CC BY
132УДК 338.2:621(985+470)
DO110.46920/2409-5516_2021_10164_48
Развитие малых атомных станций: задачи и перспективы
Development of small nuclear power plants: tasks and prospects
ВикторСЕМЕНОВ Воронежский государственный университет, преподаватель кафедры «АЭС», технический эксперт МСВАЭП e-mail: semenov.v.p@yandex.ru
Татьяна ЩЕПЕТИНА
Начальник лаборатории «Перспективные концепции» Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», к. т. н. e-mail: schepetina_td@nrcki.ru
Сергей ПОПОВ
Старший научный сотрудник отдела комплексных и региональных проблем энергетики Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения РАН, к. т. н. e-mail: popovsp@isem.irk.ru
VictorSEMENOV
Voronezh State University, Department of Nuclear Power Plants, Technical expert International Union ofVeterans of Nuclear Energy and Industry (IUVNEI) (1, University sq,Voronezh, Russia, 394006) e-mail: semenov.v.p@yandex.ru
Tatiana SHCHEPETINA
Ph.D., Head of laboratory «Perspective Concepts», National Research Center «Kurchatov Institute» (1, sq. Kurchatova, Moscow, Russia, 123182) e-mail: schepetina_td@nrcki.ru
Sergei POPOV
Ph.D, DepartmentofComplex and Regional Problems in Energy, Melentiev Energy Systems Institute SB RAS (130, str. Lermontov, Irkutsk, Russia, 664033) e-mail: popovsp@isem.irk.ru
Аннотация. В статье рассматривается методология построения программы создания инновационной подотрасли в рамках ядерно-энергетического и промышленного комплекса России. Описаны цели и задачи программы, показаны преимущества создаваемых на основе малых атомных реакторов энергетических комплексов в удалённых районах и акваториях Арктики. Особое внимание уделено системности решения задач обеспечения безопасности применения ядерных технологий, подготовке эксплуатационного персонала, методам обоснования экономической эффективности ядерно-энергетических комплексов и перспективных промышленных и инфраструктурных технологий на основе единой организационной структуры управления подотрасли для городов на территории децентрализованного энергоснабжения.
Ключевые слова: Арктика, энергоснабжение, программа, малые атомные реакторы, водородные технологии, безопасность, подготовка кадров, специализированные транспортные средства.
Abstract. The article discusses the methodology of design a sub-industry program for innovative nuclear power plants with small and medium capacity (SNP Programme) within the framework of Russia's nuclear energy and industrial complex. The goals and objectives ofthe Programme are described, and the advantages of energy complexes development based on small nuclear reactors in remote areas ofthe Russian Arctic are shown. Particular attention is paid to the safety of nuclear technology application solutions consistency, operating personnel training importance, and methods ofthe nuclear-industrial complexes economic efficiency justification. The emerging SNP industry is based on underground design of a civilian reference power unit, associated transportation and human resource infrastructure. The creation of a unified organisational structure ofthe sub-industry is proposed for cities on the territory of decentralized energy supply. Keywords: Arctic, energy supply, program, sub-undustry, small nuclear reactors, hydrogen technology, safety, human resources, specialised vehicles.
//
В последние годы решение задач ядерной энергетики привело к быстрому развитию технологий малых реакторов и модульных электростанций
Введение
Мир вступил в технологическое переформатирование мировых энергетических сегментов в экономике. Так, развитие водородной энергетики приведёт к новому технологическому укладу в промышленности, в экономике в целом, и даже изменит качество жизни.
В последние годы решение задач ядерной энергетики привело к быстрому развитию технологий малых реакторов и модульных электростанций. Так в МАГАТЭ запущены и активно осуществляются пять проектов, связанных с этой тематикой [1], только в 2021 г. уже опубликовано несколько исследовательских отчётов по перспективам развития мирового рынка малых реакторов. [2,3] Указано, что ключевыми проблемами таких технологий являются необходимость создания систем транспортировки малых реакторов и топлива для них, исключение физических рисков, и обеспечение кибербезопасности для удаленного и полуавтономного применения. Китай уже приступил к строительству первого в мире наземного малого модульного реактора мощностью 125 МВт, предназначенного для выработки электроэнергии, городского отопления и охлаждения, промышленного производства пара и опреснения морской воды1. Правительство Великобритании объявило о финансировании Rolls-Royce
1 На о. Хайнань начали строить модульный мини-реактор. Первый в мире //14 июля 2021,- URL: https://neftegaz.ru/news/ nuclear/688693-na-o-khaynan-nachall-strolt-modulnyy-mlm-reaktor-pervyy-v-mlre/
о с
CK <
о
о
i-
<
Малые реакторы принципиально отличаются от традиционных технологий АЭС. Вместо работы в общей сети и обеспечения графика нагрузки, они должны обеспечивать все потребности потребителей
для строительства малых модульных реакторов в нескольких городах2.3,4,
Назначение малых реакторов принципиально отличается от традиционных технологий АЭС большой мощности. Вместо работы в общей сети и обеспечения базисной части графика нагрузки, реакторы небольшой мощности должны обеспечивать
Дорохова И. АСММ на подходах к воплощению // Атомный эксперт. № 1-2,2020. - URL: https://atomicexpert.com/lcnpp_ on_approaches_toJmplementation
Рябиковская Е. «Rolls-Royce: курс на ядерный реактор»//Атомный эксперт. № 6,2020.-URL: https://atomlcexpert.com/modular_ rolls-royce
Rolls-Royce on track for 2030 delivery of UK SMR, 11 February 2021. - URL: https://www.world-nuclear-news.org/Artlcles/Rolls-Royce-on-track-for-2030-dellvery-of-UK-SMR
все (или большинство) потребностей непосредственных потребителей энергетических услуг локальных или изолированных электроэнергетических систем5.6, Например, работать в условиях резких и глубоких изменений нагрузки, обеспечивать потребителей тепловой энергией и инновационным энергоносителем - водородом. Последний, будучи «электронным топливом» при его производстве методом электролиза воды, позволяет не только обеспечить бытовых и транспортных потребителей энергетических услуг, но и существенно повысить экономическую эффективность атомной генерации. В долгосрочной перспективе малые атомные станции смогут внести весомый вклад в декарбонизацию энергетики, придя на смену выбывающим атомным реакторам крупной единичной мощности.
