АЭС Франции отключают из-за жары. Но так ли все серьёзно, как описывают СМИ? |
В последние недели много говорилось об остановке французских АЭС из-за жары. Европу действительно накрыла чуть ли не самая мощная волна жары за последние десятилетия, местами температура держится за +40С.
В этой статье я расскажу о том, насколько серьезно и масштабно это коснулось французских АЭС и почему в СМИ ситуация подается мягко говоря не так, как оно есть на самом деле.
Начнем с основ. Да, атомным станциям требуется охлаждение. Как и любой тепловой станции, которая преобразует тепло от сжигания угля, газа или мазута в электричество. АЭС нужно преобразовывать тепло от распада ядер урана в термодинамическом цикле, а значит, в итоге нужно конденсировать пар после турбин и сбрасывать часть тепла в окружающую среду. Против физики не попрешь, вечных двигателей не бывает, КПД всегда ниже 100%.
Чаще всего тепло сбрасывают в водоем – море, реку, озеро или искусственный пруд-охладитель. Последний вариант типичен для российских АЭС. Это называется прямоточное охлаждение. Станция берет воду из реки выше по течению, или из одной части водоема, а потом сбрасывает ниже по течению реки или в другую часть водоема, нагретую на несколько градусов. Это по сути третий контур АЭС, вода при этом не касается реактора и нерадиоактивна.
Для нормальной работы АЭС температура охлаждающей воды может меняться в довольно широких пределах. Чем ниже – тем даже лучше, охлаждение будет более эффективным. Но и в жару технически АЭС может работать. Просто если температура воды будет выше некоторой величины, то станция будет работать менее эффективно.
Например, на графике ниже можно увидеть зависимость мощности 1-го блока Нововоронежской АЭС-2 от температуры воды, охлаждающей конденсатор [1]. Нормальный диапазон температуры охлаждающей воды должен быть ниже +31 градуса Цельсия. Когда температура выше – мощность блока снижается:
Но вернемся к Франции и волнам жары. Дело там даже не в том, что АЭС хуже работают или не могут работать в аномальную жару. Они могут. Но существуют нормативные требования [2], чтобы температура сбрасываемой воды не превышала определенных величин, чтобы не наносить вред речной экосистеме. Это так называемое тепловое загрязнение.
И именно с ним связаны текущие ограничения. Поэтому в ситуации аномальной жары некоторые АЭС вынуждены сбавлять мощность или даже останавливать блоки, чтобы не перегревать реки. Т. е. основная причина – экологические нормативы и, как бы это пафосно не звучало, забота о природе, а не технические проблемы.
При этом, кстати, для некоторых французских АЭС сделаны исключения [3]. По согласованию с регулирующими органами, они должны работать на определенной минимальной мощности для поддержания частоты сети, даже если превышают нормативы по температуре сбросов или забору охлаждающей воды.
И такие отступления от правил, на мой взгляд, самое слабое и нехорошее звено во всей этой истории, поскольку тут действительно может быть нанесен ущерб окружающей среде. Впрочем, реальное превышение теплового загрязнения еще нуждается в оценке. И это хорошая задачка для нормальных промышленных экологов и экологических НКО.
При этом ограничения в первую очередь касаются именно атомных станций, расположенных на реках. Из 18 французских АЭС четыре находятся на морском берегу (см. карту выше). Их эти нормативы и волны жары касаются в меньшей степени.
Еще 10 АЭС в континентальной части используют для охлаждения градирни, или, проще говоря, охладительные башни. В них вода испаряется и охлаждается, т. е. тепло напрямую передается атмосфере, а не речной воде.
С испарением из градирни уносится всего порядка 1% воды, а остальное идет обратно в контур охлаждения, поэтому такая схема называется закрытой. Градирням нужна лишь небольшая подпитка воды. И это позволяет строить АЭС даже вдали от крупных рек и водоемов.
Например, как Белорусская АЭС – она практически стоит в чистом поле. Хотя на самом деле подпитка ее градирен идет от реки Вилия, которая в семи километрах от станции. Но объем этой воды нужен, конечно, гораздо меньше, чем было бы нужно для прямоточного охлаждения.
Или вот американская АЭС Пало-Верде с тремя мощными блоками PWR по 1300 МВт, которая вообще находится в пустыне на юге Аризоны, а для подпитки градирен использует в том числе воду со станции очистки сточных вод города Феникс.
Кстати, в России уже более 15 лет новый Водный кодекс запрещает новым АЭС и ТЭЦ использовать прямоточное охлаждение. Поэтому все новые блоки АЭС, построенные за это время, строятся с градирнями. Даже Ленинградская АЭС-2, расположенная на берегу Финского залива. Первая Ленинградская АЭС с 4 РБМК-1000 более 45 лет работала с прямоточным охлаждением.
Кстати, про особенности охлаждения российских АЭС, как и в целом про особенности и историю всех отечественных АЭС, я рассказывал в отдельном большом обзоре у себя на канале в Youtube. Посмотрите, если еще не видели.
Но вернемся во Францию. Лишь четыре АЭС там не находятся на берегу моря и не используют градирни для всех своих энергоблоков. Но не для всех из них ситуация такова, что они оказывают серьезное влияние на эти реки. Чаще всего ограничения касаются трех станций: АЭС Bugey, Saint-Alban и Chooz.
АЭС Bugey (4 PWR по 900 МВт) стоит на берегу реки Рон. Да, у нее есть 4 градирни, но они работают лишь на два энергоблока из четырех. Первые два блока используют прямоточное охлаждение из реки.
Вторая АЭС – Saint-Alban (2 PWR по 1300 МВт). Она находится ниже по течению на той же реке Рон, т. е. поток воды в реке уже больше, как и тепловая емкость. Но оба мощных блока не имеют градирен.
И третья – АЭС Chooz (2 PWR по 1500 МВт). На реке Мез. У обоих ее энергоблоков есть градирни, но АЭС стоит на пятачке Франции, окруженном территорией Бельгии, куда и течет река. Поэтому у этой АЭС особое регулирование и требования к забору воды в случае ее обмеления в жару.
Других АЭС ограничения обычно касаются реже. Например, АЭС Tricastin (4 PWR по 900 МВт) похожа на АЭС Bugey – два блока с градирнями, два без. Но она располагается в более полноводной части реки Рон. Тем не менее, в эту особо сильную волну жары и она сбавляла мощность.
Кстати, интересный факт – эта АЭС обеспечивает энергией соседний заводик Georges Besse II по обогащению урана. Так что суммарный углеродный след этого обогащенного урана очень низкий. Раньше на этом заводе использовали прожорливую диффузионную технологию обогащения, но затем заменили на центрифужную, как в России. Подробнее про технологии обогащения урана можно почитать в моей отдельной статье [4]).
Суммарно же в текущую аномальную жару было отключено около 2 ГВт мощностей АЭС или около 8% их текущей мощности. Это немало в моменте, но длительность таких ограничений небольшая. Для отдельных станций снижение мощности проводилось в течении дней, а иногда и часов [5].
В среднем с 2000 года сокращения годовой выработки французских АЭС, связанное с летней жарой, составляют около 0,3% от годовой выработки [5]. Хотя в отдельные годы с особенно сильными волнами жары они могут быть выше. Скорее всего, в этом году показатель тоже будет выше среднего.
Тем не менее, у компании-оператора французских АЭС EDF есть план по климатической адаптации своей инфраструктуры. Ну а новые АЭС будут строить с запасом на охлаждение, т. е. либо у моря, как нынешняя строящаяся АЭС Flamanville, либо с градирнями. Либо это будут малые АЭС, для которых вопрос охлаждения и теплового загрязнения уже не так актуален. О малых АЭС была моя прошлая большая статья [6], там подробнее о всех их плюсах и минусах.
В настоящий момент около половины всех АЭС Франции не вырабатывают электроэнергию. Но это, во-первых, во-многом норма, и я сейчас поясню, что имею в виду. А во-вторых, это не имеет отношения к волнам жары. Что, впрочем, не мешает СМИ связывать все отключения именно с жарой.
Поясню, почему это почти норма. Каждая АЭС в среднем раз в год на несколько недель останавливается для ремонта и перегрузки топлива. Поскольку летом во Франции потребление энергии меньше, чем зимой, именно летом АЭС в основном и обслуживают. Так что каждый третий блок АЭС летом в ремонте, а это до 15-20 блоков – это вполне нормально для Франции.
А вот что необычно и действительно неприятно – это остановка еще нескольких блоков для проверки технических проблем с коррозией, выявленных еще в прошлом году. У 3 блоков проблему нашли и устраняют, у трех в ходе проверок проблем не выявили, еще на 6 блоках проверка совмещена с плановым ремонтом.
Все это в сумме дает действительно небывалое снижение выработки АЭС. Ожидается, что по итогу 2022 года выработка АЭС Франции сократится до около 300 ТВт*ч против 360 ТВт*ч в 2021 [7].
Добавлю, что жара оказывает влияние на всю энергетическую инфраструктуру. Лесные пожары приводят к обрывам линий электропередач. Обычные станции на угле и газе тоже сбрасывают тепло в горячие реки. Снижение уровня воды в реках сказывается на их пропускной способности и судоходстве, что ограничивает поставки угля и росту цен этих поставок, как сейчас происходит в Германии. Снижение уровня воды в водохранилищах приводит к снижению выработки на гидроэлектростанциях.
И солнечные панели тоже не любят жару, кстати, хотя любят солнце. Не в качестве критики, но для объективной картины добавлю, что эффективность панелей в аномальную жару может падать на десятки процентов [8].
А еще в жару горят масляные трансформаторы, которые есть на всех электростанциях и сетях. Но ЧП на обычных электростанциях не так беспокоят публику, поэтому о них не будут писать в СМИ. Ведь трансформатор на АЭС и на любой другой станции – это два разных трансформатора в глазах СМИ и обывателей (что лишь отчасти справедливо). Поэтому о любом ЧП на АЭС обязательно напишут в СМИ, причем и в заграничных тоже. И об отключениях блоков по любым причинам, в том числе из-за жары – тоже обязательно будут писать.
1. Да, жара оказывает влияние на французские АЭС. В большей степени оно связано с экологическими требованиями, а не техническими сложностями. При этом это касается небольшого числа АЭС, а общее годовое снижение выработки из-за жары в пределах 1%.
2. Да, АЭС оказывают влияние на реки и являются источником теплового загрязнения. Но эта ситуация регулируется. Проблема в том, что иногда от этих норм могут отступать в угоду безопасности энергосистемы. И за этими случаями надо следить особенно, и думать, что с ними делать.
3. Крупные АЭС могут работать в жаркую погоду и без опасности для рек, с замкнутым охлаждением и градирнями. Так что говорить, что АЭС уязвимы перед климатическим кризисом, не совсем некорректно. Проблема и решения понятны. Малые АЭС, кстати, и децентрализация атомной энергетики – это тоже может быть одним из вариантов решения проблемы.
4. В настоящий момент у французской атомной отрасли есть проблемы и посерьезней волн жары. Технические сложности в виде коррозии, проблемы регулирования и финансов, в связи с чем EDF сейчас даже решили полностью национализировать. Так что жара – это их меньшая проблема.
5. Ну и самое главное. Волны жары, которые все чаще будут в Европе из-за глобального изменения климата, оказывают влияние на всю инфраструктуру и все виды энергетики. Так что для надежной энергосистемы нужны разные виды низкоуглеродной энергии, а не поиск чего-то идеального. Идеального ничего не бывает. И чудес тоже не бывает.
Если вам понравилась статья, не забудьте поделиться ей в соцсетях. Вы также можете почитать другие мои статьи на атомную тематику на Хабре, их уже почти 40 штук, и там же я опубликовал сначала и оригинал этой статьи.
Чтобы мои статьи выходили чаще, вы также можете поддержать меня через Patreon или Boosty.
