Які реактори будувати в Україні, як ядерна енергетика впливає на розвиток країни і що наука може запропонувати атомній галузі? Відповіді на ці та інші питання намагались дати учасники круглого столу «Перспективи впровадження інновацій в атомну енергетику», який організували Рада молодих вчених при відділенні фізико-технічних проблем енергетики Національної академії наук України та Українське ядерне товариство за підтримки ДП НАЕК «Енергоатом».
З ІСТОРІЇ ПИТАННЯ
У серпні 2021 року під час візиту Президента України Володимира Зеленського до США НАЕК «Енергоатом» і американська компанія «Westinghouse» підписали меморандум, який передбачає участь компанії в добудові енергоблоку Хмельницької атомної електростанції за технологією AP1000 та будівництво ще чотирьох енергоблоків інших атомних електростанцій України. Ця інформація останнім часом на слуху.
Як нагадав під час круглого столу директор Інституту проблем безпеки АЕС НАН України Анатолій Носовський, будівництво третього та четвертого енергоблоків Хмельницької АЕС за проєктом ВВЕР-1000 В-320 розпочалось ще в 1985 році.
В 90-х роках воно було зупинено мораторієм на будівництво. В 2010 році було ратифіковано угоду між Україною і Росією щодо будівництва цих енергоблоків, але вже з реакторною установкою ВВЕР-1000 В-392Б, яку запропонувала російська компанія «Атомстройэкспорт». Проте через анексію Криму й агресію на Донбасі угода втратила чинність. Наступним кроком у вирішенні питання було коригування техніко-економічного обґрунтування в частині зміни постачальника реакторної установки, яким було визначено чеську компанію «Шкода». І от маємо свіжий меморандум. Сторони домовились про застосування американської технології, яка єдина з технологій реакторів покоління III+, проліцензована Комісією з ядерного регулювання США.
– Добудувати енергоблоки ХАЕС буде дуже проблематично, – вважає Анатолій Носовський. – Будівельні конструкції не було законсервовано протягом 30 років, приміщення на мінусових позначках затоплено водою, металеві конструкції в жахливому стані. З цих причин доцільно було б знести старі конструкції і побудувати на цьому майданчику нові сучасні енергоблоки.
ТРУДНОЩІ ВИБОРУ
Докладніше про вибір типу реакторної установки для будівництва нових потужностей АЕС в Україні розповів головний інженер ВП «Науково-технічний центр» ДП «НАЕК «Енергоатом» Олег Годун. З одного боку, наші фахівці розглядали енергоблоки малих модульних проєктів, а з іншого – подібні до тих, які зараз експлуатуються в Україні, щоб мінімізувати можливі витрати при будівництві.
Наприклад, розглядались сім проєктів водно-водяних реакторів: починаючи від корейського APR-1400» і китайського Hualong-1, закінчуючи американським AP1000. Для проведення порівняльної оцінки використовували методологію МАГАТЕ. При цьому методологія дозволяла використовувати якісні і кількісні критерії за такими напрямами як економіка, безпека і технологічні параметри.
– Інтегральна оцінка, яку було проведено в 2020 році (ще до того, як було зрозуміло, до якої технології ми схиляємось), демонструє, що з точки зору безпеки, можливої інтеграції до нашої інфраструктури, економічних показників провідні позиції порівняно з іншими проєктами посідає АP1000, – зауважив Олег Годун.
За капітальними затратами на будівництво конкуренцію американській технології може скласти російський проєкт АЕС-2006, але, по-перше, яка співпраця може бути з агресором, а по-друге – з ціною насправді не все однозначно.
– Остання інформація про АЕС-2006 датована 2013-м роком – тоді вартість будівництва складала близько 4700 доларів за кіловат встановленої потужності, але це була вартість для Білорусі, що в принципі не може бути об’єктивним показником, – розповів Олег Годун. – Для АP1000, за нашою інформацією, цей показник становить складає від 5 до 5,5 тисяч доларів.
