А. Гагаринский, В. Игнатьев, Н. Пономарев-Степной, С. Субботин, В. Цибульский (Российский научный центр «Курчатовский институт»)
Значительный рост мирового энергопотребления в XXI веке неизбежен, особенно в развивающихся странах. Глобальное потребление энергии, по всей видимости, удвоится к середине века, даже если исходить из очень низких темпов роста. Этот рост зависит от развития мировой экономики, роста населения и стремления к более равномерному распределению потребления энергии по регионам мира.
В ближайшие десятилетия углеводородное топливо будет продолжать служить главным источником энергии, однако освоенные его месторождения исчерпываются, а введение в оборот новых требует все больших инвестиционных затрат. Следствием этого должны стать постепенные изменения в инфраструктуре производства энергии, обусловленные как экономическими (повышение цен и их изменчивость), так и природоохранными факторами, а также дальнейшим развитием технологий новых видов топлива.
В последнее время большое внимание в международных дискуссиях уделялось экологическим последствиям использования ископаемого топлива. Введение глобальных ограничений на выбросы парниковых газов и региональные ограничения на другие загрязнители атмосферы серьезно повлияют на структуру эволюционирующей мировой энергетики и потребуют значительных дополнительных инвестиций для сдерживания роста выбросов.
Позитивному решению этих проблем будет способствовать развитие ядерной энергетики. Чтобы в глобальном масштабе существенно повлиять на производство энергии, обеспечить энергетическую безопасность и ослабление парникового эффекта, производство ядерной энергии должно быть увеличено к середине века в 4-5 раз от ныне достигнутого. Наличие ядерных мощностей такого масштаба поднимает очень важные вопросы ресурсной обеспеченности дешевым топливом, обращения с отходами и распространения ядерного оружия. Очевидно, что при дальнейшем развитии ядерной энергетики необходимо обеспечить также экономическую приемлемость и соблюдение критериев технической безопасности. Крупномасштабное развитие ядерной энергетики предполагает ее использование в большем числе стран, чем в настоящее время. Это, учитывая связанные с ядерной энергетикой проблемы безопасности и нераспространения, ставит дополнительные задачи в ее развитии.
Говоря об экономической приемлемости ядерной энергетики, следует помнить, что она занимает свою нишу среди производителей энергии. В настоящее время во многих странах она обеспечивает базовую электрическую нагрузку, а в России, кроме того, высвобождает для экспорта дополнительные объемы органического топлива. В перспективе ядерная энергия будет постепенно замещать природный газ в производстве тепла для технологических процессов, и в конечном счете обеспечит производство водорода из воды, что сохранит природное органическое сырье для неэнергетического применения. Кроме того, в перспективе будет освоено опреснение морской воды с использованием ядерной энергии.
В мире имеется достаточное количество ядерных материалов для обеспечения потребностей ядерной энергетики в топливе на многие десятилетия вперед, даже при работе в открытом цикле. Однако в дальнейшем она неизбежно столкнется с ограниченностью ресурсов дешевого урана. В связи с этим придется неминуемо реализовать замыкание топливного цикла и расширенное воспроизводство топлива при использовании в качестве сырья урана и тория. Внедрением таких инновационных ядерных технологий проблемы ресурсов ядерного топлива могут быть вообще сняты.
Исключительную важность имеет проблема обращения с большими объемами руды при добыче урана, отработанным топливом и высокорадиоактивными отходами. Сюда относятся работы по эффективным методам переработки отработавшего топлива, по сжиганию наиболее опасных актинидов и, возможно, долгоживущих продуктов деления, по долговременной геологической изоляции РАО.
Важнейшей проблемой ядерной энергетики продолжает оставаться проблема нераспространения. Снижение риска распространения, безусловно, будет одним из важных критериев при выборе перспективных топливных циклов. Кроме того, на США и России лежит особая ответственность за сокращение накопленных в этих странах огромных запасов, допускающих военное использование ядерных материалов. Имеющийся опыт свидетельствует о том, что для эффективного снижения риска распространения делящихся материалов требуется не только рассмотрение новых технологических подходов, но и разработка новых институциональных рамок. Среди них: лизинг топлива и реакторов, контракты на поставки топлива с сопровождением «от колыбели до могилы», создание крупных международных центров ядерного топливного цикла, обеспечение международного контроля этих центров и мониторинга всего топливного цикла.
