АЭС, ядерные отходы и углеродный налог. Быть или не быть атомной энергетике в Казахстане?

В этом году на фоне поручения, которое дал Правительству и фонду "Самрук-Казына" Президент Казахстана Касым-Жомарт Токаев, в обществе вновь стал активно обсуждаться вопрос целесообразности строительства АЭС в нашей стране.

"Я думаю, что в конечном счете мы окончательно придем к такому решению. Первые признаки дефицита электроэнергии в Казахстане мы уже ощущаем. Конечно, тотального дефицита нет. Баланс примерно нулевой. Но первые признаки обозначены. Поэтому, глядя в будущее, нам придется принимать непопулярные по своей сути решения о строительстве атомной станции. Но, как говорится, роль лидера в том и состоит, чтобы принимать непопулярные решения", - сказал Президент на встрече с представителями финансового сектора в Алматы 19 ноября 2021 года.

Зачем Казахстану нужна АЭС? Насколько это будет безопасно? Что будут делать с ядерными отходами? Кто же будет строить и эксплуатировать АЭС в Казахстане? И почему страна должна будет платить "углеродный налог"? На эти и другие вопросы отвечает человек, чья профессиональная деятельность связана с мирным использованием атомной энергии, нераспространением ядерного оружия и радиоэкологией - генеральный директор Национального ядерного центра РК Эрлан Батырбеков.

TENGRINEWS:

Так быть или не быть атомной энергетике в Казахстане?

Эрлан Батырбеков

Лично для меня вопрос: быть или не быть атомной энергетике - не стоит. Атомной энергетике, безусловно, быть, и подавляющая часть экспертов в области энергетики сегодня, если и не поддерживает напрямую вопрос развития атомной энергетики, то уж точно осознает и принимает во внимание ее важность и значимость в глобальном масштабе.

Достаточно вспомнить тот факт, что сегодня в 32 странах мира эксплуатируется 441 энергоблок. Атомная генерация в последние годы достигала 10 процентов от всей производимой в мире энергии. В некоторых европейских странах, например, в Бельгии, Венгрии, Словакии, Швеции, Швейцарии, Болгарии, Словении, Финляндии, Чехии, Украине, Армении, доля атомной генерации находится в диапазоне 30-55 процентов, а во Франции 70 процентов всей электроэнергии производится на АЭС. Полным ходом идет строительство новых АЭС - сегодня на этой стадии находится 51 энергоблок в 19 странах мира. Наиболее активно новые АЭС создают в азиатском регионе: в Китае, Индии, Южной Корее. Продолжается строительство атомных станций в Великобритании, России, США, Турции и других странах.

Энергетические и экологические агентства повышают прогноз по развитию атомного энергопроизводства, которое сегодня обусловлено как экологическими, так и экономическими соображениями. В докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата "Глобальное потепление на 1,5 °C", представлено 89 сценариев смягчения разрушающего в настоящее время воздействия на климат, которые предполагают, что к 2050 году производство электроэнергии на АЭС в мире увеличится в среднем в 2,5 раза.

TENGRINEWS:

Зачем нам вообще нужна АЭС, почему нельзя обойтись возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ)?

Эрлан Батырбеков

Развитию ВИЭ наша республика уделяет должное внимание. Такие технологии внедряются, и доля их участия в энергогенерации страны постоянно растет. Тем не менее специалисты энергетической отрасли знают, что эта доля никогда не сможет достигнуть 100 процентов от установленной мощности всех генерирующих станций любого государства, и Казахстан, конечно же, не исключение. Дело в том, что ВИЭ относятся к источникам так называемой маневренной мощности. Их генерация непостоянна и зависит от множества факторов - наличие солнца, ветра. Такие источники способны лишь скомпенсировать временный дефицит мощности, к примеру, в пики суточного максимума потребления энергии. Да, отдельные производства способны питаться от ВИЭ, но они ограничены по мощности. Вопросы финансовой составляющей для электроэнергии, вырабатываемой с помощью ВИЭ, тоже необходимо рассматривать подробнее. Это отнюдь не дешевая энергия, как кажется, учитывая стоимость этих технологий, затрат на их производство и утилизацию, а тем более стоимость требуемых для них эффективных и энергоемких накопителей энергии, которые в настоящий момент только разрабатываются.

