Атомная энергетика России: реальность, вызовыи иллюзии.Часть 1

 

Автор

Нигматулин Борис, Первый заместитель генерального директора Института проблем естественных монополий

 

    Удивительная метаморфоза: ярый противник атомной энергетики в конце 1980-х гг., усилиями которого было заморожено строительство Горьковской и Воронежской АСТ, экс-министр энергетики и экс-премьер С. Кириенко, только возглавив Росатом, понял: нет лучшего применения государственным денежным ресурсам, чем вложение в создание новых АЭС. Из доклада С. Киринко В. Путину на заседании президиума Правительства РФ в ноябре 2011 г.: «С советского времени не было такого количества пусков объектов атомной энергетики». Одним из достижений последних лет в РФ назвал развитие атомной отрасли и президент Д. Медведев в послании Федеральному Собранию. В то же время бывший заместитель министра по атомно-энергетическому комплексу Б. Нигматулин, убежден: ставка на форсированное развитие атомной энергетики в России при существующем уровне стоимости строительства АЭС не оправдана.
    Ренессанс: мы за ценой не постоим?
    Можно предположить, что первые лица страны охотно верят победным реляциям С. Кириенко, т.к. на фоне стагнирующей промышленности и деградации других высокотехнологичних отраслей — авиационной и космической — они звучат райской музыкой. Допускаю даже, что С. Кириенко искренне убежден в правоте своих слов. Однако хочу напомнить, что в СССР в 1981—1990 гг. внутри страны было построено 28 новых атомных энергоблоков суммарной мощностью 23,3 ГВт, за рубежом — еще 10 блоков суммарной мощностью около 5,5 ГВт, итого почти 29 ГВт. В постсоветское время за аналогичный период (2002—2011 гг.) три блока было достроено внутри страны, два построено в Китае и один достроен в Иране. В пересчете на 100%-ное строительство — четыре блока суммарной мощностью 4 ГВт. Разница оказалась семикратной.
    В связи с изложенным возникают два вопроса: какова цена иллюзии ренессанса атомной энергетики, которую оплачивают российский бюджет и потребитель электроэнергии, и кто ангажирует карманных экспертов, подпитывающих эти дорогостоящие фантазии. Можно бесконечно вкладывать бюджетные деньги в атомную энергетику, но тогда останутся недофинансированными медицина, образование, наука, социальные программы и др.
    Посмотрим, какова эффективность инвестиций в атомную энергетику, сколько стоят энергоблоки, о которых говорит С. Кириенко (табл. 1).
    Удлинение срока строительства на один год влечет за собой рост стоимости строительства минимум на 10% из-за инфляции, дополнительных затрат, обусловленных задержкой строительства. Кроме того, сама станция (концерн «Росэнергоатом») теряет доход из-за недовыработки электроэнергии. За один год атомный энергоблок мощностью 1200 МВт может выработать 8 млрд кВт·ч электроэнергии с отпускной ценой на Федеральном оптовом рынке энергии и мощности (ФОРЕМ) около 9 млрд руб. (в ценах 2011 г.).
    Из табл. 1 видно, что стоимость каждого последующего блока почти вдвое дороже предыдущего: Калинин-3 (энергопуск в 2005 г.) — 29,7 млрд руб., Ростов-2 (2010 г.) — 57,6 млрд руб., Калинин-4 (энергопуск в 2011 г., выход на 100%-ную мощность в 2012 г.) — 91,1 млрд руб. Здесь не рассматривается качество достройки и сам пуск — это тема отдельного подробного анализа, речь идет о завершении строительства типовых блоков проектов 1990-х гг.
    Возьмем данные по строительству энергоблоков по новым проектам АЭС-2006. Ленинградская АЭС-2: два блока мощностью по 1170 МВт, начало строительства первого блока — 2007 г., второго — 2009 г., завершение строительства планируется в 2013—2015 гг. Первый блок ЛАЭС-2 — заявленная цена сооружения 143,4 млрд руб., второй — 99,5 млрд руб., суммарно — 242,9 млрд руб. Сроки завершения строительства сдвигаются минимум на два года — к 2015—2017 гг., соответственно стоимость увеличится не менее чем на 20%, т.е. достигнет 290 млрд руб., или 4050 долл. за 1 кВт установленной мощности (1 долл. = 30,5 руб.).