В том, что касается России и США, президенты обеих стран определили позиции по отношению к ядерной энергетике. Каждый из президентов заявил об определяющей роли ядерной энергетики в будущем обеспечении человечества экологически чистой энергией. Российский президент В.В. Путин выступил с инициативой энергетического обеспечения устойчивого развития человечества с широкомасштабным использованием ядерной энергии на Саммите тысячелетия в сентябре 2000 г. В США это сформулировано в Докладе по национальной энергетической политике США, представленном американскому обществу президентом Бушем весной 2001 г.
Глобальная энергетика XXI века
Для анализа роли атомной энергетики в структуре мирового энергетического производства XXI века и прогнозирования ее международной инфраструктуры разработана модель глобальной ядерноэнергетической системы. Модель базируется на прогнозе динамики мирового энергопотребления развития с учетом роста населения. В этой работе используются исследования международной группы специалистов по «сценариям эмиссий» (SRES), подготовившей под эгидой Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) 40 сценариев (объединенных в четыре основных семейства) — роста населения, темпов развития экономики и потребностей в энергии, а также структуры производства энергоресурсов. Некоторые характеристики четырех групп сценариев развития экономики и энергетики IPCC представлены в табл. 1. Величины развития ядерной энергетики по этим сценариям соответствуют мощности АЭС 2000 ГВт (э) в 2050 г. и 5000 ГВт (э) в 2100 г. или, соответственно, 45 EJ и 140 JE.
Таблица 1 Характеристики четырех групп сценариев развития мировой энергетики |
|||||
| Показатели | Годы | Группа сценариев | |||
| А1 | А2 | В1 | В2 | ||
Население, млрд.чел. |
2020 2050 2100 |
7.6 8.7 7.1 |
8.2 11.3 15.1 |
7.6 8.7 7.0 |
7.6 9.3 10.4 |
Темпы прироста ВВП, % в год |
1990-2020 2020-2050 2050-2100 |
3 3,8 2.7 |
2.2 2.35 2.75 |
3 3.2 2.25 |
2.9 2.55 1.95 |
Потребность в первичной энергии, EJ |
2020 2050 2100 |
645-703 1202-1407 2066-2228 |
595 971 1717 |
475 689 827 |
565 869 1358 |
Следует отметить, что не все исследователи прогнозируют такие темпы и уровни развития ядерной энергетики. Так, прогноз Международного энергетического агентства (МЭА ОЭСР) отводит ядерной энергетике незначительную роль, которая уменьшается к концу века.
Между тем развитие крупномасштабной водородной экономики невозможно без использования энергии ядерных реакторов для производства водорода из природного газа, а в конечном счете — из воды. Ядерная энергетика может поставлять также технологическое тепло для процессов газификации. Ожидаемые масштабы неэлектрического использования ядерных реакторов будут определяться стратегией решения проблемы исчерпания основных наиболее дешевых запасов природных углеводородов, необходимостью сокращения эмиссии парниковых газов и успешностью разработок соответствующих реакторных технологий для замещения углеводородов в неэлектрических секторах энергопотребления, на транспорте и в крупнотоннажных промышленных технологиях. В табл. 2 представлены оценки сводных показателей неэлектрического применения реакторов.
Таблица 2 Оценки масштабов неэлектрического использования энергии ядерных реакторов. ГВт (тепл.) |
||||
| Сектор потребления | 2050 | 2100 | ||
| Нижняя | Верхняя | Нижняя | Верхняя | |
| Производство водорода | 456 | 596 | 1232 | 1520 |
| Опреснение воды | 80 | 160 | 136 | 272 |
| Промышленное тепло | 240 | 2900 | 400 | 4900 |
| Теплофикация | 340 | 7600 | 340 | 7600 |
| Газификация угля | — | — | 250 | 600 |
Одним из ключевых факторов, определяющих возможный «облик» мировой ядерно-энергетической системы XXI века, является наличие урановых ресурсов. Наиболее широко используемые оценки содержатся в периодически публикуемой NEA/OECD «Красной книге» — сводке мировых данных по запасам, производству и потребностям в уране. Согласно обзору 2001 г., известные мировые запасы урана по наивысшей рассматриваемой сегодня цене в 130 долл. за килограмм урана оцениваются в 16.2 млн. метрических тонн. Если добавить к этой величине уже извлеченные ресурсы — коммерческие запасы, запасы на военных складах, а также уран, извлекаемый при повторном обогащении обедненного урана, можно довести оценку мировых ресурсов урана до 17.1 млн. т.