Кроме того, я сделал видеоверсию этой статьи для своего Youtube-канала на атомную тематику, в ней больше наглядного материала. Смотрите и подписывайтесь на канал:
1. Опыт эксплуатации и пути повышения эффективности работы системы технического водоснабжения энергоблоков № 1, 2 Нововоронежской АЭС-2
2. Will nuclear power plants withstand climate change?
3. ASN об исключениях на сбросы для нескольких французских АЭС
4. Приключения немецкого обедненного гексафторида урана в России. Часть 1. История и технологии обогащения.
5. EDF lowers the power of a nuclear reactor. Energynews.pro
6. Малые АЭС и зачем они нужны.
7. EDF confirms reactor corrosion. Nuclear Engineering Magazine.
8. There’s such a thing as too much sun for solar panels, and Europe’s solar industry is starting to buckle. Fortune.
Метки: научпоп атом экология видео аэс это интересно |
Литий — новая нефть? |
Вы читаете эту статью с экрана гаджета или ноутбука благодаря таким достижениям человечества, как электричество, интернет и литий-ионный аккумулятор. Создатели последнего в 2019 году получили Нобелевскую премию. Но дело не только в гаджетах. Ранее я много писал о развитии безуглеродных технологий в энергетике. Развитие электротранспорта и накопителей энергии для поддержки возобновляемой энергетики составляют важную часть ухода человечества от сжигаемых топлив. При этом энергопереход требует не только новых технологий, но и новых материалов. На смену углеводородам приходят новые ресурсы. Один из главных среди них — литий, который иногда называют нефтью 21-го века. Эта статья посвящена обзору рынков лития и технологий его применения, и перспективам России на этих рынках.
Видеоверсия этой статьи с большим числом картинок на моем youtube-канале ниже (у видео уже 50 тыс просмотров).
Сама статья в жж не влезла, так что ссылка на текстовый оригинал тут — ссылка.
|
1000 тонн регенерированного урана из Франции везут в Россию. Что это значит? |
Тут потихоньку начинается новая волна шума по поводу ввоза в Россию регенирированного урана из Франции. Похожая история была два года назад при ввозе урановых "хвостов" или ОГФУ из Германии. Увидев на днях в твиттере французского Гринпис фото с их акции в Париже, понял, что скоро новости пойдут и у нас. Так и случилось. Пошли громкие заголовки про ввоз ядерных отходов и превращение России в ядерную свалку. Росатом тоже довольно оперативно, в течение суток, ответил публикацией успокаивающих заявлений в РИА. У меня тоже попросило комментарий издание Сибирь.Реалии, и я его дал (вот ссылка на вышедший материал), с учетом того что знал и что понял из доступной информации при беглом изучении.
Привожу ниже в полном виде вопросы издания и мои ответы, существенно дополненные за прошедшее время день данными, цифрами и ссылками.
Да, как обычно я записал видеоверсию статьи для своего Youtube-канала об атомной энергетике и ядерных технологиях (подписывайтесь!)
1. Что именно, по последним данным, в каких количествах и куда точно в Сибири французская ядерная компания Orano планирует вывезти?
Судя по всему, речь идет о регенерированном уране – т.е. уране, выделенном из отработавшего ядерного топлива АЭС, после переработки этого топлива. Франция является одним из мировых лидеров по объему перерабатываемого ядерного топлива, причем не только своего, но и со многих АЭС из других стран Европы и мира. Она выделяет из него полезные компоненты, уран и плутоний, для дальнейшего использования. Ежегодно при переработке во Франции получается около 1000 т. регенерированного урана, а общие его запасы составляют около 33 тыс.т. Суммарные мощности завода по переработке ОЯТ во Франции около 1700 т/год, в то время как мощности российского комбината "Маяк" всего 400 т/год.
Регенерированный уран - ценный ресурс, поскольку в нем может быть еще высоко содержание полезного изотопа уран-235. В свежем топливе типичного ВВЭР/PWR реактора около 5% изотопа уран-235. В отработавшем его остается до 1%, что может быть даже выше, чем в природном уране, где его 0,7%. При этом массу ОЯТ по прежнему на 94% составляет уран, который можно вернуть в топливный цикл.
Однако регенерированный уран содержит еще изотопы урана-232 (с гамма-излучающими дочерними нуклидами) и урана-236 (поглотитель нейтронов), которые немного усложняют работу с ним. Тем не менее, опыт его использования накоплен.
По данным World Nuclear Association в Великобритании было повторно использовано для производства ядерного топлива 16 тыс. т. регенерированного урана. В Бельгии, Франции, Германии и Швейцарии – более 8000 тонн регенерированного урана. В Японии и Индии – по 250-330 т. В России уже давно используется полученный при переработке отработавшего топлива регенерированный уран для создания топлива реакторов РБМК. По данным WNA, в России таким образом переработано уже более 2500 т регенерированного урана. При этом запасов такого урана (по этому документу МАГАТЭ, пусть 10-летней давности) у нас в отличие от Франции, Великобритании и Японии, нет, т.к. все идет сразу в дело.
Кроме того, по данным WNA, уже есть опыт поставки регенерированного урана из Франции в Россию для обогащения и изготовления нового топлива для французских АЭС. Росатом подтверждает это, говоря о 35-летнем опыте использования регенерированного урана как для российских, так и для западных АЭС. Помимо России обогащением регенерированного урана занимаются еще и Нидерланды.
По заявлениям французской компании Orano, которое приводит Гринпис в своем опубликованном заявлении, в конце 2020 года она продала Росатому чуть более 1000 т регенерированного урана. Там же сообщается, что этот уран будет использован для дообогащения и производства топлива для российских реакторов. Это же подтверждается в заявлении предствителей Росатома, опубликованном вчера в РИА – что этот уран пойдет на собственные нужды атомной энергетики России.
Так что скорее всего речь идет не о контракте на дообогащение урана (хотя такой с французами тоже есть - о нем чуть ниже), как было пару лет назад в истории со ввозом обедненного гексафторида урана (см. мою серию публикаций об этом), а о непосредственной закупке уранового сырья для самого Росатома. Возможно, собственного регенерата урана нам не хватает из-за повышения выгорания топлива на ВВЭР-440 (но это только гипотеза, навеянная вот этим документом) или из-за ограничений по переработке топлива украинских ВВЭР-400.
В целом же в России урана добывается меньше (около 3000 т/год), чем нам нужно для удовлетворения своих и зарубежных контрактов (порядка 10000 т/год), так что такие поставки могут быть дополнительным вторичным источником урана с относительно высоким содержанием ценного компонента. Но повторюсь, тут хотелось бы услышать от участников сделки, в первую очередь Росатома, каких-то пояснений по их стратегии обращения с регенерированным ураном. И есть ли вообще такая стратегия.
Пока они заявляют, что эта партия в 1000 т. регенерированного урана "позволит сэкономить столько природного урана, сколько бы пришлось добывать на руднике в течение нескольких лет", что вполне похоже на правду, если говорить, например, о наших месторождениях в Бурятии с добычей порядка 600 т/год. Правда там добыча ведется не в рудниках, а подземным выщелачиванием.
Во время разбора истории с ввозом немецкого ОГФУ два года назад, Росатомом был показан вот такой слайд в одной из презентаций (см ниже). Среди мировых источников топливного сырья указан и регенерированный уран. Его мировые запасы около 70 тыс.т., (половина из них во Франции). Ежегодно нарабатывается по 2000 т., в основном тоже во Франции. Так что не удивительно что за этим ресурсом обращаются именно к французам.
Как и утверждает Гринпис, скорее всего этот французский регенерированный уран повезут действительно в Северск, где на комбинате СХК имеется опыт работы именно с регенерированным ураном, имеются мощности по обращению с ним – конверсии и обогащению. Особенность регенерированного урана в том, что он получен не путем обогащения свежего урана в центрифугах, а был получен на радиохимическом комбинате выделением из отработавшего топлива и может содержать примеси, в т.ч. радиоактивные. И изотопный состав у него другой. Поэтому работают с ним на отдельных заводах и оборудовании, а не там, где работают со свежим ураном. Поэтому традиционно обогащением регенерата и для наших и для зарубежных нужд занимаются в Северске. Подобное производство в мире есть еще в Нидерландах, там тоже обогащают регенерат для зарубежных заказчиков.
Кстати, этот контракт с Orano по регенерированному урану не единственный из действующих. Гринпис упоминает и второй, но о нем раньше и так писали в прессе и у нас. В 2018 году дочерняя компания Росатома Tenex заключила долгосрочный контракт на обогащение регенерированного урана с французской компани-оператора АЭС EDF. Объем партии урана не сообщается, но сумма контракта составляет 600 миллионов евро. Поставки пока тоже не осуществлялись. Но этот контракт как раз показывает другой возможный сценарий обращения с регенерированным ураном, который уже применялся ранее, еще в советские времена – отправка в Россию урана на обогащение и возврат обратно для производства нового топлива, почти так же как с ОГФУ. Подобный контракт на обогащение около 1300 т. регенерированного урана уже выполнялся в 1992-1998 годы.
2. Что может произойти с этим грузом в пути и чем это грозит окружающей среде, людям?
Любой груз, перевозимый транспортом, не застрахован от аварий на транспорте. В данном случае речь идет об автомобильных перевозках по Европе, и о морских перевозках из Европы в Россию, и далее о железнодорожных перевозках по нашей стране. Но ядерные материалы перевозят в специальных прочных контейнерах, которые рассчитаны на сохранение герметичности даже при попадании в аварию. И это показано не только в расчетах, но и в реальных ситуациях. Несмотря на то, что суда тонут, а поезда и грузовики попадают в аварии, за всю историю перевозок подобных материалов не было случаев выхода их в окружающую среду при таких транспортных авариях. Так что риски минимальны.
Кстати, два года назад, во время ввоза в Россию обедненного урана из Германии, основное внимание экологических активистов было приковано к опасности траспортировки этого материала, вызванное его химической формой - гексафторидом. И хотя описанные ими риски были весьма преувеличены, эта химическая форма действительно довольно агрессивна, и постепенно для длительного хранения обедненный уран переводят в более стабильную форму оксидов. Я подробно описывал это все в отдельной статье: "Ввоз немецких урановых хвостов в Россию. Часть 3: Риски и опасности при обращении с ОГФУ".
В настоящее время об опасности перевозок регенерированного урана французский Гринпис ничего не говорит. И вызвано это скоррее всего тем, что этот уран, как это уже и делалось раньше, в 1990-е, когда французы отправляли нам регенерированный уран для обогащения (с 1992 по 1998 было отправлено около 1300 т), транспортриуется в стабильной химической форме оксидов урана. И переводится в форму гексафторида, необходимую для процесса обогащения, уже в Северске. Так что риски при транспортировке тут еще ниже, чем в ситуации перевозок ОГФУ.
3. Вы часто публично говорили, что не считаете этот груз ядерными отходами- почему?
Потому что это материалы, из которых получают ценный продукт – ядерное топливо. Из регенерированного и обедненного урана можно делать топливо как для обычных АЭС (о топливе для РБМК я уже писал выше), обогащая этот уран или делая так называемое РЕМИКС-топливо, так и для новых типов реакторов на быстрых нейтронах – делая МОКС-топливо из смеси обедненного урана и плутония. И такие топлива и реакторы у нас уже работают – МОКС загружают в БН-800 на Белоярской АЭС, РЕМИКС-топливо испытывают на Балаковской АЭС, а из обедненного урана обогащают топливо для остальных АЭС. В России активно занимаются замыканием топливного цикла, используя вторичные источники ядерных материалов. Аналогично для Франции Россия уже имела опыт и недавно заключила новый контракт на обогащение регенерированного урана, который будет использован для производства нового топлива французских АЭС.
Подробнее об использовании обедненного урана в России и мире я опять же писал в отдельной статье – "Ввоз немецких урановых хвостов в Россию. Часть 4 (последняя): Использование ОГФУ, протесты и выводы".
Поэтому то, что для антиядерных активистов выглядит как отход, для специалистов является сырьем для вторичного использования. Во многом это отражает разные взгляды на эти материалы и разное отношение к ним у разных групп, ведь название и термин "отход" может восприниматься и неформально. С формальной же точки зрения регенерированный уран как и обедненный уран отходом не считается ни в России, ни во Франции, ни в Германии – это ядерный материал.