Для примера, доступная мощность для электростанций Казахстана в настоящее время составляет практически 20 ГВт. Основные потребители электроэнергии - это крупные производственные предприятия. Им необходима стабильная, круглосуточная поставка электроэнергии от источников так называемой базовой мощности. К таким источникам относятся ТЭС и АЭС. Гидроэлектростанции (ГЭС) мы не рассматриваем по понятным причинам, они не способны покрыть всю требуемую базовую мощность республики.

В настоящее время более 70 процентов всей электроэнергии в Казахстане вырабатывается на ТЭС, проектный срок эксплуатации которых или уже истек и неоднократно продлевался, или подходит к концу. ТЭС постепенно будут выводиться из эксплуатации - это неизбежно. И как источник базовой мощности в настоящее время их способны заменить только АЭС.

TENGRINEWS:

Почему нельзя строить и эксплуатировать тепловые электростанции (ТЭС) и далее?

Эрлан Батырбеков

Чтобы ответить на этот вопрос, нужно посмотреть на эту проблему с точки зрения экологии и экономики. Ни для кого не секрет, что в мире угрожающе растет концентрация углекислого газа и других вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу тепловыми станциями, сжигающими углеводородное сырье. Тепловая станция, даже снабженная современными системами очистки продуктов сжигания угля, выбрасывает за один год в атмосферу в зависимости от мощности и по различным оценкам от 7 до 120 тысяч тонн окислов серы, от 2 до 20 тысяч тонн окислов азота, от 700 до 1500 тонн пепла (без очистки - в два-три раза больше) и выделяет от 3 до 7 миллионов тонн углекислого газа. Кроме того, образуются сотни тысяч тонн золы, содержащей сотни тонн токсичных металлов (мышьяк, кадмий, свинец, ртуть и т. д.).

Может показаться странным, но тепловая станция выбрасывает в атмосферу намного больше радиоактивности, чем АЭС той же мощности.

Экспериментально установлено, что индивидуальные дозы облучения в районе крупной ТЭС превышают аналогичную дозу вблизи АЭС в 5-10 раз. Это обусловлено наличием в топливе и исходном сырье для ТЭС природных радионуклидов, которые выбрасываются в атмосферу вместе с продуктами горения. При этом вблизи АЭС в процессе нормальной эксплуатации регистрируется исключительно природный, естественный радиоактивный фон. Один ГВт установленной мощности АЭС позволяет экономить за год 5,9 миллиона тонн угля, или 2,2 миллиона тонн мазута, или 2,6 миллиарда кубометров газа. При этом предотвращается выброс огромного количества вредных газов, образующихся при сжигании органического топлива, и образование твердых отходов в количестве до 830 тысяч тонн в год (для угля).

В 2016 году в рамках Парижского соглашения Республика Казахстан приняла на себя обязательства сократить выброс парниковых газов к 2030 году на 15 процентов относительно уровня 1990 года. Тогда в Казахстане в атмосферу выбрасывалось около 386 миллионов тонн парникового газа, а в 2018 году зафиксированы выбросы на уровне 402 миллионов тонн. И основным источником выбросов является именно энергетический сектор. Парижское соглашение - первый в истории юридически обязательный документ, объединяющий 196 стран в стремлении достичь общую цель в отношении борьбы с изменением климата и адаптации к нему. Он был принят на 21-й сессии конференции сторон Рамочной конвенции ООН об изменении климата 12 декабря 2015 года в Париже. 

Вместе с этим глобальные экологические проблемы заставляют развитые страны вводить так называемый "углеродный налог". С 2023 года он напрямую затронет и Казахстан. При экспорте нашей продукции за рубеж (включая природные ресурсы и сырье) мы будем вынуждены платить такой налог в соответствии с долей энергии, произведенной в нашей стране с использованием сжигания углеводородного топлива. Это существенно ударит по конкурентоспособности нашей продукции на внешнем рынке и приведет к огромным убыткам.

