«Зелёный» атом и его возможности
Специальный проект Russian Traveler и сети Информационных центров по атомной энергии при поддержке Госкорпорации «Росатом»
Климатическая повестка, экология, «зеленая» энергетика – эти темы многие годы обсуждались политиками самого высокого уровня. Но до реального бизнеса они дошли только в последние несколько лет. Атомная промышленность – яркий пример ответственного подхода к экологии и один из лидеров в вопросе развития экологической деятельности.
Реклама. www.myatom.ru. 2VtzqwBGL1X
глава 1
Изменение климата
Изменения климата, связанные с потеплением, незаметно и уверенно стали частью нашей повседневности. Увеличивается количество пожаров, наводнений, тепловых волн и других экстремальных явлений. В одной только Европе температура повышается в два раза быстрее, чем во всём остальном мире!
Почему так происходит?
Причина – усиление парникового эффекта в атмосфере из-за роста уровня СO2 и других парниковых газов. Всё это происходит из-за деятельности человека, в основном – использования ископаемого топлива в энергетике. Сейчас одна из основных целей для всего мира – не допустить повышения температуры больше, чем на 1,5°C к 2100 году.
Объёмы и темпы парниковых выбросов сокращаются, но этого недостаточно – процесс идёт слишком медленно. Поэтому стремление к углеродной нейтральности – это не только модный тренд (хотя и он тоже) или красивый ярлык для компаний, но ещё и лозунг политиков по всему миру и солидная статья в национальных бюджетах.
глава 2
Что делать?
Каждый год государства и другие инвесторы вкладывают в экологичные технологии огромные суммы, и инженерная мысль охотно генерирует идеи одна экстравагантнее другой: электромобиль, который улавливает углекислый газ, «солнечные» самолеты, аккумуляторы из песка, разлагающаяся в океане обувь...
Более масштабный и системный ответ – альтернативная энергетика, не выделяющая в атмосферу парниковый газ. «Зелёная» энергетика давно стала обыденностью в странах Европы, да и в России её никак не назовёшь экзотикой.
«Росатом» как главный в России производитель низкоуглеродной электроэнергии, за много лет наработавший полезные технологии и в смежных «зелёных» областях, с 2017 года дополняет свои атомные мощности ещё и объектами ветровой генерации. В Ростовской области, в Адыгее и в Ставропольском крае строятся три и уже запущены семь ветроэлектростанций «Росатома», включая крупнейшую в стране Кочубеевскую ВЭС мощностью 210 мегаватт.
Идеи из атомной отрасли вообще бывают востребованы в довольно неожиданных местах: учёные «Росатома» занимаются водородной энергетикой и ядерной медициной, инженеры помогали строить накопители энергии для электросетей Центра и Поволжья, технологии «Росатома» пригодились даже для ликвидации гигантской свалки в Челябинске и для спасения города Усолья-Сибирского под Иркутском, где аварийные шахты и цеха химзавода грозили экологической катастрофой.
Возобновляемые источники энергии в России
🌊 В прошлом веке в нашей стране сложилась выдающаяся школа инженеров-гидростроителей, которые научились извлекать энергию из рек любого масштаба, от безымянных городских канав до Енисея.
🌾 В российских полях всё чаще блестят панели солнечных электростанций – для них важна не температура, а частота солнечного сияния, которая и в наших широтах бывает не так мала.
💨 На побережьях и в продуваемых степях вырастают огромные ветряки – пожалуй, самые узнаваемые символы альтернативной энергетики. Причём популярность их заслуженна: как показала в своём исследовании 2021 года Европейская экономическая комиссия ООН, выбросы СО2 за весь жизненный цикл ветроэлектростанции составляют всего 7,8 граммов на каждый киловатт/час, меньше – только у атомных и гидроэлектростанций, которые гораздо сложнее строить и обслуживать.
глава 3
Атомная энергетика
Атомная энергетика уже вносит большой вклад в борьбу с изменением климата. АЭС вырабатывают примерно 11% всего электричества мира, каждый год «экономя» 〜2 миллиардов тонн парниковых выбросов – примерно столько же поглощают все леса планеты.
