Атомні тренди – Газета "Світ"

Які розробки наші науковці можуть запропонувати атомній галузі, як реагувати на воєнні загрози для АЕС, які тенденції розвитку атомної енергетики у світі та які перспективи у проєктів великих енергоблоків і малих модульних реакторів? У експертному колі ці питання обговорили на V Міжнародній конференції «Перспективи впровадження інновацій у атомну енергетику», що протягом двох днів тривала у великому конференц-залі Національної академії наук України. «Світ», який вже протягом трьох років є інформаційним партнером конференції, зібрав найцікавіше з пленарного засідання.

Організаторами конференції стали Українське ядерне товариство, Інститут проблем безпеки АЕС, Рада молодих вчених при Відділенні фізико-технічних проблем енергетики НАН України. А модератором пленарного засідання традиційно став завідувач лабораторії ІПБ АЕС, голова науково-аналітичної секції Українського ядерного товариства Костянтин Сімейко.

Важливий фактор для економіки

В Європейському Союзі, до якого ми прагнемо, в рамках Зеленої угоди допускається використання країнами-членами ядерної енергетики як частини національного енергобалансу.

Про це у вступному слові розповів директор Інституту проблем безпеки АЕС НАН академік Анатолій Носовський. Окрім того, багато країн, що розвиваються, розглядають можливість будівництва атомних станцій, які можуть забезпечити виробництво порівняно дешевої електроенергії, що є важливим фактором для економіки. Збільшення частки виробництва енергії на атомних станціях може дати країнам змогу скоротити викиди парникових газів.

Сучасний стан розвитку ядерної галузі України, як констатував академік Носовський, як ніколи раніше потребує підвищення результативності науково-дослідних робіт у системі академічної й відомчої науки, яка обов’язково має бути пов’язана з актуальними практичними проблемами відповідно до Енергетичної стратегії України на період до 2050 року.

Надійне джерело

Директор департаменту інформаційно-аналітичного забезпечення ДП НАЕК «Енергоатом», виконавчий секретар Українського ядерного товариства Данило Лавренов у своєму виступі навів кілька аргументів на користь того, що в української атомної енергетики є перспективи — навіть попри повномасштабну війну.

По-перше, в цих умовах саме атомна енергетика в Україні довела своє стратегічне значення. Незважаючи на жахливі події — окупацію Чорнобильської зони, Запорізької АЕС, весь світ звернув увагу на атомну енергетику, з одного боку розуміючи її недоліки й проблеми, а з другого — зважаючи на переваги. Зокрема, в умовах блекаутів, постійних відключень, декількаразового падіння енергосистеми — це надійне джерело енергозабезпечення населення. «Зараз ми стоїмо на порозі реалізації низки цікавих і перспективних проєктів, і Україна може стати майданчиком для їх подальшої реалізації та впровадження. Попри війну, у нас є велика кількість науковців з різних установ, які продовжують працювати, ремонтно-сервісні підприємства — і це також дає можливість говорити про перспективи атомної галузі», — додав Данило Лавренов.

Світова тенденція — енергоблоки старішають

Україна до повномасштабного російського вторгнення була серед світових лідерів за обсягами виробництва електроенергії на АЕС — у 2021 році вона посідала шосте місце, а обсяг виробництва становив 86,2 мільярда кВт⋅год. Лідерами були США, Китай і Франція — 787,4, 407,1 і 360,7 млрд кВт⋅год. відповідно.

Такі цифри у своєму виступі, який було присвячено тенденціям і прогнозам розвитку ядерної енергетики у світі, навів завідувач відділення атомної енергетики Інституту програми безпеки АЕС НАН України Володимир Борисенко. До речі, з 2022 року Україна не передає відповідні дані МАГАТЕ.

У світі максимальна частка виробництва електроенергії на АЕС була у 1996 році — 17,5 % від загального обсягу виробництва, а сьогодні — трохи менше ніж 10 %. Тобто спостерігається постійна тенденція до зниження загального внеску ядерної енергетики. Щодо кількості реакторів, які одночасно будувались, то у 1979 році таких було 234. Тепер — 53, але до цієї цифри відносять блоки, зокрема і наші, які реально не будуються.

— В ЄС, до якого ми прагнемо, досить висока частка електроенергії, виробленої на АЕС — 104 енергоблоки виробляють 25 %, — розповів Володимир Борисенко. — З цих 104 енергоблоків більш як половина (56 %) припадає на Францію (яка виробляє на АЕС 70 % своєї електроенергії). В Україні до повномасштабного вторгнення частка становила 55–56 %.

