Малые АЭС - большие возможности

Арктические территории России обладают значительными запасами топливных ресурсов, но их распределение, разведанность и освоенность крайне неравномерны. Поэтому в рамках северного завоза ежегодно поставляется до 6–8 млн т горюче-смазочных материалов и до 20–25 млн т угля. Доля транспортной составляющей в стоимости топлива достигает 70%. Стоимость угля доходит до 8 тыс. руб./т, дизельного топлива – до 80 тыс. руб./т и существенно превосходит цену внутреннего и мирового рынка. Сроки доставки в отдельные пункты (в частности, по Якутии) достигают 1,5 – 2,5 лет.

«Районы Крайнего Севера Республики Якутия обслуживают локальные дизель-электростанции (161), потребляя 118 тыс. тонн дизельного топлива в год. Наряду с котельными (365) они обеспечивают электроэнергией 175 поселений (около 150 тыс. человек). Дизельные станции имеют критический износ, а доставляемое топливо по сложной многозвенной цепочке формирует больший процент (65 %) затрат на локальную энергетику, играя определяющую роль в формировании высокой себестоимости электрической энергии на ДЭС. На таких территориях тариф на электроэнергию для изолированных потребителей достигает катастрофически высоких показателей – 600-2000 руб./кВт·ч при низкой платежеспособности этих же потребителей» [1].

Малые АЭС (атомные станции малой мощности, АСММ) являются относительно дорогими энергоисточниками, но при такой ценовой ситуации конкурентоспособной окажется малая АС практически любого типа, подходящей мощности. Задача использования АСММ заключается в надёжном автономном энергообеспечении таких районов, создании достойного качества жизни северян. Чем суровее климат и чем удалённее регион, тем выше должны быть требования к комфортности жилья. «Социалка» должна быть на первом месте; но не только для этого нужны АСММ на Северах – класс решаемых ими задач очень широк: устранение энерго-кризисных явлений в удалённых точках и «быстрое энергетическое реагирование» (мобильные АС); возрождение и развитие промышленности и с\х, обустройство портов СМП и обновление их инфраструктуры; участие в повышении эффективности нефте-газодобычи, замещение сжигаемых на собственные нужды УВС для экспорта; получение местного искусственного моторного топлива для малой авиации и транспорта удалённых регионов (медицинская авиация, малотоннажные морские суда, местный транспорт) путём производства водорода, метанола, диметилового эфира (ДМЭ); энергоснабжение рудников и ГОКов; обеспечение энергией навигации кросс-полярных авиарейсов; стратегическая – обеспечение информационных потоков (связи, дистанционного образования, теле-медицины и проч.).

В рамках государственной энергопрограммы, с 2007 года в России ведётся реализация головного (пилотного) проекта плавучей атомной теплоэлектростанции (ПАТЭС) малой мощности на базе плавучего энергоблока с двумя реакторными установками КЛТ-40С (электрической мощностью по 35 МВт), аналогичными тем, что используются на атомных ледоколах и подводных лодках. Станцию планируется разместить в г. Певек Чукотского автономного округа; реализация этого проекта позволит обеспечить надёжное и экономически эффективное энергоснабжение потребителей Чаун-Билибинского промышленно-экономического района, где сейчас действует первая в мире АС за Полярным кругом – Билибинская. На БиАЭС в 1974-1976 гг. были введены в эксплуатацию 4 энергоблока с канальными водографитовыми реакторами ЭГП-6, но этот реальный действующий по сей день объект малой атомной энергетики в ближайшие годы будет выводиться из эксплуатации по исчерпании проектного срока службы. При общей установленной электрической мощности энергоблоков 48 МВт отпуск тепла составляет 78 МВт и может быть максимально увеличен до 116 МВт при снижении электрической мощности до 40 МВт.

АСММ хороши тем, что могут работать автономно как вне энергосетей, так и в их составе. Современные разработки имеют период автономности от 10 до 60 лет. При этом уровень мощности энергоустановки может быть выбран практически любой в интервале от 1 до 300 МВт_э.

В таблице представлены наиболее проработанные российские проекты реакторов для АСММ.

О заблуждениях относительно дороговизны АСММ по сравнению с большими мощностями и другими видами энергогенерации говорилось в первой части статьи, но напомним ещё раз: за более высокую безопасность, удобство автономности и надёжность энергообеспечения надо платить. Да, в энергосистемах центральных регионов страны АСММ с их ценой электричества до 20-30 руб/кВт∙ч неконкурентоспособны, но вспомним про регионы с 600 – 2 000 руб. за кВт∙ч!..

