VI Міжнародній конференції «Перспективи впровадження інновацій у На атомну енергетику» розглядалось широке коло питань — будівництво нових енергоблоків, упровадження малих модульних реакторів, нові підходи до експлуатації й підвищення ефективності АЕС. Учасники поділились напрацюваннями у сфері безпеки атомних станцій, новітніх матеріалів і технологій, поводження з відпрацьованим ядерним паливом, кібербезпеки, підготовки кадрів для галузі тощо. Організаторами конференції традиційно стали Інститут проблем безпеки АЕС НАН України, ГО «Українське ядерне товариство» та Рада молодих вчених при Відділенні енергетики та енергетичних технологій НАН України. «Світ» відвідав пленарне засідання конференції.
Пліч-о-пліч з українськими науковцями атомникам вдалося реалізувати низку важливих проєктів: щодо диверсифікації постачань і врешті-решт повної відмови від російського палива, подовження термінів експлуатації енергоблоків наших АЕС (зокрема завдяки дослідженням стану корпусів реакторів та іншого обладнання), введення в експлуатацію централізованого сховища відпрацьованого ядерного палива, впровадження новітніх систем внутрішньореакторного контролю тощо. Про це нагадав перший заступник міністра енергетики Юрій Шейко, зауваживши, що попереду ще багато перспективних проєктів.
Попри війну, в наукових установах і на підприємствах ядерної галузі тривають науково-технічні дослідження. Директор Інституту проблем безпеки АЕС НАНУ академік Анатолій Носовський наголосив, що підтвердженням цього є тематика доповідей, які представлені на конференції.
Він виступив із пропозицією, яка була зафіксована в рішенні конференції: для підвищення продуктивності наукових та освітніх установ, які надають науково-технічну підтримку ядерній галузі України, та адаптації роботи цих установ до вимог ЄС, запропонувати Міністерству освіти і науки України й НАН України разом з АТ «НАЕК «Енергоатом» розробити стратегічну програму реформування та модернізації структур і моделей управління науковими й освітніми установами в ядерній галузі України.
Світові тенденції
Як нагадав у своїй доповіді завідувач відділення атомної енергетики Інституту проблем безпеки АЕС член-кореспондент НАНУ Володимир Борисенко, у грудні 2023 року в Дубаї відбулась міжнародна кліматична конференція ООН, на якій 20 країн (зокрема й Україна) підтримали Декларацію про збільшення потужностей ядерної енергетики втричі до 2050 року. Також у виданнях МАГАТЕ постійно пропонуються різні плани зі збільшення виробництва енергії на АЕС.
— Ці плани дуже амбітні, але малоймовірно, що їх буде виконано, — вважає Володимир Борисенко. — Їх озвучують уже не одне десятиліття, але на виробництві електроенергії на АЕС це жодним чином не відбивається.
Загальна частка електроенергії, що вироблена на АЕС, становить 9,1 % від загального виробництва у світі, яке у 2023 році склало 2552 млрд кВт⋅год. У 1996 році частка електроенергії, що вироблена на АЕС, становила 17,5 % (це максимум у відсотках за всю історію). Більш як 60 % енергії виробляють станції на традиційному викопному паливі. Також Володимир Борисенко зазначив, що відновлювальна енергетика (сонце і вітер) з 2021 року вже перегнала атомну, і сьогодні це перевага дорівнює майже 40 %.
Отже, як констатував Володимир Борисенко, атомна енергетика втрачає свої позиції. Причини цього відомі — у світі відбулася чимала кількість ядерних аварій, які суттєво вплинули на замовлення нових енергоблоків. Тому, на думку доповідача, щоб зберегти позиції, галузі необхідно набагато інтенсивніше підтверджувати свою необхідність і безпечність.
Нові енергоблоки, як розповів Володимир Борисенко, у світі практично ніхто не будує, за винятком Китаю (аж 28 блоків). Ця країна і є локомотивом, який визначає основні тенденції в ядерній енергетиці.
Сьогодні відключення навіть одного блоку суттєво впливає на електроспоживання в Україні. Наші блоки вже достатньо «дорослі», середній термін їхньої експлуатації в Україні перевищив 35 років, а чотири блоки експлуатуються майже по 40 років. Загалом в Україні 80 % блоків ВВЕР вже відпрацювали 30-річний проєктний термін експлуатації. Хоча, як констатував доповідач, це загальносвітова тенденція. У світі станом на осінь 2024 року з 415 блоків 265 перетнули 30-річний термін експлуатації, 98 — 40-річний, а 13 — 50-річний.