Торий может расширить топливную базу ядерной энергетики в несколько раз, но для этого нужно создать промышленность по его добыче, производству и переработке. Однако он как потенциальный топливный ресурс не конкурирует с ураном, а создает дополнительные ресурсные возможности.
Открытый или замкнутый цикл
Продолжается дискуссия сторонников развития ЯЭ с открытым или замкнутым ядерным топливным циклом.
Открытый цикл. Использование тепловых легководных реакторов типа ЛВР в открытом топливном цикле по умеренному сценарию приводит к высокому потреблению природного урана. Так, при мощности системы ЯЭ ~200 ГВт (э) в 2050 г., годовая добыча урана должна быть доведена более чем до 300 тыс. т, а интегральное потребление урана составит более 10 млн. т. К 2100 г., если мощность будет составлять 5000 ГВт (э), годовое потребление урана составит примерно 800 тыс. т., а интегральное потребление урана превысит 43 млн. т. Мощность разделительного производства к 2050 г. должна достичь примерно 450 млн. ЕРР (ЕРР — единица разделенного ресурса) в год, а к 2100 г. — примерно 1200 млн. ЕРР в год. Сокращение в два раза темпа развития (мощность ЯЭ системы 100 ГВт к 2050 г.) позволит реализовать ядерно-энергетическую систему с интегральным потреблением урана до 2100 г. в 17 млн. т. Уровень ниже 1000 ГВт (э) к 2050 г. оставляет ядерную энергетику скорее технологическим заделом, страхующим возможные ограничения в развитии других энергетических технологий.
Замкнутый цикл без расширенного (KB ~1.06) воспроизводства плутония. Замыкание топливного цикла с выделением плутония из тепловых реакторов и использованием его для начальной загрузки быстрых реакторов безрасширенного воспроизводства (РВ) также не позволяет выйти на уровни мощности, предлагаемые для ЯЭ в сценариях А2 и В2 при использовании 14 млн. т природного урана. В этом случае мощность тепловых реакторов, использующих урановое топливо, достигает к 2050 г. 1200 ГВт (э) и далее снижается до нуля к 2100 г. Мощность всей системы ЯЭ достигает максимума 2300 ГВт (э) примерно к 2060 г., снижается до 1600 ГВт (э) к 2100 г. (быстрые реакторы (БР) вводятся только на плутонии). В конце периода мощность ЯЭ начинает медленно расти за счет небольшой избыточной наработки плутония в БР. Максимальная добыча урана, равная 200 тыс. т в год, достигается в 2040 г., максимальная мощность разделительного производства в 290 млн. ЕРР достигается также к 2040 г.
Замкнутый цикл с расширенным (KB > 1.6) воспроизводством плутония. Введение в систему ЯЭ быстрых реакторов с расширенным воспроизводством (РВ) плутония позволяет обеспечить требуемое в рамках сценариев А2 и В2 производство электроэнергии, не выходя за пределы 15 млн. т по добыче природного урана. Использование плутония начинается с 2020 г. в виде МОХ топлива в улучшенных тепловых реакторах (KB ~ 0.9), быстрые реакторы с РВ плутония вводятся с 2040 г. Добыча природного урана составляет 14 млн. т при максимуме ежегодной добычи 2000 тыс. т в год в 2040 г. и будет прекращена, так же как и работа по разделению урана, в 2100 г. К 2040 г. будет также достигнута максимальная производительность работы разделения на уровне 200 млн. ЕРР в год. Доля БР составит примерно 60% к 2100 г. Мощность предприятий по переработке облученного топлива примерно равна 50 и 130 тыс. т в год, соответственно в 2050 и 2100 гг. Количество рециклируемого плутония в эти же годы составит 1500 и 7500 т в год соответственно.