Но неформально можно назвать его как угодно. Для кого-то выброшенная бумажка – это мусор и отход, но если сдать ее в макулатуру – это сырье. Конечно, антиядерные экоактивисты навешивают ярлык отходов и мусора на многие ядерные материалы, рассчитывая на определенное негативное отношение к ним у широкой публики. Но речь на самом деле о том, чтобы рационально использовать ресурсы, меньше добывать нового урана из земли и делать при этом меньше отходов.
4. Если отработанный уран не такой опасный, как заявляют экоактивисты, почему не оставить его на переработку в Европе? Какая выгода России от плана Росатома?
Чтобы понять конкретную выгоду надо смотреть на условия контрактов. Хотелось бы чтобы в этом вопросе было больше прозрачности, в том числе с российской стороны. Но примерные мотивы я описал – Росатом либо просто закупает нужное ему сырье, а Orano, соответственно, его продает, либо Росатом еще дополнительно оказывает услугу по обогащению урана, как было в истории с ввозом обедненного гексафторида урана пару лет назад или с новым контрактом 2018-го года с EDF. В любом случае это работа российских предприятий, зарплаты, налоги, экспортные контракты на миллионы долларов и т.д. Конечно, все это должно выполняться при условии обеспечения безопасности.
Почему уран везут в Россию, а не перерабатывают в Европе? Частично я тоже писал об этом в прошлых статьях об ОГФУ. Возможно это связано с более выгодными ценовыми условиями по обогащению на российских центрифугах, наличием свободных мощностей и опытом работы по обогащению регенерированного урана в Северске.
Но мне еще кажется важным понимать контекст того, что происходит с другой стороной, откуда собственно и пришла новость об отправке в Россию урана. Во Франции и Европе эта история имеет свою окраску. Новости о ввозе урана в Россию возникли позавчера, 12 октября. В этот день утром Гринпис провели в Париже акцию протеста, всего за несколько часов до заранее анонсированного выступления президента Макрона с его большим планом по развитию экономики Франции и применению новых низкоуглеродных технологий до 2030 года.
Этот план на общую сумму в 30 млрд. евро предусматривает большие вливания в атомную промышленность Франции, вложение 1 млрд. евро в создание и демонстрацию новых малых модульных атомных реакторов (SMR), развитие производства водорода на АЭС. Конечно, Гринпис не случайно выступил с акцией протеста именно в этот день, они даже упомянули это в своем заявлении. Хотя факт отправки урана в Россию, о которых они говорят, произошел еще в начале года.
В Европе в целом и во Франции в том числе идут споры о роли атомной энергетики в решении климатических проблем (об этом я тоже писал отдельную статью), о возможности считать атомную энергетику зеленой и низкоуглеродной, о включении ее в механизм поддержки зеленых инвестиций Таксономию. В тот же день 12 октября в Еврокомиссию было направлено письмо от глав 10 европейских стран, в том числе Франции, с просьбой признать атомную энергетику чистой и включить в Таксономию.
Так что эта акция Гринпис перед офисом компании Orano в день выступления президента с планами развития атомной энергетики – это часть этой даже не дискуссии, а борьбы.
Просто у нас в России об этой сложной дискуссии европейской мало кто знает, мало кто за ней следит. Об этом знают лишь те кто интересуется мировой энергетикой или атомной энергетикой. Я вот интересуюсь. Как я сказал, я об акции узнал напрямую из соцсетей французского Гринписа еще 12 октября, а не из наших СМИ.
Но вот широкая публика у нас узнает лишь о громких акциях Гринпис, если они каким-то образом касаются России. И конечно это акции протестные, громкие, про которые СМИ могут написать громкие заголовки о ввозе отходов. Но это лишь позиция Гринпис, которую почему-то транслируют СМИ, вынося в заголовки именно их взгляд о ввозе отходов. Хотя на мой взгляд, писать об атомной энергетике, опираясь на мнение Гринпис, это все равно что спрашивать о вреде прививок у антивакцинаторов.
Проблема на мой взгляд гораздо шире. И опаснее.
В связи с этой историей по сети опять, как два года назад, гуляет шутка про то что сыр из Европы завозить нельзя, а отходы можно. Мол смотрите не перепутайте. Эта шутка в виде комментариев возникает практически в любых обсуждениях этой ситуации с ввозом урана.
У этой шутки две части. Ну, одна про отход понятна – она технически не верна, но большинство не вникает в суть, а потому так легко ошибочно называют этот уран отходом. И если с этой первой частью я как популяризатор могу что-то сделать, могу рассказать, найти информацию, которую, не дает ни Гринпис ни Росатом, собрать ее, чтобы люди читали, смотрели и делали выводы сами. Ну, кто хочет конечно в это погружаться. То с другой частью шутки я ничего сделать не могу.
Это которая про сыр. Имеется в виду наши антисанкции, когда в ответ на западные санкции после 2014 года наше правительство запретило ввоз ряда продуктов из Европы. Т.е. по сути ухудшило жизнь собственных граждан. Это лишь один из многих эпизодов, то, почему наши граждане мягко говоря не очень любят и не очень доверяют нашим властям. Чтобы они ни делали, это вызывает подозрения – то ли непоследовательности и нелогичности, то ли в злом умысле, то ли в корупции. И давление на гражданское общество, борьба с оппозицией, объявление иноагентами всех, кто говорит что-то нехорошее про власти – не добавляет доверия к такой власти.
Росатом, кстати, тоже в полной мере ассоциируется с властями – это могущественная госкорпорация. Поэтому недоверие к властям распространяется автоматом и на атомную отрасль. Когда Росатом делает что-то не очень понятное людям, они подозревают самое нехорошее. И не факт что Росатом даже при всем желании может эту ситуацию изменить. Тем не менее, мне кажется ему все равно надо действовать более открыто, показывать больше деталей, а не печатать большие пресс-релизы от имени корпорации в госизданиях. Нужно выходить конкретным руководителям, ответственным за эти контракты, и специалистам, и рассказывать подробности, отвечать на вопросы. Персональная отвественность и детали – это то, что повышает доверие. Правда для ведения диалога нужны и адекватные профессиональные независимые экологические организации, а с этим тоже у нас беда.
Так вот. Возвращаясь к шутке про сыр и отходы. Мы имеем в ней, как и в ситуации в целом, это самое неприятное сочетание двух частей – незнания технических деталей широкой публикой, зачастую заменяемое антиядерными заблуждениями и мифами, и недоверие властям. И мы уже знаем пример, когда такое же сочетание реально убивает людей. Это провальная борьба с эпидемией ковида. На антивакцинаторские заблуждения, распространенные в обществе, накладывается недоверие к властям и их действиям, на госпропаганду, которая ругает западные вакцины и вызывает недоверие ко всем вакцинам вообще, включая свои. В итоге у нас провалена вакцинация, впереди локдаун, и от ковида умирает по тысяче человек в день. Это катастрофа.
История с ввозом урана не так опасна на ее фоне, на самом деле, как бы это парадоксально не звучало на первый взгляд. Но и не так безобидна. Кажется, что шум пройдет, новости сменятся другими, особых протестов в России не будет. Так наверняка думают и власти и Росатом. Но осадочек останется. Радиофобия имеет накопительный эффект. У многих останется в памяти то, что что-то ввозят, о чем-то умалчивают, и что-то нечисто. И об этом буду вспоминать в будущем каждый раз в каждой новой спорной ситуации. И это опасно для всей атомной отрасли, да и для страны в целом. И я уверен это еще аукнется нам в будущем.
Рекомендуремые материалы по теме для самостоятельного изучения:
PS: Статья изначально написана мной и опубликована в блоге компании Itsoft на хабре. При перепечатке указание ссылки на первоисточник обязательно.
Метки: атом экология техника уран |
Ледокольный флот России – от угольного «Ермака» до атомного «Ленина» |
18 августа я побывал на Северном полюсе на самом мощном атомном ледоколе «50 лет Победы». Об этой увлекательной 10-дневной экспедиции из порта Мурманска по красивейшей русской Арктике и земле Франца Иосифа, об устройстве современных атомных ледоколов и их возможностях я обязательно расскажу в статьях и видеообзорах. Но начать я бы хотел издалека – с истории ледокольного флота России, постепенно показав каким скачком в его развитии стали новые технологии, в том числе атомные. Эта статья посвящена обзору доатомной ледокольной эры – от паровых ледоколов царских времен до первого надводного атомного судна – ледокола «Ленин».
На обложке картина художника Евгения Войшвилло "Встреча в проливе Вилькицкого атомохода "Ленин" и ледокола "Ермак"". Источник.
Кстати, как обычно я записал и видеоверсию этой статьи для своего youtube-канала об атомных технологиях. Не забывайте на него подписываться. Последний ролик с обзором всех АЭС России уже набрал там более 120 тыс. просмотров, так что возможно и вас он тоже заинтересует.
«Ни одна нация не заинтересована в ледоколах, сколько Россия»
С XVII до середины XX-го века, в период между эпохой великих географических открытый и эрой покорения космоса, Арктика (как, впрочем, и Антарктика) была тем фронтиром человечества и той terra incognita, что привлекала первооткрывателей, энтузиастов и романтиков. Великие открытия, покорение полюса, научные исследования, поиск нового пути из Европы в Азию – все это побуждало мореплавателей и правителей арктических стран и крупных держав отправлять новые морские и сухопутные экспедиции на север. Покорителей севера знают не меньше, чем космонавтов – Нансен, Амундсен, а также наши Седов, Челюскин, Брусилов (прототип капитана из «Двух капитанов»), а затем знаменитый Папанин. В каком-то смысле север оказался даже сложнее для покорения, ведь первый надводный корабль добрался до Северного полюса лишь спустя 16 лет после полета Гагарина, в 1977 году.
Но у северной России даже среди арктических государств положение особое. Около 18% нашей территории находятся в Арктической зоне, за полярным кругом. До 40% всего населения Арктики живет в России. Поэтому помимо науки и исследований, для нашей страны важна и экономическая составляющая освоения Арктики. По некоторым оценкам, в настоящее время Арктика дает России до 15% ВВП и до 25% нашего экспорта, тут добывается 80% газа, 30% улова рыбы, а так же никель, алмазы и редкоземельные металлы. Ни одна другая страна не имеет таких экономических проектов в Арктике.
Освоение этой территории практически невозможно без судоходства по северным морям – Баренцеву, Белому, Карскому, Лаптевых и другим. А северный морской путь (далее для сокращения просто СМП) вдоль северного побережья России является не только внутренним транспортным коридором, но и кратчайшим морским путем из Европы в Азию. Кстати, подобный Северо-западный проход вдоль побережья Канады и США гораздо менее доступен из-за более мощного ледового покрова, и потому практически не используется для судоходства. Подробнее об этом можно почитать в блоге капитала нашего атомного ледокола Дмитрия Викторовича Лобусова, вот тут.
С поздней осени и до начала лета большая часть акватории арктических морей покрыта льдами. Лишь несколько месяцев в конце лета СМП может быть чист ото льда и доступен для прохождения обычными судами, так что этот короткий период и используется по максимуму для связи с "большой землей". Но для нормальной хозяйственной деятельности нужно этот период расширять, к тому же и в этот летний период встреча со льдом вполне возможна - может элементарно с севера "надуть". Так что вопрос о судоходстве во льдах особенно актуален для нашей страны уже не первый век, ведь даже столица царской России – Санкт-Петербург и Финский залив, сковывается зимой льдами.
Развитие и использование Северного морского пути с царских времен до наших дней претерпело несколько этапов, и включало в себя как строительство и развитие портов, ресурсных баз и месторождений, военных баз, так и строительство ледоколов. Сейчас главный импульс развитию СМП дает добыча газа и нефти в Арктике, а общий грузооборот уже превысил рекордные советские показатели в несколько раз и составляет более 30 млн. т. в год.
