Сложно, дорого, но нужно: чтобы выжить, атомной энергетике придется сильно измениться

• Побочное дитя оборонпрома
• Атомная эйфория
• Почему не взлетел атомный самолет и не поехал атомный танк
• Станет ли мирный атом еще и «зеленым»
• Реактор, который определит судьбу?

В нашей стране ситуация с атомной энергетикой довольно странная. С одной стороны, Россия является одним из лидеров в области ядерных технологий и крупнейшим мировым поставщиком оборудования для АЭС. Сегодня в мире работает около 440 ядерных реакторов, из них более 40 построено по российским и советским проектам. Госкорпорация «Росатом» имеет заключенные контракты на строительство 32 атомных реакторов в разных странах и в настоящий момент реализует атомные проекты в Белоруссии, Турции, Бангладеш и ряде других государств.

Кроме того, Россия контролирует около 40% рынка обогащенного урана, который используется в качестве ядерного топлива, и 17% рынка тепловыделяющих сборок для ядерных реакторов. Но в то же время внутри страны доля атомной генерации всего лишь 20%, а большая часть электричества вырабатывается на тепловых станциях (ТЭС). Из-за огромных запасов угля и углеводородов еще со времен СССР необходимость развития ядерной энергетики, скажем так, не была очевидной с экономической точки зрения.

И после распада СССР атомная энергетика развивалась не очень высокими темпами. Так, перекрыть рекордный показатель советских времен по выработке электроэнергии на АЭС удалось только в 2020 году, когда было выработано 215,8 млрд кВт⋅ч электроэнергии.

На начало 2022 года, по данным госкорпорации «Росатом», в РФ работало 11 атомных станций с 37 энергоблоками общей установленной мощностью около 29,5 ГВт. В 2021 году они произвели уже около 222 млрд кВт⋅ч электроэнергии.

Теперь, учитывая мировой тренд на безуглеродную энергетику, власти страны хотят нарастить удельный вес атомной генерации. В марте прошлого года гендиректор «Росатома» Алексей Лихачев заявил о планах к 2045 году довести долю атомной энергетики в энергобалансе страны до 25 %. По предварительным оценкам, это потребует ввода 24 блоков, в том числе на новых площадках и в новых регионах.

Вопрос в том, что российский атомный парк устаревает. Например, у реакторов РБМК, построенных в 1970-е годы, истекает срок службы. Три из них уже были остановлены, восемь оставшихся должны прекратить работу к 2035 году. Если не замещать выбывающие мощности, то к 2035-му объем атомной генерации в стране сократится примерно на треть от текущего уровня, а к 2045-му – почти вдвое. Для решения этой проблемы еще в 2017 году правительство утвердило Генеральную схему размещения объектов электроэнергетики до 2035 года, которая предусматривает замену старых реакторов.

Как отмечают эксперты, динамика развития атомной генерации зависит от определения ее роли в экономике. А она пока не совсем ясна: одни называют ядерную энергию энергией будущего, другие видят в ней лишь уходящий тренд. Между тем атомной энергетике уже приходилось пережить и взлет, и падение.

Побочное дитя оборонпрома

В одной из своих презентаций научный руководитель проекта «Прорыв» (создание реакторов на быстрых нейтронах) Евгений Адамов назвал атомную энергетику «бастардом» оружейных программ. Первые ядерные реакторы строились вовсе не для выработки энергии, а для получения компонентов ядерного оружия. Но огромный энергетический потенциал расщепления атомного ядра для физиков был очевиден. Еще весной 1947 года (т. е. за два года до испытания первой советской атомной бомбы) нарком Михаил Первухин, один из кураторов советского атомного проекта Авраамий Завенягин и физик Игорь Курчатов направили Лаврентию Берии письмо с предложениями организовать работы по использованию тепла ядерных реакций для создания энергосиловых установок.