    Нововоронежская АЭС-2: два блока мощностью по 1200 МВт, начало строительства первого блока в 2007 г., завершение в лучшем случае в 2015 г. (планировалось в 2012 г.). Начало строительства второго блока — 2009 г., завершение — возможно, в 2017 г. Плановая стоимость первого блока — 127,6 млрд руб., второго — 85 млрд руб., из-за переноса сроков на три года суммарная стоимость приблизится к 275 млрд руб., т.е. к 3800 долл. за 1 кВт установленной мощности.
    Отдельный вопрос — БН-800 на Белоярской АЭС. План сдачи четвертого блока — 2014 г., плановая стоимость — 135,4 млрд руб. (и это в общем-то стоимость достройки блока, т.к. строительство началось еще в конце 1980-х гг.). С учетом сегодняшних темпов удорожания строительства выйдут на 160 млрд руб., или 6500 долл. за 1 кВт установленной мощности. И это без серийной активной зоны. Блок будет пускаться на двух типах ТВС: с обогащенным ураном и со смесью плутония с обедненным ураном. Когда будет запущена серийная активная зона как необходимый элемент замкнутого ядерного топливного цикла (ЗЯТЦ), сегодня непонятно. Возможно, к 2020 г., а может быть, и позже. На все это потребуются дополнительные затраты — не один десяток миллиардов рублей.
    Сопоставление стоимости 1 кВт установленной мощности энергоблока с БН-800 с несерийной активной зоной и АЭС-2006 с ВВЭР-1200 показывает, что в новом проекте она в 1,6–1,7 раз дороже. Именно такой она и была в советское время, когда строили БН-600. Чуда, обещанного идеологами развития быстрых реакторов с натриевым теплоносителем (БН), не произошло: удорожание энергоблока БН по сравнению с ВВЭР сохранилось. Например, стоимость 1 кВт установленной мощности с БН-600 (338,8 млн руб.: 600 000 кВт = 564,7 руб./кВт) по сравнению со стоимостью 1 кВт установленной мощности 5-го блока НВАЭС (348,2 руб./кВт) в 1,6 раза выше (табл. 2).
    Тем не менее С. Кириенко обещает, что к 2030 г. Россия перейдет к массовому сооружению энергоблоков с реакторами четвертого поколения на быстрых нейтронах. Это утопия. Обычное некомпетентное заявление руководителей. Сегодня даже отцы-основатели направления реакторов на быстрых нейтронах — В. Орлов, П. Кириллов и даже Ф. Митенков, который некоторое время назад получил премию «Глобальная энергия» за разработку БН, — с большим сомнением и осторожностью относятся к перспективам их коммерческого использования.
    Кроме того, продажа БН в другие страны из соображений нераспространения ограничена — их можно продать только ядерным державам. Обещанный контракт с Китаем на два БН-800 уже не заключат, т.к. отсутствует технология ЗЯТЦ, без которой этот проект Китаю не нужен.
    Сегодня даже Е. Адамов, который в свое время, несмотря на мое сопротивление, включил БН-800 в Стратегию 2000 г., пишет, что «не решает никаких стратегических задач, кроме замены БН-600 на еще один такой же БН». Я говорил ему то же самое еще в 2000 г. И тогда, и впоследствии я неоднократно обсуждал этот вопрос с патриархом нашей отрасли Л. Рябевым, и у нас по вопросу строительства БН-800 было полное единодушие. В начале 2006 г. я направил несколько справок С. Кириенко с обоснованием бесперспективности строительства БН-800. Тогда я еще наивно полагал, что он, выслушав мнения независимых экспертов, будет способен разобраться в коренных проблемах отрасли. Мои слова не были услышаны. Зато теперь, когда большая часть капвложений на строительстве БН-800 освоена, Е. Адамов пишет руководству Росатома, что ни БН-800, ни проект производства МОКС-топлива не нужны. О чем же он думал раньше?
    Сегодня все актуальные задачи по поддержанию направления быстрых реакторов можно решить при использованиии БН-600, включая опытно-промышленную отработку плотного топлива. Кстати, необходимо активизировать НИОКР, которые должны перейти в опытно промышленное производство плотного топлива, чтобы получить результат хотя бы к 2020 г.
    Переход на массовое строительство быстрых реакторов не оправдан. Есть множество нерешенных проблем, связанных не только с замыканием ЯТЦ. Например, в 1,6 раза большая по сравнению с ВВЭР стоимость установленного киловатта мощности. И кроме того, сама эксплуатация реактора с натриевым теплоносителем более сложная и дорогостоящая задача, ведь утечка натрия — это не утечка воды.
