Почему доля атомной энергетики падает?

Доля АЭС в генерации электроэнергии мира составляет на сегодня порядка 10%. Важно, что эта доля хоть и медленно, но уменьшается — в 1996 году она была на пике и занимала 17,5%. Согласно одному из сценариев Межправительственной группы ООН по изменению климата (МГЭИК), чтобы спасти климат, атомная генерация должна вырасти к середине столетия в 6 раз. 

Если более детально рассмотреть доклад МГЭИК, то окажется, что среди сценариев действительно есть как максимальный — предусматривающий шестикратный рост атомного сектора, (на него и ссылается автор статьи), так и минимальные — в том числе с кратным сокращением (!) атомной генерации. Причем последние также обеспечивают спасение климата, просто за счет других решений и технологий.

Оценивая медианные или средние значения комбинаций из десятков разных сценариев внешних экспертов и институтов, МГЭИК рассчитала, что атомная генерация в том же электробалансе в абсолютных значениях к середине столетия вырастет в 2 раза, при этом доля АЭС в производстве электроэнергии упадет с 11% до 9%, а доля возобновляемых источников энергии (ВИЭ) составит 77%.

Сколько для этого нужно атомных электростанций? 

Реализация такого сценария МГЭИК потребует увеличить установленную мощность всех АЭС мира с нынешних 360 ГВт в 2 раза — до 720 ГВт за счет построения к середине столетия около 1000 ГВт атомной генерации. 

Почему 1000? Ближе к 2050 году придется всё больше выводить из эксплуатации отслужившие, но еще работающие сегодня атомные энергоблоки. При этом придется заместить почти полностью весь нынешний парк АЭС мощностью в 360 ГВт — ведь больше их эксплуатировать будет нельзя по причинам безопасности.

Таким образом, для удвоения мощности атомной генерации в течение ближайших 30 лет придется вводить не менее 30 ГВт ежегодно. Но даже в золотой век развития атомной энергетики — с середины 1960-х до середины 1980-х годов — во всем мире вводилось всего лишь около 10 ГВт в год. Сегодня этот показатель упал в разы. Необходимо сказать, что сейчас ввод ВИЭ составляет сотни ГВт в год, например, в 2020 году было введено 230 ГВт только ветровой и солнечной генерации. 

Одна из причин такой ситуации — сроки строительства АЭС. 

Разница в скорости строительства связана с тем, для ВИЭ не нужны такие сложные системы безопасности, как для АЭС, причем требования безопасности для АЭС только повышаются. Кроме того, ВИЭ не зависят от сложного топливного цикла, как в атомной энергетике, где нужно не просто построить реактор, но и систему загрузки топлива, бассейны для выдержки отработавшего ядерного топлива, сухие хранилища для его долговременного хранения и инфраструктуру для транспортировки. 

Одновременно с возведением новых АЭС нужно параллельно строить и новую инфраструктуру для утилизации радиоактивных отходов, а еще демонтировать выводимые из эксплуатации атомные энергоблоки. Демонтаж — сложный проект, сравнимый по срокам и требуемым ресурсам со строительством новых АЭС. 

Требования к строительству АЭС создают еще одно «бутылочное горлышко»: допуск к строительству и производству оборудования для АЭС имеют далеко не все энергетические компании. В мире их относительно немного, и получить лицензию на право строить предприятия ядерного топливного цикла могут или стремятся получить не все, что снижает конкуренцию, а также может способствовать затягиванию строительства.

Атомные станции правда низкоуглеродные?

Влияние на климат со стороны АЭС не ограничено строительством станций. Парниковые выбросы образуются в результате использования большого количества техники, работающей на ископаемом топливе, и при добыче, переработке и транспортировке урана, что во многом обеспечивает климатический след атомной генерации во время ее работы. При этом с учетом истощения богатых запасов урановых месторождений это будет фактором роста парниковых выбросов атомной энергии.

В зависимости от содержания урана в руде, а также других факторов, климатический след АЭС может значительно варьироваться. Оценки МГЭИК опираются на источники, которые дают следующие разбросы: от 9 до 110 и от 1 до 288 граммов СО2 эквивалента на кВт*ч выработанной электроэнергии. В последней оценке средний выброс оценивается в 66 граммов СО2 эквивалента на кВт*ч выработанной электроэнергии. 

