Об энергетическом будущем человечества и о том, какое место в нем займут малые атомные станции, расскажет специальный проект ТАСС.

В технологических венах современной цивилизации течет электричество. Без его использования настоящее и будущее человечества представить невозможно. Мы благополучно забыли о том, что еще век назад повсеместная электрификация страны казалась практически чудом. Сегодня в России электроэнергию вырабатывают с помощью различных генерирующих источников, и атомные станции среди них занимают достойное место, снабжая электроэнергией каждую пятую лампочку в стране. Но до сих пор во многих местах на планете люди получают электроэнергию нерегулярно или вовсе ее лишены. Согласно экспертным данным, почти миллиард человек по всему миру все еще не имеет полноценного доступа к этому важнейшему энергоресурсу. А почти три миллиарда зависят от устаревших, неэкологичных и небезопасных систем генерации электроэнергии. Особенно остро проблема обеспечения населения электричеством ощущается в некоторых странах Африки и Азии.

Пока наиболее распространенными топливными энергоносителями для электростанций все еще остаются газ и уголь, на долю которых приходится почти две трети глобальных выбросов парниковых газов. А в хрупком и экологически чистом мире заснеженной Арктики, в таежных лесах и на далеких островах главным источником энергоснабжения до сих пор служат электростанции на мазуте или дизельном топливе. Однако этот энергоноситель является очень дорогим для генерации, а его использование оказывает крайне негативное воздействие на окружающую среду.

Ведущие государства мира поставили перед собой задачу сохранения природы планеты и ее бережной передачи для следующих поколений. Это должно проходить одновременно с качественным улучшением состояния общественных институтов, преодолением нищеты и подъемом мировой экономики на новый уровень.

Для этого в рамках Организации объединенных наций были определены цели устойчивого развития до 2030 года. Их невозможно достичь без широкомасштабного и ускоренного перехода на экологически чистые источники энергии. Проблемы декарбонизации и борьбы с изменением климата становятся все более актуальными для всех стран мира. Согласно данным Всемирного банка, в настоящий момент уже 45 государств запустили национальную систему торговли выбросами СО2 либо планируют это сделать в ближайшее время. Можно с уверенностью сказать, что будущее – за надежной и одновременно высокоэффективной генерацией. К ней, помимо возобновляемых источников энергии (ВИЭ), в полной мере относится и атомная энергетика.

Человечеству нужен экономически эффективный, экологически чистый и компактный источник энергии, который можно эксплуатировать на самых труднодоступных территориях. Решением задачи может стать использование атомных станций малой и средней мощности, в том числе мобильных – то есть легко транспортируемых в любую точку планеты. Использовать такую АСММ можно в изолированных и труднодоступных районах страны, где требуется большое количество электроэнергии для предприятий по добыче золота, алмазов, редких металлов, газа, нефти и железной руды.

К безопасности и надежности малых атомных станций предъявляются очень жесткие требования, поскольку эти АСММ будут единственными источниками тепла и электроэнергии в своем регионе. 

Ядерная энергетика берет свое начало именно с реакторов малой мощности. В июне 1954 года в городе Обнинске, расположенном менее чем в ста километрах от Москвы, была подключена к электросети первая в мире атомная станция мощностью всего в 5 МВт.

Пуск отечественными специалистами во главе со знаменитым академиком Игорем Курчатовым первой промышленной (Обнинской) атомной станции открыл эру мирного использования атомной энергии. Станция успешно проработала 48 лет. Примечательно, что ее вывели из эксплуатации на 18 лет позже запланированного срока. Таков был ее запас прочности.

Уже после ввода в эксплуатацию Обнинской АЭС в нашей стране задумались над созданием относительно малой и мобильной атомной энергетической установки. Использовать реакторную установку малой мощности предполагалось в отдельных и труднодоступных районах страны. К малым АЭС предъявлялось жесткое требование высочайшей надежности, поскольку они являлись единственными источниками тепла и электроэнергии в районе. Но помимо электроэнергии атомные станции малой мощности должны были поставлять тепло для промышленных и бытовых нужд и соответствовать местным условиям, в том числе по сейсмичности, и выдерживать крайне низкие температуры.

