Америка хочет за 10 лет вернуть лидерство в атомной сфере: разбираем новую стратегию США

Президенты приходят и уходят, а атомная энергетика остается. И развивается. Это дискурс документа «Стратегическое видение» (Strategic Vision), опубликованного Минэнерго США (DOE) аккурат перед сменой хозяина Белого дома. Strategic Vision — ​дорожная карта развития с горизонтом планирования до середины 2030-х годов. Вернуть утерянное лидерство в атомной сфере Штаты намерены за 10 лет.

Атомная энергетика США — ​это 94 действующих реактора (в основном водо-водяные PWR) общей электрической мощностью 96,553 ГВт на АЭС в 28 штатах. Парк сильно разнится по возрасту — ​первые из работающих сейчас реакторов вступили в строй еще в начале 1970-х, последний, на АЭС «Уоттс-Бар», включен в сеть в июне 2016 года. Сооружаются всего два блока — ​на АЭС «Вогл».

На долю АЭС приходится порядка 20 % национальной электрогенерации, в абсолютных цифрах — ​свыше 800 млрд кВт·ч. Конечно, впечатляющий показатель. Но при этом атомная энергетика Штатов стара: технологиям в преобладающей части энергоблоков более 40 лет. Неблагоприятной тенденцией в отрасли становится досрочный, до истечения периода действия лицензий, вывод блоков из эксплуатации.

В преамбуле «Стратегического видения» выражается озабоченность тем, что Россия и Китай становятся ведущими экспортерами ядерных технологий, вытесняя Америку в важнейшем секторе мирового рынка. Цель DOE — ​возвращение глобального лидерства в этой сфере.

Реализация стратегии, по мнению ее авторов, позволит создавать рабочие места (сейчас в атомной энергетике США занято около 500 тыс. человек), делать экономику более сильной и способствовать оздоровлению окружающей среды, продолжению декарбонизации энергопромышленного комплекса страны — ​ежегодно американские АЭС предотвращают выбросы 500 млн т углекислого газа.

Атомная энергетика должна стать более гибкой и доступной, в том числе благодаря задействованию научно-технического задела в области реакторостроения.

Барьеры пониже, эффективность повыше

«Стратегическое видение» — добротно разработанный и четко структурированный программный документ, аналогичный, скажем, Программе инновационного развития и технологической модернизации госкорпорации «Росатом» на период до 2030 года (в гражданской части).

Выдвинуты следующие задачи. Во-первых, обеспечение эксплуатационного долголетия и повышение эффективности энергетических реакторов США. Так, к 2030 году планируется перейти к широкому использованию аварийно-устойчивого, толерантного, топлива. Во-вторых, внедрение ядерных реакторов передового дизайна. К 2025 году — ​разработка коммерческого малого реактора, к 2027-му — ​демонстрация гибридной энергетической системы «ядерные реакторы плюс возобновляемые источники энергии». В-третьих, разработка передовых ядерных топливных циклов, в том числе наращивание национального уранового резерва, развитие проектов по коммерческому обогащению урана до 20 % для использования на перспективных малых АЭС и отработка ЯТЦ для них к 2030 году. В-четвертых, закрепление на передовых позициях в ядерных энергетических технологиях. Здесь делается ставка на целый пакет программ НИОКР и внешней технологической экспансии — ​от поддержки университетских проектов и разработки уже к 2030 году совместно с НАСА ядерных энергоустановок для космических экспедиций до оказания помощи зарубежным странам, намеренным развивать собственную атомную энергетику. Это в какой-то степени представляется ремейком плана президента США Эйзенхауэра «Атом во имя мира», который он обнародовал на сессии Генассамблеи ООН в 1953 году. И наконец, обеспечение высокой эффективности деятельности программных офисов и процессов, включая наем наиболее квалифицированных сотрудников на ключевые кадровые позиции.