Если взять за основу не 11, а 66 граммов СО2 эквивалента на кВт*ч, то климатический след атомной генерации окажется несколько выше климатического следа ветровых наземных и морских электростанций — 16 (±14) и 12 (±7.3) граммов СО2 эквивалента на кВт*ч соответственно, и сравним со следом солнечных электростанций — 57 граммов СО2 эквивалента на кВт*ч.

Что экономически выгоднее строить — АЭС или ВИЭ? 

Себестоимость атомной генерации растёт, а ветровой и солнечной — падает. Для рынка электроэнергии в Северной Америке это выглядит так.

Из диаграммы видно, что себестоимость ветровой и атомной электроэнергии сравнялась в 2010 году, а солнечной и атомной — в 2013 году. С тех пор разрыв только растет не в пользу атомной генерации, которую по праву можно назвать самой дорогостоящей технологией генерации электричества.

Глобальные инвестиции в энергетику показывают, что на сегодня вложения в ВИЭ, чей ежегодный рынок оценивается примерно в 300 миллиардов долларов, более привлекательны, чем инвестиции в АЭС.

Хватит ли в мире урана?

Автор статьи честно говорит о проблеме исчерпаемости дешевых и доступных запасов урана. Ежегодно мир потребляет около 59,2 тысяч тонн уранового сырья, и, по данным на 2018 год, около 53,5 тысячи тонн покрывается за счет добычи из урановых месторождений. Разница около 10% закрывается в том числе за счет так называемых вторичных источников урана — уже добытого и обедненного в процессе производства ядерного топлива урана и урана, побывавшего в реакторе. Это косвенно указывает на то, что на рынке ощущается дефицит добываемого урана.

Теоретически, по оценке МАГАТЭ, разведданных и перспективных извлекаемых запасов достаточно более чем на 135 лет. Однако этого недостаточно при шестикратном росте мощности атомной генерации, чтобы обеспечить даже один жизненный цикл (это 40-60 лет) предполагаемого парка АЭС. 

Как верно отмечает автор статьи, освоение этих запасов и ресурсов ограничено наличием добывающей инфраструктуры. По оценкам российских экспертов, «к 2035 году из-за истощения запасов и закрытия шахт производство первичного урана на действующих рудниках упадет на 30%, а производственных мощностей новых шахт хватит лишь на то, чтобы компенсировать мощности тех, что уже были выработаны». 

Инфраструктурные ограничения связаны с тем, что строительство и пуск новых шахт зависит от многих факторов. Главный негативный фактор — затяжные периоды низких цен на уран, что несет финансовые риски для добывающих компаний. Ситуация отягощается тем, что для того, чтобы ввести в строй и начать добычу на урановом месторождении, требуется 10-15 лет.

Помимо экономических ограничений, компании сталкиваются и с политическими, социальными и экологическими проблемами. По оценкам экспертов, эти ограничения уже помешали развитию нескольких урановых проектов в Австралии, Канаде, Казахстане, России и ряде стран Африки. На наш взгляд, политические риски подтверждают январские события 2021 года в Казахстане, в стране, занимающей на сегодня первое место по добыче урана в мире и, по данным на 2020 год, обеспечивающей добычу 40% природного урана в мире. 

И, наконец, важно помнить, что на урановый рынок в сторону его понижения, ведущего к затяжным периодам низких цен, могут влиять радиационные аварии, как это случилось после аварии на АЭС «Фукусима». И такие события не исключены в будущем.

Можно ли использовать вместо урана плутоний?

В статье предлагается в качестве решения проблемы недостатка урана (речь об изотопе уран-235 для так называемых тепловых реакторов, которыми сегодня в основном представлена мировая атомная энергетика) использовать плутоний.

У плутониевого топлива нет таких ресурсных ограничений, как у «традиционного» топлива, так как в мире накоплено значительное количество обедненного урана, который теоретически может стать сырьем для масштабной атомной энергетики на основе плутониевого топлива. Однако при этом, по оценкам ученых, количество технологий получения плутония из обедненного уранового сырья ограничено.