ЕКОНОМІЧНИЙ ЕФЕКТ
Україна посідає третє місце в світі за часткою атомної енергетики в загальному енергобалансі країни. У цьому контексті директор департаменту комунікацій ДП НАЕК «Енергоатом», виконавчий секретар Українського ядерного товариства Данило Лавренов зауважив, що попри всі складнощі, зараз ми підійшли до моменту, коли є об’єктивні обставини і причини для подальшого розвитку атомної галузі загалом і будівництва нових блоків зокрема.
– Якщо ми поглянемо на ситуацію в світі, яка пов’язана із глобальним потеплінням, постійним підвищенням споживання електроенергії і необхідністю побудови нових енергетичних потужностей, то дійдемо висновку, що вибір, які технології розвивати, не такий і великий, – додав він.
Також пан Данило представив результати аналітичного дослідження щодо впливу атомної енергетики на розвиток України, яке провело Українське ядерне товариство. Зокрема, оцінювався вплив на прямі та непрямі економічні показники: обсяги виробленої електроенергії, кількість робочих місць, обсяг товарної продукції, сплачені податки, валовий внутрішній продукт (ВВП), обсяги інвестицій, витрати на оплату праці, відрахування на соціальні заходи.
Отже, разом з підрядниками усіх рівнів атомна галузь сплатила 48 мільярдів гривень – це 5,1 % доходів державного бюджету України). Витрати на оплату праці тих, хто працює в галузі, склали 49,1 мільярда гривень. Чистий дохід від реалізації продукції – 152 мільярда гривень (це 6,4% від реального ВВП України). У 2020 році атомна галузь забезпечила близько 136 тисяч робочих місць, що складає в середньому 0.9% від загальної кількості зайнятого населення України.
Базуючись на методології Організації економічного співробітництва і торгівлі, фахівці дали прогноз щодо робочих місць в галузі при роботі діючих енергоблоків і потенційно – при будівництві нових.
– Загалом один гігават встановленої потужності створює за весь період – від будівництва до виведення з експлуатації і роботою з відпрацьованим ядерним паливом і радіоактивними відходами – приблизно 50 тисяч робочих місць, – розповів Олег Годун. – Два нових енергоблоки за проєктний термін експлуатації згенерують понад 14,5 мільярда доларів чистого доходу та забезпечать податкові надходження в розмірі 5 мільярдів доларів. При цьому ВВП країни збільшиться на 40 – 60 мільярдів доларів.
Не варто забувати і про екологічні показники. Одна з основних переваг атомної енергетики – її вуглецева нейтральність. Як зауважив експерт, Україна має дуже високі показники Цілей сталого розвитку завдяки тому, що в нашому енергобалансі більше половини займає атомна генерація.
ВОДНЕВА ПЕРСПЕКТИВА
У світі дедалі частіше лунають думки, що через кількадесят років світова енергетика може повністю перейти на атом і водень. До речі, минулого року НАЕК «Енергоатом» і НАК «Нафтогаз» уклали меморандум, який передбачає вивчення можливості виробництва водню з електроенергії АЕС, а також транспортування цього ресурсу в ЄС за допомогою газової інфраструктури. Тож недарма кілька доповідей було присвячено питанням водневої енергетики.
– У перспективі, якщо водень витіснить нафту й газ, то їхню нішу на ринку може посісти атомна енергетика, адже окрім електроенергії і тепла генеруватиме, наприклад, паливо для автомобілів, – зауважив голова Української асоціації систем накопичення енергії та водневих технологій Василь Доронін. – Крім того, атомна енергетика може скидати надлишок виробництва в гібридну енергетичну систему, акумулюючи його у водні.
Розповідаючи про перспективи промислового виробництва водню з використанням атомної енергетики, директор ТОВ «Аргус сервіс» Максим Сагдієв також запропонував розглянути можливість «монетизації» профіциту енергії атомних електростанцій у водень, але – з переводом його в аміак, який легко транспортувати.