В России современные тренды низкоуглеродной энергетики находят своевременное отражение в актах государственного управления - от концептуальных докумен-
Тихонов С. Для энергоснабжения изолированных районов в России построят малые АЭС // Российская газета. 13 августа 2021 г. - URL: https://rg.ru/2021/08/13/dlla-energosnabzhenlla-lzollrovannyh-rajonov-v-rossll-postrolat-malye-aes.html Тихонов С. В отдаленных северных районах построят малые АЭС // Российская газета. 18 августа 2021 г. - URL: https://rg.ru/2021/08/18/v-otdalennyh-severnyh-rajonah-postrolat-malye-aes.html
Термоядерный реактор «Токамак»
Источник: scitechdaily.com
тов до конкретных поручений «Росатому». Госкорпорации предписано скорейшее развитие атомных станций малой/средней мощности (АС М/СМ). В силу сложившейся в последнее десятилетие практики разработки, направление малой атомной энергетики не получает системного развития, которое требуется, из-за сложности и комплексности задач создания новой подотрасли.
Важнейшей составляющей программы создания инновационной подотрасли, объединяющей атомную энергетику и промышленность России на основе отечественных технологий АСМ/СМ является формирование профессионального кадрового потенциала. Поддержание высокого профессионального и морального уровня специалистов, владеющих специфическими знаниями, обладающих необходимыми компетенциями в проектировании, строительстве и эксплуатации объектов по технологиям АСМ/СМ и способностями работать в экстремальных климатических условиях, являются обязательным условием для повышения безопасности эксплуатации таких объектов. [4, 5, б]
В случае реализации предлагаемой программы, в первую очередь для широкого спектра применений в регионах и акватории Арктики, такие присущие этим технологиям качества, как надёжность и низкие
эксплуатационные затраты за весь срок службы, диверсификация товарной продукции, рентабельность, позволят обеспечить:
• высокие показатели энергетической, физической и экологической безопасности, в том числе за счёт непрерывного поддержания надёжности человеческого фактора;
• создание условий для формирования надёжного энергоснабжения потребителей, в том числе атомно-энерготехнологических кластеров, улучшения качества жизни и занятости населения, приемлемого уровня окупаемости инвестиций;
• геостратегическое преимущество России.
В силу сложившейся в последнее десятилетие практики, направление малой атомной энергетики не получает системного развития из-за сложности и комплексности задач создания новой подотрасли
о с
ск <
о
о
i-
<
Атомный ледокол
Источник: strana-rosatom.ru
о с
CK <
о
Области применения малых атомных станций
В 2020-2030 гг. российский бизнес заплатит более 11 трлн руб. за различные программы развития энергетики и перекрестное субсидирование7, из которых почти половину нерыночных надбавок к стоимости электроэнергии составит плата за строительство новых мощностей (по договорам предоставления мощности). Рост цены электроэнергии приведёт к сдерживанию экономического развития и снижению качества жизни населения, а энергоёмкая промышленность будет ещё более заинтересована в собственных источниках энергоснабжения.
Генерация на значительной части территории России в настоящее время представляет собой изолированные электроэнергетические системы, которые обеспечиваются привозным топливом. Существующая структура потребления топлива и его логистика снижают эффективность развития данных территорий вследствие высоких затрат на «северный завоз» и логистические риски. Развитие Арктической зоны России (АЗР) сдержи-
вается из-за отсутствия надежных автономных энергетических источников средней и малой мощности. Они должны быть независимы от подвоза топлива, не связаны с длительным циклом строительства, обеспечивать энергопотребление промышленности, зданий и транспорта, избегать встраивания в стареющую сетевую инфраструктуру, и отвечать жёстким требованиям природоохранного законодательства, включая имплементацию Парижского соглашения.
Особый синергетический эффект вызовет интеграция малых атомных станций в инфраструктуру Северного морского пути, территорий Арктики от Кольского
До 2030-х гг. бизнес заплатит 11 трлн руб. за программы развития энергетики и перекрестное субсидирование, из них половину нерыночных надбавок составит плата за строительство новых мощностей
За энергетику бизнес заплатит 11 трлн рублей II Ведомости. 19 октября 2019 г. - URL: https://www.eprussia.ru/news/ base/2019/777452.htm
полуострова до Камчатского полуострова, ряда депрессивных территорий страны. По данным НИЦ «Курчатовский институт», выявленная на сегодня в России потенциальная потребность перспективных площадок для АС М/СМ составляет 20 ГВт [7].