Именно поэтому Президентом Касым-Жомартом Токаевым поставлена задача прийти к углеродной нейтральности к 2060 году. Данная задача в части генерации базовой мощности может быть решена только с использованием экологически чистой атомной энергетики.

TENGRINEWS:

Одним из наиболее острых вопросов при принятии решения относительно строительства АЭС является проблема накопления отходов. Что с ними будут делать?

Эрлан Батырбеков

Действительно, проблема накопления отходов деятельности АЭС - одна из наиболее острых в атомной энергетике. Отходы АЭС классифицируются по разным признакам, но наиболее важный - это степень их активности, или, говоря простым языком, опасности для человека и окружающей среды. По этому признаку отходы делятся на высокоактивные - основной их объем на АЭС - это отработавшее ядерное топливо (или продукты его переработки), средне- и низкоактивные радиоактивные отходы.

Что касается отработавшего ядерного топлива, то сегодня практически все развитые в атомно-энергетическом плане страны мира воспринимают его не как отходы, а как ценный ресурс. Внедряются технологии так называемого замкнутого ядерно-топливного цикла, который предполагает переработку и повторное использование отработавшего ядерного топлива, а также вовлечение в топливный цикл Урана-238 (для реакторов на быстрых нейтронах). Эти технологии продвинулись достаточно далеко, на АЭС уже на протяжении ряда лет используется новое топливо, изготовленное из отработавшего, а реакторы на быстрых нейтронах позволяют использовать огромные, уже накопленные запасы Урана-238, доля которого в исходном природном сырье составляет до 99,3 процента.

Это, с одной стороны, снижает нагрузку на экологию и уменьшает собственно объемы отходов, которые в любом случае будут образовываться, с другой - повышает эффективность использования исходного уранового сырья, а значит, расширяет ресурсную базу атомной энергетики. В результате доля высокоактивных (наиболее опасных) отходов существенно снижается, но даже в исходном виде объемы образующихся отходов за счет высокой энергоемкости ядерного топлива несопоставимо меньше, чем, скажем, зольные отвалы угольных электростанций.

Более того, сегодня некоторые поставщики реакторных технологий, предлагают в комплекте с поставкой АЭС еще и услуги по снабжению, последующему возврату и переработке отработавшего топлива. То есть фактически потребитель не оставляет у себя высокоактивное ядерное топливо после его использования в своем реакторе на АЭС, а возвращает поставщику.

Что касается радиоактивных отходов средней и низкой активности, то в этой области проблема гораздо шире, чем вопрос наработки этих отходов на АЭС.

Вообще на сегодняшний день в Казахстане по разным данным уже накоплено от 170 до 200 миллионов кубических метров таких радиоактивных отходов (РАО). По происхождению эти РАО можно разделить на две основные группы: в первую группу входят РАО, образовавшиеся в результате деятельности ядерных полигонов и на предприятиях, которые в настоящее время прекратили свою деятельность, это так называемые "исторические" РАО, а во вторую группу входят РАО, образовавшиеся и образовывающиеся на действующих предприятиях. В настоящее время проблема утилизации РАО в Казахстане частично решается за счет их размещения в имеющихся временных хранилищах, как правило, функционирующих на территории предприятий, в результате деятельности которых образовались эти отходы. Тем не менее вопросы остаются, и их необходимо решать комплексно.

Поэтому в части политики завершающего этапа обращения с РАО, на мой взгляд, предпочтителен подход, когда имеющиеся и нарабатываемые отходы необходимо перерабатывать, компактировать и после этого захоранивать. Такой подход позволит реализовать принцип окончательного решения проблемы РАО с предварительным максимальным уменьшением их объема.

Наработка низко- и среднеактивных РАО на АЭС, безусловно, будет иметь место. От этого, к сожалению, никуда не уйдешь. Но давайте посмотрим на те же угольные ТЭЦ, отвалы которых занимают огромные площади, а по уровню воздействия на окружающую среду они несопоставимо выше, в том числе и в плане радиационной опасности.