Поэтому у России в последние 120 лет был самый большой ледокольный флот, самые мощные ледоколы, и на текущий момент – единственный атомный ледокольный флот в мире, который мы только наращиваем. Ниже представлена инфографика (по ссылке крупнее) с крупнейшими ледоколами мира мощностью более 10 000 л.с. Картинка от 2017 года, так что она немного устарела, к тому же это взгляд из США с их терминологией и данными. Тем не менее она позволяет увидеть принципиальную «расстановку сил». Половина из около 90 самых мощных ледоколов мира – в России. Красными рамками выделены ледоколы побывавшие на Северном полюсе.
Тут надо понимать, что эта картинка в первую очередь отражает факт важности и востребованности ледоколов для экономики той или иной страны, и не является показателем того, что, например, другие страны в отличие от России не могут себе позволить много ледоколов или не умеют их строить. Умеют. И как я покажу позже, постройку многих ледоколов Россия заказывала за границей. Просто другим странам не всегда нужны ледоколы такой мощности и в таком количестве. Хотя интерес к Арктике растет и ситуация может меняться. США и Канада имеют или планируют построить неатомные ледоколы, сопоставимые по мощности с атомными. А Китай в ближайшие годы планирует построить свой первый атомный ледокол и очень интересуется "северным шелковым путем" в Европу.
Рождением российского и мирового тяжелого ледокольного флота мы во многом обязаны вице-адмиралу Степану Макарову, исследователю, ученому, теоретику и практику ледоколостроения конца 19 века. Именно ему принадлежат слова: «Россия есть здание, фасад которого обращен к Ледовитому океану» и «Ни одна нация не заинтересована в ледоколах, сколько Россия».
Макаров настоял на строительстве первого арктического ледокола в царской России, участвовал в его проектировании, сам ходил на нем в походы, мечтал покорить Северный полюс. Увы, не случилось. И это все помимо академических достижений и исследований, помимо военных заслуг (Макаров погиб в русско-японскую войну). Не случайно один из старейших и лучших мореходных вузов России, где готовят в том числе и экипажи атомных ледоколов, носит его имя.
Усилиями Макарова в 1899 году в Англии по заказу России был построен первый мощный арктический ледокол «Ермак». Конечно, Макаров при его разработке опирался на богатый практический опыт предшественников-полярников, начиная с поморских деревянных судов кочей, нансеновского «Фрама» и многочисленных изобретений и усовершенствований современников, в том числе предложений Дмитрия Менделеева. Великий химик помогал Макарову и в продвижении проекта строительства ледокола по нашим государственным кабинетам. В итоге заложенная Макаровым концепция ледокола оказалась довольно живучей – его ледокол «Ермак» стал прототипом многих поколений ледоколов и дедушкой российского ледокольного флота, в том числе атомного.
Интересно, что по расчетам Макарова, ледокол для покорения Северного полюса должен был иметь мощность более 50 тыс. л.с. В каком-то смысле он окзался прав, т.к. первым добравшийся до полюса ледоколом стал атомный ледокол «Арктика» мошностью в 75 тыс л.с. Но технологии конца 19 века и экономические соображения повозлили создать первый русский ледокол мощостью лишь 10 тыс. л.с., что все равно было невероятным по тем временам.
Основная концепция макаровского ледокола заключается в том, что ледокол – это мощная энергетическая установка внутри крепкого стального корпуса особой формы. Заложенные Макаровым элементы тяжелого ледокола присутствуют практически во всех современных судах этого класса. Огромная мощность и скошенный нос позволяют ледоколу наезжать на лед сверху и проламывать его своей массой. В случае, если с ходу лед брать не удается, можно работать ударами. Это накладывает особые требования на энергоустановку и ее маневренность, отличая ее от судов других типов.
Система дифферентных цистерн в носу и корме позволяет раскачивать ледокол, повышая усилие для ломания льда или выталкивая ледокол в случае, если он застревает. Яйцеподобная форма в поперечном и продольном сечениях спасают корпус от раздавливания льдами и позволяют двигаться как носом, так и кормой. В то же время, большая ширина ледокола по сравнению с его длиной обеспечивает ему высокую маневренность и большую ширину прокладываемого во льдах канала. Выемка в корме для упора носа другого судна позволяет усиливать мощь ледокола при работе парой с другим ледоколом (по идее Макарова), но в современных условиях чаще используется для буксировки ведомых судов в тяжелой ледовой обстановке.
Таким образом, мощность, масса и форма – главные составляющие успеха ледокола. «Ермак» в этом плане был колоссальным шагом вперед по сравнению с предшественниками, он мог активно ходить во льдах Арктики гораздо увереннее чем другие суда, хотя в тяжелой ледовой обстановке был все равно слабоват.
Длина ледокола была около 90 м, ширина 21 м. Сухой вес ледокола был около 6000 т, при этом он мог брать на борт еще до 2700 т угля, т.е. примерно 50% от своей массы. При хождении во льдах расход угля достигал 150 т/сутки, а из 100 человек команды 28 были кочегарами. Изначальная мощность ледокола была около 12 тыс. л.с. на трех кормовых винтах и одном переднем. После модернизации передний винт был убран, а мощность трех паровых машин для кормовых винтов составила 9000 л.с.
В первую же навигацию «Ермак» спас многие затертые во льдах суда на Балтике, затем обеспечивал зимнюю проводку судов врядом с Санкт-Петербургом, так что затраченные на него деньги (полтора милиона по тем временам) окупились довольно быстро. Да и спасение военных кораблей и повышение их возможностей в зимнее время – задачка для северной морской державы немаловажная.
Подробно о ледоколе можно почитать в потрясающе детальной книге самого Макарова «Ледокол Ермак». Ледокол прослужил более 60 лет и успел повстречаться с "внуком" – атомоходом «Ленин». Но, к сожалению, в качестве музея его сохнанить не удалось и он был утилизирован.
После поражения в русско-японской войне царское правительство озаботилось развитием севморпути. В 1916 был основан первый незамерзающий порт в Арктике - ненышний Мурманск. Теперь это самый крупный в мире город за полярным кругом. В 1909 году были построены два небольших ледокольных парохода «Таймыр» и «Вайгач», раз в 10 легче и маломощнее «Ермака». Их водоизмещение было по 1300 т, а мощность по 1200 л.с. Тем не менее в 1910-1915 на них была проведена первая комплексная гидрографическая экспедиция северного морского пути, изучено побережье Восточной Сибири, открыты многие новые земли. Ледоколы впервые прошли по северному морскому пути от Владивостока до Архангельска. Какое-то время в этой экспедиции ледоколом «Вайгач» командовал Александр Колчак. В конце 1980-х именами этих пароходов назовут два однотипных мелкоосадочных атомных ледокола проекта 10580.
К 1915 году была принята первая в России программа ледокольного судостроения. Помимо строительства и заказа за границей новых небольших ледоколов и закупки уже готовых у иностранных флотов, было решено построить второй мощный линейный ледокол.
В итоге на той же верфи в Англии, где строили «Ермак», по тому же но немного улучшенному проекту был заказан ледокол «Святогор». Построили его в 1917 году. И как и у страны в то время, у ледокола сложилась непростая судьба. В 1918 году он был затоплен возле Архангельска, затем поднят и захвачен англичанами. Через несколько лет выкуплен советским правительством. Позже переименован в «Красина» в честь советского дипломата, сыгравшего важную роль в его возвращении в Россию.
«Красин» прославился в 1928 году, когда спас полярную экспедицию исследователя Умберто Нобиле на дирижабле «Италия». Дирижабль пролетел над Северным полюсом, но на обратном пути потерпел крушение. Вывез уцелевших советский ледокол.
«Красин» был глубоко модернизирован в 1950-е, переведен с угля на мазут, и проработал на севморпути до 1972 года, а в 1990-е был превращен в музей. Сейчас его можно посетить в Санкт-Петербурге, возле Балтийского завода, где буквально за его кормой строят новые атомные ледоколы. Мне доводилось в этом музее бывать – рекомендую.
В 1932 году в СССР было образовано Главное управление по Северному морскому пути, которое занялось заказом новых ледоколов. В 1934 были представлены и одобрены проекты новых дизель-электрических ледоколов мощностью 12-14 тыс. л.с., но их проектирование и строительство столкнулось с рядом сложностей и они были отложены до лучших времен. Зато относительно быстро можно было наладить строительство улучшенных версий хорошо зарекомендовавших себя ледоколов проекта «Красина/Ермака». В итоге в 1938-1941 годах в Ленинграде и Николаеве были построены четыре первых в СССР арктических ледокола с головным судном «И. Сталин» (три других – «В. Молотов», «Л. Каганович», «А. Микоян»).
Как и «Красин», ледокол «И. Сталин» был серьезно модернизирован в 1958 году с заменой надстройки и переводом на жидкое топливо. В 1961 г. его переименовали в «Сибирь» и так он проработал до 1973 года. Остальные ледоколы серии не модернизировали и списали раньше. Так закончилась серия паровых ледоколов "русского типа".
Дизель-электрический скачок
Качественный переход к новому типу энергетической установки на ледоколах случился во время войны. Технологический переход заключался в уходе от угля и мазута в качестве топлива для котлов, вырабатывавших пар, который приводил в действие паровые машины. Вместо этого дизель-генераторы вырабатывали электрический ток, а винты ледокола вращались электродвигателями. Электрический привод позволял уйти от механической связи генераторов энергии и двигателей, что давало больше свободы в компоновке машинного отделения. При этом маневренность и способность менять обороты у электродвигателей выше, что немаловажно для ледокола с его скачкообразным темпом работы. Переход на дизель позволял повысить удельные мощности ледоколов и их автономность по запасу топлива.
Запланированное в конце 1930-х создание отечественных дизель-электрических ледоколов откладывалось, так что первые такие ледоколы пришли к нам из-за границы. Их поставили из США по ленд-лизу. Всего с 1942 года в США было построено восемь ледоколов класса «Wind». Они были чуть меньше и легче паровых русских ледоколов, но были на 3000 л.с. мощнее.
Три ледокола - «Southwind», «Northwind» и «Westwind», были переданы СССР в 1944-м и начале 1945-го. Под именами «Адмирал Макаров» (в честь того самого Макарова), «Капитан Белоусов» и «Северный Полюс» они трудились в СССР несколько лет и были возвращены США к 1955 году. Таким образом, американские суда были первыми дизель-электрическими ледоколами в составе советского флота.
Первый же собственный дизель-электрический ледокол появился в СССР даже на несколько месяцев позже, чем атомоход «Ленин», в 1960-м году. Это был ледокол «Москва». Проект ледокола был советский, но все пять судов серии (еще «Владивосток», «Киев», «Ленинград» и «Мурманск») с 1960 по 1969 годы были построены в Финляндии.
Переход на новую энергетическую установку увеличил мощность ледокола более чем вдвое по сравнению с паровыми предшественниками - до 22000 л.с. Увеличенное вдвое водоизмещение (до 15 тыс.т.) и размеры корпуса (122 м в длину и 24,5 м в ширину) так же повысили возможности новых ледоколов. По своим параметрам «Москва» превосходила самый мощный на тот момент американский дизель-электрический ледокол «Глейсер» (Glacier), построенный на 5 лет раньше.
Кстати, по фото выше можно заметить некотрое внешнее сходство первого советского дизель-электрического ледокола «Москва» и первого атомного ледокола «Ленин», построенного всего на несколько месяцев раньше. Это не удивительно, ведь их габариты вполне сопоставимы, а разрабатывало их одно и то же конструкторское бюро, ныне ЦКБ «Айсберг». И у них был один главный конструктор - Василий Иванович Неганов. Он же в свое время приложил руку и к проектированию ледоколов серии «И.Сталин». Так что преемственность в компоновочных решениях и даже во внешнем виде у отечественных ледоколов доатомной и атомной эры вполне сохранилась.
Чтобы закрыть тему с дизель-электрическими ледоколами в этой статье, давайте заглянем вперед и посмотрим на современные действующие ледоколы такого типа.
Кроме ледоколов серии «Москва», в Финляндии по заказу СССР с 1960-х построили несколько десятков дизель-электрических ледоколов разных проектов. И даже пару атомных ледоколов, те самые «Вайгач» и «Таймыр». Хотя их построили без атомных энергоустановок, последние установили уже в СССР. Сейчас Финляндия, кстати, по прежнему строит для России неатомные ледоколы и поставляет оборудование для них, а сейчас мы заказываем ледоколы даже в Турции.