Так, например, для энергоснабжения Баимского ГОК (с учётом резервов мощности) потребуется от российской стороны до 350 МВт новой генерации. На основе предложенных двух схем ПАТЭС («Росатом») утвержден атомный проект, использующий 100 % российских технологий, с большим сроком эксплуатации8. Еще одним плюсом проекта является низкая стоимость топлива. Стоимость топливной составляющей для угольных и газовых станций в этом регионе достигает 70-80 %, в то время как для АЭС она не превышает 3 %9.10, Еще одним примером использования малых АЭС является замена морально
Чукотку вовлекают в ядерную реакцию. Вместо СПГ-станции для Баимки могут построить новую ПАТЭС // Коммерсантъ. № 224/П от 07.12.2020 г. - URL: https://www.kommersant.ru/ doc/4603212
Баимское месторождение пришвартовалось к «Росатому».-URL: https://www.rbc.ru/newspaper/2021/04/30/608a7alc9a79 474794079е09
0 Путин одобрил энергопроект «Росатома» для ГОКа на Чукотке за 169 млрд руб. II РИА Новости. 30.04.2021 г.
Плюсом проекта плавучей АЭС является низкая стоимость топлива. Топливная составляющая для угольных и газовых станций на Чукотке достигает 70-80%, в то время как для АЭС она не превышает 3%
устаревших объектов генерации в посёлке Усть-КуйгаУсть-Янского района Республики Саха (Якутии). Это позволит в разы снизить тариф на электроэнергию для населения и горнорудной промышленности района11.
Рассматривая перспективу развития Арктической зоны с учётом факторов недропользования, охраны природной среды, развития производственных мощностей, наличия образовательных научно-производственных комплексов, предла-
о
I-
<
11 В Якутии поддержали проект строительства атомной станции малой мощности,-URL: https://glava.sakha.gov.ru/news/front/ view/id/3278498
о
i-
<
гается следующим порядок интеграции малых атомных станций в автономные изолированные атомные энерготехнологические кластеры (АЭТК) Российской Федерации (таблица 1).
Применение технологий АС М/СМ для расширения ресурсной базы углеводородного сырья позволит обеспечить освоение трудноизвлекаемых и недоступных ресурсов, экономить 15 % газа, используемого на собственные нужды газопроводов, и 30 % - на производство СПГ повысить экологичность и глубину переработки углеводородного сырья.
Пилотные интегрированные проекты представляют собой технологические кластеры под одной крышей с гарантированной пожизненной занятостью населения. Они ориентированы на получение пресной воды, водорода или синтетического топли-
ва, энергоснабжения производств строительных материалов, индустриальных агро-и мореферм в районах с неблагоприятными для сельского хозяйства климатическими условиями, комплексов длительного хранения продуктов, переработки мусора и других применений радиационных технологий.
Безопасность
Россия до сих пор сохраняет приоритет в области малогабаритных атомных энергоустановок, которые проверены практикой эксплуатации более чем 7000 реакторо-лет, с интегральной безопасностью в 1000 раз выше, чем для реакторов большой мощности12, с модульно-агрегатной компоновкой
12 Принцип «Хаттори» - понижение единичной мощности блока в 10 раз (с 1000 МВт до 100 МВт) приводит к улучшению интегральной безопасности в 1000 раз. [10]
Таблица 1. Интеграция АСМ/СМ в автономные изолированные атомные энерготехнологические кластеры РФ
Образовательный научно-иодстве с (с объе М/СМ)
Территория АЭТК Энергоснабжение _ производственный Потребностирегионов
^ ^ заводов-изготовителеи комплекс (с объектом АС г г
О С
ск <
о
1. Архангельская область
АО «ПО «Севмаш»,
АО «Центр
судоремонта»
«Звездочка»
(г. Северодвинск), ЦКБ
«Рубин»
(оборудование: ОКБМ (Н. Новгород,) НИКИЭТ (Москва), НИТИ им. Александрова (Сосновый Бор), ОАО «КТЗ» (Калуга), ОАО «Электросила» (г. Санкт-Петербург) -генераторы
ФГУП «НПО «Аврора» -АСУТП
2. Республика Крым.
3. Калининградская обл.
4.Хабаровский край.
5. Приморский край.
6. Чукотский АО.
7. Республика Саха (Якутия).
8. Сахалин.
9. Камчатский край
Севастопольский
судостроительный
завод
ПАО «Амурский
судостроительный
завод»
(г. Комсомольск-на-Амуре),
АО «Дальневосточный завод «Звезда» (г. Большой Камень), СРЗ г. Вилючинск (Камчатка)
АО «ПО «Севмаш» пилотный проект + УЦАСМ/СМ + ЦИАТП + ЦОД + ЦИОБА (отработка технологии, эксплуатации на всех этапах ЖЦ объекта (строительство, физический пуск, швартовые испытания (индивидуальные, комплексные), подготовка персонала (стажировка, дублирование, допуск)
Севастопольский НУЯЭП, аналогично + ЦИОБЮМ, АСММ/СМ (на площадке Крымской, Балтийской АЭС)
ПАО «Амурский судостроительный завод» + УЦ ВМФ (филиал),
аналогично + Центр перспективных исследований и обеспечения безопасности южных морей (Института биологии южных морей им. А. О. Ковалевского РАН) (ЦИОБЮМ)
1. АЭТК - «пилотная» для опорных пунктов АЗРФ ПО «Севмаш».