Глобальная ядерно- энергетиченская система
Как следует из сказанного, двухкомпонентная структура ядерно-энергетической системы (тепловые реакторы + быстрые реакторы с расширенным воспроизводством) позволяет обеспечить не только умеренное развитие ядерной энергетики с уровнем производства электричества 2000 ГВт (э) в 2050 г. и 5000 ГВт (э) в 2100 г. при реалистичных по сегодняшним оценкам расходах урана, но и реализовать так называемый «агрессивный» сценарий. В нем предусматривается дополнительное производство электричества, в том числе с внедрением реакторов малой и средней мощности, а также использование реакторов для производства водорода, технологического и бытового тепла и пресной воды. В этом случае мощность ядерной энергетики в пересчете на электричество может составить ~10000 ГВт (э) к 2100 г.
Одним из основных условий реализации рассмотренных сценариев развития является внедрение быстрых реакторов с расширенным воспроизводством плутония (KB ~ 1.6) и замкнутого топливного цикла. Задержка срока начала ввода быстрых реакторов такого типа (KB ~ 1.6) на 20 лет при ограничении ресурса природного урана величиной 16 млн. т приводит к уменьшению мощности ядерной энергетики к концу столетия в полтора раза по сравнению с «агрессивным» сценарием.
Малые мощности. Развивающиеся страны, которые претендуют на использование ядерной энергии, при отсутствии мощных электрических сетей будут нуждаться в реакторах малой мощности. Такие же потребности возникают и в традиционно ядерных странах для снабжения энергией удаленных регионов с малой плотностью населения. Максимальная оценка возможного роста атомной энергетики и ее роли в энергетике мира выполнена исходя из ресурса 26 млн. т природного урана с вводом быстрых реакторов с расширенным воспроизводством плутония (KB ~ 1.6) с 2030 г. В этом случае ядерная энергетика может производить примерно 70% электричества к 2050г. и 85% к 2100 г. Эта программа практически стабилизирует добычу органического топлива для производства электричества на современном уровне. Экономия газа в производстве электричества позволяет использовать его вместо нефти, добыча которой сокращается. И, наконец, эта программа развития ядерной энергетики позволяет стабилизировать эмиссию COg на современном уровне.
Атомно-водородная энергетика. Изучение путей экологически чистого обеспечения развивающегося общества энергией показывает, что кардинальное решение этой глобальной проблемы необходимо связывать с разработкой и осуществлением концепции атомно-водородной энергетики, предусматривающей крупномасштабное производство с помощью реакторов не только электроэнергии и тепла, но и водорода. При производстве и использовании водорода практически отсутствуют вредные выбросы в атмосферу.
Атомно-водородная концепция предусматривает расширение использования ядерной энергетики для энергоемких отраслей химической, металлургической, строительной, топл
В настоящее время крупнотоннажное производство водорода и водородосодержащих продуктов осуществляется в мире в основном путем паровой конверсии природного газа-метана. В этом случае около половины исходного газа расходуется на проведение эндотермического процесса паровой конверсии. Кроме того, сжигание природного газа приводит к загрязнению окружающей среды продуктами его сгорания. С целью экономии газа и снижения нагрузки на окружающую среду была разработана технологическая схема паровой конверсии метана с подводом тепла от высокотемпературного гелиевого реактора. Ядерная технологическая часть комплекса при проведении паровой конверсии метана аккумулирует тепло, получаемое от высокотемпературного реактора, синтез-газ транспортируется к централизованному потребителю тепла, где в метанаторе проводится обратная реакция с выделением тепла. Это тепло передается распределенному потребителю в виде горячей воды и/или пара. По-видимому, в ближайшем будущем методы получения водорода с использованием природного газа будут основными.
Опреснение воды. Многие регионы мира испытывают дефицит пресной воды. Объем дополнительных потребностей пресной воды в ближайшее десятилетие оценивается в несколько кубических километров в год, что стимулирует разработки крупномасштабных технологий опреснения морской воды. Опреснение воды относится к энергоемким технологиям, и с учетом нарастания дефицита неизбежным будет вовлечение ядерной энергетики в энергообеспечение опрес нительных комплексов. Сочетание возможности использования в опреснительной технологии электроэнергии, высокотемпературного тепла и водорода выдвигает в качестве кандидата на разработку атомного опреснительного комплекса реактор типа ВТГР.
Обращение с ОЯТ и РАО. Выбор стратегии обращения с ОЯТ является решением, требующим учета многих факторов, включая технологические, экономические и политические, а также проблем гарантий и защиты окружающей среды. Основополагающими предпосылками к осуществлению перехода к замкнутому топливному циклу являются необходимость эффективного использования ресурсов урана и вовлечения плутония в топливный цикл для решения проблемы обеспечения топливом на будущее, а также управления и контроля обращения с высокоактивными и долгоживущими радионуклидами.