Перед Управлением по ядерной энергии Минэнерго (NE-DOE) стоит задача снижения нормативно-технологических рисков для успешной модернизации систем и оборудования АЭС на основе анализа и упомянутого перехода на аварийно-устойчивое топливо. Все это направлено на повышение производительности и снижение эксплуатационных расходов, тем более, как считают в NE-DOE, большинство секторов промышленной экономики США регулярно обновляют в этих целях свою инфраструктуру. Ключевым фактором в этом видится развитие цифровых технологий. Кроме того, NE-DOE приступило к работе над устранением устаревших технических и нормативных барьеров. Уже к 2026 году планируется промышленная демонстрация цифровой системы безопасности энергоблока на действующей АЭС. Конечно, это потребует не только завершения проектирования такой системы, но и соответствующего государственного лицензирования.

Как указывается в «Стратегическом видении», исторически на энергоблоках АЭС реализуются дублирующие системы безопасности, предназначенные прежде всего для защиты населения и окружающей среды. Однако в NE-DOE считают, что «чрезмерно консервативные операционные требования могут увеличивать затраты без ощутимых выгод», а главное — ​на основе системного анализа вполне можно определить области, в которых устранение нормативных барьеров никоим образом не снизит уровня технической надежности и эксплуатационной безопасности.

NE-DOE выражает готовность предоставить операторам АЭС обширные данные компьютерных экспертиз, выполненных в национальных ядерных лабораториях, которые входят в структуру Министерства энергетики.

Руководство к действию

На повышение безопасности и уменьшение затрат направлена и разработка толерантного топлива, чем также занимаются специалисты NE-DOE. В этом топливе будут использованы новые материалы, которые улучшают удержание продуктов деления в топливной таблетке и являются более устойчивыми к радиации, коррозии и высокой температуре, что, в частности, снижает вероятность накопления водорода. Ожидается, что инновационное топливо позволит продлить «пробег» реакторов между перезагрузками до двух лет. Это позволит уменьшить потребление топлива примерно на 30 %. В совершенствовании топлива NE-DOE сотрудничает не только с национальными ядерными лабораториями, но и с Framatome, General Electric, Westinghouse. Коммерциализация нового топлива, возможно, состоится уже к 2025 году.

Любопытно, что NE-DOE учитывает и такие рыночные ситуации, когда низкие цены на природный газ и новые неядерные источники электроэнергии делают «атомное» электричество избыточным. Такие реалии не считаются в NE-DOE критичными, поскольку на атомных блоках можно опреснять морскую воду, производить водород для промышленных и транспортных целей и т. д. Тот же водород сегодня используется в основном в химическом и нефтехимическом секторе, но уже в обозримом будущем ожидается рост спроса на него в металлургии, автотранспорте, для улучшения теплофизических характеристик биотоплива и даже в производстве синтетического топлива, в котором в качестве сырья будет задействован диоксид углерода. Пилотную установку по производству водорода, подключенную к АЭС, планируется ввести в строй к 2022 году.

Конечно, «Стратегическое видение» не догма, но подробное руководство к действию. В документ включен и пункт об актуализации и корректировке мероприятий уже через два года. Насколько реалистичными окажутся планы Штатов, мы увидим уже в ближайшее время.

КТО СТАРОЕ ПОМЯНЕТ

Забавно, что в «Стратегическом видении» проскальзывают историко-ностальгические нотки, а именно утверждение о том, что Штаты стали пионером в генерации «атомного» электричества — ​еще в конце 1940-х годов. Непонятно, почему указан именно этот период: на самом деле впервые в истории такое электричество было получено в Аргоннской национальной лаборатории под руководством Вальтера Зинна в конце 1951 года — ​тогда 1,4-мегаваттный реактор EBR‑1 (жидкометаллический, на быстрых нейтронах) позволил включить аж четыре 200-ваттные лампы. Первенство же в промышленной атомной энергетике, как известно, у СССР, построившего в 1954 году первую в мире Обнинскую АЭС. Не считаем же мы сегодня, что аппарат Можайского, который так и не смог подняться в воздух, был первым в мире самолетом — ​таковой приоритет исторически закреплен за американцами, братьями Райт. Добавим, что американский промышленный энергоблок «Ферми‑1» с жидкометаллическим реактором (FBR) был остановлен еще в 1972 году после чуть более шести лет сетевой эксплуатации, а у нас на Белоярской АЭС до сих пор действуют два крупнейших в мире энергоблока с быстрыми реакторами — ​БН‑600 и БН‑800.