Поэтому еще раз повторяю: с РАО нужно работать, нужно развивать технологии их переработки, которые позволяют существенно сократить их объемы. Создавать необходимые условия для их окончательного и безопасного захоронения. Это нормальная практика всех развитых стран. Такого рода хранилища создаются в геологических выработках, глубоко под землей, и обеспечивают полную безопасность помещенных туда отходов.

Кроме того, в себестоимость электроэнергии, вырабатываемой АЭС, закладываются расходы на мероприятия по обращению с ОЯТ, РАО, которые аккумулируются в специальном фонде, и по выводу АЭС из эксплуатации по окончании ее работы. А это очень важный момент, когда все запланированные мероприятия обеспечены необходимыми финансами.

TENGRINEWS:

К сожалению, в мире есть примеры, когда происходили аварии на АЭС и это приводило к плачевным результатам. Поэтому население не сильно верит в безопасность АЭС...

Эрлан Батырбеков

В отношении этого вопроса следует понимать, что культура безопасности в атомной отрасли сегодня, благодаря особому к ней вниманию, находится на очень высоком уровне, что и определяет тщательность изучения и расследования любого происшествия, даже если оно не оказало влияния на работу ядерного реактора или другой ядерной установки. Существует специальная шкала ядерных событий от 0 до 7, разработанная МАГАТЭ, где любое событие, приводящее к отклонению от параметров штатной эксплуатации ядерной установки, классифицируется тем или иным баллом. И если, скажем, ситуация, классифицируемая как 0 баллов, определяется как отсутствие значимости с точки зрения безопасности, то, скажем, 4-5 баллов уже расцениваются как авария с локальными или широкими последствиями, на которую осуществляется реагирование в соответствии с разработанными процедурами. При этом, например, внеплановая остановка ядерного реактора, вызванная техническими или организационными причинами, - это уже серьезное событие, которое предполагает определенный алгоритм действий по детальному расследованию возникшей ситуации, определению причин, выработке соответствующих рекомендаций и так далее, в том числе с привлечением специалистов МАГАТЭ.

Что касается вероятности возникновения тяжелой аварии, которая у современных проектов реакторов варьируется от 10^-8 до 10^-6 событий/реакторо-лет, то это ничтожно малый показатель.

Я также хочу обратить внимание на то, что сегодня в технике любой инцидент, любая авария - это, в первую очередь, ситуация, из которой по максимуму извлекаются уроки, по результатам глубокого анализа устраняются или сводятся к минимуму факторы, даже маловероятное влияние или стечение которых может привести к трагичным последствиям, прорабатываются вопросы минимизации последствий даже маловероятного развития аварийных ситуаций. И в атомной энергетике такая работа ведется на постоянной основе. В этом я могу вас заверить с полной ответственностью. Каждое последующее поколение реакторов существенно превосходит предыдущее в части безопасности. Над этим работают огромные коллективы ученых и инженеров.

Национальный ядерный центр РК также широко вовлечен в эту деятельность. Наши исследования в поддержку выработки решений по минимизации последствий тяжелых аварий на АЭС сегодня востребованы во всем мире. Мы очень плотно работаем с партнерами из Японии, Франции, России и другими основными разработчиками, и поставщиками реакторных технологий, в том числе будущих реакторов IV поколения.

Если говорить о современных атомных реакторах, то в настоящее время в мире проектируются реакторы IV поколения, строятся и успешно эксплуатируются реакторы поколения III+. Как я и говорил ранее, уроки, которые преподала атомная энергетика в прошлом, не прошли бесследно и при разработке современных реакторных установок учтены все инциденты и аварии, случавшиеся на станциях предыдущих поколений, а также инциденты и аварии, которые в принципе могут произойти. Современное поколение реакторов уже имеет так называемые активные и пассивные системы безопасности, которые при любом проектном инциденте или аварии способны привести реактор в безопасное состояние даже без участия человека. Пассивные системы безопасности работают под действием природных сил и физических законов, которые, как говорится, не обманешь. К примеру гравитация, способствующая введению в активную зону поглощающих стержней, прекращающих ядерную реакцию при исчезновении электричества собственных нужд на станции.