Имеющиеся инновационные технологии, связанные с переработкой ОЯТ, открывают возможность глобальной оптимизации замыкающих стадий ЯТЦ, включая парционирование, трансмутацию и захоронение. Процесс трансмутации высокоактивных и долгоживущих радионуклидов может быть осуществлен в инновационных тепловых и быстрых реакторах, однако нельзя исключить появление в структуре ЯЭ еще одного компонента — реакторов-выжигателей.
Развитие ЯЭ и окружающая среда. При сложившейся структуре ЯТЦ в реакторах на тепловых нейтронах при производстве 1 ГВт в год электроэнергии сжигается 1 т урана, добывается 200 т урана и, при содержании его в руде 0.1%, перерабатывается 200 тыс. т руды. При такой структуре кратковременный риск связан с работой АЭС и процедурами по переработке топлива (примерно 4-10 чел.-Зв на 1 ГВт в год полученной электроэнергии). Долговременный риск возникает при добыче урана за счет поступления радона в атмосферу: разброс, по разным оценкам, составляет примерно от 10 до 150- 200 чел.-Зв на 1 ГВт в год. При замыкании ЯТЦ и использовании в системе ЯЭ реакторов на быстрых нейтронах с расширенным воспроизводством, способных использовать эффективно более 50% добытого урана, долговременный риск снижается до нескольких чел.-Зв на каждый ГВт в год произведенной электроэнергии за счет снижения добычи урана.
Таким образом, при обоснованных на сегодняшнем уровне оценках ресурсных ограничений по урану, реализация умеренных (5000 ГВт (э)), а, тем более, «агрессивных» (10000 ГВт (э)) сценариев ядерно-энергетического развития ставит задачу развития многокомпонентной структуры ядерно-энергетической системы с расширенным воспроизводством и замкнутым топливным циклом. Такое развитие потребует обеспечить жесткие условия для сроков и темпов внедрения в ядерную энергетику технологических инноваций. Заметим, что быстрый темп внедрения инноваций трудно представить без целенаправленной государственной (и межгосударственной) поддержки.
Одной из наиболее трудных частей прогноза развития энергетики и, тем более, ядерной энергетики является фактор региональных особенностей в силу политических и общественных неопределенностей. При рассмотрении перспектив развития регионов учитывались как экономические реалии и состояние инфраструктуры (энергетические сети, коммуникации, кадровые ресурсы и т.д.), так и чувствительность к насыщению ядерными материалами, пригодными для изготовления оружия.
Рассмотрены два приближения по распределению ядерных энергетических мощностей в мире XXI века. Одно — идущее от сегодняшнего уровня «ядерного» развития стран и их декларируемых намерений (далее оно обозначается как «традиционное»). Другое приближение — стремление к более «справедливому» миру, где ядерная энергетика способствует сокращению разрыва в душевом энергопотреблении между развитыми странами и остальным миром. Предполагается, что выравнивание душевого энергопотребления происходит исключительно за счет ядерной энергии, что предельное удельное электропотребление составляет 4000 кВт-ч на человека и что мировая ядерная энергетика достигает к 2050 г. 2000 ГВт (э), к 2100 г. — 5000 ГВт (э).
Таблица 3 Распределение промышленных мощностей ЯТЦ по регионам мира на конец 2002 г. |
||||||||
| Составляющая ЯТЦ | Мощ- ность |
Северная Америка |
Южная Америка |
Западная Европа |
Восточная Европа |
Африка | Средний Восток и Южная Азия |
Дальний Восток и Тихооке- анский регион |
Производство природного урана, тыс. т в год |
51 | 46% | >1% | >1% | 17% | 13% | >1% | 20% |
Обогащение урана, млн. ЕРР/год |
56.3 | 33.3% | — | 26.7% | 36.6% | — | — | 3.4% |
Изготовление топлива, тыс. т тяжелого металла в год |
20.3 | 38.5% | — | 26% | 12.2% | — | 5.3% | 18% |
Емкость промежуточных хранилищ ОЯТ, тыс. т тяжелого металла |
240 | 43% | <1% | 30% | 13.3% | <1% | <3% | 9% |
Переработка ОЯТ, тыс. т тяжелого металла в год |
5.9% | — | — | 74% | 7.7% | — | 3.4% | 15% |
В настоящее время тенденция к интеграции присутствует в той или иной степени на всех стадиях ядерного топливного цикла, начиная с добычи природного урана. Такие высокотехнологичные сегменты ЯТЦ, как обогащение урана, фабрикация ядерного топлива, переработка ОЯТ и производство смешанного уран-плутониевого топлива являются достоянием сравнительно небольшого числа (частных, государственных или смешанных) компаний из ограниченного, но постоянно расширяющегося круга стран. Только несколько стран в настоящее время способны по техническим и экономическим соображениям создать и эксплуатировать полный ядерный топливный цикл. Долгосрочная эксплуатация масштабного ЯТЦ может оказаться непосильным бременем для одной, даже достаточно развитой страны.