2. Архангельская АТЭЦ (РУТА-70, ВК-300) -«пилотная», Ко АЭС-2 (4 блока ВБЭР-300), ПАТЭС г. Северодвинск ПО «Севмаш» (РИТМ-200).
3. Создание гибридных (ядерно-возобновляемых) энергосистем АСММ + Мезенская ПЭС 8 ГВт, производство водорода.
4. Расширение ресурсной базы УВС.
5. Геостратегическая роль.
6. Резервные мощности на случай мобилизации
1. Атомный опреснитель - независимый источник, электроэнергии и пресной воды.
2. Геостратегическая роль.
3. Резервные мощности на случай мобилизации
1. АТЭК - «пилотная» научно-технологическая база для опорных зон Дальнего Востока РФ
и Азии, мост «Сахалин - материк».
2. Приморская АТЭЦ (2 бл. ВБЭР-300), Комсомольская АТЭЦ (РУТА-70), ВК-300, ПАТЭС (РУАБВ-бМ), п. Усть-Куйга, п. Юринг-Хая, п. Тикси, ПАТЭС п. Певек (Чукотка), г. Вилючинск (Камчатка) (РИТМ-200).
3. Создание гибридных (ядерно-возобновляемых) энергосистем АСММ + Пенжинская ПЭС - 21 ГВт (Магаданская обл., Камчатский край, ЧукотскийАО), производство водорода.
4. Расширение ресурсной базы УВС.
5. Геостратегическая роль.
6. Резервные мощности на случай мобилизации
Критерии
АЭС с РУ большой мощности
МодульныеАС М/СМ (ожидаемый эффект)
1. Риски, связанные с ядерной и радиационной безопасностью Оцениваются вероятностными методами Детерминистически снижаются и вероятность риска и величина самого ущерба. Отсутствие последствий тяжелых аварий (принцип «Хаттори»)
2. Энергетическая безопасность, инфраструктурные риски Огромные сетевые риски и риски систем жизнеобеспечения потребителей Интеграция в местную энергосистему. Гибкость к наращиванию генерирующей мощности. Близость к потребителю. Оптимальная сетевая инфраструктура
3. «Мощностной риск». Мощностная мобильность Минимальный резерв мощности в энергосистеме равен мощности блока Минимальный резерв мощности в энергосистеме равен мощности резервного модуля и отсутствие потенциальной опасности аварий при смене физических режимов (10-100 %) для потребителя (100-300-650 МВт)
4. Энергетическая и сетевая устойчивость Останов блока по общей причине Отсутствие остановов по общей причине (упущенная выгода), высокий КИУМ, КПД
5. Физическая безопасность Риски, связанные с большой инфраструктурой и территорией станции Возможность скрытного размещения под землей, под водой, на территории военных баз по свойствам компактности, модульности и резерва мощности. Сокращает протяженность ЛЭП, теплотрасс, инфраструктуру, персонал
б. Человеческий фактор. Профессиональная надежность Большое количество персонала на всех этапахжизненного цикла объекта, цеховая структура управления Принятые технические решения по модульности, качеству, надежности, «связь всего со всем», минимальное количество персонала, система подготовки персонала, бесцеховая структура управления
Таблица 2. Сравнительная оценка рисков и вызовов для энергетических комплексов на основе АЭС с реакторами большой мощности и АС М/СМ (аспекты эксплуатационной безопасности)
с высоким качеством заводского исполнения.
Для отдаленных депрессивных территорий Арктики сформировалась необходимость перехода к новой модели регионального развития, основанной на локальных энергетических системах. Источниками энергии в условиях требований устойчивого развития могут выступать солнечная, ветровая или атомная генерация. В сложных природных и географических условиях производство энергии на базе ВИЭ не в состоянии удовлетворить потребности в тепле, пресной воде, моторном топливе и электрической энергии по техническим, экономическим, экологическим и сезонно-климатическим требованиям. Предполагается, что технологии АС М/СМ позволят обеспечить надежность, устойчивость и качество энергоснабжения на северных и арктических территориях [11]. Авторами выполнены оценки рисков и вызовов, связанных с различными аспектами эксплуатации объектов атомной энергетики (таблица 2). Они указывают на явные преимущества атомных станций малой мощности по сравнению с АЭС на основе реакторных установокбольшой мощности.
Важнейшим фактором повышения безопасности технических систем является наличие квалифицированного и подготов-
ленного персонала, поскольку стабильность любой системы равна стабильности её слабого звена. В силу существующих ограничений таким слабым звеном являются люди, которые обуславливают влияние человеческого фактора на состояние безопасности сложной технико-экономической системы.