Главная особенность атомной энергетики – крайне высокая энергоэффективность. По словам заместителя директора Института ядерной физики и технологий НИЯУ МИФИ Георгия Тихомирова, из одного килограмма урана, обогащенного до 4%, вырабатывается столько же энергии, сколько при сжигании 100 тонн (два вагона) качественного каменного угля или 60 тонн (две цистерны) нефти.

История советского мирного атома началась 26 июня 1954 года, когда ядерный реактор в Обнинске мощностью 5 МВт стал вырабатывать энергию для потребительской электросети «Мосэнерго». Так заработала первая в мире атомная электростанция. В том же 1954 году США впервые использовали ядерный реактор уже в качестве энергосиловой установки, смонтировав его на подводной лодке USS Nautilus («Наутилус»).

Первые успехи ядерной энергетики вызвали настоящую эйфорию, 50-е годы прошлого века стали временем триумфального шествия ядерной энергетики. США, Англия, Франция обзавелись собственными атомными станциями. А инженеры и ученые строили грандиозные планы: раз есть атомная подлодка, то почему бы не сделать атомный локомотив, атомный танк, атомный самолет, даже атомный легковой автомобиль?

Атомная эйфория

В начале 50-х участник американского Манхэттенского проекта Лайл Борст совместно с инженерами компаний Westinghouse Electric и General Motors разработал проект атомного локомотива Х-12. Он имел длину около 50 метров, массу 360 тонн и мощность 7,2 тыс. лошадиных сил. Предполагалось, что атомовоз сможет разогнать состав массой 5 тыс. тонн до скорости 100 км/час за три с половиной минуты. Правда, стоил чудо-локомотив, как восемь тепловозов...

А во второй половине 50-х компания Ford представила и несколько лет возила по выставкам макет стильного ядерного авто Ford Nucleon.

Красный ядерный «Форд»

В 1957 году на волне атомной эйфории компания Ford предложила проект атомного концепт-кара Ford Nucleon. Дерзкий легковой автомобиль красного цвета и футуристичного вида, где в качестве силовой установки будут стоять атомный реактор и паровая турбина – их предполагалось разместить в удлиненной задней части кузова. По замыслу инженеров, на одной капсуле с ядерным топливом Ford Nucleon сможет пройти 5 тыс. миль (около 8 тыс. км), а возможно, и больше. После того как заряд иссякнет, ядерное топливо можно будет заменить на специальной заправочной станции – кто и на какие деньги их построит, компания не уточняла.

Увы, дальше дерзких замыслов дело не пошло, автоконцерн построил лишь масштабный макет Ford Nucleon, который и показывался на выставках. Ни одной рабочей модели с атомной силовой установкой собрано не было. В настоящее время макет несостоявшегося атомного автомобиля находится в музее Генри Форда в штате Мичиган.

Но быстро выяснилось, что мирный атом – это сложно и очень-очень дорого. Коммерческие проекты вроде атомного локомотива, а тем более автомобиля оказывались не то что нерентабельными, а невыполнимыми. Поэтому работы по созданию атомного транспорта локализовались в рамках военных программ либо крупных проектов, финансируемых государством.

Так, в Америке всерьез разрабатывался проект танка с атомной силовой установкой – он остался лишь на бумаге. Военные инженеры СССР и США проектировали сверхзвуковые атомные бомбардировщики – в Союзе даже проводились летные испытания самолета с ядерным реактором на борту, хотя и не в качестве энергетической установки. А вот настоящий атомный самолет так и не взлетел.

Почему не взлетел атомный самолет и не поехал атомный танк

В 1954 году в США на конференции по перспективам развития бронетехники была предложена концепция мобильного бронированного реактора, а также танка с ядерной силовой установкой – боевой машины массой до 70 тонн, с лобовой броней 350 мм и 105-миллиметровой пушкой. Главным достоинством танка, по версии разработчиков, должна была стать высокая автономность – он мог работать 500 часов без замены топлива. Видимо, они не подумали, что автономность зависит еще и от боеприпасов, смазочных материалов и т. д. Да и автономность танкам не нужна – они действуют не сами по себе, а в составе частей и подразделений. Они не могут пойти в атаку раньше других машин первого эшелона, так что даже самый атомный танк будет ждать другую технику и выдвигаться на заданные рубежи в составе подразделения.