Все это, а также озабоченность проблемой нераспространения, создает предпосылки организации в мире крупномасштабных производств по обращению с ядерным топливом. Идеи международной кооперации в области ядерного топливного цикла не новы. Еще в середине 1970-х гг. международная оценка ядерного топливного цикла, инициированная МАГАТЭ, показала предпочтительность интернационального подхода к организации предприятий ЯТЦ, имеющего преимущества как из-за повышения экономической эффективности масштабного производства, так и из-за укрепления режима нераспространения.
Региональная картина. Рассматривается сценарий двухкомпонентной ядерной энергетики (усовершенствованные ТР и быстрые реакторы с KB ~ 1.6) с достижением установленной мощности ЯЭС 2000 ГВт (э) к 2050 г. Распределение имеющихся в настоящее время промышленных мощностей ЯТЦ по регионам мира приведены в табл. 3 (по данным на конец 2002 г.).
Полученные оценки характеристик основных элементов топливного цикла а также трансграничные потоки ядерного топлива показывают, что масштабы производств (до 100 000 т в год) и транспортные потоки (до 50 000 т в год) находятся на технически приемлемом уровне даже к концу XXI века.
Проблемы нераспространения и МЦТЦ (международных центров топливного цикла). Одним из важных аргументов в пользу МЦТЦ является возможность более полного и адекватного обеспечения гарантий нераспространения путем концентрации наиболее уязвимых с точки зрения риска распространения производств ЯТЦ (обогащение, изготовление, переработка топлива) в центрах, находящихся под международным контролем и обеспеченных всеми необходимыми и совершенными технологиями физической защиты, мониторинга, контроля и учета, что требует разработки методики количественного анализа риска распространения.
Развитие идеологии МЦТЦ, помимо технологических вопросов, неизбежно влечет за собой огромный комплекс политических и институциональных проблем, решение которых, в случае признания и поддержки этого направления международным сообществом, в существенной степени изменит сегодняшнюю картину мира. Международное разделение производителей и потребителей неизбежно ведет к росту трансграничных потоков ядерных материалов и оборудования. Эти потоки достаточно жестко регулируются и ограничиваются международными и национальными правовыми актами как экономически защитного характера, так и вытекающими из проблемы нераспространения, и эта законодательная база постоянно трансформируется, исходя из развития международной интеграции.
Механизм ядерного энергетического лизинга существенно упрощает трансграничное перемещение ядерных материалов, поскольку они остаются собственностью страны-поставщика. Международный лизинг уже неоднократно применялся к ядерным материалам (США, Европейское Сообщество и др.). В настоящее время рассматриваются возможности развития законодательства РФ, чтобы перевести в форму лизинга многолетнюю практику поставок из России ядерного топлива в целый ряд стран с последующим возвратом в страну-изготовитель, и тем самым дать основания для существенной трансформации рынка услуг в области обращения с ядерным топливом. Обсуждаются возможности международного лизинга ядерных энергетических установок. Примером развития национального ядерного законодательства в области экспорта услуг по обращению с ядерным топливом является принятый в 2001 г. в РФ пакет законов, разрешающий переработку зарубежного ядерного топлива.
Наиболее сложными для решения и восприятия международной общественностью являются социальные и этические проблемы международного распределения радиационных нагрузок и «благ» между «странами-хозяевами», оказывающими ценные энергетические услуги, и их потребителями. Выбор места для международных центров и восприятие общественности, очевидно, составляет здесь основные проблемы.
