Газета 'Промышленные ведомости'
Главная Подшивка Подписка Редакция Партнерство Форум
Для участников обсуждений: Вход | Регистрация
«ПВ» № 10, октябрь 2006  -  cодержание номера 

Ренессанс атомной энергетики в США

Джеймс А. Лейк

Высокие экономические показатели и уровень безопасности атомной энергетики в Соединенных Штатах, растущий спрос на энергию и все более широкая осведомленность об экологических выгодах чистой ядерной энергии создают основу для ренессанса атомной энергетики. Это может поддержать цели США в области энергетической безопасности, экономического процветания и качества окружающей среды в 21 веке.

Однако прежде чем такой ренессанс сможет стать реальностью, государственные деятели должны заняться решением таких трудных проблем, как относительно высокие капитальные затраты на строительство новых станций, эффективное использование отработанного ядерного топлива и риск распространения оружейного плутония за пределы топливного цикла атомной энергетики.

Развитие атомной энергетики

Атомная энергетика в Соединенных Штатах рождалась в 1950-1960-е годы. По мере того как строились и эксплуатировались первые атомные электростанции, начинали возникать трудности, связанные с ростом строительных затрат и обеспечением безопасности. Кульминацией стала авария на втором энергоблоке станции на Три-Майл-Айленде под Миддлтауном (штат Пенсильвания) в 1979 году.

Последующие коррективы, внесенные Комиссией США по ядерному регулированию для обеспечения безопасной эксплуатации, отложили на многие годы завершение начатого строительства станций во время высокой инфляции и вызвали банкротство и закрытие нескольких АЭС. Так завершилась первая эпоха американской атомной энергетики.

В течение 1980-х годов компании, производящие электроэнергию на АЭС, завершили строительство многих станций, ввели их в строй и уделили внимание повышению экономической эффективности и эксплуатационных характеристик, что одновременно улучшило безопасность.

К середине и концу 1990-х годов в Соединенных Штатах 103 атомных электростанции производили 20 процентов американской электроэнергии по себестоимости, которая позволяла им успешно конкурировать со станциями на угле и других видах топлива, - менее 2 центов за киловатт.час. Показатели их безопасности улучшились более чем в 10 раз, так что сегодня атомная энергетика занимает лидирующие позиции по вопросам промышленной безопасности.

К концу 1990-х, с ростом цен на энергоносители и серьезными перебоями в электроснабжении Калифорнии, интерес американского бизнеса к атомной энергии стал расти. Несколько крупных энергетических компаний, в том числе "Экселон" и "Энтерджи", купили активы атомных электростанций у более мелких и менее рентабельных компаний, когда деловые условия для атомной энергетики начали улучшаться.

Сегодня более половины эксплуатируемых атомных электростанций в США добились продления своих первоначально 40-летних лицензий еще на 20 лет. Вполне возможно, что все американские станции подадут заявки на такое продление, когда истечет срок действия их первоначальных лицензий. Вследствие такого продления они продолжат производить электроэнергию, американцы же будут продолжать пользоваться их финансовыми и экологическими выгодами.

В момент, когда мы завершаем вторую эпоху развития атомной энергетики, эпоху финансового оздоровления и восстановления безопасности, атомная энергетика готова внести еще больший вклад в удовлетворение американских и мировых потребностей в энергии.

Это оздоровление будет отчасти стимулироваться растущей заботой об энергетической безопасности страны и повышением стоимости импортного ископаемого топлива, существенным ростом спроса на энергию для обеспечения нашего экономического процветания, возросшим вниманием к ликвидации угроз окружающей среде, связанных со сжиганием ископаемого топлива, переходом вследствие этого на атомную энергетику, не дающую выбросов, а также очень благоприятной для недорогой ядерной энергии конъюнктурой на рынке электроэнергии.

Доверие общественности к эксплуатации атомных электростанций с повышением показателей безопасности последовательно растет с пониманием экономических и экологических выгод. Некоторые опросы показывают, что 70 процентов американцев выступают за дальнейшую эксплуатацию существующих станций, а более 50 процентов поддерживают строительство новых.