    Основное достоинство быстрых реакторов в атомной энергетике — возможность воспроизводства топлива и экономия природного урана. Но до сих пор открытым остается вопрос: при какой цене природного урана экономически целесообразны строительство и эксплуатация быстрых реакторов? Эту проблему каждая страна должна решить для себя с учетом собственного топливно-энергетического баланса и обеспеченности энергоресурсами. Для России, с ее огромными запасами газа, угля и нефти, строительство БН внутри страны абсолютно неактуально, а экспортный потенциал БН, как было показано выше, ничтожен.
    Атомной энергетике России еще предстоит доказать свою конкурентоспособность как на внешнем рынке при сравнении с улучшенными проектами АЭС с реакторами PWR и BWR, производимых в Южной Корее, Китае, США, Франции и Японии, так и на внутреннем рынке при сравнении с реконструкцией и новым строительством парогазовых установок и угольных энергоблоков на сверх- и суперкритических параметрах в тепловой энергетике. Вместо сооружения БН-800 можно было бы реконструировать 6 ГВт паротурбинных блоков до парогазовых и тем самым сократить потребление газа в электроэнергетике на 3 млрд м3 в год. При этом еще сэкономить 360 млн долл. в год, если считать стоимость газа по внутренним ценам (120 долл./1000 м3), а по экспортным — более 720 млн долл. в год (в ценах 2011 г.). Но у потребителя не спрашивают, нужны ли ему такие дорогие игрушки. Кстати сказать, независимое экспертное сообщество промолчало.
    Идем на прорыв
    Сегодня предлагается сделать ставку на реактор с охлаждением свинцом, приняв за прототип БРЕСТ-ОД-300, работоспособность которого пока еще не доказана, разработать проект БРЕСТ-1200, причем внедрить его в атомную энергетику «скачком». Но этот проект под названием «Прорыв» имеет фундаментальные проблемы, которые в принципе «скачком» не решаются. Рабочая температура свинцового теплоносителя 400—540 °C при температуре плавления (затвердевания) свинца 327 °C, масса — 8,5 тыс. т у БРЕСТ ОД-300 и 12 тыс. т у БРЕСТ-1200. Для сравнения, вес всего оборудования реакторного отделения ВВЭР-1000 составляет 8,5 тыс. т. Всю эту массу необходимо разогреть, расплавить и поддерживать в жидком состоянии. А как быть при неизбежных остановах? Отсюда возникает проблема разработки специальных технологий, приборов, конструктивных систем для поддержания свинца в жидком состоянии при пусках и остановах. Для этого необходим мощный независимый источник энергоснабжения. Сам жидкий свинец вызывает коррозию стальных элементов контура теплоносителя, оболочек твэлов (при 650 °C) и т.д. Отдельная тема — работоспособность парогенератора, в котором давление пара составляет 180 атм. Он установлен внутри первого контура. В настоявшее время конструкцию такого парогенератора невозможно сделать ремонтонепригодной, соответственно невозможно достичь ресурса 200 тыс. часов, стандартного для тепловой и атомной энергетики. Более того, с учетом опыта создания атомных подводных лодок, в которых в качестве теплоносителя использовалась эвтектика свинец-висмут с температурой плавления всего 124,5 °C, можно утверждать, что система обогрева внутри труб парогенератора (для расплавления свинца) должна быть с резервом в 100%. Применительно к парогенератору это практически нерешаемо. То есть парогенератор будет не только неремонтопригодным, но и ненадежным.
    Кроме того, имеется масса других проблем, например — собственно токсичность жидкого свинца. Металлургия свинца — высокотоксичное, энергоемкое, сложное производство. Безусловно, в ближайшие 10—15 лет, а скорее всего никогда, не удастся создать ничего работоспособного, даже вложив огромные средства.
    Собственно проект БРЕСТ-ОД-300 оказался неудачным, и разработка пошла по второму кругу. Делать вид, что проект уже есть и реакторную технологию свинца можно отработать на небольших теплофизических и материаловедческих стендах без предварительного создания реакторной и материаловедческой исследовательской базы — растратная и даже преступная иллюзия. Кстати, даже создание небольших стендов и эксплуатация их сопряжены с большими трудностями.