Переход к внедрению энергоблоков атомных станций малой мощности вместо блоков большой единичной мощности в зонах «территориальной изоляции» (Республика Крым, Калининградская область, Сахалин, Камчатка) позволит снизить удельный вес возможного неблагоприятного события вследствие человеческо-
Применение малых АЭС на нефтегазовых месторождениях позволит обеспечить освоение «трудных» ресурсов, экономить 15% газа, используемого на нужды газопроводов, и 30 % -на производство СПГ
Критерии АЭС с РУ большой мощности Модульные АС М/СМ (ожидаемый эффект)
1. Альтернативный подход к перегрузке ядерного топлива
2. Риски на стадии вывода из эксплуатации
3. Использование для технологических целей
4. Экологическая безопасность. Значительное снижение доли «северного завоза», «перевалки»
5. Наличие площадок размещения, повторное использование
6. Применение безотходных технологий
7. Приемлемость обществом
Перегрузка каждые 2 года. Наличие инфраструктуры: (ХОЯТ) и РАО. Вывоз (ОЯТ) и (РАО). Дозовые нагрузки
Большой объём демонтажа, высокие радиационные дозы
В ближайшее время нет. Ограничено назначением предоставляемых энергетических услуг
Ограничено по размещению и назначению
Ограничено и практически невозможно
Ограничено назначением
Психологические барьеры (особенно после аварий ЧАЭС и Фукусимы)
Кампания активной зоны 10-15 лет. Перегрузка вместе с реакторной установкой в заводскихусловиях. Отсутствие дозовых нагрузок
Крупномодульный демонтаж. Снижаются вероятность рисков производственных и человеческого факторов и величина облучения
Приближения к населённым пунктам и производствам (электроэнергия, тепло, пресная вода, системы жизнеобеспечения, синтетическое топливо, кислород, водород, промышленность, сельское хозяйство, транспорт, связь и др.) Трансформация локальной энергосистемы в экологическую чистую. Значительное сокращение выбросов (газообразных, твердых, жидких) и сжигания кислорода при замещении более 90 % выработавших свой ресурс углеродных мощностей в регионах. Отсутствие экологических последствий В рамках региональной энергетики практически повсеместно, возможно повторное использование промплощадки
Освоение недоступныхресурсов, глубокая переработка полезных ископаемых, опреснение воды, ликвидация отходов и др. Повышение экологичности ресурсной базы углеводородного сырья
Возможность наглядной доказательности повышенной безопасности блоков АС М/СМ (практика эксплуатации подводныхлодок и надводных кораблей, судов, ПАТЭС «Михаил Ломоносов»)
Таблица 3. Сравнительная оценка воздействия на окружающую среду при эксплуатации энергетических комплексов на основе АЭС с реакторами большой мощности и АСМ/СМ
го фактора на всех стадиях жизненного цикла отдельного энергоблока АЭС - при проектировании, строительстве, эксплуатации и выводе из эксплуатации атомной станции и других объектов ядерно-энергетической инфраструктуры [12,13]. Все эти риски носят комплексный характер, но каждый содержит человеческий фактор (таблица 3).
Кадровый ресурс
Если уровень ответственности, компетентности и организованности персонала не будет расти в пропорциях, соответствующих новым технологиям на всех стадиях жизненного цикла технологий атомных станций малой и средней мощности и объектов АЭТК, можно быть уверенным, что никакие расходы на технику не окупятся. Поддержание высоких показателей безопасности на всех стадиях жизненного цикла объектов программы и нивелирование интегрального риска «слабого звена» - человеческого фактора энергообъекта - позволит создание центра обучения и подготовки персонала. Будучи совмещённым
с центрами информационно-аналитической и технической поддержки (ЦИАТП) развития и эксплуатации стационарных и мобильных объектов программы подотрасли малых атомных станций, обеспечит надёжность человеческого фактора [13].
Набору персонала должны предшествовать: оценка кадровой потребности, анализ деятельности персонала, определение квалификационных требований, разработка профессиональных стандартов. Для решения этих задач необходимо создать центры
Переход к внедрению малых АЭС в зонах «территориальной изоляции» (Крым, Калининград, Сахалин, Камчатка) позволит снизить удельный вес возможной аварии из-за человеческого фактора
обучения и повышения квалификации персонала для всей линейки мощности АС М/ СМ и персонала новых (двойных) технологий атомных энерготехнологических кластеров (АЭТК) в едином комплексе ЦИАТП эксплуатации АС М/СМ, внутренний кризисный центр с центром перспективных исследований и обеспечение безопасности Арктики и южных морей (ЦИОБА и ЮМ)[14], и центр обработки данных (ЦОД) с информационной системой управления проектом (ИСУП)[б].
Методическая база по обоснованию проектов атомных станций малой мощности
При обосновании проектов применения технологий АС М/СМ необходимо использовать признанный инструментарий. Для переговорных процессов по обеспечению баланса интересов всех участников инвестиционного процесса - государства, энергетического и связанного с ним промышленного бизнеса, инвесторов и арктических локальных рынков труда требуются обоснованные количественные значения оценок финансовой и экономической эффективности. [15]
При оценке на основе сравнительных расчётов с альтернативными технологиями генерации - ветровой и солнечной генерации, преимущества малых атомных станций, как правило, недооцениваются
Авторами предлагается выполнять комплексные исследования для подтверждения количественными показателями всех качественных оценок, которые указывают на системные экономические преимущества модульных малых атомных станций и атомных энерготехнологических кластеров на их основе (таблица 4).
