Роль ядерной энергетики в современном мире: преимущества и риски атомной энергии и новейшие технологии реакторов

atomic-energy.ru

Атомная энергетика – одно из важнейших направлений экономики, предназначенное для выработки электрической энергии на основе ядерных технологий. На её долю в 2021 году пришлось 9,8% планетарного коммерческого производства электроэнергии. Атомные реакторы в 2021 году выработали 2653 ТВт·ч 

Несмотря на снижение производства электроэнергии атомными электростанциями в 2022 году на 4,3% в связи с остановкой целого ряда станций во Франции, выводом их из эксплуатации в Бельгии и Германии, свертыванием генерации на Украине, говорить о стагнации в отрасли не приходится. Об этом свидетельствует отчёт Международного энергетического агентства, прогнозирующий в ближайшие два года рост производства атомной энергии на 3,6% ежегодно, а также увеличение инвестиций в наиболее крупные проекты отрасли с 44 млрд $ в 2021 году до 49 млрд $ в 2022 году.

Преимущества ядерной энергетики

Ядерная энергетика является одной из самых молодых и динамично развивающихся отраслей глобальной экономики. В силу своей специфики наделена рядом достоинств (по сравнению с иными способами выработки энергии).

Высокая энергетическая эффективность

Именно здесь и заключено основное преимущество атома, позволяющее при минимуме топлива 24 часа в сутки на протяжении 365 дней в году и при заправке один раз в полгода или в год обеспечивать потребителей электрической энергией. При этом 1 кг обогащённого до 4% урана даёт возможность сгенерировать энергию, получаемую при сжигании 60 т нефти или 100 т каменного угля. Плюс к этому – имеются перспективные наработки в области восстановления отработанного топлива с целью повторного применения после регенерации. Это предоставляет возможность перехода на полностью замкнутый и практически почти безотходный цикл работы АЭС.

Сокращение выброса парниковых газов

Использование ядерной энергии позволяет ежегодно избежать выбросов свыше 1 млрд т углекислого газа. Кроме того, в атмосферу не попадает метан. По данным Всемирной ядерной ассоциации, на 1 гигаватт-час вырабатываемой АЭС энергии приходится 29 т СО2.

Для сравнения:

• в случае использования энергии ветра этот показатель составляет 26 т на ГВт∙ч;
• при применении солнечной энергии – 85 т на ГВт∙ч,
• при сжигании бурого угля – 1054 т на ГВт∙ч,
• каменного угля – 888 т на ГВт∙ч.

Независимость от нефти и газа

Атомная энергетика полностью независима от традиционных углеводородов. Говорить об их использовании здесь можно лишь в свете выполнения необходимых для её обеспечения транспортных перевозок или осуществления иных вспомогательных потребностей.

Риски и вызовы

Говоря о множестве достоинств атомной энергетики, нельзя сбрасывать со счётов и её недостатки.

Безопасность ядерных реакторов, предотвращение аварий

Вопросы безопасности ядерных реакторов, а также процессов, связанных с добычей и транспортировкой ядерного топлива, стоят на повестке дня с начала освоения атомной энергии. Не зря станции выполняются из бетона толщиной в несколько метров. Но и это не даёт гарантий полной безопасности, подразумевающей следующую концепцию: «Безопасным считается такой реактор, который ни при каких неконтролируемых ситуациях не создает радиоактивное загрязнение вне пределов реакторного зала. Реактором с внутренней безопасностью называется такой безопасный реактор, в котором авария гасится не усилиями человека (оператора), а автоматически, в силу заложенных в него физических причин».

Учитывая человеческий фактор (26 апреля 1986 года произошла авария на Чернобыльской АЭС) и внешнее воздействие (авария на АЭС Фукусима-1 в связи с сильнейшим землетрясением и цунами 11 марта 2011 года), системы безопасности и защиты в ядерной энергетике год от года непрерывно совершенствуются. Их надёжность, безотказность постоянно улучшается с целью предотвращения даже самой возможности возникновения аварий. Однако всё это даёт пока лишь ограниченные результаты.

Управление ядерными отходами и их утилизация

В процессе осуществления управляемых ядерных реакций создаются ядерные отходы и значительное количество радиоактивно загрязнённого, отработавшего свой срок оборудования. Технологии их сбора, переработки и утилизации не только небезопасные, но и дорогостоящие. Это порождает массу проблем перед отраслью как сегодня, так и на протяжении ближайшего будущего.