Кількість реакторів, які реально працюють, також постійно зменшується. На кінець 2002 року їх було 439, а на кінець 2021-го — 421. Причому за 2021 рік кількість зменшилась ще на десять. За базою даних МАГАТЕ, сьогодні в експлуатації 411 енергоблоків.

Як нагадав Володимир Борисенко, в Україні 80 % (або 12 з 15) енергоблоків вже відпрацювали 30-річний проєктний термін експлуатації. 40-річний термін уже перетнули один енергоблок на Південноукраїнській і два на Рівненській АЕС. Але ця проблема актуальна не лише для України. Так, у світі з 442 енергоблоків станом на 2022 рік вже 300 (або 68 %) блоків перетнули 30-річний термін експлуатації. У світі середній вік енергоблоків становить 31 рік, у США (які першими їх і почали будувати) — 42 роки, а в нас — 34 роки. Водночас в Азії енергоблоки відносно «молоді», наприклад у Південній Кореї їхній середній вік становить 23 роки, а в Китаї — 9 років.

— Наші енергоблоки будуть в експлуатації ще до 20 років, — зауважив Володимир Борисенко. — Але у будь-якому разі доведеться розв’язувати проблему заміни цих потужностей.

У Енергетичній стратегії України до 2050 року (яку поки ще не оприлюднено) пропонується збільшити потужність за різними типами генерації — від АЕС до сонячних електростанцій. Збільшення в середньому у 5, а за деякими видами — майже в сотню разів.

— Враховуючи, що у довоєнні роки потужність споживання електроенергії становила від 12 до 24 ГВт (літо–зима), а сьогодні — на 30–40 % менше, то запропонована встановлена потужність генерації згідно з ЕСУ-2050 є суттєво завищеною, — вважає Володимир Борисенко. Зупинився доповідач і на сучасних реакторних технологіях. За його словами, станом на 2023 рік реактор AP1000 є найбільш апробованим серед інших проєктів реакторних установок покоління ІІІ+, зокрема й тому, що в проєкті широко використовуються як наявні технології, так і пасивні системи безпеки. Як резюмував Володимир Борисенко, вибір технології АР1000 як пріоритетної реакторної технології легководних реакторів великої потужності для подальшого врахування під час формування стратегії розвитку ядерної енергетики України є прийнятним, але цей вибір необхідно підтвердити з боку експлуатаційної організації з урахуванням необхідних процедур узгодження відповідного техніко-економічного обґрунтування та інших заходів згідно з чинним законодавством України.

Перспективи ММР

Уже традиційно значна кількість виступів на конференції була присвячена малим модульним реакторам. Останнім часом в інформаційному полі з’являються різні новини щодо ММР. Так, компанія NuScale Power, яка першою дістала схвалення уряду США на розробку малого ядерного реактора, скасувала плани будівництва електростанції для постачальника електроенергії в Юті через різке зростання витрат. Водночас нещодавно за підсумками візиту до Вашингтона міністра енергетики України Германа Галущенка і його зустрічі з головним комерційним директором компанії NuScale Power Клейтоном Скоттом було оприлюднено інформацію, що сторони домовилися залучати представників українських та американських промислових організацій до роботи задля прискорення реалізації першого проєкту ММР в Україні.

У будь-якому разі, як констатував Володимир Борисенко, поки що жодного робочого малого модульного реактора у світі немає. Один вже два роки будується в Китаї. Станом на 2023 рік єдиним проєктом ММР, який пройшов основні етапи ліцензування в Комісії з ядерного регулювання (NRS) США, є проєкт NuScale. Володимир Борисенко зауважив, що процес ліцензування в NRC пройшов проєкт NuScale потужністю 50 МВт, який не планується до будівництва. А за проєктом NuScale потужністю 77 МВт, який поки що планується до будівництва, подачу документів в NRC для отримання ліцензії на будівництво й експлуатацію заплановано тільки на січень 2024 року.

Також доповідач навів розрахунки, згідно з якими застосування під час виробництва електроенергії технологій ММР буде дорожчим порівняно з використанням традиційної, апробованої технології експлуатації ядерних енергоблоків потужністю 1000 МВт.