Сегодня 440 атомных электростанций вырабатывают электроэнергию, позволяющую удовлетворять 16 процентов мировых потребностей. Начаты программы активного строительства новых АЭС, особенно в странах Восточной Европы, России и Индии. Соединенные Штаты сами находятся на пороге возобновления строительства новых атомных электростанций после того, как более 25 лет этот процесс был заморожен. Начинается третья эпоха - ренессанс атомной энергетики. Чтобы соответствовать возлагаемым на нее большим ожиданиям, необходимо решить четыре основные проблемы.

Во-первых, атомная энергетика должна оставаться экономически конкурентоспособной на мировом рынке энергии, в частности, энергетические компании должны лучше контролировать капитальные затраты.

Во-вторых, чтобы удовлетворить надежды общественности на исключительные показатели безопасности, действующие станции должны продолжать работать безопасно, а безопасность будущих станций необходимо непрерывно повышать при расширении мировых рынков.

В-третьих, атомная энергетика и ее топливный цикл не должны рассматриваться населением и руководителями стран как устойчивые. В частности, отработанное ядерное топливо должно утилизироваться экономически эффективным и безопасным способом на продолжительный период времени, в течение которого оно остается высоко радиоактивным, а поставок ядерного топлива должно хватать на столетия в связи с истощением запасов ископаемого топлива.

В-четвертых, ядерные материалы топливного цикла должны быть защищены от распространения и использования в военных целях.

Новое направление

В 2001 году Правительство США издало руководство по новой энергетической политике. Она определила для страны курс на расширение использования ядерной энергии в ближайшем будущем путем повышения эффективности процессов, продления лицензий на эксплуатацию существующих атомных электростанций и получения лицензий на строительство новых ядерных объектов.

Новая энергетическая политика ставит целью стимулировать использование атомной энергии разработкой, демонстрацией и внедрением технологий атомной энергетики следующего поколения. Важно, что она была нацелена на достижение этой цели путем исследований и разработок передовых топливных циклов, которые могут оказаться более чистыми, более эффективными, менее емкими по отходам и более безопасными в смысле распространения, чем одноразовое ядерное топливо.

В рамках новой энергетической политики было начато несколько программ, в том числе:
- программа "Атомная энергетика - 2010" по стимулированию строительства новых АЭС в ближайшей перспективе;
- "Поколение IV" по разработке реакторов следующего поколения - более экономичных, более безопасных, более устойчивых и более стойких в плане распространения оружейного плутония;

- "Перспективный топливный цикл" по исследованию передовых стратегий переработки и вторичного использования отработанного ядерного топлива, которые позволят извлекать существенно больше энергии из урановых ресурсов, сжигая долгоживущие компоненты отработанного ядерного топлива таким образом, чтобы не отделять плутоний. Такие технологии обещают уменьшить количество отработанного топлива, потенциально продлевая жизненный цикл геологического хранилища отработанного ядерного топлива и радиоактивных отходов, которое планируется создать у горы Юкка.

В августе 2005 года президент Джордж Буш подписал Закон об энергетической политике, который санкционирует долгосрочные бюджеты этих программ, включая гарантии по кредитам, производственные налоговые льготы и защиту частных инвестиций при строительстве нескольких первых новых атомных электростанций (эти станции сталкиваются с риском, связанным с новой лицензионной процедурой и с восстановлением американской проектной и строительной инфраструктуры).

Закон предусматривает финансирование долгосрочных программ исследований и разработок в области атомной энергетики, включая программы разработки перспективных реакторов "Поколение IV" и "Перспективный топливный цикл", которые в совокупности выросли в Глобальное партнерство в области атомной энергетики.

В программе "Атомная энергетика - 2010" упор делается на испытание и обоснование новой лицензионной процедуры Комиссии по ядерному регулированию, основанной на подтверждении безопасности проекта реакторной системы, выдаче разрешения на использование предлагаемого места строительства реактора и выдаче комбинированной лицензии на строительство и эксплуатацию реактора по утвержденному проекту на разрешенном месте под АЭС.

Четыре перспективных проекта реакторов, разработанные компаниями "Вестингхаус" и "Дженерал электрик", уже утверждены Комиссией, а еще шесть находятся на рассмотрении, причем ожидается, что, по меньшей мере, два из них будут утверждены к 2008-2010 годам.