Так, ежегодно в мире образуется примерно 10 500 т отработанного ядерного топлива (ОЯТ). К настоящему времени его было произведено 290 тыс. т, а переработано порядка 100 тыс. т. Современные перерабатывающие мощности, в наибольшей степени сосредоточенные в Великобритании (600 т в год), России (400 т/год) и Японии (800 т/год), позволяют ежегодно осваивать до 5 тыс. т ядерных отходов.

В России накоплено порядка 20 тыс. собственного ОЯТ. Единственное занимающееся этим делом предприятие – РТ-1 на ПО «Маяк» расположено на территории Челябинской области в закрытом городе Озёрске.

Новейшие технологии реакторов

Ядерные реакторы подразделяются по поколениям. Первое из них, представленное такими моделями, как Shippingport, Magnox/UNGG, AMB, Fermi 1 и Dresden 1, начало своё существование с 1940-х годов. Работа ядерных реакторов поколения I продолжалась до 1960-х годов, впрочем, последний из них на АЭС Уилфа был выведен из эксплуатации в 2015 году.

Ядерные реакторы II-го поколения, ставшие продолжением реакторов I-го, моделей PWR, CANDU, BWR, AGR, РБМК и ВВЭР получили своё распространения с середины 1960-х до середины 1990-х годов. На смену им пришло III-е поколение, впервые освоенное Японией на базе усовершенствованных реакторов с кипящей водой.

Усовершенствование существующих систем

Усовершенствованием реакторов поколения III стали реакторы поколения III+. На стадии использования тех и других сегодня и пребывает мировая ядерная энергетика. Реакторы IV-го поколения, планирующие применять в качестве теплоносителя воду, гелий, жидкий металл (свинец), расплавленную соль и при этом варьировать нейтронный спектр в пользу тепловых или быстрых нейтронов, пока что пребывают в стадии исследований, предусматривающих своей целью коммерческое использование. Наибольшее развитие здесь получил реактор на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем.

О реакторах V-го поколения, с практической точки зрения пока что не осуществимых, деятели науки и техники высказываются лишь в виде теоретических гипотез и концепций.

Инновационные концепции реакторов следующего поколения

Под Томском в городе Северске реализуется суперновый проект «Прорыв». Событие по замыслу разработчиков должно стать историческим. Здесь создаётся реактор принципиального нового типа БРЕСТ-ОД-300, обещающий стать практически вечным. Земных запасов предназначенного для него топлива, по оценкам профильных специалистов, должно хватить как минимум на 100 лет.

Это будет установка на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем. Работать она должна на смешанном уран-плутониевом топливе, носящем название МОКС. Промышленный комплекс по выпуску МОКС-топлива уже создан на площадях Горно-химического комбината «Росатома» в городе Железногорске Красноярского края.

Отличительной особенностью проекта выступает создание комплекса по переработке отработанного ядерного топлива, остатков обогатительного производства и последующая фабрикация нового топлива. Но и это ещё далеко не всё. Получение на реакторе БРЕСТ энергии обещает быть экологически чистым и безопасным, так как расплав свинца инертен по отношению к воде и воздуху.

Заключение

Ядерная энергетика в современном мире находится на переломном этапе своего развития, объясняемого двусмысленностью ситуации, содержащей в себе противоречие между вопросами безопасности и вопросами обеспечения всё возрастающего уровня потребления энергии. Специфика противоречия такова, что именно эта отрасль энергетики в ближайшей перспективе способна разрешить проблему глобального энергетического дефицита. Особенно это актуально там, где доступ к иным источникам энергии ограничен, или там, где предоставляет посредством строительства АЭС возможность удовлетворять всё возрастающие запросы.

Тенденции подобного рода можно наблюдать в наиболее экономически развитых регионах мира. Там, где прекрасно осознают, что решение проблемы энергообеспечения нашей цивилизации лежит в плоскости одновременного получения огромного (по нынешним меркам) количества энергии, сопровождающегося снятием многих вопросов обеспечения безопасности населения и окружающей среды. Перспективы здесь прослеживаются, и не только в области освоения новых горизонтов атомной энергетики, но и в сфере постановки на службу человечеству управляемой термоядерной реакции, обещающей реальное воплощение в виде строительства первых термоядерных электростанций (ТЯЭС) с 2045 года.