Востребована комплексная, системная оценка проектов энергогенерирующих технологий на основе полного жизненного цикла объекта, вплоть до его вывода из эксплуатации. При определении оптимальной структуры энергосистемы и вы-
о
I-
<
Корпус реактора ВВЭР-440 Источник:т1пегопе.ги
боре типа генерации применяется оценка нормированной стоимости электроэнергии LCOE (levelized cost of electricity). Этот показатель указывает на такую долгосрочную стоимость генерации кВт-ч, которая обеспечивает инвестору безубыточность его инвестиций. Оценки тарифов на энергоносители по методике LCOE с учётом полного жизненного цикла должны использоваться и для инвестиционного анализа ДЭС, ВЭС, СЭС [16].
На территориях с децентрализованным энергоснабжением и дальнепривозным топливом необходимо дополнительно сравнивать технологии энергоснабжения по следующим технико-экономическим параметрам: КИУМ, расход и цена топлива, капитальные и эксплуатационные затраты, затраты на резервирование, расход энергии на собственные нужды, потери в сетях, затраты на строительство и эксплуатацию инфраструктуры транспортировки энергоносителей.
При оценке на основе сравнительных расчётов с альтернативными технологиями генерации - ДЭС, ВЭС, и СЭС, преимущества малых атомных станций, как правило, недооцениваются. На рис. 1 указан пример такого расчёта для энергоснабжения потребителей в зависимости от степени сложности природно-климатических и логистических условий.
Важное направление исследований состоит в подтверждении (на основе системных методов) выводов о повышении эффективности инвестиций и снижении суммарных капитальных затрат (при аналогичном уровне базовой мощности) вследствие влияния факторов серийности, модульности, качества модульной сборки оборудования в заводских условиях, и снижения сроков строительства энергетических объектов по технологиям АС М/СМ на площадке (рис. 2).
Модульные АЭС малой и средней мощности допустимо размещать непосред-
Таблица 4. Качественное сравнение показателей инфраструктуры для АСМ/СМ и альтернативныхей технологий энергоснабжения
Критерии АС большой мощности, ДЭС, ВЭС, СЭС МодульныеАС М/СМ (ожидаемый эффект)
1. Технологические компетенции и развитие инфраструктуры Ограничены технологией энергоблока (выработка электроэнергии) Развитие компетенций в пределах экономики территории (АЭТК). Образовательный центр, научно-технологический комплекс, перспективные исследования Арктики и южных морей (ЦИОБА и ЮМ). Прекращение оттока и «закрепление» населения (молодежи)
2. Широкий контур преобразования энергии и стабильность по тарифу Ограничен (выработка электроэнергии) Электроэнергия, тепло/холод, пресная вода, пар, водород и др. в виде модулей АС М/СМ для потребностей инфраструктуры регионов и надежности системы жизнеобеспечения
3. Надежное энергообеспечение Ограничено. Возможно при развитой структуре энергосетей Организации обеспечения эффективной навигации транзитных и кроссполярных морских и авиамаршрутов, ЗАТО, военныхобъектов
4. Повышениедобавочной стоимости изделий, продукции, услуг Ограничен по п. 1,2,3 Развитие бизнеса промышленной зоны (добывающей, перерабатывающей), систем жизнеобеспечения
5. Создание атомных энерготехнологических кластеров (АЭТК) Ограничен по п. 1, 2, 3,4 Развитие производственной базы (добывающая, переработка) фитодромы, морефермы, комплексы длительного хранения и др.
б.Восстановление занятости и доходов населения Ограничен по п. 1, 2, 3, 4, 5 Создание рабочих мест, гарантированная пожизненная занятость, улучшение качества жизни, «закрепление» кадров, молодежи, улучшение демографических условий
7. Создание и обеспечение надежных гибридных энергетических систем энергетики Обеспечениеустойчивости надежности и качества энергоносителя, создание гибридных энергетических систем в локальных зонах (ветровой, солнечной, приливной), широкий диапазон изменения мощности, резерва мощности для потребителя, создание и развитие промышленной атомно-водородной энергетики и технологий
8. Страхование В полном объеме нет Возможно по многим программам для объектов инфраструктуры
Появление новых рыночных ниш и конкурентных
9. Экспортные возможности Ограничено. Рынок относительно невелик. Конкуренция высокая преимуществ в комплексе (объект российский - лизинг по предоставлению услуг (электроэнергия, тепло/холод, пресная вода, водород, системы жизнеобеспечения, промышленность, транспорт, связь, повышение качества жизни и т. д.)
р./(кВт-ч) 45 40 35 30 25 20 15
Цена э/э на объектах МО РФсвыше 30 р./(кВт-ч)
База
Центральный регион
4 5
Арктический регион
Учет условий Арктики (природно-климатические, логистические и др.