Отже, як наголошує Володимир Борисенко, треба заздалегідь готуватися до можливого виведення з експлуатації енергоблоків і заміни відповідних потужностей. Одним зі шляхів може бути будівництво нових блоків.
У цьому контексті доповідач звернув увагу на три напрями. Один із них — реактори так званого покоління 3+, до яких належать АP1000, EPR-1750, ВВЕР-1200. Щодо останніх новин, то нещодавно в Чехії перемогу на тендері здобув південнокорейський проєкт APR1400. За словами Володимира Борисенка, чотири таких блоки вже побудовано в ОАЕ, і вони демонструють доволі непогані показники.
Якщо говорити про інноваційні реакторні установки четвертого покоління (до яких зокрема належать реактори на швидких нейтронах свинцеві й натрієві, з газовим охолодженням, з надкритичними параметрами води тощо), то, як зауважив Володимир Іванович, за останні більше ніж 25 років з моменту початку розроблення цих інноваційних проєктів, суттєвого просування не спостерігається — до промислових і навіть до макетних зразків ще не дійшли. Щодо малих модульних реакторів, успіхи теж не дуже простежуються. Жоден з енергоблоків поки що не має ліцензії, за винятком реактора NuScale потужністю 50 МВт.
Резюмуючи, Володимир Борисенко зазначив, що прогнози виробництва і споживання електроенергії необхідно узгодити з фактичними тенденціями й реалістичними планами. На його думку, технологія АР1000 прийнятна (і приваблива за економічними показниками), але її вибір має бути узгоджено з процедурами відповідного техніко-економічного обґрунтування та інших заходів згідно з чинним законодавством України.
Що з АР1000 на ХАЕС?
Про перспективи зведення п’ятого і шостого блоків Хмельницької АЕС за технологією АР1000 йшлося у виступі заступника головного інженера ХАЕС Геннадія Самосея. У світі є АЕС, де реалізовано такий проєкт — це китайські станції «Саньмень» (два блоки запущені у 2018 році) і «Хайян» (два блоки — у 2018-му і 2019-му), а також американська «Вогтль», де два блоки розпочали комерційну експлуатацію у 2023 і 2024 роках.
Як нагадав Геннадій Самосей, у серпні 2021 року АТ «НАЕК «Енергоатом» та Westinghouse підписали Меморандум про спільне будівництво енергоблоків в Україні, а в листопаді того ж року — угоду про будівництво двох нових атомних енергоблоків для Хмельницької АЕС за технологією АР1000.
Розпорядження КМУ від січня 2023 року «Про організаційні заходи щодо будівництва енергоблоків Хмельницької АЕС» передбачало розроблення техніко-економічного обґрунтування будівництва ядерної установки за технологією АР1000. У лютому 2024-го ТЕО енергоблоків № 5 і 6 ХАЕС було розроблене й надане для проходження експертизи. У березні 2024-го на платформі «ЕкоСистема» в Єдиному реєстрі з ОВД розпочато процедуру оцінки впливу на довкілля.
Як зауважив у своїй доповіді (яка також була присвячена енергоблокам АР1000) начальник проєктно-технічного управління філії ВП «Атомпроєктінжиніринг» АТ «НАЕК «Енергоатом» Олександр Косінський, під час розроблення ТЕО та звіту ОВД до виконання окремих робіт було залучено декілька наукових і освітніх установ: Інститут проблем безпеки АЕС НАНУ, Інститут зоології ім. І.І. Шмальгаузена НАНУ, Науково-природничий музей НАН, Вінницький національний технічний університет і Центральну геофізичну обсерваторію імені Бориса Срезневського.
Важливою відмінністю від наших блоків ВВЕР Геннадій Самосей назвав можливість АР1000 працювати в режимі маневрування потужністю. За його словами, у проєкті втілено інноваційний підхід до безпеки зі значним спрощенням конструктивних та компонувальних рішень з метою підвищення надійності, полегшення будівництва, експлуатації та технічного обслуговування. Також серед переваг доповідач назвав кількість обладнання та об’єм споруд у порівнянні зі стандартними водно-водяними реакторами: в АР1000 менше помп, клапанів, кабелів, менше об’єму сейсмостійких будівель і споруд. Порівняв Геннадій Самосей і основні характеристики блоків АР1000 і ВВЕР-1000, зокрема, проєктний термін експлуатації перших удвічі більший — 60 років.
