ИННОВАЦИОННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ

Ядерная энергия: фундаментальный элемент в структуре энергетики

Атомная энергетика является стабильным, конкурентоспособным и практически свободным от выбросов в атмосферу углекислого газа источ­ником энергии для потребителей и промышленно­сти. Атомная энергетика обычно сопоставляется с производством гидроэлектроэнергии и угольной энергетикой, работающими в базовом режиме на­грузки.

Сегодня атомная энергия вносит значительный вклад в производство электроэнергии в Евросою­зе. Атомные электростанции (АЭС) обеспечивают в среднем 30%, а в базовом режиме - более 50% производства электроэнергии. В настоящее вре­мя атомная энергетика имеет решающее значение для обеспечения энергетической безопасности стран, производящих и импортирующих атомную электроэнергию. Роль атомной электроэнергетики в Европе подчеркнута в основных положениях Стратегического плана по энергетическим техно­логиям, где сформулированы направления перехо­да к низкоуглеродной энергетике к 2050 г

Поскольку электроэнергия является только ча­стью всей потребляемой энергии, то вклад АЭС в общее производство энергии по сравнению с другими источниками относительно неболь­шой. Существующие сценарии увеличения доли АЭС предполагают либо сооружение новых АЭС, либо использование более эффективных ядерных технологий. Строительство АЭС существующих типов, главным образом на основе ядерных реак­торов, охлаждаемых водой под давлением (PWR), и кипящих ядерных реакторов (BWR) связано с ре­шением целого ряда хорошо известных проблем: выбор строительной площадки, формирование от­ношения общественности к АЭС, определенные риски, связанные с крупными капиталовложени­ями, утилизация радиоактивных отходов, созда­ние современных систем безопасности. Острота этих проблем существенно снижается при более эффективном использовании ядерной технологии.

Для того чтобы способствовать дальнейшему развитию атомной энергетики и увеличивать ее вклад в общую энергетику, требуется инновацион­ный подход.

Необходимо отметить, что строительство но­вых АЭС в Западной Европе происходит достаточно медленно по ряду вышеуказан­ных причин.

Сегодня электроэнергия - основной продукт большинства атомных электро­станций, и в центре внимания - достижение максимально возможного коэффициента преобразования атомной энергии в элек­трическую, ограниченного параметрами термического цикла.

Для обеспечения надежности и управ­ления АЭС температура воды на выходе ядерных реакторов PWR должна превы­шать 300 °С, для этого требуется давление примерно 160 бар. В результате КПД со­ставляет около 33%. В похожем положении находятся и российские водо-водяные энергетиче­ские реакторы (ВВЭР), где температура немного ниже.

Таким образом, атомные электростанции уже достигают предела КПД. Это значит, что более 60% энергии теряется в виде тепла, выбрасывае­мого вместе с водой в реки или атмосферу. Необ­ходимо совершенствование методов управления и функционирования АЭС в целях повышения их эффективности за счет использования энергии, выбрасываемой в виде тепла.

В действительности, если мы посмотрим на европейский энергетический рынок, то 1 еди­нице расходуемой электрической энергии соот­ветствует примерно 9 единиц энергии других видов, потраченных главным образом на отопле­ние, транспорт, промышленные нужды, сельское хозяйство и др.

Сегодня главные энергоносители произво­дятся из ископаемых видов топлива, что сопрово­ждается значительным выбросом попутных газов, например CO₂. Возможно, в будущем значительно увеличится доля энергии, вырабатываемой воз­обновляемыми источниками (ВИЭ). Они были введены на рынок электроэнергии в соответствии с новыми приоритетными требованиями по сни­жению выбросов углерода в окружающую среду. Однако эксплуатируемые в настоящее время ВИЭ не являются конкурентоспособными, и предусмо­трены специальные меры поддержки производи­телей. Это отчасти оправдано в отношении произ­водства электроэнергии.

Широкое внедрение ВИЭ затруднит дальней­ший рост атомной энергетики и, возможно, даже блокирует его. Фактически в ближайшем буду­щем снизится значение атомных электростанций для поставок энергии, и АЭС не будут достигать даже своей нормативной загрузки. Если мы стре­мимся к увеличению доли атомной энергетики в глобальной энергетике, например для компенсации или значительного сокращения потребления полезных ископаемых и поддержания развития ВИЭ, необходимо перейти к инновационному ис­пользованию ядерной энергии.