Этапы развития ядерной энергетики в XXI веке
За 50 лет развития ядерная энергетика прошла путь становления от первых опытных установок до развитой промышленности. В процессе ее развития стало очевидным, что сложность ядерных технологий требует значительных усилий и средств для их разработки и внедрения, а также высокой готовности потребителей к их использованию. Это обусловлено как сложностью процессов в ядерных установках, так и повышенной по сравнению с другими энергетическими системами опасностью технологий ядерного производства. Обеспечение ядерной безопасности при использовании ядерных технологий требует соответствующего уровня культуры общества. Это требование относится и к разработчикам, и к пользователям, и к системе управления, контроля и регулирования ядерного производства, и к уровню образованности общества в целом. К этим требованиям добавляется также особое внимание международного сообщества к опасности несанкционированного распространения ядерных материалов и технологий с целью производства ядерного оружия. В связи с отмеченными выше обстоятельствами, а также более высоким риском инвестиций коммерческие структуры участвуют в развитии новых ядерных технологий с большей осторожностью, чем в неядерной сфере. Это также сказывается на инерционности ядерных инноваций. В то же время анализ развития энергетического производства в XXI веке явно свидетельствует об опасности задержки внедрения новых ядерных технологий, необходимых для гарантированного обеспечения энергией общества. Государственные структуры должны взять на себя ответственность за своевременную разработку и внедрение инноваций в эту сферу энергетического производства.
Материальная емкость ядерных технологий требует объединения усилий сообщества. Демонстрацией такого подхода могут служить международные проекты Генерация-4, ИНПРО (Международный проект по инновационным ядерным реакторам и топливным циклам), Международное партнерство по водородной экономике. Опережающие действия государственных структур по инновациям в ядерном производстве обусловлены пониманием, что ожидание «жареного петуха» может привести к чрезмерным экономическим нагрузкам на общество. В то же время опыт предыдущего пятидесятилетия атомной энергетики предостерегает и против неподготовленных революционных шагов в ее технологическом развитии.
Достаточно условно можно представить следующие этапы развития ядерных технологий в XXI веке.
Ближний (10-20 лет):
эволюционное развитие реакторов и технологий топливного цикла (ЛВР, водные методы переработки);
разработка и опытная эксплуатация улучшенных и инновационных технологий реакторов и топливного цикла (БН, ВТГР, малые реакторы, сухие методы переработки).
Период активного роста ядерной энергетики (до середины столетия):
расширение масштабов в 4-5 раз;
освоение инновационных технологий реакторов и топливного цикла (расширенное воспроизводство топлива, замкнутые U — R и Тh — U циклы, использование полезных и выжигание опасных изотопов, долговременная геологическая изоляция РАО, бридеры, высокотемпературные реакторы, малые реакторы, производство водорода, опреснение воды).
Период устойчивого развития крупномасштабной ядерной энергетики (вторая половина столетия):
развертывание инновационных ядерных технологий;
многокомпонентная ядерная энергетика;
атомно-водородная энергетика.
Таким образом, анализ тенденций мирового энергопроизводства показывает, что ядерная энергетика призвана занять место одного из главных источников энергии в этом столетии, предполагает ее использование не только в сфере производства электричества и коммунального теплоснабжения, но и для технологических процессов, в том числе производства водорода.
Сложность и потенциальная опасность ядерных технологий требуют значительных усилий для их разработки и внедрения, а также высокой готовности потребителей к их использованию. Все это делает инерционным процесс развития ядерной технологии, возникает необходимость повышенного, в сравнении с обычной техникой, внимания государственных структур. Государственные структуры должны взять на себя ответственность за своевременную разработку и внедрение инноваций в эту сферу энергетического производства. В сферу международной ответственности входит как непосредственный анализ и отбор того, что необходимо делать, обеспечение соответствующих научных и технических разработок, стимулирование коммерческих промышленных структур к реализации инновационных технологий, а также подготовка конкретных пользователей (стран и структур) к работе с ядерными технологиями. В связи с этим, оценивая предстоящие этапы развития ядерной энергетики, можно уверенно прогнозировать сочетание эволюционного улучшения отработанных и успешно реализуемых технических подходов с постепенной разработкой и освоением новых технологических решений, соответствующих требованиям ядерной энергетики будущего этапа.