Как и в царские времена, когда за границей зачастую заказывали коммерческие суда, т.к. наши верфи были заняты строительством военных кораблей, в советское время да и сейчас тоже заказывать суда за рубежом зачастую оказывается выгоднее, быстрее и надежнее, если только речь не идет о некоторых чувствительных технологиях (например, атомных), госзаказе и тем более гособоронзаказе. Но в последние годы, с учетом развития Севморпути и роста заказов, и в России активно строят и проектируют не только атомные, но и дизель-электрические ледоколы.
Например, в 2020 году в Санкт-Петербурге был сдан самый большой и мощный построенный в России дизель-электрический ледокол «Виктор Черномырдин». Характеристики действительно внушительные: водоизмещение в 22 тыс.т., длина 142,4 м, ширина 29 м. Мощность - 25 МВт (33,8 тыс. л.с.). Во многих публикациях и даже в выступлении президента на церемонии поднятия флага говорится, что это самый мощный дизель-электрический ледокол в мире.
Но похоже, что это не совсем так. Три дизель-электрических ледокола одного проекта, построенные в Финляндии для СССР в 1974-1976 годах и до сих пор у нас работающих - «Ермак», «Адмирал Макаров», «Красин» (да, такая вот приемственность имен - святое дело на флоте), имеют мощность по 36 тыс. л.с., что на пару тысяч больше, чем у «Виктора Черномырдина»... Они чуть меньше в размерах и водоизмещении, и возможности по преодолению льдов у них могут быть другими, но все же по номиналу мощность у них выше.
Как мы увидим ниже, даже самые мощные и современные дизель-электрические ледоколы уступают по мощности самому первому атомному ледоколу. Но и у них много задач, ледоколы бывают разные, от небольших портовых до крупных линейных, и огромная мощность и автономность нужна не везде.
Тем не менее, к настоящему времени в мире построены и иные типы неатомных ледоколов, например, газотурбинные, в том числе вполне сопоставимые с атомными по мощности. Но об том в следующих статьях, когда мы будем подробнее разбирать современные атомные ледоколы.
Атомная энергия приходит на флот
После войны в СССР активно занялись освоением атомной энергии. В военных целях, конечно, для устранения атомной монополии США на атомное оружие. 29 августа 1949-го, со взрывом первой советской атомной бомбы на Семипалатинском полигоне, цель была достигнута. Но параллельно обсуждались варианты мирного применения атома. И тут мы уже не догоняли, а опережали остальной мир. В 1954-м была запущена первая в мире атомная электростанция в Обнинске. А в 1959-м был поднят флаг над первым в мире гражданским судном с атомной силовой установкой. Им стал атомный ледокол «Ленин».
Несколько стран позже построили единичные гражданские атомные суда (не очень удачно использовавшиеся), США построили атомные авианосцы, а атомные подводные лодки — самый массовый пример использования атомной энергии в качестве двигательной энергоустановки, появились у 5 стран. Но именно для СССР с его Северным морским путем оказалась востребована концепция атомного ледокола, которая и получила в дальнейшем мощное развитие. И по сей день атомные ледоколы есть только у России. Хотя скоро к клубу возможно присоединится Китай.
Дизельные ледоколы, пришедшие в 1950-е на смену паровым, имели вдвое большую мощность (до 22 тыс. л.с. против 10 тыс. л.с.), а современные — втрое. Но они по прежнему обладают важным недостатком — ограниченным запасом топлива, которого хватает на 1-2 месяца работы. За навигационный сезон, который может длиться 8 месяцев и больше, дизельный ледокол может сжечь топлива в несколько раз превышающее его массу, с соотвествующими выбросами продуктов сгорания. Не говоря уже о потере драгоценного времени на дозаправки в самый разгар навигации, когда от ледокола в прямом смысле слова может зависеть жизнь его подопечных во льдах.
Атомный ледокол «Ленин» мог работать весь сезон навигации без дозаправки, а современные ледоколы работают на одной загрузке топлива по 5 лет. Ну и атом сделал возможным очередной скачок мощности ледоколов, еще вдвое по сравнению с дизелями — мощность «Ленина» была уже 44 тыс. л.с.
Давайте подведем некоторый итог и сравним по параметрам основные упомянутые выше ледоколы доатомной и не только эры. Для удобства я свел все параметры из разных источников в одну табличку. Видно, что первый атомный ледокол превосходит по мощностным характеристикам и своих современников и даже современные дизель-электрические ледоколы. А ведь нынешние атомные ледоколы почти вдвое мощнее...
Продолжение следует
В следующей статье я подробнее разберу устройство атомного ледокола «Ленин», особенно его энергетической части, ну и некоторые интересные истории из его 30-летней службы и довольно непростой судьбы. Постараюсь сопроводить все это не только фотографиями с недавнего визита в музей-ледокол, но и видеообзором и видеоэкскурсией. Ну а затем, конечно, планируется рассказ о новых поколениях атомных ледоколов, самом мощном ледоколе «50 лет Победы» и походе в Арктику и на Северный полюс. Маленький тизер будущих статей:
Рекомендуемые книги по теме:
«Ледокол Ермак», книга Макарова
Сокрушающие лёд. книга Семена Белкина о ледоколах
PS: Не забывайте подписываться на мой youtube-канал об атомных технологиях. Поддержать его развитие и выпуск новых статей в блоге можно и став поим патроном на Patreon.
PPS: Статья изначально опубликована на Хабре в блоге компании Itsoft.
Метки: научпоп атом техника это интересно |
Обзор всех АЭС России |
Давно хотел и вот наконец сделал — обзор всех атомных станций России. Это популярный обзор станций глазами реакторщика, как минимум по образованию. Так что я постарался показать в чем технические и исторические особенности каждой из наших АЭС, какие реакторы на них работают или работали раньше, какие важные для отрасли технологии там осваивались. На многих из этих АЭС я был, поэтому иногда тут встречаются и личные впечатления и фотографии.
Помимо действующих АЭС, я упомянул и те станции, которые уже остановлены, и те, что планировались, но так и не были реализованы, и те, которые могут появиться в ближайшие годы.
К сожалению, ЖЖ ограничивает размер поста, поэтому исходная моя статья, написанная для блога компании Itsoft, целиком сюда не влезает. Полностью она доступна у меня на Хабре (ссылка). Под катом выложу лишь описание первых нескольких станций.
Ну или вы можете посмотреть подробную видеоверсию, которую я традиционно сделал для своего youtube-канала про атомную энергетику (подписывайтесь на него, кстати!). Вилеоверсия получилась даже более наглядной чем статья, т.к. в ней на порядок больше визуального материала. И это видео уже стало один из самых популярных на канале, так что рекомендую)
Ну а под катом — первые несколько АЭС.
Начнем с самой первой АЭС в мире. Она заработала в июне 1954 г в Обнинске, недалеко от Москвы. Ее мощность была всего 5 МВт, что по современным меркам даже не мини, а микро-АЭС. Это в 200-250 раз меньше, чем мощность современного энергоблока АЭС. Тем не менее, это была первая полноценная атомная станция, которая выдавала электроэнергию в сеть. В США за несколько лет до этого уже получали электроэнергию от экспериментального реактора, но в еще меньшем количестве и она шла на собственные нужды этой установки, а не в общую сеть. Подробнее я про это писал в отдельной статье. Так что для желающих померяться кто был первым в тех или иных достижениях, вопрос атомного электричества дает почву для дискуссий, но мы не из их числа. Все же первая крупная АЭС, выдающая электричество в сеть, была построена именно в Обнинске.
Сам реактор Первой АЭС был спроектирован на основе промышленных реакторов для наработки оружейного плутония - начинки для ядерного оружия. Это тоже канальный водо-графитовый реактор. Т.е. его активная зона состоит из графитовой кладки, в которой сооружены каналы, в эти каналы установлено топливо и по ним же прокачивается вода для отвода тепла. Графит выступает как замедлитель нейтронов, что необходимо для протекания цепной реакции деления, а вода как теплоноситель.
Энергетический реактор для АЭС и промышленный реактор для наработки плутония на самом деле серьезно отличаются. Во-первых, важное отличие в тепловой схеме – в энергетическом реакторе вода в каналах должна нагреваться до более высокой температуры, чтобы в итоге создавать пар высокого давления, который сможет крутить турбину. Первая АЭС работала по двухконтурной схеме, т.е. вода первого контура нагревалась, передавала тепло воде второго контура, которая уже кипела и этот пар шел на турбину. При этом все таки турбину на первую АЭС поставили не очень мощную, а КПД станции был менее 20%, что примерно в полтора-два раза ниже, чем у современных АЭС.
Второе важное отличие энергетического реактора от промышленного – топливо. В реакторе для наработки плутония топливо находится в активной зоне всего несколько недель, чтобы образовалось нужное соотношение новых изотопов плутония. По сути через реактор прогоняется огромное количество топлива, выступающего как сырье. В энергетическом же реакторе топливо должно работать как можно дольше – в современных реакторах оно находится в активной зоне реактора по 4-5 лет. И в нем должно делиться как можно больше атомов, чтобы вырабатывать как можно больше энергии, т.е. у него должна быть большая глубина выгорания.
Все это нужно для улучшения экономических показателей электростанции. При этом топливо не должно разрушаться. Так что создание топлива именно для АЭС отличается от топлива промышленных реакторов - это отдельная сложная задача, которую приходилось решать для Первой АЭС.
Интересно, что внешне Обнинская АЭС совершенно не похожа на современные АЭС. С виду это простое трехэтажное административное здание, ну разве что труба на заднем фоне выдает его промышленное назначение. Здание, в котором располагается реактор и турбина вообще расположены через дорогу друг от друга. С одной стороны, это было сделано из соображений секретности, хотя объект в итоге стал статусным и его потом посещали многие делегации, в том числе иностранные. С другой стороны, конечно, современные АЭС строятся совсем по другим правилам и требованиям, и там гораздо больше мощных защитных сооружений, призванных защитить как саму АЭС от внешних воздействий, так и окружающую среду от последствий возможных аварий.
Первая АЭС проработала почти 48 лет, дала много новых знаний и позволила обучить огромное количество специалистов. Она была остановлена в 2002 году. Ядерного топлива и радиоактивных материалов на ней уже нет. Сейчас она признана объектом культурного наследия России, на ее базе создан музей. Я был в этом музее и рекомендую его посетить всем, кто интересуется историей науки и техники, особенно атомной. Она находится на территории Физико-энергетического института и там можно узнать не только про первую АЭС, но и про другие работы ФЭИ.
Следующая АЭС на территории России, которая уже тоже не работает – это малоизвестная широкой публике Сибирская АЭС. Сейчас практически все АЭС в Росси находятся в Европейской части, но был период в 60-е, когда основное атомное электричество в СССР вырабатывалось в Сибири. Сибирская АЭС находилась на площадке Сибирского химического комбината (СХК) в г. Северск Томской области. Это был закрытый комбинат по наработке оружейного плутония, он и сейчас работает, но занимается уже другими задачами. Несмотря на секретность, фильм о Сибирской АЭС показали в 1958 году на Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии.
На тот момент она была одной из мощнейших АЭС мира – первый энергоблок имел мощность 100 МВт. В дальнейшем на ней работали 4 реактора, а суммарная мощность выросла до 600 МВт.
Промышленные реакторы СХК были двойного и даже тройного назначения. Т.е. они нарабатывали плутоний, но их спроектировали уже так, что они позволяли вырабатывать электроэнергию и давать тепло для отопления Северска и Томска. С окончанием программы наработки плутония был остановлен и последний реактор станции, в 2008 году.
На другом сибирском комбинате по наработке оружейного плутония, Горно-химическом комбинате, в Железногорске, с 1964 по 2010 год тоже работал двухцелевой реактор АДЭ-2. Хотя, как таковой отдельной АЭС его не называли. Но по сути это была третья атомная станция тепло- и электроснабжения в СССР, причем единственная – подземная, т.к. сам комбинат ГХК размещался в горной выработке под землей. Подробнее про отечественные промышленные реакторы я писал отдельную статью.