В начале 1960-х годов в городе Обнинске была создана опытная транспортируемая атомная энергоустановка ТЭС-3 с реактором с водой под давлением. Оборудование станции размещалось на четырех самоходных гусеничных платформах с обогреваемыми кузовами вагонного типа, что позволяло эксплуатировать установку без сооружения специальных зданий. ТЭС-3 стала реальным воплощением, как говорится, «в железе» небольшой атомной станции тепловой мощностью реактора 8800 кВт и электрической – 1500 кВт. Продолжительность работы реактора без перегрузки топлива составляла 8,3 месяца. Станцию эксплуатировали до 1965 года, опыт ТЭС-3 был признан удачным, ее длительная работа подтвердила по тем временам надежность, хорошую управляемость и удобство обслуживания. Конечно же, сегодняшние проекты АСММ кардинально отличаются от ТЭС-3 с точки зрения безопасности и инновационности, но специалисты и ученые еще в середине прошлого века видели перспективы малой атомной генерации.

Россия обладает действующим промышленным объектом малой атомной энергетики на севере – Билибинской атомной теплоэлектроцентралью на Чукотке. Билибинская АЭС – первенец атомной энергетики в Заполярье, до сих пор обеспечивает жизнедеятельность горнорудных и золотодобывающих предприятий региона. Атомная станция отапливает поселок, тепличный комбинат и предоставляет горячее водоснабжение потребителям.

Билибинская АЭС состоит из трех действующих в настоящее время однотипных энергоблоков суммарной электрической мощностью 36 МВт с реакторами канального типа ЭГП-6 и работает в режиме регулирования частоты и мощности в своем энергоузле. Ее строительство началось в 1966 году, первый блок был выведен на энергетический уровень мощности в 1974 году. Билибинская АЭС давно отработала 30-летний срок эксплуатации, и по результатам оценки текущего уровня безопасности, после модернизации и замены оборудования, срок службы каждого энергоблока был продлен на 15 лет сверх проектного. На сегодняшний день происходит постепенный процесс вывода энергоблоков Билибинской АЭС из эксплуатации, а выбывающие мощности уже частично замещены энергией, вырабатываемой на новейшем плавучем атомном энергоблоке «Академик Ломоносов».

Удивительный проект малой атомной станции был разработан отечественными учеными в 1970-х годах. В декабре 1968 года по инициативе главы Министерства среднего машиностроения СССР Ефима Павловича Славского были начаты переговоры с Венгрией о создании проекта блочно-транспортабельной АТЭЦ «Север-2».

В 1971 году «Техснабэкспорт» (СССР) и «Трансэлектро» (Венгрия) заключили контракт на разработку технического проекта. В качестве базового варианта для АТЭЦ предполагалось использовать водо-водяной интегральный реактор, вырабатывающий насыщенный пар. Работы над данным типом реактора были начаты еще под научным руководством ГНЦ «РФ ФЭИ им. А. И. Лейпунского» еще в 1958 году, а непосредственным проектированием реактора, получившего индекс АБВ-1,5, занялись в 1964 году.

К 1975 году специалисты двух стран выполнили комплекс проектно-конструкторских и расчетно-экспериментальных работ. В Советском Союзе была завершена разработка технического проекта реакторной зоны с унифицированными топливными сборками и поглощающими сборками кластерного типа. В Венгрии создали проекты общей компоновки АТЭЦ «Север-2», систем концентрирования и обращения с жидкими радиоактивными отходами, замкнутого воздушного охлаждения. В это же время по заказу Министерства геологии СССР был разработан эскизный проект плавучей АЭС типа «Север-2» с реактором типа АБВ. Проекты не были реализованы, но тоже внесли свой вклад в развитие направления АСММ. Проектные проработки по интегральным реакторам и сегодня активно ведутся в различных странах, в том числе и в России. 

Вернемся к Обнинской АЭС, которая послужила экспериментальной площадкой для новейших разработок в ядерных технологиях, в том числе для атомного флота. Именно в Обнинске экипаж первого в мире атомохода «Ленин» учился управлять атомным реактором. Именно эксплуатация судовых реакторов создала предпосылки для развития нового направления в энергетике – атомных станций малой мощности.

Энергоустановку атомохода «Ленин» создавали лучшие умы страны, выдающиеся ученые, инженеры, конструкторы. Атомоход был предназначен для обслуживания Северного морского пути и экспедиционного плавания в Арктике. Его заложили на стапелях в 1956 году, а уже через два года, в декабре 1959-го, первое в мире надводное судно с атомной энергетической установкой мощностью 32,4 МВт было введено в эксплуатацию. 