В случае если даже гипотетическая авария с плавлением активной зоны произойдет, то у таких реакторов имеется множество рубежей защиты от выхода радиоактивных веществ за пределы площадки атомной станции, а также системы и алгоритмы так называемого управления аварией. К таким рубежам защиты относятся: особая конструкция топлива, топливной сборки, корпус реактора, а также специализированная защитная оболочка, построенная вокруг реактора - так называемый контаймент, выдерживающий прямое падение на него самолета.

Вместе с этим под реактором предусматривается специальная ловушка расплава, которая в случае нарушения целостности корпуса реактора не допустит разрушения шахты и проникновения расплавленного ядерного топлива в грунт. Необходимо отметить, что такие устройства улавливания расплава, различные устройства по организации его эвакуации из поврежденных топливных элементов, а также сами топливные элементы для различных типов реакторов, в том числе поколения IV, успешно испытывались на исследовательской базе РГП НЯЦ РК.

Все эти меры позволяют существенным образом снизить вероятность и негативные последствия гипотетической аварии и фактически исключить ее возможное воздействие на население и окружающую среду, ограничив зону воздействия территорией площадки АЭС.

TENGRINEWS:

А кто же будет строить и эксплуатировать АЭС в Казахстане?

Эрлан Батырбеков

Чтобы ответить на этот вопрос, начну с того, что атомная энергетика не будет чем-то абсолютно новым и неизведанным для Казахстана. Как известно, в Актау с 1973 по 1999 год успешно эксплуатировался первый в мире промышленный реактор на быстрых нейтронах БН-350. Это был уникальный в технологическом отношении атомный реактор, в основе которого лежат технологии, позволяющие в обозримом будущем замкнуть ядерно-топливный цикл и сделать атомную энергетику еще безопаснее и намного экономичнее. У нашей страны имеется и уникальный опыт по выводу данного реактора из эксплуатации.

Вместе с этим в настоящее время успешно эксплуатируются 3 исследовательских реактора - ИГР и ИВГ.1М в Национальном ядерном центре РК (в городе Курчатов), а также ВВР-К в Институте ядерной физики (в городе Алматы). Причем мощность одного из них - ИГР - в пиковом режиме достигает 10 ГВт, что на порядок выше номинальной мощности серийных энергетических реакторов большой мощности (1-1,4 ГВт). К исследовательским реакторам с точки зрения ядерной и радиационной безопасности предъявляются не менее жесткие, чем к энергетическим реакторам, требования, которые успешно выполняются на протяжении многих лет, что подтверждается длительной историей их безопасной эксплуатации.

Безусловно, важным аспектом для развития атомной энергетики является создание эффективной системы подготовки и переподготовки инженерно-технических кадров. Здесь, конечно, в первую очередь необходимым условием является качество образования. На правительственном уровне должна быть утверждена программа подготовки кадров, включающая повышение уровня образования и подготовки специалистов в учебных заведениях, целевое направление студентов (программы обмена) и молодых специалистов на обучение и стажировки в ведущие университеты и научные центры атомной сферы, на действующие объекты и учебные центры подготовки персонала для АЭС. Это также является абсолютно нормальной практикой для государств, которые начинают развивать собственную атомную энергетику.

Кроме того, как правило, при заключении контракта на строительство АЭС прописывается необходимость создания поставщиком учебного центра с полноразмерными тренажерами при этой станции, на которой будут на постоянной основе проходить обучение, аттестация и повышение квалификации эксплуатационного персонала.