    История со свинцовым реактором в России в точности повторяет ситуацию, которую мы пережили в электроэнергетике — создание МГД-генераторов. В начале 1970-х гг., когда это направление во всем мире было признано тупиковым, мы продолжали щедро вкладывать средства в их разработку вплоть до середины 1980-х гг. Участвовало в проекте около десяти институтов, средства выделялись не только из бюджета через Госкомитет по науке и технике (ГКНТ) и АН СССР, но и через Мин­энерго СССР, их перераспределяли даже их тех, что были выделены на ремонт энергоблоков. Дело дошло до того, что Председатель Совмина СССР А. Косыгин предложил построить опытно-демонстрационный блок (ОД) МГДЭС-500 на Рязанской ГРЭС. И тогда большинство экспертов-энергетиков прекрасно понимали невозможность технической реализации этого направления в энергетике, но они оказались задавлены авторитетом академика и чиновника высокого ранга. В результате впустую были потрачены огромные деньги, включая сверхдефицитную тогда валюту, а проект МГД-генератора остался несмываемым пятном конформизма на репутации отделения физико-технических проблем энергетики АН СССР.
    Отвлекая силы и средства на разработку проектов быстрых реакторов, мы стали существенно отставать в создании современного конкурентоспособного энергоблока с водо-водяным реактором. Тем временем немцы, американцы и французы разработали газовые турбины большой мощности на 200—300 МВт, а сегодня проектируют 400—500-мегаваттные турбины и строят эффективные парогазовые тепловые энергоблоки. А мы вынуждены покупать у них эти газовые турбины, поскольку флагман отечественного турбостроения ОАО «Силовые машины» неспособно изготовить газовую турбину 280 МВт даже по лицензии фирмы Siemens. И здесь проблема состоит в том, что в компании не оказалось личности, способной организовать это производство. Осенью прошлого года газотурбинные подразделения этой компании были переданы в совместное с Siemens предприятие на правах «младшего брата». Теперь немцы будут выпускать газовые турбины для России, а СП — только обеспечивать их отверточную сборку, сопровождение поставок и некоторый объем сервисного обслуживания. Менее мощные турбины (65 МВт) планируется собирать в Рыбинске на совместном предприятии с General Electric.
    Если бы Института высоких температур (ИВТАН) занимался не МГД-генераторами, а парогазовыми блоками и развитием технологий в угольной энергетике и т.п., он мог бы быть сегодня центром развития не только отечественной, но и мировой теплоэнергетики.
    «Прорыв» по организационному оформлению напоминает проект создания атомной бомбы. Приказом С. Кириенко образован технический комитет во главе с 72-летним Е. Адамовым. Правда, уместно вспомнить, что когда Курчатов возглавил технический комитет по созданию атомной бомбы, ему было 40 лет — «Борода» был самым старшим в творческом коллективе. Для респектабельности к участию в создании быстрого реактора с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем Е. Адамов пригласил уважаемых 70—80-летних академиков — ветеранов отрасли. Под эту затею консолидируются институты отрасли, на нее выделяется более 100 млрд руб. из бюджета. С учетом 160 млрд руб., потраченных на БН-800, получается, что на развитие быстрых реакторов с ЗЯТЦ мы потратим 260 млрд руб. (8,5 млрд долл. против 5,5 млрд долл., которые тратят все участники — более 30 стран — международного проекта ИТЭР).
    Но есть принципиальное отличие прорыва Курчатова от нынешнего «прорыва» Адамова. Целью атомного проекта было спасение отечества, а целью адамовского «прорыва» — банальный «распил» бюджетных средств под прикрытием высоких слов о необходимости развития нового направления в атомной энергетике.
    Мы продолжаем заниматься дорогими игрушками вместо решения насущных проблем. Почему С. Кириенко выгодна суета вокруг этого проекта? Во-первых, в силу своей некомпетентности он не может разобраться в экономической нецелесообразности и технической невозможности таких проектов, как «Прорыв». Во-вторых, он получает отличную возможность еще несколько лет твердить, что мы впереди планеты всей в развитии атомной энергетики, и просить бюджетные ресурсы у руководителей страны. Проиграв конкурентную борьбу в области водо-водяных реакторов, горе-стратеги будут оправдываться тем, что занимались «прорывом». Обогащение узкого круга руководителей, которые контролируют финансовые потоки этого «прорыва», разочарование рядовых его участников и несмываемое пятно на направлении быстрых реакторов — таким будет его естественный финал.