В середине ХХ века в СССР и США разрабатывались проекты атомных самолетов. Обе страны проводили летные испытания самолетов с ядерными реакторами на борту, однако реакторы не были подключены к двигателям. Главной целью полетов была проверка защищенности экипажей. Собственно, проблему защиты до конца решить так и не удалось, и это стало одной из причин сворачивания проекта. Вдобавок при работе двигателя практически неизбежен был бы выброс радиоактивных частиц. Но самую главную проблему обозначил один из руководителей американской программы Герберт Йорк: самолеты иногда падают.

Пожалуй, единственным успешным проектом по созданию атомного транспорта стала постройка Советским Союзом атомного ледокольного флота. Еще в начале 1980-х СССР предпринял попытку создать атомовоз – атомный локомотив для боевых железнодорожных ракетных комплексов. В 1983 году сразу несколько предприятий приступили к разработке проекта, к 1985-му он был готов, но в 1986-м признан несостоятельным и закрыт.

Что касается ядерной энергетики, то в 1970-х ее перспективы казались многообещающими. После нефтяного кризиса 1973 года цены на черное золото за год подскочили с $3 до $12 за баррель. Параллельно росла глобальная потребность в электроэнергии, а это вело к удорожанию угля и природного газа. Многие эксперты тогда полагали, что стоимость АЭС стабилизируется, а возможно, и снизится, и прочили мирному атому статус энергии будущего.

Но эксперты ошиблись – в начале 1980-х случился еще один нефтяной кризис, на сей раз кризис перепроизводства. Нефтяные котировки пошли вниз, одновременно, как назло, стабилизировался спрос на электроэнергию. Зато строительство атомных станций оказалось гораздо более дорогим, чем прогнозировалось 10 лет назад. Капитальные затраты на строительство АЭС были так высоки, что атомная генерация проигрывала конкуренцию угольным и газовым ТЭС.

В СССР после открытия богатейших залежей Западной Сибири экономическая необходимость развития атомной энергетики вообще вызывала сомнения. Конечно, от нее не отказались, но доля атомной генерации была довольно скромна, несмотря на наличие самых передовых технологий. В бедных ресурсами странах Европы АЭС играли более заметную роль (удельный вес составлял в среднем 30–40%), особенно больших успехов в атомной генерации добились государства Восточного блока, которым СССР строил и оснащал электростанции отнюдь не по рыночным ценам.

Станет ли мирный атом еще и «зеленым»

В середине 80-х в Старом Свете стали все больше задумываться о состоянии окружающей среды. Было замечено, что угольные электростанции здорово ее загрязняют, и это стало поводом для возрождения интереса к атомной энергетике. Ведь АЭС в процессе работы не производит никаких вредных выбросов. Что касается радиационного воздействия на человека, то оно ничтожно мало: облучение, вызванное всем жизненным циклом АЭС, не превышает одной десятитысячной от той дозы, что человек получает от природных источников.

«Черным лебедем» для сторонников атомной энергетики стала авария 1986 года на Чернобыльской АЭС. Оказалось, что мирный атом может быть так же опасен, как боевой. В результате ряд стран, планировавших развивать атомную энергетику, пересмотрели свои планы. Например, Австрия, которая в 1986 году завершила постройку АЭС, но после чернобыльской катастрофы так и не решилась ее запустить. Италия в 1987 году провела всенародный референдум, где итальянцы проголосовали за отказ от ядерной энергетики, и к 1990 году в стране был остановлен последний атомный реактор.

Но большая часть европейских государств по-прежнему использовала АЭС. Атомная генерация развивалась в Канаде и США, а также в крупных развивающихся странах вроде Китая и Индии.