Кстати, АЭС двойного назначения – это не чисто советская выдумка. Первая такая "двойная" АЭС заработала в Великобритании на два года раньше Сибирской АЭС. Это АЭС Колдер Холл - первая АЭС в Великобритании и на Западе вообще, работавшая на атомном комбинате Селлафилд, где производили оружейный плутоний. В далеком 1956 году ее открывала молодая Елизавета II.
Итак, теперь давайте перейдем к действующим АЭС. Первая из них – это Белоярская АЭС, в 20 км от которой я живу. Это моя любимая АЭС, на которой я бывал уже много раз. После Обнинской, это была первая крупная гражданская АЭС, т.е. не двойного назначения и не на территории ядерного комбината. Она построена именно для выработки электроэнергии и тепла и не применялась для наработки плутония. Ее топливо даже не перерабатывали, о чем у меня, как ни странно, тоже есть отдельная статья.
АЭС заработала в 1964 году. Суммарная мощность двух реакторов первой очереди станции составила 300 МВт. Эти реакторы назывались АМБ, что расшифровывается как «Атом Мирный Большой», что и отражает их назначение. Это тоже канальные уран-графитовые реакторы, но уже улучшенной конструкции. На них пытались повысить КПД за счет дополнительного перегрева пара. Те. кроме каналов с топливом и водой, которая отводила тепло от активной зоны, по некоторым каналам через реактор дополнительно заново пропускали пар перед его отправкой на турбину для повышения его давления, чтобы улучшить КПД всей установки. Первый энергоблок мощностью 100 МВт работал по двухконтурной схеме. Второй энергоблок работал уже по упрощенной одноконтурной схеме, где пар вырабатывался прямо в первом контуре реактора, затем еще раз подогревался в реакторе и затем шел на турбину, его мощность была уже 200 МВт. В дальнейшем такая одноконтурная схема, пусть и без перегрева пара, ляжет в основу мощных реакторов РБМК. КПД первой очереди Белоярской АЭС достигал 37%, и это на несколько процентов больше, чем у многих современных АЭС.
Реакторы первой очереди выработали свой ресурс и были остановлены к 1989 году. Сейчас на АЭС работают два новых реактора с совершенно иной конструкцией – это реакторы на быстрых нейтронах.
С 1980 года на Белоярской АЭС работает реактор БН-600, а с 2015 года – БН-800. 600 и 800 – это проектная электрическая мощность этих реакторов, хотя по факту она увеличена почти на 10%. Это единственные в мире на текущий момент энергетические реакторы АЭС на быстрых нейтронах. Благодаря им, хотя были и другие меньшей мощности, у нашей страны накоплен самый большой опыт эксплуатации быстрых реакторов, которые могут составить основу или существенную долю атомной энергетики в будущем. Им, конечно, надо посвятить отдельные статьи и видео.
Скажу лишь о главной особенности. Это реакторы, в которых основное деление тяжелых ядер идет быстрыми нейтронами, частично о том что это такое я рассказывал в прошлой статье про реакторы со спектральным регулированием. Быстрые реакторы позволяют вовлекать в топливный цикл не только уран-235, которого в природном уране всего 0,7%, но и основной изотоп уран-238, которого там более 99%. Они же позволяют замыкать топливный цикл, используя в качестве топлива то, что выгружается из других реакторов. БН-800 уже переводится на полную загрузку МОКС-топливом, не требующем добычи природного урана. Оно изготавливается из плутония, выделенного из отработавшего топлива других реакторов, и из запасов отвального обедненного урана.
Про обедненный отвальный уран и МОКС-топливо у меня тоже есть отдельная статья, и даже целый цикл статей, если говорить в целом о проблеме обедненного гексафторида урана, который к нам периодически завозят из-за границы под шум антиядерных экологических активистов.
Белоярская АЭС долгое время была единственной станцией в нашей стране, на которой работали реакторы разных типов – канальные уран-графитовые АМБ и быстрые натриевые БН. Сейчас к такой станции можно отнести Ленинградскую АЭС, т.к. там одновременно работают и РБМК и ВВЭР, но мы до этого дойдем.
Как и Белоярская АЭС, это одна из старейших АЭС страны. Первый ее энергоблок заработал в том же 1964 году, всего через полгода после пуска АМБ-1. Но в отличии Белоярской АЭС, где отрабатывали технологию канальных уран-графитовых реакторов с ядерным перегревом пара, а затем технологии быстрых реакторов, в Нововоронеже занимались и занимаются освоением другого направления – водо-водяных реакторов. Здесь были построены все первые, головные блоки энергетических реакторов ВВЭР мощностью от 210 МВт, 440, 1000 и сейчас 1200. Всего на этой АЭС построено 7 энергоблоков – максимальное количество на российских АЭС.
В настоящее время из них работают 4. Это один ВВЭР-440, один ВВЭР-1000 и два первых в нашей стране и мире ВВЭР-1200. Получается, что каждый из этих реакторов – самый первый в своем роде. В том числе и нынешний флагманский продукт отечественной атомной промышленности – энергоблок с реактором ВВЭР-1200, которые активно приходят на замену старых блоков на АЭС в России и строится для зарубежных заказчиков. В России их уже построено 4, и в разной стадии строительства за рубежом еще более 10 штук.
Подробно про водо-водяные реакторы я рассказывал в прошлой статье про Кольскую АЭС. Коротко повторю, что эти реакторы отличаются от канальных графитовых тем что в них нет ни графитовой кладки, ни каналов. Это более компактные реакторы, топливо которых находится внутри прочного толстостенного металлического корпуса. Водо-водяной в названии реактора означает, что вода выступает в нем и замедлителем нейтронов и теплоносителем, который отводит тепло от ядерного топлива. Это реакторы, работающие по двухконтурной схеме, т.е. вода в самом реакторе и первом контуре нагревается до большой температуры – более 300 градусов, но не кипит, т.к. находится при этом под давлением более 150 атмосфер (для чего мощный корпус и нужен). Тепло через теплообменник передается второму контуру, где уже вода кипит, пар идет на турбину, ну и дальше обычная схема. КПД таких установок около 32% и выше.
Такой же тип водо-водяных реакторов используется и на атомных подводных лодках в силу ряда преимуществ, в первую очередь более компактных размеров. Собственно, изначально он для них и разрабатывался, но потом вышел на сушу и прочно обосновался в мирной атомной энергетике. Сейчас это самый популярный тип реактора в мире. Более чем на 80% энергоблоках АЭС в мире работают водо-водяные реакторы под давлением.
Самая первая и самая мощная АЭС, построенная за Полярным кругом. Я подробно рассказывал про нее в прошлой статье и видео. Отмечу тут, что это АЭС, которая состоит из четырех блоков средней мощности с реакторами ВВЭР-440. Такие в России работают только на упомянутой выше Нововоронежской АЭС. Это тоже одна из старейших АЭС – ее первый энергоблок работает с 1973 года, т.е. уже 48 лет. В 2033 он будет остановлен, и это будет первый блок отечественной АЭС, который отработает 60 лет. На смену первой очереди АЭС к тому времени планируют построить два энергоблока ВВЭР-600С со спектральным регулированием – первые блоки такого типа в нашей стране. В целом - Кольская АЭС, это такая достаточно уникальная станция, работающая в условно изолированной небольшой энергостистеме, отсюда и набор нескольких небольших энергоблоков. Но есть и еще более изолированные АЭС.
Раз уж мы идем примерно в хронологическом порядке, и затронули тему крайнего севера, то следующая АЭС – Билибинская. Она еще чуть севернее Кольской АЭС, но не в Мурманской области, а на другой стороне России – на Чукотке. И примерно на полгода моложе Кольской АЭС. Ее первый блок заработал в 1974 году.
Всего эта АЭС состоит из четырех довольно уникальных энергоблоков. Это тоже канальные уран-графитовые реакторы, но специально разработанные для этой АЭС. Это реакторы ЭГП-6 - Энергетический Гетерогенный Петлевой реактор с 6-ю петлями циркуляции теплоносителя. Их электрическую мощность сократили всего до 12 МВт. Но важное условие для работы на севере – они предназначены для выдачи тепла. Ведь эта АЭС проектировалась и строилась для работы в небольшой и изолированной Чаун-Билибинской энергосистеме, в условиях суровой Арктики, для снабжения энергией горнорудных и золотодобывающих предприятий Чукотки. По сути это первая малая АЭС СССР.
Сама Билибинская АЭС в ближайшие годы будет выводиться из эксплуатации, первый блок уже остановлен в 2019 г. Поэтому суммарная текущая установленная электрическая мощность АЭС – 36 МВт. И ей на смену уже пришла современная малая АЭС.
Понятно, что на замену одной уникальной по задачам и условиям работы АЭС – Билибинской, спустя полвека должна была прийти не менее уникальная установка, но созданная уже на основе других технологий. И она пришла, причем в прямом смысле – ее прибуксировали из Мурманска. И с весны 2020 года уже принята в промышленную эксплуатацию первая плавучая АЭС, или точнее Плавучая атомная теплоэлектростанция (ПАТЭС), с головным плавучим энергоблоком (ПЭБ) под собственным именем «Академик Ломоносов». Это самая новая российская АЭС, работающая на новой площадке, в порту Певек. От нее до Билибинской АЭС более 240 км по прямой на северо-восток. Так что ПАТЭС ко всему прочему еще и самая северная АЭС мира.
Конструкционно это несамоходная баржа, пришвартованная к специальной береговой инфраструктуре для приема тепло и электроэнергии. На ее борту два энергоблока с двумя водо-водяными реакторами, построенными на базе тех, что работают на некоторых наших атомных ледоколах – КЛТ-40С. Суммарная электрическая мощность ПАТЭС – до 70 МВт, а тепловая – до 50 Гкал/ч. Она должна заменить не только выбывающую Билибинскую АЭС, но и угольную Чаунскую ТЭЦ, которой уже более 70 лет.
Сейчас уже прорабатываются проекты оптимизированных ПАТЭС с новыми реакторами РИТМ-200 большей мощности, которые уже работают на атомном ледоколе нового поколения «Арктика». Планируется построить еще 5 плавучих АЭС для другого района Камчатки, а интерес к подобным плавучим АЭС проявляют разные регионы за рубежом. Но и конкуренты не дремлют. Планы по разработке и строительству плавучих АЭС есть у Китая и Южной Кореи.
Продолжение и полная статья — вот тут. Ну или в видео. Там можно будет узнать о 6 самых мощных наших АЭС с серийными гигаваттными блоками, о недостроенных и о планируемых к постройке в ближайшие годы АЭС.
Метки: научпоп атом ссылки аэс это интересно |
Новые ядерные реакторы на Кольской АЭС-2 |
На днях были озвучены планы по строительству новых энергоблоков Кольской АЭС-2. Директор Кольской АЭС Василий Омельчук на пресс-конференции 18 июня 2021 года заявил, что станция замещения будет двухблочной, то есть в ее составе будет два энергоблока типа ВВЭР мощностью 600 МВт каждый со спектральным регулированием. В настоящее время проект находится на этапе подготовки к разработке. Начало сооружения запланировано на 2028 год, а ввод в эксплуатацию первого блока - на 2034 год.
Но чтобы понять, зачем нужно замещение энергоблоков и почему выбраны именно такие их параметры, давайте посмотрим сначала на саму АЭС и ее роль в энергосистеме региона.
Кстати, как обычно я записал видеоверсию этой статьи. Не забывайте подписываться на мой youtube-канал (это очень поможет его развитию!), где я рассказываю об атомной энергетике и ядерных технологиях, и не только о том, что публикую в виде больших статей.
Кольская АЭС находится на Кольском полуострове, на 170 км южнее Мурманска и в 12 км от города атомщиков Полярные Зори. Это первая в мире атомная станция, построенная за полярным кругом, еще в начале 1970-х. На самом деле за полярным кругом всего три АЭС в мире, и две другие тоже в России, на Чукотке - Билибинская АЭС и пришедшая ей на смену несколько лет назад плавучая АЭС. Они севернее Кольской АЭС, однако их мощности в 20 раз меньше. Так что Кольская АЭС - самая мощная из построенных в Заполярье и самая северная в Европе. Из иностранных АЭС самая северная - это АЭС Олкилуотто, в Финляндии, и она на 700 км южнее.
