СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В МИРЕ

СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В МИРЕ, РОССИИ, СИБИРИ.

5 основных требований к атомной энергетике • безопасность, • экономика (конкурентоспособность по сравнению с другими энерготехнологиями), • нераспространение, • обращение с отработавшим топливом и радиоактивными отходами (экология). Три главных потенциала ядерной энергетики позволят выполнить эти требования: • огромный энергоресурсный (теплотворная способность ядерного топлива в 2– 3 млн. раз больше, чем у традиционных видов), • энергоэкономический (экономический показатели не зависят от места расположения), • и энергоэкологический (отсутствие вредных выбросов). 2

На атомную энергию приходится 6% мирового топливо– энергетического баланса и 17% производимой электрической энергии. Наработано уже более 10000 реакторо-лет, из них 7000 без крупных аварий после апреля 1986 года. В 2020 году будет эксплуатироваться более 500 блоков АЭС. Прогнозы многих заслуживающих доверие ведущих энергетических организаций и ассоциаций, научных учреждений свидетельствуют, что на протяжении нескольких последующих десятилетий ядерная энергетика будет играть все более заметную роль, как один из основных источников энергии. Прогноз международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), опубликованный 23 октября 2007 г, предусматривает, что мощность АЭС в мире вырастет с 370 ГВт до 447 ГВт. Для сведения 144 страны из 212 являются членами МАГАТЭ. 3

Согласно МАГАТЭ по состоянию на конец 2006 г в 30 странах мира работало 435 энергетических реакторов и строилось еще 29. Первое место в этом списке принадлежит США со 103 энергоблоками, далее Франция (59), Япония (55), Россия (31). В дополнение к атомным электростанциям имеется 300 научно-исследовательских и экспериментальных ядерных реакторов в 56 странах. Они используются для изучения ядерных технологий, при медицинской диагностике и лечении различных болезней. Свыше 200 ядерных реакторов установлены на надводном и подводном транспорте. По доле энерговыработки с помощью АЭС Россия занимает 20 место в мире. Сегодня многие страны берут курс на развитие ядерной энергетике. 4

ВКЛАД ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В ОБЩЕЕ ЭНЕРГОПРОИЗВОДСТВО В СТРАНАХ МИРА 5

Энергоблоки АЭС (по состоянию на 31. 12. 2006 г. ), выработка электроэнергии и процентная доля атомной энергетики в общей выработке электроэнергии за 2006 г. В эксплуатации Мощность Страна Аргентина Армения Бельгия Бразилия Болгария Китай Германия Финляндия Франция Великобритания Индия Производс. Процентная тво ядерной доля в обэнергии в Нетто, 2006 г. , щей выра. Число Брутто, ботке элек. МВт 1 Е+06 МВт эл. троэнергии эл. МВт∙ч 2 1 7 2 2 10 17 4 59 19 16 1005 408 6092 2007 2000 8074 21366 2800 66160 11902 3800 935 376 5801 1906 7602 20339 2696 63363 10982 3463 Строятся Мощность 5 1 7 4534 4220 1720 1600 3380 3164 6, 9 2, 4 44, 3 13, 8 18, 1 54, 8 158, 7 22, 0 428, 0 69, 2 15, 6 7 42 54 3 44 2 26 28 78 19 3 6

Энергоблоки АЭС (по состоянию на 31. 12. 2006 г. ), выработка электроэнергии и процентная доля атомной энергетики в общей выработке электроэнергии за 2006 г. В эксплуатации Мощность Страна Иран Япония Канада Корея (Респ. ) Литва Мексика Нидерланды Пакистан Румыния Россия Швеция Производст. Процентная во ядерной доля в обэнергии в Нетто, 2006 г. , щей выра. Число Брутто, ботке элек. МВт 1 Е+06 МВт эл. троэнергии эл. МВт∙ч 56 18 20 1 2 1 31 10 49660 13360 18393 1300 1366 515 462 706 23242 9406 47843 12596 17454 1185 1310 485 425 650 21770 8976 Строятся Мощность 1 2 4 1 1 5 1000 953 2335 2237 4000 3800 300 280 706 650 4800 4534 291, 5 92, 4 141, 2 8, 7 10, 4 3, 3 2, 5 5, 2 144, 3 65, 0 30 16 39 70 5 4 3 9 16 48 7