В основе плутониевой энергетики лежат так называемые реакторы на быстрых нейтронах (РБН), на которых предлагается воспроизводить плутоний. Но эта технология крайне сложна в техническом исполнении, а последствия аварии в случае ее использования могут быть более значительными из-за высокого содержания изотопов плутония в ядерном топливе.

История реакторов на быстрых нейтронах — полувековая история неуспеха. На международном уровне многие программы по строительству реакторов на быстрых нейтронах были свернуты или заморожены. В мире все же продолжают строить реакторы на быстрых нейтронах. По тем же данным Всемирной ядерной ассоциации, в ближайшие 10 лет планируется запустить 10 реакторов общей мощностью порядка 5,4 ГВт (без учета экспериментальных и реакторов малой мощности). 

Это не очень впечатляющий результат спустя почти 70 лет с того времени, как началась разработка этой технологии. Для сравнения напомним, что реакторы на тепловых нейтронах, которыми представлен практически весь парк современных АЭС, на сегодня имеют общую установленную мощность свыше 360 ГВт.

АЭС правда занимает гораздо меньше места, чем ВИЭ?

Нам часто приходится слышать про сравнение площадей, которые занимают АЭС и ветровые или солнечные парки. На первый взгляд цифры впечатляющие. Но здесь важны детали.

Во-первых, при учете площади, занимаемой АЭС, нужно прибавлять площади рудников, заводов по переработке урана, фабрикации топлива и хранилищ. У ВИЭ, напротив, нет топливного цикла, который требует таких территорий.

Во-вторых, к занимаемым АЭС территориям обязательно нужно прибавлять территории, выведенные из эксплуатации в результате радиационных аварий.

В-третьих, важно учитывать и доступность территорий. Если АЭС и другие объекты ядерного топливного цикла — это закрытые режимные объекты с военной охраной, то солнечные и ветровые электростанции, как правило, таких ограничений не требуют. 

Ветровые турбины могут стоять в поле, и вокруг них не меняются виды землепользования. Солнечные станции могут без негативных последствий размещаться на крышах зданий.

Куда деваются радиоактивные отходы?

Судя по тому, что спустя десятилетия пока только единицы стран начали строительство могильников, здесь есть нерешенные проблемы. И первая из них заключается в том, что нет гарантий, что могильники останутся в безопасном состоянии на протяжении сотен тысяч лет. Землетрясения, проникновение воды, несанкционированное вскрытие и так далее — сценариев слишком много. 

Юридически радиоактивные отходы выведены в отдельное правовое поле, которое очень детально прописано, в том числе с точки зрения определения зон ответственности. 

АЭС — бесперебойные и надежные?

В статье приводится традиционный тезис о бесперебойности АЭС. Тут стоит выдвинуть антитезис — атомные энергоблоки могут внепланово останавливаться или понижать мощность в результате срабатывания аварийной защиты. В таких случаях (и в этом неприятная особенность АЭС) из сети одномоментно может выпадать большая мощность. Причины срабатывания аварийной защиты самые разные — сбой в работе электротехнического оборудования, радиационные аварии и так далее.

Надежность АЭС часто не проходит проверку на прочность в условиях изменения климата, так как для охлаждения большинства реакторов нужно много воды определенной температуры, которой не хватает из-за более частых волн жары. Будучи расположенными вблизи водных объектов, АЭС во многих регионах окажутся уязвимы для более частых и мощных наводнений и штормов. 

Терроризм и военные конфликты — дополнительные факторы, которые несут качественно новые риски безопасности АЭС, и их также не стоит сбрасывать со счетов.

***

За более чем полвека в атомную энергетику было вложено множество научных, финансовых, трудовых и других ресурсов. При этом атомная энергетика так и не решила многие свои проблемы, но зато встретилась с новыми вызовами, которые не позволяют назвать эту технологию эффективной и безопасной. Поэтому в условиях, когда существуют альтернативные, экономически более эффективные и экологически безопасные технологии, такие как ВИЭ, делать ставку на атомную энергетику — ошибочно.