Со своей стороны в качестве примера приведу Национальный ядерный центр РК, где создана своя эффективная система подготовки кадров. На базе предприятия успешно действуют 4 совместных филиала кафедр восточноказахстанских университетов. Это позволяет без отрыва от производства готовить докторов PhD. Для студентов колледжей и университетов организуются различные виды практик по образовательным программам. Под руководством и при участии научных сотрудников предприятия при вузах функционируют диссертационные советы по защите PhD диссертаций. Таким образом, специалисты в данной области у нас готовятся и уже имеются. Понятно, что они не смогут покрыть требуемый минимум для комплектации первого вводимого в эксплуатацию энергоблока, но необходимо отметить, что срок строительства и ввода в эксплуатацию АЭС с момента принятия решения занимает практически 10 лет. За это время, с учетом уже имеющегося задела, без сомнения, удастся подготовить команду профессионалов, способных эксплуатировать АЭС.

В любом случае в зависимости от типа выбранной реакторной установки ее проектировщиками и производителями предусмотрена специализированная программа подготовки, включающая определенный теоретический курс, стажировки на действующих АЭС с такими типами реакторов.

TENGRINEWS:

Ну и последний вопрос: есть мнение, что при подключении АЭС к сети тарифы на электроэнергию многократно возрастут?

Эрлан Батырбеков

Вопрос стоимости атомной генерации очень непростой. Строительство ТЭС сопоставимой мощности значительно дешевле, но основная нагрузка на тариф при выдаче электроэнергии ложится на стоимость углеводородного топлива. Огромные затраты идут на эксплуатацию ТЭС, добычу, транспортировку топлива, утилизацию отходов и так далее.

При строительстве АЭС, напротив, мы имеем относительно высокие первоначальные капитальные затраты на строительство, но эксплуатация АЭС и стоимость топлива - диоксида урана в сборках (составляет приблизительно 6 процентов от общих капитальных затрат) для нее обойдутся намного дешевле, чем для ТЭС на углеводородном топливе. Все эти нюансы напрямую зависят в том числе и от конкретного проекта АЭС, конкретного поставщика технологий.

В соответствии с проведенным анализом в Казахстане АЭС по стоимости выработки электроэнергии, в принципе, конкурентоспособна по отношению к ТЭС, даже с учетом необходимости формирования специального фонда, в который в течение всего срока эксплуатации АЭС, как я уже и говорил, будут отчисляться финансовые средства (до 3 процентов от общих затрат на строительство и эксплуатацию АЭС), необходимые для вывода станции из эксплуатации и обращения с отработавшим ядерным топливом. Речь идет о финансовой модели строительства станции, условиях по возможному кредитному займу, ставке дисконтирования, динамике инфляции, сроках ввода в эксплуатацию первого блока, размере фонда на вывод из эксплуатации. Вместе с этим необходимо отметить, что, поскольку топливная составляющая для АЭС несравненно меньше, чем для ТЭС, а срок службы АЭС более чем в 2 раза дольше, АЭС имеет очевидное преимущество, поскольку стоимость генерации практически не подвержена влиянию изменения цен на топливо и исходное сырье. АЭС обеспечит население стабильным энергоснабжением практически по фиксированной стоимости на весь срок ее эксплуатации.

Справка:

Батырбеков Эрлан Гадлетович. Окончил Московский инженерно-физический институт (МИФИ), обучался и стажировался в Департаменте ядерной инженерии Иллинойского университета (США), Вартанской школе бизнеса (Вашингтон, округ Колумбия, США) и Гарвардской школе бизнеса и экономики Калифорнийского государственного университета (Калифорния, США). Долгое время работал в Институте ядерной физики Республики Казахстан, где прошел путь от инженера до директора института.

В настоящее время является генеральным директором РГП "Национальный ядерный центр РК", доктор физико-математических наук, профессор, Академик НИА и НАЕН Республики Казахстан, заместитель председателя Пагуошского комитета Казахстана, координатор FNCA (Форума ядерной кооперации в Азии) от Республики Казахстан, председатель рабочей группы в Подготовительной комиссии ОДВЗЯИ (Организации Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний), советник Генерального секретаря ООН - член группы экспертов по рассмотрению роли верификации в продвижении многостороннего ядерного разоружения.

Имеет более 200 печатных работ по ядерной энергетике, преобразованию ядерной энергии и физике ядерно-возбуждаемой плазмы, автор 7 монографий и 12 изобретений.