергетики Российской Федерации на 1998-2005 годы и период до 2010 года Постановление Правительства Российской Федерации 21 июля 1998, № 815.
      2. Велихов Е.П. Энергетика XXI в. и Россия // Энергия. Экономика. Техника. Экология. 1999. № 12. С. 2-9.
      3. Требования к атомным станциям XXI в. / П.Н. Алексеев. А.Ю. Гагаринский, Н.Н. Пономарев-Степной, В.А. Сидоренко // Атомная энергия. 2000. Т. 88. Вып. 1. С. 3-14.
      4. Самосогласованная модель развития ядерной энергетики и ее топливного цикла / Е.О. Адамов, И.Х. Ганев, А.В. Лопаткин н др. // Атомная энергия. 1999. Т. 86. Вып. 5. С. 361-370.
      5. Лозовецкий В.В. Новое о перспективных ядерных реакторах // Атомная техника за рубежом. 2000. № 2. С. 14-19.