АСММ
ВЭС
СЭС
дэс
Рис. 1. Себестоимость электроэнергии АСММ, ВЭС, ДЭС, СЭС от природно-климатических и логистических условий (НИКИЭТ)
о
I-
<
Вариант*
5
0
ственно в центрах энергопотребления, что исключает потребность во внешних линиях электропередач и их обслуживании в сложных климатических и рельефных условиях. Существенное снижение затрат на сетевую инфраструктуру позволяет повысить эффективность и конкурентоспособность технологий малых атомных станций. При этом расширяются возможности применения «страхования мощностью», что позволяет получить дополнительные преимущества данной технологии.
При всем этом не должно осуществляться прямое лоббирование установок по технологиям атомных станций малой мощности. Без всесторонней экспертизы и сравнительных анализов, учёта требований потребителя, ограничения инновационных разработок требованиями «референтности решений», существующие институты принятия решений в атомной отрасли приведут к стагнации перспективных разработок.
Рис. 2. Снижение капитальных затратАС М/СМ
при аналогичном уровне базовой мощности
о
Источник: [17,18]
2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035
о
i-
<
Новые институты и механизмы для обеспечения выполнения программы АС М/СМ
Предлагается обеспечить методологически единый процесс создания новой подотрасли ядерной энергетики и промышленности, единого оперативного управления, на основе формирования инвестиционной, производственной, исследовательской и кадровой компонент.
Полагаем, что интегрированной частью развития программы АС М/СМ в рамках государственно-частного партнёрства должны стать частные инвестиции в точечные малые атомные генерирующие мощности и связанную с ними инфраструктуру энерготехнологических кластеров и транспорта. Такой механизм приобретает особое значение в связи с необходимостью решения задач развития в России водородных технологий и их дальнейшей коммерциализации. На территории РФ для проектов атомных станций малой мощности предлагается применение новой финансовой схемы инвестирования - договор совместной деятельности расширенного реинвести-ционного лизинга. Такая финансовая схе-
Интегрированной частью развития программы малых АЭС в рамках государственно-частного партнёрства должны стать частные инвестиции в точечные малые АЭС и связанную с ними инфраструктуру
ма обеспечивает техническим кредитом на строительство АС М/СМ в счет будущей поставки электроэнергии, тепла и водородного топлива на длительный период по гарантированным тарифам предприятиям промышленности и всей инфраструктуре ТОР, особой экономической зоны промышленно-производственного типа (ОЭЗ ППТ). При этом потребуется создать институт привлечения крупных операторов и управляющих компаний в энергетической, горнорудной, транспортной сферах к заказам на гибридные системы локального энергоснабжения на основе модульныхАС М/СМ.
Источник: vestil4.ru
Атомная АЭС, Нововоронеж
Геополитика
Арктика становится ареной мировой конкуренции за транспортные потоки и природные ресурсы глобального значения. Эти ресурсы13 представляют весомый повод для некоторых стран поучаствовать в их «справедливом» перераспределении. Малые атомные станции позволяют иметь резервные мощности на случай мобилизации путём оперативного переключения
Генерация в Арктической зоне России на данный момент представляет собой изолированные электроэнергетические системы, которые обеспечиваются привозным топливом, что снижает их энергобезопасность
3 АЗРФ обеспечивает 75 % добычи нефти, 93 % газа, 95 % угля, 95% золота, 100 % алмазов и лососевой икры, основная часть производства никеля, меди, глинозема России, 70 % экспортных поступлений. Вклад Крайнего Севера в ВВП России составляет 15-16%.
между режимами диверсификации и мобилизации, что требует единой координирующей площадки. Разработка и реализация проектов АЭТК, в том числе в Российской Арктике, станет существенным фактором в поддержании геополитических позиций России, в том числе и для попавших под финансовые и технологические санкции российских компаний и компаний-недропользователей.
Геостратегическая роль АС М/СМ значительна: укрепление фактора ядерного сдерживания; гарантия территориальной целостности, регионального преимущества; обустройство системообразующих транспортных систем, в том числе транзитных и кроссполярных морских и авиамаршрутов; обеспечение интегральной безопасности с длительной надежностью; обеспечение живучести, качества энергоносителей и устойчивости гибридных энергетических систем (включая ВИЭ); создание нового экспортного рынка - предоставление энергетических услуг; создание собственной технологической зоны атомно-водородной энергетики14 и гибридных энергосистем.
14 Браун Д. Новая эра эко. Что Россия может предложить Японии вместо углеводородов? // Московский центр Карнеги,- URL:
о с
ск <
о
https://carnegie.ru/commentary/85111
о
i-
<
Заключение
Создание единой координирующей структуры для подотрасли атомной энергетики и промышленности - атомных станций малой/средней мощности (программа АС М/СМ) - позволит решить множество технических, экономических, социальных и политических задач и обеспечить решение задачи масштабного внедрения безуглеродных технологий.
Особое внимание уделено вопросам подготовки персонала, призванного обеспечить выполнение программы, в основе которой лежат отечественные инновационные технологические решения. Предложен новый механизм финансирования для обеспечения строительства объектов программы в директивные сроки указов президента РФ, программных документов Правительства РФ и привлечения частных инвестиций в перспективные технологии.
Работа выполнена при поддержке гранта НИЦ «Курчатовский институт» (№ 2220 от 23.10.2020 г.), и в рамках Государственного задания программы фундаментальных исследований Российской Федерации на период 2021-2025 годов (Тема № FWEU-2021-0004, Регистрационный номер ААА-А-А21-121012090010-7).