Первые заявки на места строительства были поданы тремя группами, по меньшей мере, на шесть потенциальных новых станций, и находятся на рассмотрении. Наконец, 12 энергетических компаний уведомили Комиссию по ядерному регулированию о своих планах добиваться выдачи лицензий на строительство и эксплуатацию не менее чем 23 новых реакторов. Ожидается, что первые официальные заказы на атомные электростанции будут размещены к концу 2007 или началу 2008 года.

Программа "Поколение IV" по созданию перспективных реакторов была разработана более чем 100 международными ядерными экспертами и определяет шесть приоритетных реакторных технологий следующего поколения, которые вполне способны быть более экономичными, более безопасными, более устойчивыми и более стойкими в плане распространения, чем существующие технологии. Реактор с охлаждением газа очень высокой температуры и быстрый реактор с натриевым охлаждением стали приоритетными технологиями для международной разработки и демонстрации.

Атомная станция следующего поколения основана на технологии охлаждения газа, которая может применяться при температурах от 850 до 950 градусов Цельсия со значительно более высоким тепловым коэффициентом полезного действия для производства электроэнергии, но особенно в температурном диапазоне, способном обеспечить эффективное производство водорода. Эффективное, не дающее выбросов производство водорода является важнейшим элементом усилий президента Буша по замене все более дорогостоящей импортной нефти водородом в качестве топлива для внутреннего транспорта.

Первоначально это планируется для обогащения тяжелой отечественной сырой нефти, но впоследствии - для производства синтетического транспортного топлива и, в конечном счете, для создания транспортных средств на топливных элементах. Поэтому важно, чтобы атомная станция следующего поколения могла не только вырабатывать электроэнергию, но и производить водород для транспортного сектора и тепло для промышленных процессов. В этих областях сильная зависимость США от импортной нефти представляет угрозу для нашего экономического процветания.

Инициатива "Перспективный топливный цикл" и Глобальное партнерство в области атомной энергетики. Это партнерство было объявлено президентом Бушем в начале 2006 года. Оно призвано существенно ускорить разработку технологий перспективного топливного цикла и быстрых реакторов. Цели этой программы таковы:

- уменьшить нагрузку, связанную с геологической утилизацией отработанного ядерного топлива, по объему отходов, тепловой нагрузке (по мере распада радиоактивного топлива оно выбрасывает огромные количества тепловой энергии), радиотоксичности (уровням радиации, которые становятся токсичными для живых клеток или тканей) и числу хранилищ, которые понадобятся в 21-м веке;
- восстановить существенную энергетическую ценность, содержащуюся в отработанном ядерном топливе;
- повысить стойкость процессов утилизации отработанного ядерного топлива к распространению.

Для достижения этих целей будут разработаны три технологии:
- превращение материалов, содержащихся в отработанном ядерном топливе, в новое поколение перспективных быстрых реакторов с натриевым охлаждением без восстановления топлива с целью извлечь их энергетическую ценность и сделать конечные ядерные отходы более безопасными, используя одно хранилище;

- разделение элементов отработанного ядерного топлива, поступающего с реакторов водного охлаждения, на уран, повторно используемые топливные компоненты и отходы расщепляющихся продуктов с использованием процесса извлечения урана под названием UREX+, который не отделяет оружейный плутоний;
- разработка и демонстрация технологий вторичного использования и изготовления топлива для перспективных реакторов без восстановления топлива.

Выводы

Соединенные Штаты стоят на пороге ренессанса атомной энергетики, основанного на дальнейшей безопасной и экономичной эксплуатации 103 американских атомных электростанций. Об этом свидетельствует ожидаемое в ближайшее время объявление нескольких заказов на строительство в последующие 10 лет новых АЭС. Наши национальные лаборатории работают с университетами страны, американской промышленностью и международным сообществом над следующим поколением перспективных ядерных энергосистем.

Они будут еще более экономичными, безопасными и устойчивыми при замкнутом топливном цикле, позволяющем сжигать значительно больше ядерного топлива для извлечения значительно большей части его энергетического потенциала при минимизации количеств ядерных отходов.


Автор - заместитель директора программы ядерных исследований в Национальной лаборатории в Айдахо, в 2000-2001 годах президент Американского ядерного общества.


Электронный журнал Госдепартамента США, июль 2006 г.

Другие статьи номера «ПВ» № 10, октябрь 2006

Главная Подшивка Подписка Редакция Партнерство Форум
  © Промышленные ведомости  
Rambler's Top100