    К большому сожалению, приходится констатировать, что и в отрасли, и в академическом сообществе опять не оказалось критической массы экспертов и механизмов, которые предотвратили бы растрату бюджетных средств на заманчивые, но абсолютно нереализуемые проекты. А потому мы имеем классический пример «лысенковщины», но уже не в биологии и сельхозпроизводстве, а в атомной энергетике. Я спрашивал своих коллег, почему они участвуют в проекте, и всегда получал один ответ: «Мы понимаем бесперспективность проекта, но пока дают деньги, мы этим занимаемся». Коллеги, но ведь тем самым вместо развития отрасли вы ведете ее к застою, деградации и потере доверия общества.
    Российская научно-техническая интеллигенция привыкла между собой ругать власть и начальников, но сама какой уже раз демонстрирует неспособность разобраться в делах, за которые несет ответственность, отказаться от привычки промолчать или политики угодничества. А Российская академия наук обязана быть надежным и компетентным экспертом.
    Проанализируем историю развития атомной энергетики, а заодно и теплоэнергетики. Какие технологии получили наибольшее развитие в атомной энергетике? Те, где и теплоноситель, и замедлитель — обычная вода — ВВЭР (РWR) и ВК (BWR). Более 83% всех мощностей мировой гражданской и 100% морских ЯЭУ работают на этих реакторах. Другие направления как-то: англо-французский газо-графитовый AGR, высоко-температурный газоохлаждаемый реактор HTGR, советские водо-графитовые РБМК и др., где вместо водяного замедлителя применили графитовый, тяжеловодные CANDU, кстати, многие из которых, либо остановлены, либо находятся в глубокой реконструкции, экзотичные мобильные установки с органическим теплоносителем или модульный реактор с токсичным N2О4, а также быстрые реакторы с натриевым и свинцово-висмутовым теплоносителем — оказывались либо тупиковым, либо не получили долговременного развития. Это связано или с технологическими сложностями, или с неконкурентоспособностью в сравнении с ВВЭР и ВК.
    Например, срок эксплуатации РБМК оказался не более 40 лет из-за ограничений по стойкости графита, а ВВЭР сегодня проектируются уже на 60 и более лет. А наше научно-техническое достижение и гордость — АПЛ с реакторами со свинцово-висмутовым теплоносителем. Было построено 7 АПЛ, которые в общей сложности эксплуатировались 80 месяцев (при пересчете на 100%-ную мощность). Это далеко не те 80 лет (общее время эксплуатации этих лодок), как представляют разработчики этого реактора. При этом они оказались первыми на списание из ВМФ из-за сложностей эксплуатации. Дополнительно на берегу необходимо было иметь специальный энергоисточник для поддержания свинцово-висмутового теплоносителя в жидком состоянии. Кроме того, всегда была опасность выхода высоколетучего радиоактивного полония при утечке теплоносителя и т.д.
    Теперь посмотрим, как развивается мировая теплоэнергетика. Там тоже были экзотические проекты, такие как вышеупомянутые МГД-генераторы, бинарные циклы на ртути и т.п. Однако магистральное направление развития теплоэнергетики — это рост параметров рабочего тела — водяного пара. Сначала (1920—1970 гг.) докрититические, в 1970—2000 гг. сверхкритические, в начале XXI в. началось развитие установок с суперсверхкритическими параметрами пара — 300 атм и 600 °C и даже 350 атм и 700 °C. Из табл. 3 видно, если БН-800 имеет удельную металлоемкость 9,4 т/МВт (электрической мощности), БН-1800 — 4,5 т/МВт, ВВЭР-1000 — 3,22 т/МВт, то БР-СКД — 1,44 т/МВт, т.е. соответственно в 6,5, 3 и 2,2 раза меньше.
    Хотел бы обратить особое внимание на тот факт, что России, с ее богатейшими энергоресурсами, нет необходимости в одиночку тратить огромные финансовые средства и человеческие ресурсы на разработку новых направлений в реакторостроении, например БР. Такие работы нужно проводить только в рамках международных проектов (в том числе, ИТЭР, Международная космическая станция и т.д.). Заодно это обеспечит независимый аудит, что, в свою очередь, охладит пыл инициаторов очередных «романтико-распилочных» проектов за счет огромных бюджетных средств.