Производство тепловой энергии на основе ядерной и ограничение выпуска электроэнергии на АЭС могут стать альтернативой существую­щим методам использования атомной энергии. Атомные электростанции будут работать как ма­кротеплоэлектростанции, тем самым позицио­нируя атомную энергетику в мировом масштабе в качестве основополагающего источника эколо­гически чистой энергии, расширяя сферы ее при­менения и придавая ей большее значение в соци­альном плане.

В условиях ограниченных возможностей рын­ка электроэнергии атомная энергетика должна предложить более сбалансированный ассорти­мент энергоносителей, в частности для отопления жилых и промышленных сооружений. Атомные электростанции - это, прежде всего, замечатель­ный источник тепла!

Ограничение производства электрической энергии приведет к более скромным требованиям к КПД, а также к возможности поддержания бо­лее низких температур и давления теплоносителя в целях повышения безопасности.

В действительности в настоящее время отсут­ствуют сценарии, предусматривающие рост обще­го производства электроэнергии за счет атомной энергетики. Причина заключается в том, что атом­ная энергетика сосредоточена на производстве только электроэнергии, причем в той сфере, где предполагается активное использование ВИЭ.

Если в ближайшее время не будут проведены ко­ренные изменения в использовании атомных элек­тростанций, то можно предположить стагнацию или длительный упадок данной отрасли, что про­слеживается в последние десятилетия.

По нашему мнению, существуют возможности для предотвращения стагнации и дальнейшего развития атомной энергетики. Атомная энергети­ка должна развиваться за счет расширения видов энергоносителей, например обеспечивать постав­ки тепла на мировой энергетический рынок.

Фактически, когда сегодня мы производим 100 единиц тепловой энергии из уранового сырья, мы обращаем их в 30 единиц электроэнергии и 70 единиц тепловой энергии, выбрасываемой в окру­жающую среду и часто приводящей к термическо­му загрязнению рек и водоемов.

Необходимо отметить, что, несмотря на более низкий КПД, электроэнергия от АЭС сегодня де­шевле вырабатываемой из углеводородов, и мы можем предположить, что тепловая энергия, про­изведенная в больших масштабах за счет ядерной энергии, также будет дешевой и экологически чи­стой.

Атомная энергетика и возобновляемые источники энергии

В странах ЕС использование энергии, выра­батываемой ВИЭ, уже стало реальностью. По­требление ветровой электроэнергии существенно возросло за последние годы. Существуют амби­циозные планы по повышению ее доли в общем объеме производства электроэнергии к 2020 году. Проводится агрессивная политика для обеспече­ния приоритета энергии, вырабатываемой за счет ВИЭ.

Если использование ВИЭ станет значитель­ным, то понятие нормативной нагрузки для про­изводителей через некоторое время может исчез­нуть. С этой точки зрения экономика основных производителей электроэнергии долж­на быть пересмотрена. Остается при­знать тот факт, что при той протекци­онистской политике в отношении ВИЭ, которая проводится сегодня, остается мало возможностей для развития атом­ной энергетики в сфере производства электроэнергии. Различные сценарии развития энергетики до 2030-2035 го­дов предполагают, что ВИЭ будут обеспечивать практически 50% по­требностей рынка. Особенно быстро будут развиваться наземные и морские ветряные, а также солнечные электро­станции.

В результате, если 50% энергии будет постав­ляться за счет ВИЭ, то сфера применения других энергоисточников существенно сужается. Пред­полагается, что доля атомной энергии останется в лучшем случае на уровне примерно 25%. Остав­шиеся 25% энергии будут получены за счет ис­копаемого топлива, а также за счет более гибкого слежения за нагрузкой производителей. В любом случае, даже с учетом общего роста потребления энергии в странах ЕС, нет возможности для рас­ширения доли атомной энергетики на рынке элек­троэнергии. Кроме того, директивы ЕС предусма­тривают стимулирование развития ВИЭ к 2020 г Предполагается ограничить развитие атомной электроэнергетики для обеспечения больших воз­можностей роста производства ветряной и сол­нечной энергии.

В действительности атомная энергетика игра­ет ключевую роль в обеспечении энергетической безопасности в странах ЕС.