Важнейшие достижения
⚡️ 20% – доля атомной энергии в энергобалансе России
☁️ 208 млн тонн СO2 – количество предотвращенных выбросов благодаря АЭС российского дизайна в мире
🏆 В 2021 году атомные станции в России поставили очередной рекорд по выработке электроэнергии
Ещё АЭС не дают в атмосферу прямого «выхлопа», а их косвенные выбросы чуть ниже, чем у электростанций на солнечной или ветровой энергии. Поэтому учёные давно озабочены не столько сокращением выбросов, сколько разработкой АЭС замкнутого цикла, чтобы в перспективе сделать ядерное топливо «многоразовым», саму атомную энергию – возобновляемой, а её воздействие на природу – максимально незаметным.
глава 4
Печать качества
Пока идут исследования и строятся реакторы будущего (о них ещё скажем – листайте дальше), «зелёный» статус атомной энергетики уже закреплён в Евросоюзе, России, Китае и Бангладеш. И речь не о простой формальности. Каждая страна формулирует собственные строгие критерии, соответствует ли некая технология целям устойчивого развития, иначе говоря, служит ли она благу общества и не наносит ли ущерба – например, экологии.
Главный образец
Образцом для многих стран служит европейский документ, самый подробный и основательный в своём классе – так называемая Таксономия. Атомную энергетику официально внесли в Таксономию в июле 2022 года, признав её минимальный углеродный след и позитивный вклад в уровень жизни: запуск новых АЭС стимулирует научные разработки, создаёт рабочие места и улучшает инфраструктуру.
Таксономия – не свод директив, её роль в другом: документ аргументированно объявляет инвестиции в атом такими же «зелёными», как в ветровую или солнечную энергетику, а что ещё важнее – европейские критерии помогут сориентироваться тем странам, которые только выбирают свою стратегию ухода от традиционных источников энергии.
глава 5
Не навреди
Первое правило «Росатома» – Do No Significant Harm, или «принцип ненанесения вреда»: минимум загрязнения внешней среды, минимум вмешательств в экосистему, минимум рисков для здоровья человека.
Краткая формула разворачивается в Единую отраслевую экологическую политику – с 2008 года с этим документом сверяют часы все подразделения «Росатома», которые строят и эксплуатируют десятки ядерных объектов в России и по всему миру, ведут научные исследования и внедряют новые инженерные решения.
Свежий вывод Объединённого исследовательского центра при Еврокомиссии гласит, что сегодня риски атомной генерации в среднем не выше, чем в остальной «зелёной» энергетике – и в этом общем достижении есть немалый вклад «Росатома». Компания оперативно внедряет последние разработки в сфере экологической безопасности, регулярно проводит учения по защите окружающей среды, каждый год публикует об этом подробные отчеты.
Сегодня риски атомной генерации в среднем не выше, чем в остальной «зелёной» энергетике
Радиационная безопасность – фундамент атомной отрасли – контролируется от уранового рудника до хранилища отработанного ядерного топлива. Современные российские водо-водяные реакторы оснащены эшелонированными системами активной и пассивной защиты, которые соответствуют всем стандартам МАГАТЭ, европейских и национальных регуляторов и выдерживают строгие «постфукусимские» стресс-тесты.
«Росатом» непрерывно совершенствует регламент обращения с ядерными отходами, внедряет на своих предприятиях энергосберегающие технологии. На прилегающих территориях компания инвестирует значительные средства для сохранения биоразнообразия - например, поддерживает инфраструктуру заповедников и заказников вокруг Калининской и Кольской АЭС, выпускает миллионы мальков рыб в водохранилища Волги и Дона.
глава 6
Атомный флот
Россия – единственная страна с гражданским атомным флотом, а «Росатом» – единственная в мире энергетическая компания, у которой есть целое морское подразделение.
В цифрах
Сегодня под флагом «Атомфлота» ходят семь атомных ледоколов, и ещё два готовятся войти в строй. Самые мощные ледоколы умеют пробивать лёд трёхметровой толщины.
Сегодня под флагом «Атомфлота» ходят семь атомных ледоколов, и ещё два готовятся войти в строй. Самые мощные ледоколы умеют пробивать лёд трёхметровой толщины, и без них постоянная навигация в Арктике была бы невозможна – а значит, не было бы ни Северного морского пути, ни арктических экспедиций, ни надёжного снабжения удалённых заполярных областей. При этом соперничать с атомным ледоколом в экологичности смогла бы, пожалуй, только собачья упряжка, но на ней много груза не увезёшь, тогда как атомоход прокладывает путь для целых морских караванов.