Кольская АЭС состоит из четырых энергоблоков с реакторами ВВЭР-440, суммарная установленная мощность всей АЭС – около 1760 МВт. Это примерно половина от всей установленной мощности энергосистемы Мурманской области (ок 3500 МВт). Сам регион энергоизбыточный, примерно треть всей вырабатываемой электроэнергии идет за его пределы – в соседнюю Карелию, в Ленинградскую область и за границу – в Финляндию и Норвегию.
Особого роста потребления энергии в регионе нет, поэтому АЭС уже не первый год работает недозагруженной – примерно на 60-65% максимальной мощности, при этом покрывая почти 80% от потребностей области. Более 90% электроэнергии потребляет промышленность – многочисленные предприятия региона по добыче сырья для химической и металлургической промышленности, производству алюминия и цветных металлов и т.д. Население потребляет менее 10% электроэнергии.
Еще около 1600 МВт мощностей в регионе - это гидроэлектростанции, и всего 250 МВт - станции на угле. Так что казалось бы, в регионе довольно чистая электроэнергетика, с низким уровнем выбросов. Однако электричество далеко не главный энергоресурс региона. Большая часть энергии в Заполярье идет на отопление. Поэтому среди всех энергоресурсов, потребляемых в области в пересчете на условное топливо, примерно 80% приходится на мазут. Именно мазутом, например, отапливается весь 300-тысячный Мурманск – крупнейший в мире город за полярным кругом. Еще около 18% энергии, в первую очередь тепла, регион получает из угля. А на электричество приходятся менее 4% всей потребляемой энергии. Так что суммарно Мурманская область потребляет в год около 2 млн. тонн мазута. И все это топливо завозное. При этом когенерация, т.е. совместное производство электричества и тепла на ТЭЦ, практически отсутствует, т.к. электричество получается гораздо дороже, чем от АЭС и гидроэлектростанций.
Мурманская область с ее незамерзающими портами и базой атомного ледокольного флота - это наши ворота в Арктику через Северный морской путь, где добывают природный газ и транспортируют его в сжиженном виде в Европу. Но при этом сама область так до сих пор и не газифицирована. Кроме того, в порту Мурманска в центре города идет перевалка открытым способом миллионов тонн угля, идущего на экспорт. И хотя в последние годы там предпринимаются меры по снижению пыления, все же уголь умудряется доставлять неприятности мурманчанам даже не будучи сожженным для отопления.
Так что с одной стороны, сейчас в регионе электроэнергии хватает с избытком, серьезного прироста ее потребления не ожидается. С другой – есть огромный потенциал по снижение выбросов, по электрификации региона, переводу отопления на электричество или на производство водорода с помощью чистой низкоуглеродной энергии АЭС и гидроэлектростанций.
Возможно поэтому Мурманскую область планируют включить в число российских регионов, где будет проводиться эксперимент по достижению углеродной нейтральности - Carbon free zone. Насколько я понимаю, к сожалению, не на всей территории региона, а лишь в ограниченном масштабе. В прошлой статье я уже рассказывал, что такой эксперимент будет проводиться в ближайшие 5 лет на Сахалине. Компания Энел к концу 2021 года планирует построить в Мурманской области ветропарк на 200 МВт. На основе ветроэнергетики планируется с 2025 года производить по 12 тыс. т. "зеленого" водорода. Хотелось бы, чтобы он пошел на озеленение энергетики самого региона и замену мазута и угля в отоплении, а не на экспорт.
На Кольской АЭС Росатомом тоже реализуется пилотный водородный проект. К 2023 году там планируют ввести в работу стендовый испытательный комплекс с электролизными установками для производства водорода мощностью 1 МВт, а в дальнейшем увеличить его мощность до 10 МВт. В дальнейшем этот опыт могут распространить на другие АЭС. Но для самой Кольской АЭС это возможный вариант увеличения ее загрузки и повышения эффективности.
Маленькое лирическое отступление. Автор этих строк не раз бывал на Кольском полуострове и в Мурманске, и однажды около недели был в командировке на Кольской АЭС. Край этот прекрасен своей природой, радующей своей суровостью глаз уральца, а сама станция полна технических новинок и приятных мелочей. Но чтобы не перегружать эту статью личным, просто отправлю желающих к отдельным записям в моем блоге по этой теме - раз и два.
Реакторы ВВЭР-440
Давайте теперь посмотрим на энергоблоки, работающие на Кольской АЭС, которые собираются заменить. Это четыре реактора ВВЭР-440. "440" – это его электрическая мощность в мегаваттах. ВВЭР – это тип реактора. Расшифровывается это как водо-водяной энергетический реактор. Это значит, что вода в нем используется и как замедлитель нейтронов, для поддержания цепной реакции деления урана, и как теплоноситель, который отводит тепло от ядерного топлива. Причем вода в реакторе нагревается до 300 градусов, но не закипает, поскольку находится под давлением более 120 атмосфер. Затем эта вода из первого контура через герметичный теплоомбенник передает тепло воде второго контура, и уже та кипит, пар крутит турбину и генератор. На западе такой тип реакторов называется PWR – Pressurized water reactor, или водяные реакторы под давлением.
Водо-водяные реакторы - это основная технология мировой атомной энергетики. Около 300 действующих реакторов АЭС мира из 442 - это PWR и ВВЭР. И еще около 60 тоже водо-водяные, но построены по одноконтурной схеме, с кипящей прямо в реакторе водой. Причем идет тенденция к увеличению мощности - в 1960-е начинали с сотен мегаватт, а теперь основные игроки на рынке нового строительства водо-водяных блоков - блоки мощностью от 1000 до 1600 МВт.
Конкретно энергоблоков с реакторами ВВЭР-440 в мире было построено более 30, из которых до сих пор работают около 20. Причем большая часть из них за границей, где их строил СССР – в Финляндии (АЭС Ловииса, 2 блока), Чехии (4 блока АЭС Дукованы), Венгрии (4 блока АЭС Пакш), Словакии (2 блока АЭС Богунице и 2 блока АЭС Моховце), Украине (2 блока Ровенской АЭС) и Армении (1 блок Армянской АЭС). Еще были в Болгарии и Германии, но там их закрыли раньше всех. Большую часть корпусов ВВЭР-440 для АЭС Восточной Европы, кстати, делала чешская Шкода.
В России работающих энергоблоков ВВЭР-440 осталось лишь пять: четыре на Колькой АЭС и один на Нововоронежской АЭС, где строились все первые референсные типы реакторов ВВЭР от мощности в 220 МВт до 1200 МВт. В регионах с высоким потреблением энергии, что у нас в стране, что за рубежом, сейчас более востребованы реакторы большой мощности – 1000 МВт и выше. Основной флагманский энергоблок ВВЭР, который сейчас строит Росатом на замену старым блокам и в России и на новых АЭС за границей – это ВВЭР-1200.
Первые два энергоблока Кольской АЭС начали работу еще в далеких 1973 и 1974 годах. Это одни из самых старых ВВЭР-440. Сейчас им уже больше чем по 45 лет. При этом изначальный срок службы реакторов был 30 лет, и он, соответственно, закончился в начале 2000-х. Но их срок был продлен сначала на 15 лет, а в последние годы еще на 15 лет – до 2033 и 2034 годов. Т.е. в итоге они должны будут проработать по 60 лет.
Тут надо отметить несколько моментов. Во-первых, продление эксплуатации - это не просто самовольное решение собственника станции работать дальше на свой страх и риск. Это сложный многолетний процесс обследования оборудования, его ремонта и модернизации, а затем обоснования безопасности перед контролирующими органами. На самом деле эти процессы идут на любой атомной станции постоянно, чтобы поддерживать ее работоспособность, повышать эффективность и приводить в соответствие с периодически ужесточающимися нормативными требованиями, в т.ч. по безопасности.
Наука и техника не стоят на месте, поэтому на станциях обновляются все их системы и внедряются новые технологии. Поэтому за несколько десятилетий сама станция сильно меняется. Зачастую в процессе модернизации повышается ее КПД и увеличивается мощность. Например, модернизация первых двух блоков Кольской АЭС позволила помимо прочего повысить их мощность на 7%, а модернизация на финской АЭС Ловииса с реакторами ВВЭР-440 позволила повысить их мощность почти на 15%. Для удовлетворения новым требованиям станцию укомплектовывают новыми и более совершенными системами безопасности, близкими к тем, что появляются на новых АЭС, чтобы она могла избегать все более опасных потенциальных аварий. Поэтому, как бы парадоксально это ни звучало, но зачастую с возрастом и показатели работы и безопасность АЭС не снижаются, а растут.
Но для продления сроков эксплуатации этого мало. Есть оборудование, которое невозможно заменить или модернизировать. В первую очередь к таким элементам относится сам реактор, точнее незаменяемая его часть - корпус. Он подвергается наибольшим нагрузкам, и температурным, и механическим, и радиационным - от широкого спектра излучений, в первую очередь нейтронного, идущих от ядерного топлива в процесс работы реактора. Это приводит к так называемому радиационному охрупчиванию стали и снижению ее пластичности, особенно в критических сварных соединениях корпуса. Зачастую именно ресурсом корпуса реактора и его сварных швов технически и ограничен срок работы ядерного энергоблока.
Кстати, на современных энергоблоках с реакторами ВВЭР-1200, которые у нас сейчас строят, новые материалы сталей и технологии их обработки позволяют делать корпус реактора сразу рассчитанным минимум на 60 лет работы с возможностью будущего продления еще на 20. А вот на корпуса ВВЭР-440 и ВВЭР-1000, изготовленные почти 50 лет назад, давали гарантию лишь на 30 лет. А дальше надо было их исследовать и смотреть за их состоянием. И чтобы получить от контролирующих органов лицензию и разрешение на дальнейшую эксплуатацию блока, нужно доказать, что эти элементы еще могут безопасно работать. Или придумать, как восстановить их свойства.
Еще в 80-е технологию по омоложению реакторов разработали. В 1989 году впервые на одном из самых старых реакторов ВВЭР-440 на третьем блоке Нововоронежской АЭС впервые была проведена операция так называемого отжига реактора. Физический принцип метода простой – если плавно нагреть металл до высокой температуры, а затем плавно охладить, то можно убрать накопившиеся в нем напряжения и дефекты, тем самым восстановив пластичность и трещинностойкость стали. Это позволяет продлить срок работы реактора на 10-15 лет, а саму операцию можно повторять, хоть и не бесконечно.
Отжиг проводят в сухом корпусе реактора, освобождая его от топлива и внутрикорпусных устройств, и помещая внутрь специальную электропечь. Разработчики часто сравнивают принцип работы установки с большой сушилкой для обуви. ВВЭР-440 отжигают при температуре 475 градусов в течение 150 часов. А на всю процедуру с подготовкой уходит 2-3 недели. Сейчас отжигают уже не только корпуса ВВЭР-440 но и корпуса ВВЭР-1000, например, на Балаковской АЭС.
Кстати, такой отжиг делают и на зарубежных реакторах. Например, те же ВВЭР-440 на АЭС в Финляндии и Словакии отжигала Шкода. А СССР и Россия уже проводили отжиг ВВЭР-440 на Ровенской АЭС (Украина), Армянской АЭС, АЭС Грайфсвальд (Германия) и АЭС Козлодуй (Болгария). На реакторах первого и второго энергоблоков Кольской АЭС такой отжиг проводили в 1989 и повторили перед последним продлением сроков эксплуатации в 2017 и 2019 годах.