— Доцільність ухвалення рішень щодо впровадження технології ММР в Україні може бути науково обґрунтовано тільки після аналізу реальних техніко-економічних показників у разі реалізації проєктів ММР в інших країнах, — переконаний Володимир Борисенко.

Старший інженер Науково-технічного центру НАЕК «Енергоатом» Валентин Кир’янчук представив попередню оцінку інвестиційної привабливості малих модульних реакторів. Зокрема, йшлося про технології NuScale VOYGR, SMR-160 Holtec International і Rolls-Royce SMR.

Доповідач окреслив низку викликів. Зокрема, національна ліцензійна, нормативна та інженерна база застосовується лише до технологій реакторів ВВЕР і не може використовуватися для передових інноваційних технологій реакторів, включно з ММР. Окрім того, як вже йшлося вище, немає референтного енергоблока з досвідом експлуатації.

Також Валентин Кир’янчук окреслив низку потенційних переваг ММР порівняно з відновлювальною генерацією. Зокрема, такі блоки можуть використовуватись у маневрових режимах, виробляти не тільки електро-, а й теплову енергію тощо.

Щодо конкретних технологій, то на конференції вже вдруге презентували чеську концепцію DAVID SMR — малий модульний реактор із водою під тиском з потужністю 50 МВт. Як розповіли голова правління компанії Czechatom Мартін Грох і ССО Bresson Power Василь Грабар, блоки DAVID є масштабованими й можуть вмістити різну кількість реакторів. Цей проєкт може бути потенційно цікавим нашим атомникам, адже базується на традиційній і знайомій їм конструкції водо-водяного реактора під тиском.

На майданчику ХАЕС

Коли йдеться про будівництво нових енергоблоків в Україні, то зазвичай в цьому контексті часто згадується Хмельницька АЕС. Що нині відбувається на майданчику станції? Про це докладно розповів заступник головного інженера з нових блоків ХАЕС Геннадій Самосей. А розпочав він з перспектив, зокрема — можливого будівництва 5-го і 6-го енергоблоків за технологією АР1000.

— У нас є територія, на якій можна будувати два таких енергоблоки, ця земля належить «Енергоатому» (близько 56 га), на ній можна розмістити всю інфраструктуру: залізницю, автомобільні дороги, самі блоки з майданчиками для їхнього будівництва тощо, — розповів доповідач. І це не єдина ділянка, де можна будувати такі блоки. Також у станції є території, де можна розмістити як потужності проєктувальних організацій, так і містечка для робітників.

Оновним чинником впливу на розміри майданчика, за словами Геннадія Самосея, є рішення щодо вибору схеми забезпечення охолодження, а саме варіантів з використанням робочого ставка-охолоджувача чи будівництвом додаткових градирень.

За словами доповідача, у разі спорудження енергоблоків сумарною потужністю понад 3000–3240 МВт необхідно будівництво додаткових охолоджувачів або струменеспрямувальної дамби.

Щодо 3-го і 4-го блоків, які розпочали будувати ще у 80-х роках минулого століття, то, як розповів Геннадій Самосей, на їхньому майданчику розпочато роботи зі стабілізації будівельних конструкцій, а також обладнання, яке там зберігається. Зокрема, це відбувається з допомогою фахівців Запорізької АЕС, які були змушені виїхати й тепер працюють на ХАЕС. Також виконуються роботи, пов’язані з демонтажем конструкцій — таке рішення було ухвалено після обстеження Київським проєктним інститутом. У разі позитивного рішення щодо подальшого будівництва 3-го і 4-го енергоблоків, це дасть змогу зекономити час на демонтаж конструкцій.

Чи бути виробництву «атомного» водню?

Низка доповідей стосувалася водневої тематики. Зокрема, технічний директор ТОВ «Енергобезпека груп» Олександр Мазурок представив перші результати дослідницького проєкту NPHyCo (Nuclear Powered Hydrogen Cogeneration), який присвячений атомній водневій когенерації та фінансується програмою Європейського Союзу з досліджень та навчання Євратом (2021–2025). У його рамках, зокрема, оцінюється доцільність виробництва водню поблизу наявних АЕС, а також доданої вартості такого проєкту. ТОВ «Енергобезпека груп» у кооперації з ДП НАЕК «Енергоатом» виконує детальний аналіз можливості генерації водню на АЕС України.