В атмосферу ледокол выбрасывает только излишки пара – это самый проверенный теплоноситель, который передаёт вырабатываемую реактором энергию на электрические турбины. Точно так же устроены грандиозные береговые атомные станции, а ледокол – их миниатюрная модель: реактор на нём всего один, приспособленный к долгой безопасной работе в морских условиях и совершенно невлияющий на окружающую среду.
Ледокол – младший брат гигантов-АЭС
Точно так же устроены грандиозные береговые атомные станции, а ледокол – их миниатюрная модель: реактор на нём всего один, приспособленный к долгой безопасной работе в морских условиях и совершенно невлияющий на окружающую среду.
Впрочем, и сама ледокольная проводка по Севморпути оставляет минимальный возможный углеродный след – для перевозки тех же грузов по железной дороге, по воздуху или кружным морским путём пришлось бы сжечь намного больше топлива. «Росатом» на Севморпути строит и содержит портовую инфраструктуру и отвечает за безопасную навигацию в арктических водах.
глава 7
АЭС малой мощности
«Да этими ледоколами бы города отапливать!» - сообразили учёные, впечатлившись мощью арктических атомоходов.
И действительно: топлива требуют мало и редко, никаких чадящих труб, а главное – плавучий реактор придёт туда, куда не дотянешь провода. Идея нуждалась в кропотливой разработке, и в 2020 году первая в мире плавучая атомная станция «Академик Ломоносов» дала свет и тепло чукотскому Певеку – самому северному городу России.
Новаторское судно спроектировали в Нижнем Новгороде, построили в Петербурге, снарядили в Мурманске и привели в Певек буксиром – своих винтов у «Ломоносова» нет, но и отлучаться на подзарядку он будет всего раз в три-четыре года. Теперь «Росатом» готовит целую флотилию из четырёх плавучих АЭС с ещё более неприхотливыми реакторами РИТМ-200, которые дадут Чукотке надёжную и чистую энергию взамен устаревших угольных станций.
А в соседней Якутии точно такой же реактор, как и положено по законам эволюции, выйдет на сушу и станет ядром уже не морской, а сухопутной АСММ – атомной станции малой мощности. Площадку под первую такую станцию сейчас готовят на труднодоступном золоторудном месторождении Кючус, а в ноябре 2022 власти Мьянмы и Кыргызстана запросили у «Росатома» варианты привязки РИТМ-200 к собственным энергосистемам.
АЭС малой мощности – самый интригующий сюжет в атомной энергетике XXI века.
Один киловатт у них пока обходится чуть дороже, чем на огромных промышленных АЭС в «старых» ядерных державах, но зачастую конкретным странам или районам много энергии и не требуется, а вот сэкономить горючее и избавить города от смога было бы как нельзя кстати.
Маломощные АЭС за счёт своей манёвренности сумеют покрывать скачки потребления энергии в утренние и вечерние часы-пик, а значит составят конкуренцию ещё и гидроэнергетике, которая при всех своих достоинствах порой совсем не безобидна для окружающей среды (да ещё и доступна не всем странам). К тому же в силу миниатюрного масштаба АЭС малой мощности безопаснее своих собратьев-тяжеловесов: их можно строить в довольно экстремальных природных условиях, не тратясь на изощрённые системы защиты и не опасаясь аварий с выбросами радиоактивных веществ – такие форс-мажоры исключает сама конструкция.
В силу миниатюрного масштаба АЭС малой мощности безопаснее своих собратьев-тяжеловесов: их можно строить в довольно экстремальных природных условиях, не тратясь на сложные системы защиты и не опасаясь аварий – такие форс-мажоры исключает сама конструкция.
Мировые атомные корпорации, соревнуясь за симпатии заказчиков, разработали уже свыше 70 концептов маломощных реакторов… правда, до реальных испытаний дошли всего несколько, а заработали пока лишь два: российский на «Ломоносове» и еще один китайский.
Научные институты «Росатома» занимаются 17 проектами маломощных станций, в том числе прототипами микро-АЭС «Шельф» и «Елена АМ». Они смогут питать энергией особо изолированные объекты и не будут требовать ни персонала, ни дозаправок.
глава 8
Замкнутый цикл
Поиски идеальной модели маломощного реактора неизбежно пересекаются с многолетней мечтой физиков-ядерщиков о так называемом ЗЯТЦ. Расшифровывается это как «замкнутый ядерный топливный цикл», проще говоря – безотходная ядерная энергетика, несколько утрируя – вечный ядерный двигатель.
Зачем он нужен? Дело в том, что практически все современные реакторы применяют открытый, или разомкнутый топливный цикл. Уран добывают на месторождении, отбирают ту часть вещества, которая даст максимум энергии в управляемой ядерной реакции (это и есть пресловутый обогащённый уран), затем его собирают в специальные стержни и после примерно четырёх лет службы в реакторе вывозят на утилизацию. Было топливо – и вот его, считайте, уже нет. Даже если взять самый продвинутый реактор IV поколения и сжать его до размеров чемодана, который смогут взять в лодку рыбаки или возить в санях оленеводы, то когда-нибудь срок годности этого чудо-энергоблока всё равно истечёт, а над его отработанным ураном всё так же придётся похлопотать: несколько лет в охлаждающем бассейне, затем перевод в особое хранилище… Промышленные АЭС по всему миру тоже производят отработанное ядерное топливо, только не чемоданами, а вагонами – примерно по 20 тысяч тонн в год!
Промышленные АЭС по всему миру тоже производят отработанное ядерное топливо, только не чемоданами, а вагонами – примерно по 20 тысяч тонн в год!
Сам по себе уран не дефицитен, вот только обогащать его долго и дорого, а утилизировать и сложно, и досадно – ведь обычный реактор «переваривает» максимум 3% от общей массы топлива. Но тут есть лазейка: если заставить нейтроны внутри реактора двигаться быстрее, то в реакцию вступит и необогащённый уран, которого в топливных стержнях содержится в десять раз больше. Такие реакторы на быстрых нейтронах – довольно сложные в устройстве, зато почти «всеядные» – в нашей стране их сконструировали впервые в мире, и сейчас только в России работают коммерческие энергоблоки этого типа.
Но тут есть лазейка: если заставить нейтроны внутри реактора двигаться быстрее, то в реакцию вступит и необогащённый уран, которого в топливных стержнях содержится в десять раз больше. Такие реакторы на быстрых нейтронах – довольно сложные в устройстве, зато почти «всеядные» – в нашей стране их сконструировали впервые в мире, и сейчас только в России работают коммерческие энергоблоки этого типа.
глава 9
Прорыв в зелёной энергетике
Теперь, после многих лет наблюдений и исследований, предстоит сделать следующий шаг, а скорее «Прорыв» – так называется большой эксперимент «Росатома» по переходу на замкнутый топливный цикл.
С 2021 года в Северске Томской области строится комплекс БРЕСТ-300, где на одной площадке – без лишних логистических цепочек – появятся и небольшой топливный завод, и новейший реактор на быстрых нейтронах. При прочих плюсах он умеет ещё и нарабатывать полезные ингредиенты для нового ядерного топлива – их останется только перенести в соседний модуль и правильно смешать с самым заурядным обеднённым ураном, которого во всем мире накоплено многие тысячи тонн.
Успех комплекса БРЕСТ-300 будет прорывом, достойным запуска первой в мире АЭС – ведь количество энергии, извлекаемой из природного урана, увеличится буквально в десятки, а то и в сотню раз!
Словом, работать в полном вакууме БРЕСТ-300, конечно, не сможет, поэтому формулировка «замкнутый топливный цикл» не совсем точна. Да и самой технологии пока только предстоит показать в себя в деле и убедить скептиков, что впечатляющие расчёты – не фантастика, а реальный завтрашний день атомной энергетики.
В чём польза?
Если технология пойдёт в тираж, то дальнейшая добыча урана попросту потеряет смысл, а у правительств сильно убавится головной боли. Ведь при замкнутом цикле не нужны бронированные поезда для перевозки радиоактивных отходов, не нужны бассейны и бункеры с многоступенчатой защитой.