Такі потрібні елементи
У рішенні конференції йдеться про актуальність і пріоритетність діяльності НТК «Інститут монокристалів» та ННЦ «Харківський фізико-технічний інститут» щодо розроблення технологій виготовлення поглинальних елементів і поглинальних стрижнів систем управління та захисту для використання в різних типах реакторів. (Про ці роботи харківських науковців ми не раз розповідали на сторінках «Світу»).
Голова Північно-Східного наукового центру НАН України, директор НТК «Інститут монокристалів» академік Володимир Семиноженко розповів про наукові дослідження синтезу титанату диспрозію для поглинальних елементів стрижнів управління та захисту реакторів ВВЕР-1000.
— Разом з ХФТІ, — зауважив академік Семиноженко, — ми не тільки розв’язали питання теоретичних розробок, а й можемо разом організувати дослідне виробництво поглинальних елементів збірок, які дуже потрібні Україні.
У виступі старшого наукового співробітника НТК «Ядерний паливний цикл» ННЦ «ХФТІ» Валерія Зуйка йшлося про обґрунтування можливості продовження експлуатації поглинальних стрижнів СУЗ реакторів ВВЕР-1000.
Як відомо, раніше постачальником таких стрижнів для України й держав Євросоюзу, де експлуатуються реактори ВВЕР-1000, була рф. За планами «Енергоатома», виробництво нових ПС СУЗ буде організовано на одному з підприємств України. Але, як зауважив Валерій Зуйок, упровадження ПС СУЗ власного виробництва потребує певного часу для обґрунтування їхньої безпечної експлуатації, проведення низки лабораторних випробувань та дослідної експлуатації в активній зоні реактора.
За словами доповідача, результати роботи науковців ХФТІ дали змогу подовжити строк експлуатації майже всіх ПС СУЗ у реакторах ВВЕР-1000 АЕС України.
Перспективи малих реакторів
Сьогодні «Енергоатом» має шість меморандумів про співпрацю в частині розгортання малих модульних реакторів зі світовими лідерами в цій галузі — Holtech International, NuScale, Westinghouse та іншими. За словами начальника відділу розробки проєктів малих модульних реакторів ВП «Атомпроєктінжиніринг» АТ «НАЕК «Енергоатом» Сергія Копила, саме з Holtech склалась найбільш плідна співпраця — розглядається можливість розгортання пілотного проєкту на одній із наших теплових електростанцій.
Серед можливих напрямків розвитку ММР в Україні доповідач назвав створення нових атомних станцій на територіях, які будуть окремо виділені для цих потреб, розгортання MMР на базі наявних теплових станцій з можливістю їх повної заміни, а також — будівництво таких реакторів у Чорнобильській зоні відчуження. Йдеться про використання території зони не тільки як природоохоронного парку, а й наукового кластера зі створенням атомної інфраструктури, зокрема і будівництвом нових атомних станцій на базі ММР.
Серед чинників, що можуть пришвидшити розгортання ММР, Сергій Копил назвав наявність готової інфраструктури на майданчиках ТЕС. Це дасть змогу скоротити витрати на будівництво, а перепідготовка працівників ТЕС — використовувати наявну робочу силу.
Тему можливого використання малих модульних реакторів продовжив в. о. начальника відділу оцінки відповідності (достатності) генерувальних потужностей НЕК «Укренерго» Сергій Шульженко, який розповів про можливості підвищення балансової надійності енергосистеми за рахунок використання технологій ММР. І в цьому їхня перевага над ВЕС і СЕС, які генерують негарантовану потужність, і її треба балансувати.
Якщо реактор знеструмлено
Начальник лабораторії Державного науково-технічного центру з ядерної та радіаційної безпеки Максим Вишемірський презентував доповідь про аналіз процесів у реакторних установках та басейнах витримки в ВВЕР-1000 під час повного знеструмлення та після довготривалого зупину енергоблока. Серед висновків, яких дійшли фахівці ДНТЦ ЯРБ, — пошкодження ядерного палива в активній зоні ВВЕР-1000 не очікується впродовж кількох тижнів (або і місяців) унаслідок виникнення знеструмлення після довготривалого зупину.