За словами Олександра Мазурка, попередній аналіз можливостей Рівненської та Хмельницької АЕС показав, що впровадження водневих технологій в санітарно-захисній зоні можливе, але є низка технічних аспектів та необхідність підтвердження безпеки розташування водневих станцій поруч з АЕС. Також доповідач констатував, що ліцензування впровадження водневих станцій є складним завданням, адже є потреба в отриманні спеціальних дозволів тощо.

Подовження експлуатації та підвищення ефективності

З 441 реактора АЕС у світі майже половина енергоблоків експлуатуються в понадпроєктний термін. У США 6 енергоблоків уже мають ліцензію на експлуатацію протягом 60–80 років, а ще 70 стоять у черзі. Таку статистику навів керівник Служби технічної підтримки продовження експлуатації Науково-технічного центру НАЕК «Енергоатом» Сергій Радченко у своєму виступі, який було присвячено стратегії забезпечення продовження строку експлуатації елементів реактора ВВЕР-1000 АЕС України понад 60 років. На його думку, за наявності обґрунтованих інженерно-технічних рішень не викликає сумнівів фінансова привабливість можливості продовження терміну експлуатації атомних станцій.

За словами Сергія Радченка, цей процес непростий. Лише комплекс розрахунків на один енергоблок займає від 3 до 5 років для команди з 10–15 фахівців. На основі цих розрахунків у прикінцевому звіті виконується оцінка ресурсних можливостей і елементів та призначається новий термін служби. За такою процедурою з 15 енергоблоків в Україні вже продовжено термін експлуатації 12.

Як розповідає Сергій Радченко, водночас було виявлено низку актуальних питань, вирішення яких необхідно для подальшого продовження терміну експлуатації до 60 й більше років.

Зокрема, для опорних елементів реактора обмеження ресурсу пов’язане з можливим окрихченням сталей. Як констатував доповідач, нині відсутні однозначні залежності характеристик сталей опорних елементів від опромінення. Для розв’язання цієї задачі в компанії «Енергоатом» розроблено програму опромінення зразків з матеріалу опорних елементів реакторів ВВЕР-1000 і вже створено матеріалознавчий канал для реактора Інституту ядерних досліджень НАН України.

До речі, щодо реакторів ВВЕР-1000. Ще донедавна російська компанія АТ «ТВЕЛ» була єдиним постачальником поглинальних стрижнів систем управління та захисту (ПС СУЗ) для АЕС України й країн Євросоюзу з такими реакторами радянського дизайну.

Тож питання щодо імпортозаміщення в сучасних умовах постало надзвичайно гостро.

Як розповів старший науковий співробітник науково-технічного комплексу «Ядерний паливний цикл» Національного наукового центру «Харківський фізико-технічний інститут» Валерій Зуйок, фахівці України розробили технологію виготовлення поглинальних нейтрони елементів та ПС СУЗ реактора ВВЕР-1000 в цілому, які за конструкцією та матеріалами порівнянні з російськими. Щодо теми доповіді, то Валерій Зуйок представив результати роботи науковців ХФТІ, які на підставі результатів розрахунку нейтронно-фізичних характеристик (фізична ефективність поглинання нейтронів, зміна ізотопного складу, радіоактивність) відомих поглинальних матеріалів, які використовуються в конструкції ПЕЛ, запропонували оптимальні варіанти для виробництва ПЕЛ ПС СУЗ, який здатен забезпечити надійну та безпечну експлуатацію реакторної установки ВВЕР-1000 протягом тривалого часу.

Наявність в Україні потужного атомно-промислового комплексу, великої кількості ядерно-фізичних установок та промислових об’єктів ядерної енергетики чи об’єктів, пов’язаних з радіаційними технологіями зумовлює потребу в ефективних системах виявлення радіологічного забруднення та ідентифікації джерел радіації, що вимагає розробки та вдосконалення систем радіологічної безпеки. Напівпровідникові детектори активно використовуються для реєстрації різноманітних видів випромінювань та частинок. Про це зробив доповідь в.о. старшого наукового співробітника Інституту ядерних досліджень Євген Малий у співпраці з колегами з Інституту фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова. Їхня робота присячена CdZnTe – перспективному матеріалу для виробництва рентгенівських і γ-детекторів, що працюють при кімнатній температурі і виробляють струм під дією напруги затвора, після впливу високоенергетичного випромінювання. Вони розробили йонно-плазмову технологію обробки поверхні напівпровідника CdZnTe, що забезпечує модифікацію та пасивацію поверхні.