ВАРІАНТИ ПІДВИЩЕННЯ БЕЗПЕКИ
Питання підвищення безпеки АЕС завжди набувало особливої актуальності після великих аварій. Як розповів начальник лабораторії протиаварійної документації Державного науково-технічного центру з ядерної та радіаційної безпеки Максим Вишемірський, після аварії на АЕС «Три-Майл Айленд» у США суттєво підвищили вимоги до навчання персоналу, протиаварійної документації. Чорнобильска катастрофа зумовила підвищення вимог безпеки до систем управління і систем аварійного захисту. Не стала виключенням і остання з великих аварій, що відбулась на АЕС «Фукушіма» в Японії. Вона призвела до підвищення вимог до безпеки станцій в частині захищеності від зовнішніх факторів впливу. Це знайшло відображення в документах МАГАТЕ. За словами Максима Вишемірського, Україна також не стала пасти задніх, провела свої стрес-тести. З’ясувалось, що в нас є певні прогалини в безпеці АЕС, і за результатами були визначені шляхи їх подолання.
– Існувало два шляхи: перший – застосування додаткових мобільних технічних засобів, другий – впровадження стаціонарних пасивних систем, – розповів пан Максим. – Другий варіант дорожчий. Тому «Енергоатом» пішов більш швидким і дешевим шляхом застосування мобільних насосних установок і дизель-генераторів. Водночас є нюанси. Протиаварійні тренування показують, що якщо персонал аварійних бригад знаходиться поза межами майданчика, то успішність такої стратегії під загрозою, адже зібрати персонал і підключити необхідне обладнання встигають упритул до критично важливого часу, коли може настати пошкодження палива в активній зоні.
Тому наші науковці розглянули інші можливі шляхи подолання цієї проблеми. У результаті було встановлено, що для наших атомних станцій найбільш оптимальною є система пасивного відведення тепла від активної зони. Як зауважив Максим Вишемірський, єдиним можливим варіантом в такому разі буде відведення тепла до води в баках, яка, википаючи, буде передавати тепло в атмосферу.
МАТЕРІАЛИ І ПРИСТРОЇ
Сучасні концепції проєктування і створення ядерних реакторів нового покоління вимагають рішення ряду проблем радіаційного матеріалознавства.
Як розповів молодший науковий співробітник Національного наукового центру «Харківський фізико-технічний інститут» Ігор Колодій, це, перш за все, розробка матеріалів, здатних зберігати високі механічні, корозійні властивості, радіаційну стійкість при високих дозах опромінення та високих температурах (600 – 700ºC), що необхідно для досягнення більш високого ступеню вигоряння палива.
– Як перспективні матеріали для реакторів нового покоління зараз розглядаються два типи сталей: феритно-мартенситні і аустенітні, – зауважив пан Ігор. – Перші мають відносно високу радіаційна стійкість, проте низьку міцність, а другі – навпаки. Можливе рішення проблеми підвищення радіаційної стійкості при збереженні високих міцнісних характеристик – створення дисперсно-зміцнених оксидами сталей з високою щільністю виділень та їх однорідним розподілом в матриці.
Науковці розробили технологію отримання такого матеріалу. Його пластичність залишається на рівні, достатньому для технологічних та експлуатаційних цілей. Він є перспективним для ядерної енергетики як матеріал внутрішньокорпусних складових і оболонок реакторів.
Не всі розробки наших науковців-атомників затребувані на батьківщині. А от за кордоном їхніми послугами користуються. Керівник відділу дистанційних комплексів і технологій Інституту проблем безпеки АЕС НАН України Андрій Садовніков представив увазі учасників круглого столу інноваційні розробки для реакторів AP 1000 на АЕС міста Хайян, що в Китаї. До речі, як ішлося вище, саме такі реактори збираються будувати в Україні. Отже, науковці-конструктори ІПБ запропонували виймати високоактивні гільзи з реактора методом скручування у спіраль. Робота зі створення відповідного пристрою відбувалась спільно з китайською компанією.
ДЛЯ ЕФЕКТИВНОСТІ… НАФТОВИДОБУТКУ
З допомогою ядерних реакторів можна підвищити ефективність нафтовидобутку – такі можливості окреслив завідувач кафедрою атомних електростанцій Державного університету «Одеська політехніка» Володимир Кравченко.