Весомым преимуществом АСММ являются значительно меньшие абсолютные затраты на реализацию проекта, чем у больших АЭС, а также кардинальное снижение практически всех рисков, в том числе и для инвесторов. Они могут обеспечивать бесперебойное и необслуживаемое производство электроэнергии в течение 30-40 лет, что позволяет использовать их в функции легко просчитываемого и гарантированного залога при долгосрочных кредитах и инвестициях.

Напомним, что АСММ – дорогой объект, и не всегда для его окупаемости будет достаточно продавать его тепло и электричество. Точную стоимость проекта АСММ назвать невозможно, поскольку неизвестны ценовые характеристики в неопределённом периоде будущего, однако можно сделать оценки, базирующиеся на существующих проектах. Так, если принять что стоимость 1 кВт установленной мощности малой АС будет в 1,5-2 раза выше, чем блока большой мощности (а на сегодня это 5-7 тыс. долл.), то суммарные инвестиции в проект АСММ с электрической мощностью 10 МВт составят 75-140 млн. долл. При серийном строительстве малых блоков срок ввода в действие не должен превышать 2-3 лет. (Существующий на сегодня опыт сооружения плавучей АТЭС «Академик Ломоносов» никак нельзя считать ни типовым, ни тем более серийным. Это уникальный первый, головной образец, на котором отрабатываются не только технические приёмы (по которым имеются большие заделы и опыт), но и организационно-экономические схемы, которые для таких объектов в условиях рыночной экономики являются абсолютно новыми и неизведанными. Этим и обусловлен неприемлемо длительный срок строительства и соответственно возрастающие суммарные затраты.)

Однако для повышения экономической эффективности автономных АСММ есть способ «кластеризации»: АСММ могут стать основой для энерготехнологических комплексов (кластеров) по производству на местах важной или высокоценной продукции с высокой добавленной стоимостью – например, производства водорода и на его основе переработки неконвенционных углеводородов (угля, тяжёлых нефтей, биомассы) для производства на месте синтетических моторных топлив; пищевых и сельскохозяйственных продуктов; добычи и обогащения руд цветных металлов, бытового и промышленного тепла, опреснения морской воды с безотходной переработкой рассолов, мореферм и ещё многих других. Оценки такого подхода показывают, что достигается синергетический эффект подобных когенерационных производств, который составляет порядка 3-3,5 : 1, т.е. по сравнению с доходностью от производства и продажи только электроэнергии.

Считается, что затраты труда и энергии в искусственное рыбоводство незначительны по сравнению с промышленным рыболовством. Инвестиции в «засевание» малой территории и в заготовительное оборудование малы, в то время как вклад в продовольствие значителен и стабилен. Так, по оценкам, при затратах энергии около 12 тыс. кВт ч можно получить выход ~20 т рыбы в год.

В таком случае экономика такого изолированного района – автономного энерготехнологического комплекса (техноэкополиса) – должна оцениваться не раздельно (электроэнергия – тепло – полезная продукция), а именно совместно; такая когенерация уникальной продукции в рамках единого проекта существенно изменит экономические показатели в сторону улучшения. Но подчеркнём, что данное производство в данном месте не могло бы быть осуществлено иначе, как при помощи ядерно-энергетических установок, в силу сложностей иного способа энергообеспечения.

При рассмотрении вопроса применения АСММ для регионов Крайнего Севера и Дальнего Востока России нами было проанализировано более 250 пунктов. Предполагается построить мини-серию ПАТЭС для энергоснабжения северных районов Якутии в целях освоения и разработки минерально-сырьевых ресурсов, социально-экономического развития этих районов. 

Ещё необходимо заметить по поводу расхожих заблуждений об альтернативности (или безальтернативности) вариантов размещения АЭС - «подземная/наземная/или/плавучая» и т. п. Бытует косная система взглядов, что «плавучка» – это только КЛТ-40 (для знатоков ещё АБВ-6 и ВБЭР-300), хотя на плаву может «ходить» подавляющее большинство известных типов реакторов с подходящими для плавсредства массо-габаритами-мощностью (может быть, за исключением тех, что с естественной циркуляцией теплоносителя: будут трудности с обоснованием эксплуатационной надёжности при кренах-дифферентах); а под землёй так и вообще может быть размещён абсолютно любой тип и размер реакторов, всё будет зависеть от стоимости, которую за это готовы заплатить с учётом «поимки обоих зайцев»: близлежащее пространство получает хорошую защиту от любых инцидентов на АЭС, а сама подземная АЭС получает надёжную защиту от любых внешних воздействий (ураган, падающий самолёт и даже ракетно-ядерный удар).