В ледоколе воплотились многие новаторские решения того времени. Благодаря усовершенствованным характеристикам он многократно превосходил дизельные аналоги по мощности и не нуждался в частой заправке. В сутки вместо нескольких тонн нефти «Ленин» расходовал всего 45 граммов ядерного топлива. Его эксплуатация позволила существенно продлить срок навигации в суровых водах Северного морского пути.

За 30 лет работы ледокол «Ленин» прошел 654,4 тыс. миль, что равно расстоянию в 30 кругосветных путешествий по экватору и более чем в три раза превосходит по длине дистанцию от Земли до Луны.

Успех атомохода «Ленин» дал толчок развитию российского атомного ледокольного флота. В период 1975–2020 гг. в стране были построены еще девять атомоходов: «Арктика», «Сибирь», «Россия», «Советский Союз», «Таймыр», «Вайгач», «Ямал», «50 лет Победы» и атомный ледокол «Арктика» проекта 22220, который был введен в состав флота 21 октября 2020 года. Также к списку российских атомоходов относится океанский лихтеровоз-контейнеровоз усиленного ледового класса «Севморпуть».

Сейчас по маршруту перевозят товары первой необходимости для населенных пунктов арктического побережья. Из-за сурового климата средняя температура зимы здесь составляет −30 °C, а в теплое время года столбик термометра едва поднимается до +7 °C, отсутствует иное всесезонное транспортное сообщение. Без атомоходов активная навигация в Арктике была бы невозможна. На протяжении 65 лет ледоколы преодолевали тысячи километров, минуя айсберги, сквозь толщи льда в несколько метров. И каждый раз они достигали пункта назначения. В процессе технических испытаний и многолетних разработок стало очевидно – реакторы для атомных ледоколов могут справиться и с куда более широкими задачами.

Уникальный опыт сотни реактора лет безаварийной работы, а также проектирования, изготовления, эксплуатации, совершенствования 26 реакторных установок для атомоходов был применен в создании единственной в мире плавучей атомной теплоэлектростанции (ПАТЭС). С декабря 2019 года ПАТЭС производит электроэнергию для нужд Чукотки. В мае 2020 года в Певеке, самом северном городе России, станция была запущена в промышленную эксплуатацию. 

ПАТЭС – показательный проект Росатома в области атомных станций малой мощности. Станция состоит из береговой инфраструктуры и плавучего энергоблока (ПЭБ) «Академик Ломоносов» с двумя реакторными установками типа КЛТ-40С совокупной электрической мощностью 70 МВт. Подобная реакторная установка КЛТ-40 успешно используется на ледоколах «Таймыр» и «Вайгач» и лихтеровозе «Севморпуть».

Новый плавучий энергоблок вполне может обеспечить светом и теплом город с населением 100 тыс. человек, а также крупные промышленные предприятия, портовые города, комплексы по добыче и переработке нефти и газа на шельфе морей. Фактически Росатом с помощью уникальной электростанции модернизировал энергосистему Чукотского автономного округа, превратив ее в современный энергоузел.

Важнейшей особенностью плавучего атомного энергоблока можно назвать его мобильность – возможность перемещения от одной точки подключения к другой.

ПАТЭС можно подвести практически к любой береговой зоне, в том числе в районах вечной мерзлоты. При этом энергоустановки станции оснащены самыми передовыми системами безопасности, которые исключают возможность человеческой ошибки и могут работать даже в случае отключения электропитания. Срок эксплуатации плавучей станции – 40 лет с возможностью продления, а топливный цикл – три года. Обслуживает работу ПЭБ смена в 50 специалистов. Проектировщики станции позаботились о максимально удобных условиях для персонала – на судне предусмотрены комфортабельные каюты для проживания, кинотеатр, спортивный зал и даже бассейн.

Успешный ввод в работу ПАТЭС укрепил Росатом в стремлении развивать направление атомных станций малой мощности. К тому же проект, не имеющий аналогов в мире, приковал к себе особое внимание. К ПАТЭС проявляют интерес множество стран по всему миру, включая Юго-Восточную Азию и Ближний Восток. Лучшие специалисты атомной корпорации в настоящее время работают над эволюционным продолжением реакторов КЛТ-40 – энергоустановками серии РИТМ.