За його словами, зниження об’ємів видобутку нафти в Україні пов’язане з великим виробленням запасів на основних родовищах і вступом їх в пізню стадію розробки. У таких умовах для підвищення ефективності можна застосувати метод закачування в пласт гарячого теплоносія, що підвищує температуру нафти, знижує її в’язкість і збільшує рухливість. Сьогодні для цих цілей встановлюються парогенератори безпосередньо біля свердловин (зокрема у США), або, наприклад, будується атомна електростанція для забезпечення теплоносієм видобутку високов’язких вуглеводнів (як у Канаді).
Наші науковці зробили техніко-економічне обґрунтування доцільності використання АЕС для підвищення нафтовидобування на прикладі Охтирського родовища, що в Сумській області. За їхніми підрахунками, термін окупності такого ядерного нафтовидобувного комплексу становить 4,5 роки.
ВІД НАПІВПРОВІДНИКІВ ДО МЕДИЦИНИ
Енергетика енергетикою, але не варто забувати і про наш дослідницький реактор, що працює в столичному Інституті ядерних досліджень НАН. З його допомогою можна розв’язувати чимало наукових проблем. Наприклад, вплив радіаційного опромінення на напівпровідники. Про цю роботу докладно розповів науковий співробітник та голова ради молодих вчених ІЯД Євген Малий:
– Ми досліджуємо, наскільки опромінення нейтронами змінює структуру напівпровідників. Якщо напівпровідник працює в звичайних умовах то він виявляє одні властивості. Під впливом опромінення властивості можуть змінитись. Цю особливість треба враховувати при проєктуванні радіоелектронної апаратури. Одержані результати можуть бути корисними при конструюванні радіаційно стійких оптоелектронних модулів, прогнозуванні наслідків впливу потужних радіаційних полів на лінії зв’язку та на засоби керування – у військовій галузі.
Зауважимо, що сфера використання нашого дослідницького реактора не обмежується фундаментальними дослідженнями. З його допомогою можна вирішити низку прикладних проблем. Саме в Інституті ядерних досліджень, опромінюючи зразки, можна дослідити, упродовж якого часу можливо експлуатувати корпус реактора.
«За результатами оцінювання нашими вченими на 10 – 20 років відтерміновано виведення з експлуатації 11 з 15 діючих енергоблоків, – наголосив президент НАН Анатолій Загородній під час ювілейної сесії загальних зборів академії. – Економічний ефект від продовження терміну роботи лише одного блоку становить близько 1,5 мільярдів гривень на рік».
Також з допомогою дослідницького ректора можна отримувати радіонукліди, які використовуються у медицині, промисловості, навіть – у ювелірній. Наприклад, для підвищення ювелірної цінності топазів їх опромінюють нейтронами.
ЩО РОБИТИ ЗІ «СПАДКОМ»?
Надійна ізоляція відпрацьованого ядерного палива і високоактивних відходів від середовища проживання людини на тисячі років є актуальним завданням сучасності. Питання «спадку» ядерної енергетики знайшло відображення і у доповідях учасників круглого столу.
Відповідно до концепції МАГАТЕ, розв’язання проблеми полягає в ізоляції таких відходів у геологічних формаціях у спеціальних ємкостях, які повинні зберігати герметичність на період, достатній для розпаду радіонуклідів та доведення їх до фонових значень. Про це йшлося у виступі молодшого наукового співробітника Національного наукового центру «Харківський фізико-технічний інститут» Костянтина Лобача.
У світі не існує єдиного підходу до технологій і матеріалів для геологічного захоронення радіоактивних відходів високої активності. Але ключові вимоги до матеріалів контейнерів усталені – корозійна і радіаційна стійкість.
– На підставі всебічних досліджень у світових наукових центрах запропоновано як матеріал для місткостей ВАВ і ВЯП використовувати керамічні матеріали (SiC – карбід креміню) або керамічні захисні шари (наприклад, TiO2 та CrN), – розповів Костянтин Лобач. – Серед переваг SiC – висока температура плавлення (2730 °С), радіаційна і корозійна стійкість, а також легкість.
Наші науковці вивчили вплив гамма опромінення на міцність і структуру кераміки SiC з додаванням хрому. Відповідні керамічні зразки було виготовлено у ННЦ ХФТІ. Отриманий результат свідчить про можливість використання даного композиту, як матеріалу контейнерів для зберігання та геологічного захоронення ВАВ і ВЯП.
