То яма, то канава

Hесмотря на трагические события на японской атомной электростанции, Росатом не намерен сворачивать программу строительства новых АЭС как в стране, так и за рубежом. Официальный пуск строящегося реактора БН-800 на Белоярской атомной намечен на первый квартал 2014 года. Пуск физический (всегда отделяющийся на сложных энергетических объектах - для технических доводок, состыковок с энергосистемой и прочего) произойдет на полгода раньше. К назначенному сроку новый реактор выдаст в объединенную энергосистему Урала 900 МВт. Итого БАЭС обеспечит 1500 МВт - это шестая часть всей располагаемой установленной энергомощности Свердловской области.

Белоярская АЭС отрабатывает инновационные на мировом уровне атомные технологии в области реакторов на быстрых нейтронах. Ложка дегтя - в стране нет промышленного производства топлива для БН-800. Предшественник БН-600, тоже проектировавшийся под плутоний, до сих пор работает на уране. Урана Россия потребляет 5 тыс. тонн в год, а добывает только 3,4 тысячи. И если испуг после землетрясения в Японии быстро пройдет и мир вернется к программам развития АЭС, мы столкнемся с дефицитом урана еще раньше, чем с дефицитом нефти и газа - после 2015 года. Российская сырьевая база истощена, увеличения добычи урана не планируется. Таким образом, планы развития атомной энергетики нельзя признать надежно обеспеченными ресурсной базой природного урана.

О том, как решается вопрос выбора и производства топлива для БН-800, рассказывают управляющий проектом сооружения четвертого блока на Белоярской атомной станции заместитель генерального директора ОАО «Концерн Росэнергоатом» Олег Сараев и директор филиала Росэнергоатома БАЭС Михаил Баканов.

Было нечего надеть, стало некуда пойти

- Как получилось, что реактор нечем кормить?

О.С.: В мае прошлого года стало ясно, что стартовая загрузка БН-800 смешанным уран-плутониевым оксидным топливом (так называемым МОКС-топливом) к директивным срокам пуска энергоблока не будет обеспечена в полном объеме. Сейчас в России идет работа по созданию полномасштабного промышленного производства МОКС-топлива, но плановых объемов выпускаемой продукции реально достичь лишь к 2015 году. Задержка происходит из-за того, что при создании промышленной технологии производства МОКС-топлива выявилась необходимость увеличения объема научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.

С учетом этих обстоятельств госкорпорация Росатом приняла в июне решение о пуске БН-800 с так называемой гибридной активной зоной реактора, которая будет содержать 25% МОКС-топлива и 75% уранового оксидного (двуокиси урана). Изготовление МОКС-топлива для гибридной зоны начнется в 2012 году на имеющихся в отрасли установках малой производительности (в этом году их модернизируют). По мере создания промышленного производства МОКС-топлива реактор БН-800 будет постепенно переходить на него путем замены топлива из двуокиси урана. Формирование стационарной активной зоны реактора БН-800, предусмотренной проектом, начнется в 2015 году и будет завершено не позднее 2017 года.

- В чем плюсы и минусы того и другого топливного проекта?

О.С.: Применение МОКС-топлива в десятки раз повышает эффективность сырь­евых топливных ресурсов атомной энергетики. Наилучшим образом это достигается при использовании МОКС-топлива в реакторах на быстрых нейтронах, расширенное использование которых позволит замкнуть ядерный топливный цикл (см. «Замкнуть по-быстрому», с. 32). Следствием станет существенное снижение топливной составляющей в себестоимости энергии, вырабатываемой атомными станциями, а также снижение объемов и обременительности радиоактивных отходов во всех звеньях ядерного производства. Что и является основной стратегической задачей развития быстрых реакторов.

М.Б.: Замкнутый топливный цикл избавляет от необходимости разрабатывать новые труднодоступные месторождения урана и проводить его дорогостоящее обогащение. Работа на уран-плутониевом топливе в реакторе БН позволяет получать топлива больше, чем его сжигается в самом реакторе, а значит - обеспечить расширенное развитие атомной энергетики: на наработанных излишках плутония можно запустить следующий реактор и так далее.

Ядерное топливо из двуокиси урана таких преимуществ не дает. Для любого быстрого реактора работа на урановом обогащенном топливе (U235) невыгодна с точки зрения и баланса нейтронов, и потребления топлива. Из-за специфических физических особенностей урана в таком режиме невозможно обеспечить ни приемлемые значения коэффициента воспроизводства ядерного топлива, ни замкнутый топливный цикл.

- Соответствует ли федеральным нормам и правилам обеспечения ядерной и радиационной безопасности использование того и другого топлива?

Б.М.: Однозначно - да. В соответствии с этими нормами и правилами и с учетом всех их изменений урановое топливо в реакторе БН-600 используется уже более тридцати лет. С конца 80-х годов через активную зону БН-600 прошли облучение десятки опытных тепловыделяющих сборок со смешанным уран-плутониевым топливом. Их эксплуатация проводилась также в соответствии с требованиями федеральных норм и правил ядерной и радиационной безопасности, которые предусматривают и определяют порядок использования этого вида топлива в атомной энергетике. Подтверждением тому является лицензия Ростехнадзора на проведение работ по облучению в реакторе БН-600 смешанного уран-плутониевого топлива.