Энергоблоки АЭС (по состоянию на 31. 12. 2006 г. ), выработка электроэнергии и процентная доля атомной энергетики в общей выработке электроэнергии за 2006 г. В эксплуатации Мощность Страна Производст. Процентная во ядерной доля в обэнергии в Нетто, 2006 г. , щей выра. Число Брутто, Нетто, Число Брутто, ботке элек. МВт 1 Е+06 МВт эл. троэнергии эл. МВт∙ч 5 3372 3220 5 2200 2040 1 727 696 8 7728 7446 Южная Африка 2 1888 1800 Тайвань 6 5144 4884 2 Чехия 6 3734 3500 Украина 15 13818 13090 Венгрия 4 1866 1755 США 104787 99932 Итого: 437 389488 370441 29 Швейцария Словакия Словения Испания Строятся Мощность 2712 2630 25467 24068 26, 3 16, 6 5, 3 57, 4 10, 1 37, 0 24, 5 84, 8 12, 5 787, 2 2660, 0 37 57 40 20 4 22 32 48 38 19 8

Стоимость топлива составляет лишь небольшую часть затрат на производство электроэнергии на АЭС. Повышение цен на уран, газ и уголь (по сравнению с ценами в базовых допущениях) на 50% приведет к увеличению стоимости производства электроэнергии на АЭС примерно на 3%, стоимости производства на станциях, работающих на угле – на 21% и стоимости производства на станциях ГТКЦ – на 38%, что демонстрирует большую устойчивость производства электроэнергии на АЭС к влиянию рисков, связанных с ценами на топливо. 9

Затраты на ядерное топливо состоят из затрат начальной стадии и затрат конечной стадии. Затраты начальной стадии представляют собой затраты на уран (приблизительно 25% суммарной стоимости топлива), на его конверсию (5%), обогащение в легководных реакторах (30%) и изготовление топливных сборок (15%). Затраты конечной стадии (примерно 25% суммарной стоимости топлива) включают затраты на прямое захоронение или переработку с последующим рециклированием делящегося материала для повторного использования. Затраты на прямое захоронение, которые несут в настоящее время энергопредприятия, состоят из стоимости хранения на площадке плюс затрат на обеспечение окончательного захоронения отходов, предусматриваемых в некоторых странах. Эти затраты составляют лишь небольшую процентную часть суммарной стоимости производства электроэнергии. 10

Затраты на снятие с эксплуатации для существующих станций составляют 200 -500 долл. /к. Вт для западных PWR (реакторов с водой под давлением), 330 долл. для российских ВВЭР, 300 -550 долл. для BWR (кипящих реакторов), 270 -430 долл. для канадских реакторов CANDU и достигают 2600 долл. для некоторых газоохлаждаемых магноксовых реакторов в Соединенном Королевстве. Затраты на снятие с эксплуатации для станций, сооружаемых сегодня, по оценкам достигают 915% начальных капитальных затрат, но с учетом дисконтирования они составляют лишь небольшую процентную долю капитальных затрат. В целом же на затраты по снятию с эксплуатации приходится небольшая часть суммарных затрат на производство электроэнергии. В Соединенных Штатах энергетические компании делают наценку от 0, 1 до 0, 2 цента/к. Вт ч с целью обеспечить финансирование снятия с эксплуатации. 11

Цена электроэнергии от АЭС в странах Западной Европы ниже по сравнению со станциями, работающими на газе, в 2, 5 раза, на мазуте – в 2 раза и на угле – в 1, 5 раза. Работа в течение 10 лет 34 реакторов мощностью 900 МВт (Эл. ) каждый сэкономила для Франции не менее 150 млрд. франков и предотвратила огромное количество выбросов. В США себестоимость 1 к. Вт∙ч электроэнергии, вырабатываемой на угольной ТЭС – 2, 07 цента; на газе – 3, 52 цента. По данным на август 2005 года, средняя стоимость 1 к. Вт ч электроэнергии, производимой на АЭС составила 1, 59 цента. 12

При средней мировой внешней цене 1 к. Вт∙ч электроэнергии в 4 цента, внешняя стоимость, которая включает в себя затраты на ликвидацию всех воздействий на природу от способа преобразования энергии, не учитываемые сейчас, будет следующая: • ТЭЦ на угле– 10, 5 цента; • ТЭЦ на мазуте – 4, 7 цента; • ТЭЦ на газе – 2, 4 цента; • АЭС – 0, 2 цента. 13