Результати, які було отримано, лягли в основу міжнародного проєкту «ConCorD» (Container Corrosion under Disposal conditions) в рамках програми ЄС по поводженню с радіоактивними відходами EURAD.
Окрім твердих, нині в Україні накопичено десятки тисяч кубометрів рідких радіоактивних відходів, які зберігаються у сховищах тимчасового типу, що є значною проблемою екологічної безпеки.
Науковий співробітник Державної установи «Інститут геохімії навколишнього середовища Національної академії наук України» Костянтин Ярошенко представив результати дослідження ефективності глинистих сорбентів і цеолітів у процесах сорбції радіонуклідів з радіаційно-забруднених вод АЕС, оснащених реакторами ВВЕР. Зокрема, науковці встановили, що комбінування процесів сорбції та озонування дозволяє більш ефективно вилучати радіонукліди з модельного розчину трапних вод.
Як резюмував Костянтин Ярошенко, дешеві та доступні сорбенти (бентоніт і цеоліт) модифіковані простими реагентами є справді ефективними та можуть бути використані для вилучення радіонуклідів з трапних вод АЕС. Тож результати роботи дозволяють в подальшому розробити принципову технологічну схему та перевести рідкі відходи у стан придатності до довгострокового зберігання та захоронення.
ОНОВИТИ ЕНЕРГЕТИЧНУ СТРАТЕГІЮ
Визнати розвиток атомної енергетики пріоритетним завданням для України та гарантувати збереження частки атомної енергії в загальному енергобалансів на рівні вище 50% до 2050 року. Таку пропозицію до органів влади записано у резолюції, яку було схвалено за результатами круглого столу.
Також учасники зібрання пропонують включити в оновлену енергетичну стратегію України питання будівництва нових енергоблоків АЕС з еволюційними реакторами з підвищеними вимогами до безпеки та економічної привабливості.
З метою уникнення затягування процесу будівництва нових енергоблоків пропонується внести зміни до статті 20 Закону України «Про використання ядерної енергії та радіаційну безпеку» та визначити єдиний орган місцевої влади, який погоджує питання розміщення на своїй території об’єктів та підприємств ядерної галузі.
Крім того, серед пропозицій – розроблення державної цільової програми розвитку ядерної науки, технологій та збереження наукового і кадрового потенціалу, стимулювання підвищення якості підготовки кадрів технічних спеціальностей у закладах вищої освіти шляхом покращення матеріально-технічного забезпечення та впровадження механізмів дуальної освіти, а також сприяння подальшим дослідженням щодо розвитку в Україні гібридної енергетичної системи на основі атомної генерації та відновлювальних джерел енергії.
До речі
ВИКОРИСТАННЯ АТОМНОЇ ЕНЕРГІЇ ДО 2050 РОКУ ЗРОСТЕ ВДВІЧІ
Міжнародне агентство з атомної енергії очікує, що використання атомної енергії в світі до 2050 року зросте вдвічі. МАГАТЕ вперше за десять років, що минули після аварії на японській АЕС «Фукушіма», переглянуло свої прогнози потенційного зростання потужностей ядерної енергетики. Про це повідомили в НАЕК «Енергоатом».
«Нові прогнози демонструють, що ядерна енергетика продовжуватиме грати незамінну роль у виробництві енергії з низьким рівнем вуглецевих викидів, – зазначив генеральний директор МАГАТЕ Рафаель Маріано Гроссі. – Ми дедалі більше усвідомлюємо, що ядерна енергетика, яка не виділяє CO2 під час роботи, є життєво важливою у наших зусиллях щодо досягнення нульових викидів».
За сценарієм нового прогнозу, МАГАТЕ очікує, що світові ядерні потужності подвоюються до 792 ГВт до 2050 року з 393 ГВт (станом на минулий рік). Але його реалізація потребуватиме серйозних дій, зокрема, прискореного втілення інноваційних ядерних технологій.
Матеріали підготував Дмитро ШУЛІКІН
Газета “Світ”, № 41- 42 2021 р.