Выбор есть и для контуров преобразования тепла в электричество: традиционные паровые турбины (ПТУ) с прудом-охладителем или с сухими градирнями, газотурбинные установки (ГТУ) – замкнутого или открытого типа (на воздухе), прямое преобразование тепла в электричество, нетрадиционные – двигатели Стирлинга, усложнённые карнотизированные циклы ПТУ и ГТУ... Пока все проекты существуют «на бумаге», перекомпоновка оборудования – чисто инженерная задача (но с учётом граничных условий «разумности», т.е. технической реализуемости и целесообразности). В любом случае выбор варианта энергоснабжения изолированного потребителя – это сложный процесс оптимизации между видами генерации и прогнозными ценами на топливо и планами развития региона.

Но одна станция, как и ласточка, погоды не сделает. По приблизительной оценке для зоны децентрализованного энергоснабжения, а это почти 2/3 территории нашей страны с почти 10-миллионным населением, необходимо порядка 20 ГВт суммарных установленных мощностей малых АС. Что при средней мощности блока 10 МВт означает, ни много ни мало, 2 000 блоков и будет называться «Системой АС малой мощности».

Мы не говорим, что это «планы»; это просто «надо» – и всей стране – для целостности и связности территории, чтобы не быть «лоскутным одеялом», и тем северянам, кто каждый день проживают как героический подвиг.

Модный в наше время вопрос про терроризм в связи с уязвимостью малых АС в удалённых точках (как Тикси, Диксон, Чокурдах, Юрюнг-Хая) можно осветить следующим образом: во-первых, туда надо добраться. Во-вторых, с «опасным грузом», в-третьих, это «небольшая деревня», все всех знают; и самое существенное – ведь зачинщикам терактов нужен громкий PR-эффект, а в случае «успеха такого предприятия» подвергнутся облучению, и не факт что избыточно-опасному, разве что несколько человек из персонала; к тому же информация до СМИ дойдёт не скоро и без ярких онлайн репортажей. На наш взгляд, такие объекты для терроризма малопривлекательны: напрямую работает эффект «защиты расстояниями».

И не только на Северах энергетика сейчас ассоциируется с решением экологических, экономических и социальных проблем. В современном мире энергетика стала уже не столько технической системой, сколько социальной подсистемой, учитывая, что на неё завязаны как функционирование связи, промышленного, транспортного и коммунально-бытового секторов, так и связанные с ними «социальная безопасность» и экологическое благополучие (в наибольшей степени – для крупных городов). А арктическая зона страны потому и испытывает трудности с энергообеспечением, что работает естественная, природная положительная обратная связь: суровые природно-климатические условия требуют повышенного удельного энергопотребления, но они же и препятствуют адекватному энергообеспечению, будь то средствами возобновляемых природных энергоресурсов (ВИЭ), так и средствами традиционной органической энергетики (включая, в первую очередь, трудности доставки энергоносителей).

Таким образом, АСММ в состоянии выступить ключевым фактором пространственного развития России. И наоборот: можно утверждать, что без проектирования и реализации федеральной сети АЭС малой и средней мощности в России будет происходить усиление неравномерности регионального развития и ускорение деградации большинства удалённых регионов России.

Поэтому не следует разделять категорично энергетику, безопасность, экономическое развитие, экологическое и социальное благополучие Арктических регионов, т.к. это звенья единой цепи. Будет энергообеспечение – будет повод говорить об экологии, будет основа для выполнения социальных программ, будут транспорт и связь, будет сохранено единое экономическое пространство северных регионов.

Целостная Система Малой атомной энергетики – в первую очередь для Северов – это и амбициозный национальный геостратегический проект, и поле для прорывных технологических процессов, в том числе и в смежных отраслях, и активное присутствие России в Арктической зоне для сохранения территориальной целостности страны, а также геоэкономический экспортный потенциал для завоевания международных рынков энергопроизводства и опреснения морской воды. Эта задача вполне соответствует уровню Национального Проекта.

Автор: Татьяна Дмитриевна Щепетина, к.т.н., начальник лаборатории НИЦ «Курчатовский институт». 

Ссылки

1. Киушкина В.Р. Оптимизация локальной энергетики децентрализованных территорий северных регионов через укрепление позиций энергетической безопасности (на примере Республики Саха (Якутия)) // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 9, №6 (2017) https://naukovedenie.ru/PDF/113TVN617.pdf

2. Иванова И.Ю., Тугузова Т.Ф., Попов С.П., Петров Н.А. Малая энергетика Севера: Проблемы и пути развития.- Новосибирск: Наука, 2002.-188 с.

3. Броня крепка, и крабы наши быстры. http://www.norge.ru/news/2002/12/11/404.html от 11.12.2002 г.