Плутоний против урана

- Но МОКС-топливо сейчас дороже топлива из обогащенного урана.

Б.М.: Основными факторами более высокой цены МОКС-топлива являются, во-первых, отсутствие в России его широкомасштабного промышленного производства, а во-вторых - токсичность плутония, в связи с чем при производстве топлива требуются дополнительные технические меры безопасности, что приводит к увеличению затрат.

О.С.: Производство топлива из обогащенной двуокиси урана для атомной энергетики России освоено в промышленных масштабах - около 700 тонн в год. А производство МОКС-топлива для реакторов на быстрых нейтронах даже по существующим планам не превысит 60 тонн в год при большем числе и сложности технологических процессов его изготовления. Эта масштабная производственная и технологическая разница определяет и разницу в цене.

- То есть по мере создания промышленного производства МОКС подешевеет?

Б.М.: Безусловно. А кроме того, стоимость топливных сборок с МОКС-топливом будет уменьшаться по мере освоения современных технологий, позволяющих автоматизировать процесс создания тепловыделяющих элементов (например, виброуплотнения по сравнению с таблетированием). Другой важный момент: по мере исчерпания сравнительно дешевых месторождений урана стоимость производства уранового топлива будет расти, и в конце концов топливо на основе плутония станет дешевле уранового.

О.С.: Цена на МОКС-топливо снизится до несущественной предположительно с 2019 года, с началом серийного ввода в эксплуатацию быстрых реакторов. Можно утверждать, что она будет значительно ниже цены топлива из обогащенного урана именно по мере ввода в работу промышленных технологий замыкания топливного цикла.

- Какова будет экономика реактора исходя из использования того или иного топлива?

О.С.: Топливная составляющая в себестоимости электроэнергии, вырабатываемой энергоблоком с реактором на быстрых нейтронах, будет значительно меньше вырабатываемой другими реакторами. Постепенно, по мере замыкания топливного цикла, исчезнет само понятие «отработанное ядерное топливо» и все следственные затраты на обращение с ним, которые отягощают сегодняшнюю экономику атомной энергетики.

Б.М.: Разработка новых блоков БН изначально ориентирована на получение положительного экономического результата, особенно в едином топливно-технологическом цикле. Тариф на вырабатываемую атомными станциями электроэнергию рассчитывается не на конкретный энергоблок или станцию, а в целом на ОАО «Концерн Росэнергоатом». Решение о выборе того или иного варианта топлива принимается в первую очередь исходя из соображений надежности, безопасности, достаточного запаса прочности и лишь во вторую очередь - из соображений экономики. Таковы специфика атомной энергетики и масштаб ее рисков.

- Но все-таки оценка себестоимости электроэнергии на энергоблоке БН-800 существует? До сих пор атомная электроэнергия считалась второй по дешевизне после гидроэлектроэнергии.

Б.М.: Конечно, такой расчет есть. Головной проектировщик, Санкт-петербургский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт «Атомэнергопроект» как составную часть проекта разрабатывает и этот вопрос: регулярно пересматривает составляющие себестоимости - будущих эксплуатационно-ремонтных расходов, вносит корректировки в статьи затрат в связи с изменениями в нормативной и законодательной базе, запрашивает и анализирует параметры расчетных величин (нетопливной составляющей) по действующему блоку. Там же разработан и утвержден норматив численности персонала, необходимого для эксплуатации нового блока. На Белоярской АЭС уже идут набор и подготовка людей в соответствии с утвержденным графиком.

О.С.: Оценочный расчет основан на существующей информационной базе. И он показывает: при неизменной цене уранового топлива и возможностях располагаемых технологий до начала серийного строительства БН, то есть на ближайшие лет семь, топливная составляющая в себестоимости энергии БН-800 будет на 35 - 40% дороже топливной составляющей реакторов на тепловых нейтронах типа ВВЭР-1000.

Дополнительные материалы:

Замкнуть по-быстрому

В традиционных реакторах на тепловых (медленных) нейтронах в качестве горючего Россия использует уран-235. Этот изотоп в любой единице массы добываемого урана составляет 0,7%, а оставшиеся 99,23% уходят в отвал. Отвал - это уран-238, который не является ядерным топливом. И только БН под действием быстрых нейтронов превращает неиспользованный уран-238 в чистый оружейный плутоний-239. Запасов урана-238 в мире скопилось в сто раз больше, чем располагаемых запасов 235-го урана - на 50 - 60 лет. Выход из этой ситуации - создание ядерной энергетики на быстрых нейтронах.

БН-800 путем круговорота топлива между реакторами на быстрых и тепловых нейтронах обеспечит формирование экологически чистого замкнутого ядерного топливного цикла: возможно более чем 50-кратное увеличение использования добываемого природного урана и обеспечение атомной энергетики страны топливом на длительную перспективу за счет его воспроизводства. Пойдет утилизация, во-первых, отработанного ядерного топлива в реакторах на тепловых нейтронах других АЭС, во-вторых, радиоактивных отходов путем вовлечения в полезный производственный цикл отвального урана и плутония, в-третьих, запасов оружейного плутония, высвобождаемого в результате конверсии.