Существующие АЭС необходимы сегодня и будут востребованы в последующие десятиле­тия. Напротив, современные действующие ВИЭ не смогут обеспечить ожидаемого роста энерго­снабжения в мировом масштабе, так как они нахо­дятся на начальной стадии технического развития.

В будущем развитие интеллектуальной энер­гетики, так называемых умных сетей, может даже сократить потребность в централизованном гене­рировании электроэнергии вообще, а также при­вести к тому, что принцип базовой загрузки про­изводителя окажется устаревшим.

Инновационные изменения и условия для роста

Для дальнейшего развития атомной энерге­тики необходимо обеспечить ее рост на мировом рынке первичной энергии, а не ограничиваться только сегментом электроэнергетики. Это позво­лит провести масштабное повышение значимости данного вида экологически чистой энергии, благо­даря чему можно сохранить значительное коли­чество ресурсов полезных ископаемых и реально ограничить глобальные выбросы в окружающую среду.

В то же время верно и другое утверждение: если не удастся сделать так, чтобы атомная энер­гетика была полезна для глобального энергетиче­ского рынка в полном масштабе, то потребуется хотя бы обеспечить ее большую прозрачность и значение для общества, так как без этого невоз­можно будет дальнейшее рас­ширение атомной энергетики и оно будет, скорее всего, огра­ниченным. В результате полу­чит приоритет сегодняшний тренд - сохранение существу­ющей доли атомной энергии в электроэнергетике и медлен­ное ее падение на рынке первич­ной энергии.

Безусловно, атомная энер­гия должна продолжать играть ключевую роль в обеспечении мировой энергетической без­опасности. Для этого необходи­мо сделать ее вклад более соци­ально значимым и предложить сбалансированный ассортимент ее энергоносителей. Например, почему бы не со­кратить производство электроэнергии, генерируя пар и тепло, и не использовать непосредственно тепловую энергию? Таким образом, соотношение между долями ядерной энергии в электроэнергии и в первичной энергии будет более сбалансиро­ванным. У атомной энергетики есть возможность играть значимую роль на мировом энергетиче­ском рынке за счет разностороннего развития ее продукции. В то же время надо дать возможность и для развития ВИЭ, чтобы они могли стать более полезными для общества и окружающей среды. Снижение производства атомной электроэнергии на 10-20% дает место для развития ВИЭ.

Совершенствование производства атомной энергии в пользу уменьшения выработки электро­энергии и увеличения выработки тепловой энер­гии, технического пара, позволит изменить вектор развития атомной энергетики в сторону сбаланси­рованного роста.

Атомные теплоэлектростанции с маневрен­ным графиком загрузки также могут обеспечить аккумулирование тепла, что технически гораз­до легче, чем аккумулирование электроэнергии (при этом возможно интегрирование АЭС с сол­нечными установками).

Таким образом, атомная энергетика будет играть большую роль в общем энергообеспе­чении общества, работая как в сегменте тепло­снабжения, так и в других, например поставляя на предприятия, кроме тепла, технологический пар и сжатый воздух. Следует отметить, что при­мерно 30% мирового производства электриче­ской энергии каким-либо образом переводится в сжатый воздух для нужд промышленности. Атомная энергия может также использоваться там, куда невозможно транспортировать электро­энергию, - на флоте и в авиации.

Последние достижения в развитии аккуму­лирования тепла открывают новые возможности для атомной энергии. При этом, конечно, нужны некоторые не слишком сложные доработки дей­ствующих АЭС, чтобы обеспечить отвод вторич­ного пара от турбин на обогрев промышленных предприятий и населенных пунктов. Массовое производство биотоплива также потребует много тепла, которое могут поставить атомные элек­тростанции.

Новые идеи должны быть предложены и для новых проектов АЭС. Одна из таких идей - сокращение размера или количества турбин, что обеспечивает упрощение конструкции и сни­жение капитальных вложений.

Дальнейшее развитие атомной энергетики не должно ограничиваться выработкой электро­энергии. Применение ядерной энергии в других сферах, таких, как теплоснабжение промышлен­ности и населения, требует инновационных под­ходов и новых идей.

Инновации в атомной энергетике будут со­действовать росту ее конкурентоспособности в целях получения соответствующего места на мировом рынке первичной энергии, а не толь­ко поддержанию значимой роли в сегменте про­изводства электроэнергии.