Використати потенціал
Сьогодні теплова енергія, вироблена на АЕС, є однією з найбільш привабливих з погляду вартості. Про це йшлося у виступі завідувача кафедри атомних електростанцій НУ «Одеська політехніка» Володимира Кравченка, який представив результати роботи з визначення максимально можливої теплової потужності, яка може бути відведена від енергоблока з турбоустановкою К-1000-60/1500-1. «Треба ширше використовувати АЕС для теплопостачання, на яке в Україні використовується палива більше, ніж на виробництво електроенергії», — переконаний професор Кравченко.
Тему продовжив завідувач відділу Інституту газу НАН України Костянтин П’яних, який зазначив, що річний потенціал скидної теплоти теплових та атомних станцій України учетверо перевищує виробництво теплоти в системах централізованого теплопостачання. Доповідач окреслив контури проєкту можливого теплозабезпечення міста Славута, що за 16 кілометрів від Хмельницької АЕС.
Сьогодні практично 100 % діагностичних і терапевтичних ізотопів в Україні ввозяться з-за кордону. Заступник директора з комерційних питань ДП «УДВП Ізотоп» Оксана Король розповіла, що оскільки в ядерній медицині переважно використовуються недовготривалі ізотопи, то наші хворі й лікарі не мають доступу до більшості з них, тому що препарати фізично не встигають довезти. Рішення, на думку пані Оксани, полягає у запровадженні власного виробництва препаратів.
«Ізотоп» вже розробив попередній план дій. У цьому контексті один з модераторів конференції, в. о. вченого секретаря та завідувач лабораторії ІПБ АЕС Костянтин Сімейко закликав фахівців «Ізотопу» до співпраці з Інститутом ядерних досліджень НАНУ і ННЦ «ХФТІ», які проводять такі дослідження і мають відповідну матеріально-технічну базу.
Одним зі шляхів підвищення рентабельності роботи наявних блоків АЕС України старший науковий співробітник Інституту технічної теплофізики НАН України Михайло Уланов назвав водневу когенерацію. «Розрахунки засвідчили, що в разі реалізації проєкту з будівництва електролізної установки потужністю 1 ГВт біля атомного енергоблока потужністю 1000 МВт, можна збільшити чистий дохід у 2,8 раза у порівнянні з виробництвом лише електричної енергії», — зауважив він.
Тему водневої когенерації продовжив інженер ТОВ «Енергобезпека груп» Василь Корольчук, який розповів про дослідницький проєкт, присвячений можливому виробництву водню на АЕС, що фінансується програмою «Євратом» ЄС. За словами доповідача, аналіз можливостей Рівненської та Хмельницької АЕС показав, що впровадження водневих технологій у санітарно-захисній зоні можливо, але водночас ліцензування впровадження водневих станцій є складним завданням.
Старший науковий співробітник Інституту ядерних досліджень НАНУ Євген Малий розповів про спільну роботу з колегами з інститутів фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова та проблем безпеки АЕС НАНУ з розроблення іонно-плазмової технології обробки поверхні напівпровідника CdZnTe, що забезпечує модифікацію та пасивацію поверхні, зокрема алмазоподібними вуглецевими плівками. Це дасть змогу створювати рентгенівські та гамма-детектори на його основі, які можуть бути використані в системах виявлення радіологічного забруднення та ідентифікації джерел радіації.
В умовах викликів
Традиційно під час конференції відбулася експертна дискусія щодо функціонування та розвитку атомної енергетики в умовах викликів, пов’язаних з російською агресією. Дослідження свідчать, що якщо недалеко від станції відбуваються бойові дії, то вона має перейти в найбезпечніший стан холодного зупину.
Пролунала думка, що в нашій нормативній базі мають бути чітко визначені режими експлуатації АЕС в умовах можливих дій з боку рф, щоб відповідні кроки не робилися спонтанно.
Йшлося і про велику роботу, яку треба провести для адаптації блоків АP1000 до нашої нормативної бази. У рішенні конференції учасники запропонували АТ «НАЕК «Енергоатом» продовжити наукові, підготовчі та проєктні роботи щодо будівництва нових енергоблоків АЕС з реакторами AP1000 та малими модульними реакторами, а також наукові дослідження з розроблення українського енергоблока за сучасними технологіями з високим ступенем локалізації виробництва та залученням українських підприємств і наукових установ.
Дмитро ШУЛІКІН
Фото автора і з сайту Українського ядерного товариства