Аспекти ліцензування

Будь-які нові енергоблоки — і великі, і малі — потребуватимуть ліцензування в Україні. Про особливості цього процесу розповів старший науковий співробітник Державного науково-технічного центру з ядерної та радіаційної безпеки заслужений енергетик України Віктор Шендерович. Він констатував, що закордонні проєкти нових енергоблоків розроблено на основі нормативної бази, яка відрізняється від нашої, хоча принципові розбіжності відсутні.

Віктор Шендерович вважає, що розгляд проєктів, які не будуть попередньо ліцензовані постачальником, для наших умов є неприйнятним. На його думку, як вихідні мають розглядатися проєкти, які: по-перше, ліцензовані й сертифіковані постачальником і мають референтність (наприклад, АР1000), по-друге — на завершальній стадії ліцензування або сертифікації (наприклад, проєкт енергоблока NuScale, Rolls Roys), по-третє — є передумови ліцензування на момент реального розгляду наших умов (як приклад — SMR-160). Але в будь-якому разі ліцензування нових об’єктів має здійснюватися відповідно до вимог національного законодавства, включно з етапами, вимогами, процедурами.

Резюмуючи, доповідач наголосив на необхідності вироблення консолідованої позиції регулювальних органів щодо питань ліцензування та узгодження діяльності щодо створення нових об’єктів атомної енергетики з використанням закордонних проєктів, а також — передбачення у разі потреби розроблення та погодження додаткових організаційно-технічних документів.

Що робити в умовах агресії?

Виклики для нашої атомної енергетики в умовах російської агресії — безпрецедентні. Постійно з’являються тривожні новини: на Запорізькій АЕС російські загарбники й далі порушують технічні вимоги експлуатації обладнання, або згадаймо атаку «шахедів», унаслідок чого зазнали пошкоджень будівлі Хмельницької АЕС. Тож невипадково в рамках конференції було проведено експертну дискусію щодо функціонування галузі в таких умовах, адже питання ядерної й радіаційної безпеки турбує сьогодні не тільки Україну, а й весь цивілізований світ.

Під час дискусії Данило Лавренов озвучив кілька концептуальних напрямків. По-перше, АЕС від початку не проєктувалися для роботи в умовах бойових дій, тому жодних суттєвих змін вносити в «ядерне» законодавство не потрібш но. Питання треба вирішувати на політичному, дипломатичному, міждержавному рівні й не допускати воєнних дій там, де розташовані ядерні об’єкти.

По-друге, є концепція, за якою у разі, коли бойові дії все-таки відбуваються, треба мати відповідний захист ядерних об’єктів, який дасть змогу убезпечити їх від можливих негативних наслідків. А третій концептуальний напрямок полягає в тому, що необхідно взагалі поступово відмовлятись від атомної енергетики, адже в умовах війн вона може бути інструментом шантажу і тиску.

Загалом учасники дискусії погодили, що проєктувати АЕС під умови бойових дій — марна річ, адже ніхто не знає, яка зброя буде застосовуватись, наприклад, через 20 років. Щодо будівництва підземних АЕС, то, як зауважив Віктор Шендерович, це може поставити хрест на конкурентоздатності атомної енергетики. Але учасники розмови констатували, що сьогодні є всі підстави розглянути питання підвищення готовності АЕС до умов можливих бойових дій, зокрема і в майбутньому, адже маємо під боком росію. «Слід працювати над захистом найбільш критичних елементів з погляду можливості їхнього пошкодження — трансформаторів, розподільних пристроїв, об’єктів, що пов’язані з водопостачанням, — зауважив Віктор Шендерович. — А також слід бути готовими до переведення блоків у безпечний стан».

Пропозиції лунали різні. Наприклад — щодо надання АЕС статусу міжнародної території під захистом ООН, або — будь-які радіаційні витоки трактувати як незаконне використання ядерної зброї. Але скажімо відверто — які шанси, що таке рішення може бути ухвалено на рівні міжнародних організацій? Пролунала і критика щодо МАГАТЕ, яке, мовляв, здійснює «ядерний туризм і констатацію фактів».

У підсумку учасники дійшли висновку, що необхідно створювати відповідну міжнародну законодавчу нормативну базу, інакше кажучи — дієві юридичні, політичні, правові механізми, які були б стримувальним фактором для будь-якої країни-агресора щодо атак на ядерні об’єкти.

Дмитро ШУЛІКІН

Фото автора

Читайте також: