Перспективы развития атомной энергетики

XXI век — этап крупномасштабной атомной энергетики. Динамика развития и долевое участие каждой энергетической технологии в балансе мирового производства энергии определяются в основном ресурсами топлива и воздействием на окружающую среду. В конечном счете, это сводится к экономической приемлемости того или иного энергетического ресурса.

Сравнение запасов энергоресурсов органического топлива с величиной потребляемой энергии в XXI веке не вызывает тревоги. Однако истощение запасов нефти и газа потребует заметного увеличения использования угля.

Оценки запасов ядерного топлива в земной коре и в водах океанов даже при консервативных предположениях о возможном извлечении этих материалов показывают, что использование ядерной энергии в любых масштабах не встретит ресурсных ограничений на обозримый период времени.

При производстве энергии в окружающую среду возвращаются отходы и низкопотенциальное тепло. В последние десятилетия активно изучается глобальное потепление климата. Это потепление связывается с парниковым эффектом, обусловленным выбросом газообразных продуктов сгорания, и является одним из принципиальных ограничений наращивания производства энергии за счет сжигания органического топлива.

Для ядерных источников характерна компактная форма отходов и технически обоснованная возможность концентрации и локализации радиоактивных продуктов сгорания. Суммарная масса ядерных отходов в миллионы раз отличается от массы отходов при сжигании органического топлива. Потенциальная экологическая опасность использования ядерной энергии связана с образованием радиоактивности. Возникающая радиоактивность не превышает по количеству распадов активность исходных сгорающих элементов. Однако количество распадов в единицу времени в облученном топливе превышает радиоактивность исходного ядерного сырья. Этим определяется проблема безопасности ядерной энергетики: образующаяся короткоживущая радиоактивность должна быть локализована в обозначенном временном интервале.

Практически неограниченные ресурсы ядерного топлива, высокая энергоемкость, компактность отходов, экологическая совместимость, а также наличие апробированных технологий, доказанная экономическая конкурентоспособность и техническая безопасность делают ядерную энергию фаворитом в обеспечении значительной доли энергопроизводства в XXI веке, когда могут возникнуть проблемы с органическим топливом.

Таким образом, XXI век — это век становления крупномасштабной ядерной энергетики. Доля атомной энергетики в производстве энергии в целом может составлять более 10 %, в том числе электрической энергии до нескольких десятков процентов. Потребуется осваивать и другие области применения атомной энергии, такие как бытовое и промышленное теплоснабжение, технологические процессы, транспорт. Внедрение ядерной энергии на транспорте будет осуществляться в виде ядерных энергетических установок для морских судов, плавучих станций, а также, возможно, в виде искусственного топлива, которое можно производить, используя ядерную энергию в технологических процессах. Ядерная энергия найдет применение в космосе для получения тяги и электричества.

Неизбежно расширение перечня стран, использующих ядерную энергию. Внедрение ядерной энергии в странах и регионах, в которых отсутствуют мощные энергетические сети, потребует создания ядерных установок средней и малой мощности.

Ключевой проблемой ядерной энергетики остается безопасность. Образующаяся при функционировании атомной энергетики радиоактивность должна быть надежно локализована в интервале времени, когда ее уровень превышает радиоактивность исходных сырьевых материалов.

Крупномасштабная ядерная энергетика требует демонстрации нового, более высокого уровня безопасности, который должен быть воспринят обществом. Это требование равновелико относится ко всем элементам топливного цикла: атомной станции, реактору, отработанному ядерному топливу, его хранению, транспортировке, переработке, захоронению.

Современные атомные станции демонстрируют приемлемый уровень безопасности, опираясь на опыт эксплуатации и реализуя дополнительные мероприятия по повышению безопасности с учетом уроков имевших место аварий. Безопасность остальных элементов ядерного топливного цикла и, в первую очередь, производств по переработке отработанного ядерного топлива и обращению с радиоактивными отходами обоснована в меньшей степени, что вызывает нарекания общественности. Требуется приложить серьезные усилия как в области фундаментальных и прикладных исследований, так и в области разработок и технологической реализации, чтобы достичь в этих звеньях эквивалентного уровня безопасности.

Для перспективной ядерной энергетики, учитывая ее предполагаемое широкое распространение в развивающихся странах, цель уменьшения исходной опасности атомного объекта (в первую очередь, ядерно-энергетической установки) становится центральной. Это достигается оптимальным выбором его конструкции, наличием необходимого комплекса свойств и характеристик. В системе средств и способов обеспечения безопасности на первый план будет выдвигаться максимальное использование и развитие свойств внутренней защищенности.

Ныне действующие реакторы используют в лучшем случае около 1 % добываемого урана. В этих условиях имеющиеся экономически приемлемые запасы урана могут обеспечить топливом ядерную энергетику нынешнего масштаба, поэтому топливная база широкомасштабной ядерной энергетики должна быть основана на воспроизводстве и повторном использовании делящихся ядерных материалов — плутония и урана-233. Замкнутый топливный цикл является обязательным условием крупномасштабной ядерной энергетики XXI века.

Решающую роль в выборе того или иного источника энергии в конкретной ситуации будут играть экономические показатели. Набор компонентов стоимости производства электричества должен включать не только стоимости непосредственной генерации электричества, но и стоимость компенсации воздействия на окружающую среду. При этом важно учитывать это воздействие на человека и окружающую среду при нормальных условиях работы и при возникновении аварийных ситуаций для всего топливного цикла.

Экономическая конкурентоспособность ядерной энергии существенно повышается, если учитывать не только стоимость непосредственной генерации электричества, но и стоимость компенсации воздействия на окружающую среду при производстве энергии («внешняя цена» производства электроэнергии). Таким образом, ядерная энергетика помогает человечеству замедлить рост стоимости энергии при увеличении мирового энергопроизводства.

В силу большой емкости капитальной составляющей и длительности окупаемости энергетическое производство относится к разряду естественных монополий, что затрудняет действие рыночных механизмов в этой сфере. Поэтому наряду с экономическими аргументами при выборе той или иной энергетической технологии необходима политическая воля правительств и позитивная позиция общества.