Использованные источники
о с
CK <
о
IAEA, Small ModularReactor(SMR). - URL: https://www.iaea. org/topics/small-modular-reactors
Global Situation of Small Modular Reactor Development and Deployment, ER!A Research Project Report FY2021 No 7. -URL: https://www.eria.org/uploads/media/Research-Project-Report/2021-07-Small-Modular-Reactor-/Global-Situation-Small-Modular-Reactor-Development-Deployment.pdf Global Market Analysis of Microreactors, June 2021. - URL: https://gain.inl.gov/MicroreactorProgramTechnicalReports/ Document-INL-EXT-21-63214.pdf
Семенов В.П. Программа создания региональной энергетики на базе реакторов малой и средней мощности серии атомных теплоэлектроцентралей (АТЭЦ), плавучих атомных теплоэлектростанций (сооружений) (ПАТЭС) в регионах, не входящих в единую энергетическую систему Российской Федерации (свидетельство №00011 от 15.11.2018 г.) депонировании результата интеллектуальной деятельности от 15.07.2011 г.). Семенов В.П. Авторское описание «Совершенствование системы подготовки, переподготовки и повышения квалификации кадров для региональной энергетики и промышленности в рамках мероприятий по реализации программы АТЭЦ ПАТЭС в регионах, не входящих в единую энергетическую систему Российской Федерации»(свиде-
тельство №00012 от 21.11.2018 г.) депонировании результата интеллектуальнойдеятельности от31.05.2008 г.).
6. Семенов В.П. Программа создания информационной системы управления проектом (ИСУП) развития региональной энергетики на базеАСММ в регионах, не входящих в единую энергетическую систему РФ для АТЭЦ, ПАТЭС (свидетельство №00013/1,2 от 29.11.2018 г.) депонировании результата интеллектуальнойдеятельности от 11.04.2011 г.).
7. Щепетина Т.Д., Алексеев П.Н., Субботин С.А., Стукалов В.А. Система атомных станций малой мощности как стратегическое направление достижения состояния защищенности жизненно-важных интересов общества //Атомная энергия. Вып.5(ПТ), ноябрь 2011. С. 250-255.
8. Распоряжение Правительства РФ от22.02.2008 г. №215-р «Гэнеральная схема размещения объектов электроэнер-гетикидо 2020 года».
9. Савченко Ю.И. Об уникальном проекте Трансконтинентального тоннеля // Обзорная статья 5 Российского международного конгресса по интеллектуальным транспортным системам 12-14.03.2013г.
10. HattoriS. Energy sourceforhuman demand/Advanced Nuclear Systems Consuming Excess Plutonium, Kluwer, Netherlands, 1997. P 69-77.
2.
7 7. Дерова Т. И. Отчет о патентных исследованиях по теме «Программа создания региональной энергетики на базе реакторов малой и средней мощности серии атомных теплоэлектроцентралей (АТЭЦ), плавучих атомных теплоэлектростанций (сооружений) (ПАТЭС) в регионах, не входящих в единую энергетическую систему Российской Федерации» (свидетельство № 00011 от 15.11.2018 г.) о депонировании результата интеллектуальной деятельности Семенова В.П. от 15.07.2011 г.).
12. Чумак Д.Ю., Щепетина Т.Д. Классификация риска как необходимый элемент управления в проектах ядерной энергетики //Атомная энергия. Т. 116, вып. 2, 2014. С. 108-113.
13. Щепетина Т., Удянский Ю., Чумак Д. Исследование и классификация рисков и их источников по полному жизненному циклу проектов в ядерной энергетике // Инновационное проектирование. №8, 2014. С. 56- 70.
14. Маслобоев A.B. Концепция центра перспективных исследований и обеспечение безопасности Арктики // Арктика: экология и экономика. №2(34), 2019. С. 129-141.
15. Фаузер В.В., Лыткина Т.С., Фаузер Г.Н. Локальные рынки труда Российской Арктики: классификация по видам деятельности //Арктика: экология и экономика. №2(34), 2019. С. 4-15.
16. Полные затраты на производство электроэнергии // Агентство по ядерной энергии организации экономического сотрудничества и развития. № 7298, 2018.
17. Андрианов A.A., Купцов И.С., Осипова Т.А., Андрианова О.Н. Сравнительный анализ инвестиционной привлекательности энергоблоков АЭС на базе реакторных модулей малой и средней мощности и реактора большой мощности // Известия вузов: ядерная энергетика. №4, 2018. С. 89-100.
18. Пименов А.О., Куликов Д.Г., Васильев А.П., Молоканов H.A. Атомные станции малой мощности на арктических территориях: вопросы экономической целесообразности и экологической безопасности // Арктика: экология и экономика. №2(34), 2019. С. 120-128.
19. Конопляник A.A., Ворошилов В. В. Децентрализованная внесетевая газификация Российской Арктики: малотоннажный СПГ и грузовые дирижабли? (постановка задачи и возможные решения) // Региональная энергетика и энергосбережение. №3, 2021. С. 2-9.
20. МАИ «Аэростатика». Разработка транспортной системы и комплексов специального назначения на базе дирижаблей нового поколения. - URL: http://aerostatica2021. tilda, ws/technology
x iX ^
o d
CK <
o