Опыт Росатома в разработке и эксплуатации в самых суровых климатических условиях ядерных судовых установок составляет сотни реактора лет, подобного опыта нет ни у одной страны мира. Впечатляющий объем накопленных знаний лег в основу разработок малых модульных реакторов серии РИТМ. Эти энергоустановки – новое поколение судовых реакторов, к созданию которых Росатом шел несколько десятилетий с помощью открытий, изобретений и испытаний.

Ледокольные реакторы во время работы выдерживают колоссальные нагрузки, часто снижается и повышается мощность, ведь в суровых условиях Севера атомоходу приходится форсировать лед толщиной в 2–3 метра, маневрировать. Судовая энергоустановка при эксплуатации подвергается горизонтальным и вертикальным ускорениям, по силе сопоставимым с серьезными землетрясениями.

В реакторах серии РИТМ применена интегральная компоновка с расположением парогенераторов внутри корпуса реактора. Именно эта особенность делает РИТМы в полтора раза легче и почти в два раза компактнее своих предшественников. 

Энергетические реакторы РИТМ могут применяться не только в судовом, но и в наземном варианте. Росатом сначала создал и уже эксплуатирует на атомном ледоколе нового поколения «Арктика» реактор РИТМ-200, а затем приступил к реализации пилотного проекта наземной атомной станции малой мощности на базе этой установки.

В 2020 году в России определена первая площадка для сооружения такой станции, а ее физический пуск запланирован на 2027 год.

Атомные станции с реакторами серии РИТМ – это многофункциональные объекты. Помимо обеспечения потребителей электроэнергией и теплом, их можно успешно применять в сочетании с установками для опреснения морской воды. Чистая вода сегодня во многих уголках планеты на вес золота, а для опреснения необходимо большое количество энергии.

Добавьте сюда сокращенный период сооружения подобных электростанций, компактные размеры, серийное производство, более низкие капитальные затраты, длительную работу без перезагрузки топлива, минимальный углеродный след, модульность с возможностью наращивания мощности, а также более высокую устойчивость к землетрясениям, более высокую степень безопасности, минимальные последствия в случае гипотетических аварий – и получите поистине уникальный продукт. Технические особенности проектов атомных станций малой мощности расширяют рынок потенциальных клиентов: от государств до частных заказчиков.

Сегодня российские реакторные технологии в области малой мощности уже открывают бо́льшие, недоступные ранее возможности для развития Северного морского пути, прибрежных территорий российской Арктики и других удаленных регионов страны. В будущем область применения таких экономически эффективных и экологически безопасных разработок может стать куда шире. Уже сегодня в Росатоме заявляют, что готовят «тропический вариант» ОПЭБ и наземной АСММ.

Будущее малой ядерной энергетики

«Атомная индустрия находится на передовой, в авангарде с разработкой инновационных решений, таких как реакторы компактного размера, которые будут очень полезны для развивающихся экономик в ближайшем будущем».

Рафаэль Мариано Гросси,
генеральный директор Международного агентства по атомной энергии 

Атомные станции малой мощности – наиболее перспективное и эффективное решение для экономического и социального развития труднодоступных регионов как в нашей стране, так и далеко за ее пределами. Рост благосостояния и уровня занятости, повышение качества жизни, уменьшение выбросов парниковых газов – в достижение этих благородных целей современные ядерные технологии могут внести свой значимый вклад.

Помимо России, Аргентина, Великобритания, Китай, Республика Корея, США, Франция и другие страны разрабатывают проекты с реакторными установками малой мощности. Каждое государство ищет свои технические решения, методы оптимизации стоимости, процессов проектирования, лицензирования и строительства атомных станций малой мощности. Но все эти страны солидарны в одном – реакторы малой мощности отвечают главным трендам энергетики будущего и целям устойчивого развития ООН.

В мире по-прежнему остается немало мест, лишенных доступа к электроэнергии. В некоторых из них строительство крупных электростанций не оправдано с экономической точки зрения, в других – невозможно из-за территориальных особенностей, отсутствия сетей. В таких случаях то, что предлагает своим партнерам Росатом в области малой мощности, может оказаться единственным правильным решением.

Безопасность, надежность, экологичность – эти абсолютные приоритеты современной энергетики нашли свое отражение в проектах атомных станций малой мощности, созданных специалистами отечественной атомной отрасли. За подобными системами энергетическое будущее человечества, и сегодня его создают российские атомщики.