Россия – крупнейший экологический донор планеты. По оценкам экспертов ООН комплексный показатель вклада России в сохранении устойчивости биосферы равен 10 % глобального баланса (США и Канада – по 5 %, Бразилия – 7 %). Россия – кладовая полезных ископаемых планеты. Имея всего 3 % населения мира, она располагает 13 % территорий планеты, где сосредоточено 35 % запаса мировых ресурсов. На каждого жителя в России приходится 11, 7 условных единиц ресурсов (в США – 2, в Западной Европе – 0, 67). В этом плане каждый россиянин в 6 раз богаче американца и в 17 раз европейца. В 2007 г. в России действовало 10 АЭС (31 энергоблок, Nэ=23, 2 ГВт). Доля энерговыработки ~16, 5%. До 2020 г планируется построить 26 новых энергоблоков, увеличить долю выработки до 25%, в перспективе до 30 %. 14

Предполагаемый вариант ввода ядерных энергоблоков до 2020 г. 2009 г. Волгодонская АЭС (2 бл. ) – 1000 МВт 2010 г. Курская АЭС (5 бл. ) – 1000 МВт 2011 г. Калиниская АЭС (2 бл. ) – 1000 МВт Белоярская АЭС (2 бл. ) – 880 МВт 2012 г. Нововоронежская АЭС-2 (1 блок) Ленинградская АЭС-2 (1 блок) 2013 г. Нововоронежская АЭС-2 (2 блок) Волгодонская АЭС (3 блок) 2014 г. Ленинградская АЭС-2 (2 блок) Ленинградская АЭС-2 (3 блок) 2015 г. Тверская АЭС (1 блок) Северская АЭС (1 блок) Волгодонская АЭС (4 блок) 2016 г. Нижегородская АЭС (1 блок) Южно-Уральская АЭС (1 блок) 15

Предполагаемый вариант ввода ядерных энергоблоков до 2020 г. Тверская АЭС (2 блок) 2017 г. Центральная АЭС (1 блок) Северская АЭС (2 блок) Ленинградская АЭС-2 (4 блок) 2018 г. Нижегородская АЭС (2 блок) Южная-Уральская АЭС (2 блок) Тверская АЭС (3 блок) 2019 г. Южная-Уральская АЭС (3 блок) Центральная АЭС (2 блок) Нижегородская АЭС (3 блок) 2020 г. Южная-Уральская АЭС (4 блок) Тверская АЭС (4 блок) 16

В стадии строительства, в настоящий момент, в России находится самое большее в Европе число энергоблоков – 4. Согласно планам руководства, три из них должны вступить в строй до 2010 г. Это второй энергоблок Волгодонской АЭС, четвертый – Калининской и пятый – Балаковской АЭС. В результате достройки 4 -х энергоблоков нашему государству обеспечена экономия не менее 400 млрд. кубометров газа. И даже по ценам внутреннего рынка экономия газа составит огромную сумму – более 5 млрд. долл. С учетом того, что цена газа на внешнем рынке в пять и более раз выше, получается астрономическая цифра. 17

В 2006 г. атомные станции России выработали свыше 147, 6 млрд к. Вт·ч электроэнергии, что составило 103, 2% от выработки за аналогичный период 2005 г. В России приняты две федеральные целевые программы (ФЦП) – «Развитие атомного энергопромышленного комплекса России на 2007 -2010 годы и на перспективу до 2015 года» и «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2008 год и на период до 2015 года» . К 2015 г. мы ожидаем ввода не менее 9, 8 ГВт новых мощностей с достижением общей установленной мощности АЭС 33 ГВт, выработки 224 млрд к. Вт ч электроэнергии и роста доли ядерной генерации на этом этапе до 18, 6%. 18

Работа российских АЭС характеризуется как безопасная и надежная. Радиационный фон на самих АЭС и прилегающих территориях соответствовал показателям нормальной эксплуатации энергоблоков и не превышал естественных природных значений. Вклад в радиологическое облучение населения от современных российских АЭС измеряется в тысячных долях процентов от естественного радиационного фона. Дозовое облучение от АЭС составляет от 10 до 50 мк. Зв/год. Для сравнения, ежегодные дозы природного измерения в Финляндии составляют 7, 5 м. Зв, в Горном Алтае – 10 -15 м. Зв, т. е. в тысячу раз выше, чем доза облучения от АЭС. 19