Своеобразной точкой бифуркации явилась авария на японской АЭС «Фукусима-1» в 2011 году. Как ни странно, но больше всего она напугала не японцев, а европейцев. Именно после этого инцидента об остановке своих АЭС объявила Германия. А власти Евросоюза высказались против строительства новых объектов.

Но неожиданно снова «выстрелил» экологический фактор, на сей раз в связи с климатической повесткой. Сторонники атомной генерации в Евросоюзе – Франция и страны Восточной Европы – инициировали исследования, которые подтвердили климатическую нейтральность АЭС и вообще доказывали их экологическую безопасность. Весной 2021 года вышел доклад Научного центра Еврокомиссии (Joint Research Centre) об экологических аспектах ядерной энергетики – от добычи урана и его обогащения до утилизации отработанного топлива и вывода станции из эксплуатации. В общих чертах выводы таковы: на протяжении жизненного цикла по удельным выбросам (СО2, оксиды азота и серы, твердые частицы и т. д.) атомная станция сопоставима с солнечными и ветряными. А по некоторым параметрам даже выигрывает.

Понятно, что «зеленым» эти выводы не понравились, и они обвинили авторов отчета в связях с атомными компаниями. «Становится все более и более очевидным, что атомная промышленность не может стоять на ногах без крупного финансирования, и поэтому они отчаянно нуждаются в поддержке ЕС», – заявила советник Greenpeace по политике в ЕС Сильвия Пасторелли. Еврочиновникам она посоветовала «вместо того, чтобы позволить умирающей отрасли поглотить жизненно важное финансирование», поддержать «реальные действия» по борьбе с изменением климата.

Реактор, который определит судьбу?

Вопрос признания атомной энергетики «зеленой» – не единственный фактор, сдерживающий ее развитие. Есть объективные экономические причины: вялое развитие мировой экономики (средний рост мирового ВВП составляет лишь около 3% в год), наличие в развитых странах избыточных генерирующих мощностей и высокие запасы органического топлива. К слову, нынешний энергетический кризис в ЕС еще раз доказал экономическое превосходство и гибкость угольных ТЭС.

Плюс, как отмечал президент Российской академии наук Александр Сергеев, необходимо преодолеть две фобии, прочно связанные с АЭС: первая – это страх крупных аварий, вторая – опасения по поводу захоронения радиоактивных отходов.

Впрочем, на планы по развитию атомной инфраструктуры внутри страны эти страхи вряд ли как-нибудь повлияют. Согласно утвержденной правительством РФ генеральной схеме размещения объектов электроэнергетики до 2035 года, к этому сроку должны быть введены в строй 14 новых реакторов общей мощностью около 15,6 ГВт.

Подписаны контракты на постройку серии малых плавучих АЭС на Чукотке (они должны быть пущены в период с 2027 по 2031 год) и малой наземной АЭС в Якутии. И, наконец, знаковое событие – примерно к 2027 году должен заработать БРЕСТ-ОД-300, первый реактор на быстрых нейтронах. Сегодня на атомных станциях стоят реакторы, работающие на тепловых нейтронах. Эти установки используют в качестве топлива уран-235, а его запасы относительно невелики и, по прогнозам, могут быть исчерпаны в ближайшие 40–60 лет. Уже к 2025 году в мире может ощущаться сильный дефицит уранового топлива. Поэтому и необходим переход на новый тип энергетических установок.

«Реакторы на тепловых нейтронах – это промежуточный шаг к будущей ядерной энергетике, которая будет основана на быстрых нейтронах», – заявлял в своем выступлении Георгий Тихомиров. Последние «питаются» ураном-238, запасы которого несравненно больше. Вдобавок использование реакторов на быстрых нейтронах позволит более эффективно решать проблему отработанного топлива, что снимет экологические ограничения на распространение атомной генерации. По версии ученого, реальные перспективы в качестве энергии будущего перед атомной генерацией откроются именно в случае перехода на новый тип энергетических установок. Но пока речь идет лишь о пробных шагах.