Себестоимость 1 к. Вт ч По состоянию на конец 2006 г. себестоимость 1 к. Вт∙ч на АЭС в европейской части России составила 19, 2 коп. На газовых ТЭС – 36, 6 коп. (в два раза выше). Это цифры для тарифицированных газа и ядерного топлива. Если взять нетарифицированное топливо (установленную тарифом в несколько раз меньшую плату за него по сравнению с фактическими затратами на его добычу и транспорт), то разница в исходных издержках на производство электроэнергии на АЭС и ТЭС увеличится в 4– 5 раз в пользу АЭС. 20

Действующие АЭС России АЭС Белоярская Билибинская Балаковская Калининская Электричес- Год ввода Проектный год Номер Тип реактора кая мощность в эксплуаокончания блока (брутто), МВт тацию эксплуатации 1 2 3 4 1 2 3 АМБ АМБ БН– 600 ВВЭР-1000 ВВЭР-1000 160 600 12 12 1000 1000 1963 1967 1980 1974 1975 1976 1985 1987 1988 1993 1984 1986 2004 1980 1989 2010 2004 2005 2006 2015 2017 2018 2023 2014 2016 – 21

Действующие АЭС России АЭС Кольская Курская Ленинградская Электричес- Год ввода Проектный год Номер Тип реактора кая мощность в эксплуаокончания блока (брутто), МВт тацию эксплуатации 1 2 3 4 ВВЭР-440 РБМК-1000 РБМК-1000 440 440 1000 1000 1973 1974 1981 1984 1976 1978 1983 1985 1973 1975 1979 1981 2003 2004 2011 2014 2006 2008 2013 2015 2003 2005 2009 2011 22

Действующие АЭС России Электричес- Год ввода Проектный год кая мощность в эксплуаокончания (брутто), МВт тацию эксплуатации АЭС Номер блока Тип реактора Нововоронежская 1 В-1 210 1964 1984 2 В-3 365 1969 1990 3 ВВЭР-440 1971 2001 4 ВВЭР-440 1972 2002 5 ВВЭР-1000 1980 2010 1 РБМК-1000 1982 2012 2 РБМК-1000 1985 2015 3 РБМК-1000 1990 2020 1 ВВЭР-1000 2001 – Смоленская Волгодонская 23

Несмотря на то, что в Сибири извлекаемые разведанные запасы нефти составляют 77 % запасов Российской Федерации, природного газа – 85 %, угля – 80 %, меди – 70 %, никеля – 68 %, свинца – 85 %, цинка – 77 %, молибдена – 82 %, золота – 41 %, металлов платиновой группы – 91 %, гидроэнергетические ресурсы – 45 %, биологические – более 41 %, экономическое развитие Сибири остаётся недостаточным. 24

К числу основных факторов, сдерживающих экономическое развитие Сибири, относятся: • качественное ухудшение сырьевой базы (доля трудноизвлекаемых запасов нефти и газа составляет 55– 60% и продолжает расти); • недостаточный уровень развития транспортной инфраструктуры; • повышенный расход топливно-энергетических ресурсов на производственные и социальные нужды из-за суровых природно-климатических условий. 25

В Сибирском регионе созданы все предприятия, обеспечивающие полный ядерный цикл от добычи и переработки уранового сырья и изготовления топливных сборок до утилизации облученного ядерного топлива, что обеспечивает оптимальное функционирование АЭС. • добыча руды и производство уранового концентрата размещается в Краснокаменске (Читинская область); перспективные залежи урана также расположены в Сибири; • производство гексафторида урана – в городах Ангарске (Иркутская область), Северске (Томская область); • производство низкообогащенного урана – в Ангарске, Северске, Зеленогорске (Красноярский край); 26

• изготовление топлива для атомных станций осуществляется в Новосибирске; • «сжигание» ядерного топлива осуществляется на АЭС городов Северска (Томская обл. ) и Железногорска (Красноярский край); • долговременное хранение отработанного топлива – в Железногорске; • переработка облученного топлива. В случае развертывания замкнутого топливного цикла, также может производиться на предприятиях расположенных в Северске и Железногорске. 27

По заключению ООО "Межрегиональный проектноизыскательский и научно-исследовательский институт по проектированию энергетических систем и электрических сетей" в регионах Сибирского Федерального округа (Омская, Новосибирская и Кемеровская области, Алтайский край, республика Алтай) суммарный дефицит мощностей по выработке электроэнергии составляет уже сегодня около 2, 2 ГВт. При этом более 40 % теплоэлектростанций значительно (до 80 %) выработали свой ресурс, и к 2015 году доля таких энергоблоков составит около 75 %. 28

ЯДЕРНЫЙ ТОПЛИВНЫЙ ЦИКЛ В мире существуют два вида ядерного топливного цикла: замкнутый и открытый. В соответствии с ними есть два подхода к обращению с облученным ядерным топливом (ОЯТ). При замкнутом цикле ОЯТ поступает на переработку с извлечением урана, плутония и других ценных компонентов и возвращением их в ядерный цикл. При открытом цикле осуществляется, длительное хранение ОЯТ с его последующим захоронением без переработки. 29

Схема типичных открытого и замкнутого (с рециклом U и Рu) ЯТЦ для АЭС с реактором на тепловых нейтронах ТВС АЭС Хранилище ТВС при АЭС Завод по изготовлению твэлов Uпр Uобог Отработавшие ТВС Pu Разделение изотопов U-235 и U-238 Захоронение Длительное хранение ТВС Конец открытого цикла Транспортирование ТВС U 3 O 8 → UF 6 Очистка Урановый концентрат Гидрометаллургический завод U Радиохимический завод Радиоактивные отходы Изготовление МОXтоплива Хранилище РАО Урановая руда Рудник Захоронение РАО 30

ОТКРЫТЫЙ (РАЗОМКНУТЫЙ) ЯТЦ Основные стадии 1) добыча урановой руды; 2) производство оксида урана U 3 O 8; 3) конверсия U 3 O 8 в UF 6; 4) обогащение UF 6, 5) изготовление ядерного топлива (твэлы и ТВС); 6) использование ядерного топлива в ядерных реакторах; 7) хранение ОЯТ в приреакторных хранилищах (бассейн выдержки или сухое хранилище); 8) в будущем, окончательное захоронение ОЯТ в геологических формациях. 31

ЗАМКНУТЫЙ ЯТЦ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕГЕНЕРИРОВАННОГО УРАНА Основные стадии 1) добыча урановой руды; 2) производство оксида урана U 3 O 8; 3) конверсия U 3 O 8 в UF 6; 4) обогащение UF 6; 5) изготовление ядерного топлива (твэлы и ТВС); 6) использование ядерного топлива в ядерных реакторах; 7) хранение ОЯТ в приреакторных хранилищах; 8) переработка ОЯТ с выделением урана, плутония и осколков деления (РАО); 9) возвращение регенерированного урана на стадии конверсии и обогащения; 10) размещение плутония в спецхранилищах; 11) в будущем, окончательное захоронение РАО в геологических формациях. 32

Существуют две противоположные точки зрения. Замкнутый ЯТЦ нецелесообразен, т. к. при химической переработке ОЯТ возникают такие технологические и политические проблемы: сложность и радиационная опасность переработки и захоронения ОЯТ и РАО, возможность переключения (хищения) выделенных ядерных материалов для создания ядерного взрывного устройства. Замкнутый ЯТЦ необходим т. к. ОЯТ содержит ценные ядерные материалы, имеющие огромный энергетический потенциал. Замкнутый ЯТЦ обеспечит возможность обеспечения растущих национальных энергетических потребностей за счет атомной энергии; кроме того, он позволяет значительно снизить объем РАО. 33

Принципиальная схема крупномасштабной ядерной энергетики России установленной электрической мощностью 100 Гвт 233 U+ 238 U Конверсия 100 т и обогащев год ние Завод по изготовлению топлива ТВС для тепловых реакторов Завод по изготовлению топлива ТВС для быстрых реакторов Первичные энергоресурсы Тепловые реакторы Отработавшее топливо Завод по переработке отработавшего топлива Быстрые реакторы 100 т в год Геологическое сооружение для окончательной изоляции отходов Отработавшее топливо U, Pu, актиноиды Выработка энергии на АЭС Отходы 34

В настоящее время возможности осуществить замкнутый ЯТЦ в промышленном масштабе имеют такие страны, как США, Великобритания, Франция, Россия, Китай, Германия, Япония и Индия. Две основные системные проблемы современной ядерной энергетики хорошо известны: • низкая эффективность полезного использования добываемого природного урана – менее 1%, сырьевая ограниченность; • разомкнутость топливного цикла с необходимостью организации долговременного хранения непрерывно возрастающего количества ядерных материалов. 35

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ ! 36