Надо сказать, что продление сроков эксплуатации АЭС – это нормальная, общемировая практика. Большинство реакторов АЭС в мире старше 30 лет, 14 из них работают уже более 50 лет. В США, например, есть несколько энергоблоков, которые уже получили повторную лицензию на работу до 80 лет. Да, модернизация и продление сроков требует затрат, не всегда возможны и не бесконечны, поэтому собственник всегда считает что выгодно - продлевать работу, если это вообще возможно, или останавливать блок. Но тем не менее, продлевать срок эксплуатации АЭС - это чаще всего гораздо дешевле, чем строить новый блок взамен старому, и это один из самых экономически эффективных способов создания (сохранения) низкоуглеродных источников энергии, что важно в свете глобального тренда на снижение выбросов.
ВВЭР-600 со спектральным регулированием
Итак, давайте теперь наконец то вернемся к исходной новости о том, чем же решено заменить выбывающие энергоблоки. Как сообщил директор Кольской АЭС Василий Омельчук: «Кольская АЭС-2 будет двухблочной, то есть в составе двух энергоблоков типа ВВЭР мощностью 600 МВт каждый со спектральным регулированием и высокими показателями безопасности.»
Что такое ВВЭР понятно, что такое 600 МВт понятно. Почему выбрана такая средняя мощность тоже, в принципе, понятно. Сейчас Кольская АЭС имеет мощность 1760 МВт, но используется на 60-65%. Т.е. два блока по 600 МВт вполне заменят нынешние четыре. Пока речь идет о замещении первого и второго блоков Кольской АЭС. Третий и четвертый смогут проработать еще почти на 10 лет дольше. Так что есть запас по времени на принятие решения о расширении Кольской АЭС-2 для их замены, если вдруг будет понятно, что эти мощности будут востребованы.
Почему вместо двух по 600 МВт не построить один на 1200 МВт тоже вполне понятно. Думаю дело в том, что энергосистема региона может не суметь компенсировать отключение такого крупного единичного источника в случае его плановой остановки на перегрузку и ремонт и тем более в случае неплановой остановки. А вот возможность маневрирования несколькими блоками меньшей мощности, как и сейчас, сделает всю энергосистему более надежной. Кстати, этот пример как раз объсняет нынешний огромный мировой интерес именно к малым модульным АЭС, поскольку они открывают рынок для таких вот небольших или условно изолированных энергосистем в отдельных регионах и странах.
Давайте теперь разберемся, что же это такое диковинное - спектральное регулирование, которое впервые упоминается в связи со строительством новых энергоблоков в нашей стране. Сразу скажу, что ранее о таком говорили лишь как о проектах, их было много разных у нашего головного конструкторского бюро по реакторам ВВЭР - ОКБ Гидропресс. Скорее всего речь о проекте ВВЭР-С, но пока конкретных технических деталей не раскрывается.
Итак, давайте с основ. В ядерном реакторе происходит деление тяжелых ядер урана. При их делении выделяются нейтроны, они попадают в другие ядра урана и процесс повторяется. Так идет цепная реакция деления. Но у нейтронов может быть разная энергия. У вылетающих при делении из ядра урана она высокая (более 1 МэВ) и они движутся с огромной скоростью – это быстрые нейтроны. Такие нейтроны плохо захватываются делящимся изотопом урана-235. Чтобы повысить вероятность захвата и, соответственно, деления, надо нейтроны замедлить до тепловых энергий (менее 0,4 эВ). Для этого в активной зоне реактора размещают замедлитель нейтронов.
Замедлителем в ВВЭР выступает вода, а точнее водород в ее составе. Нейтроны и ядра водорода (протоны) почти равны по массе, поэтому при упругом соударении с протоном нейтрон наиболее эффективно делится кинетической энергией, теряет ее и замедляется. В других типах реакторов замедлителем может выступать графит, как, например, в реакторе РБМК. Или тяжелая вода, как например, в канадском CANDU, где есть и тяжелая вода и графит, что позволяет работать вообще на необогащенном уране - настолько там хорошо удается сохранить все нужные нейтроны без их лишнего поглощения.
Примерно раз в полтора года реактор останавливают для замены части топлива на свежее. Время работы на одной загрузке топлива называется кампания реактора. Зачем меняют топливо? Не только потому что уран-235 расходуется при делении, как говорят «выгорает». При делении образуются продукты распада, которые тоже начинают поглощать часть нейтронов, "отравляя" реактор. Поэтому к концу кампании нейтронам все сложнее попадать в нужную цель - в делящиеся изотопы урана. А в начале кампании легко, нейтронов и нужных мишеней с избытком. Для компенсации этой разницы в начале кампании лишние нейтроны пытаются как-то утилизировать - борным регулированием (добавлением борной кислоты в воду первого контура, т.к. бор поглощает нейтроны), специальными выгорающими поглотителями в топливе и т.д. А к концу кампании концентрация борной кислоты регулируемо снижается, а поглотители выгорают и не так поглощают нейтроны.
Но что если эти нейтроны использовать с пользой? Быстрые нейтроны плохо поглощаются делящимся изотопом уран-235, но зато они могут захватываться ураном-238 с последующим образованием плутония-239. Это тоже делящийся материал, как и уран-235, т.е. новое ядерное топливо. На этом принципе построены быстрые реакторы-бридеры, в которых нейтроны не замедляют, и они могут даже нарабатывать нового топлива больше, чем сжигать изначально загруженного. Отношение количества делящихся изотопов топлива в конце кампании к их количеству в начале называется коэффициент воспроизводства. У бридеров он может быть выше 1, у обычных ВВЭР он около 0,4. У ВВЭР же со спектральным регулированием может быть до 0,8.
Таким образом, если часть нейтронов в начале кампании не замедлять, то можно использовать их для наработки нового топлива, а не тратить впустую. Но для этого надо по ходу кампании менять энергетический спектр нейтронов в реакторе – с большей долей быстрых нейтронов в ее начале к обычному тепловому спектру медленных нейтронов в конце. Как это сделать?
В теории есть разные варианты, но судя по всему в предлагаемом проекте будет метод изменения водно-уранового отношения. В активной зоне реактора ВВЭР находится вода и урановое топливо в соотношении около 2. Этого достаточно, чтобы все вылетающие из урана нейтроны успевали замедляться в воде. Но если количество воды уменьшить, часть нейтронов не будет успевать замедлиться. Такими образом, вытесняя из активной зоны часть воды можно повысить долю быстрых нейтронов. Предлагается именно это и делать, добавив в топливные сборки дополнительные вытесняющие стержни, например, с обедненным ураном. Уран-238 в них и в самом топливе будет поглощать лишние быстрые нейтроны с пользой – наработкой нового топлива. А по ходу кампании эти вытесняющие стержни можно извлекать из активной зоны реактора, увеличивая водно-урановое соотношение и меняя спектр нейтронов на более традиционный и мягкий.
В одной из старых, 7-летней давности презентаций Курчатовского института, или в их публикации, можно посмотреть на предлагаемые варианты конструкций таких ТВС. В модернизированной для спектрального регулирования ТВС добавляется 19 пучков с обедненным ураном общей массой до 250 кг.
Другое следствие такого регулирования – уменьшение в активной зоне теплоносителя, которым является все та же вода. А значит меньшие возможности для теплосъема. В сочетании со снижением числа топливных элементов это приводит к меньшему удельному энерговыделению активной зоны, т.е. выделяемой тепловой мощности на единицу объема. В обычном ВВЭР оно не менее 110 кВт/л, в ВВЭР-С ожидается на уровне не более 80 кВт/л.
Поэтому, например, реактору ВВЭР-С с электрической мощностью 600 МВт вполне может понадобиться корпус от реактора ВВЭР-1000 или ВВЭР-1200. Это может повысить материалоемкость первого контура установки. Но с другой стороны, парогенераторов надо не 4, а 2, так что по некоторым прикидкам масса первого контура ВВЭР-600 может быть даже ниже, чем у ВВЭР-440 (1890 т. против 2314 т). За счет уменьшения числа петель с парогенераторами сам герметичный объем пространства под защитным контейнментом тоже может уменьшиться. К тому же у снижения энергоемкости есть и позитивная сторона – судя по этим расчетам Гидропресса, можно будет отказаться от ловушки расплава, т.к. в случае запроектной аварии и расплавления топлива можно обеспечить удержание расплава внутри корпуса за счет его внешнего охлаждения.
Еще один спорный момент спектрального регулирования - возможный положительный пустотный эффект реактивности. Как с ним будут бороться конструкторы посмотрим в итоговых проектах. Но пока готового проекта установки нет, поэтому судить о конкретных технических решениях рано. Подождем, когда их подготовят и представят. Разброс обсуждавшихся и предлагавшихся ранее решений довольно большой, а те наработки, которые ранее показывались в публикациях и на разных конференциях Гидропрессом и Курчатовским институтом довольно разнообразны - вплоть до одноконтурного кипящего реактора на сверхкритических параметрах или регулирования с применением тяжелой воды. По словам директора станции, сам проект пока находится "на этапе подготовки к разработке".
Потенциальные преимущества ВВЭР-С – повышение эффективности использования урана. Судя по интервью генерального конструктора Гидропресса от 2019 года, реактор будет потреблять минимум на 30% меньше свежего урана. Кроме того, такой реактор позволит полностью загружать его активную зону MOX-топливом, используя регенерированный плутоний и обедненный уран. Текущие ВВЭР могут использовать MOX-топливо лишь частично.
Т.е. это такой вполне эволюционный переход ВВЭР от открытого к частично закрытому топливному циклу. К тому же сама технология ВВЭР хорошо отработана, многие элементы унифицированы, что может положительно отразиться на экономике проекта и на сроках проектирования. Так что это наверно наименее революционный новый проект из тех новинок, что реализуются в последние годы. К тому же средняя мощность позволяет легче отработать технологию, не замахиваясь сразу на новый корпус гигаваттника.
Отдельный бонус ВВЭР со спектральным регулированием и отказом от борного регулирования - снижения образования и накопления трития в теплоносителе, по реакции захвата нейтрона бором-10 с выходом двух альфа-частиц и ядра трития. Радиоактивный тритий образуется на всех водо-водяных реакторах (отдельно я про это писал в статье про Фукусиму) и переходит в жидкие радиоактивные отходы и упаренные кубовые остатки. На самой Кольской АЭС хорошо с этим знакомы, т.к. там располагается один из самых продвинутых комплексов по обращению с ЖРО (очистка ионоселективной сорбцией с образованием упаренного солевого плава с концентратом борной кислоты), где я, собственно, и был как-то в командировке.
Вообще, довольно интересно получается. На фоне стагнации экономики и отсутствия большого спроса на новые энергомощности в стране, Росатом умудряется реализовывать новые энергетические проекты. На смену выбывающим мощностям старых АЭС и на смену устаревшим реакторам РБМК приходят новые блоки с ВВЭР-1200 поколения 3+, которые идут в серию и на экспорт. Направления быстрых реакторов двух типов тоже реализуются - уже 5 лет работает БН-800 (ожидается что планы на БН-1200 озвучат уже этим летом) а совсем на днях был дан старт строительству БРЕСТ-ОД-300 (поколение "4"). Новые площадки для малых АЭС на базе реакторов РИТМ-200 в плавучем (Чукотка) и сухопутном (Якутия) вариантах тоже определены и заложены в планы, а на базе КЛТ-40 уже реализованы (ПАТЭС). Для получения референса по ВВЭР-С тоже вот нашли (скорее дождались) пожалуй единственное подходящее в стране место.
Так что у России вырисовывается довольно широкая линейка гибких и разнообразных ядерных решения для атомной энергетики будущего, куда сейчас очень серьезно целятся и США с их программой продвинутых малых реакторов, и Китай и Франция и масса стартапов. Так что будем следить за меняющимся обликом атомной энергетики.
PS: Статья изначально написала мной для блога на Хабре и выложена в блоге компании Itsoft.
Метки: научпоп атом экология аэс уран |
Глобальное потепление в России. Что делать и кто виноват? |
Май, а теперь и июнь, на Урале выдался довольно жарким. Конкретно в моем родном Екатеринбурге в мае был поставлен температурный рекорд за более чем 100 лет: + 34 градуса 24 мая. В связи с этим хочется сказать пару слов о глобальном потеплении и том, как к нему относятся и что делают в России для борьбы с ним. Конечно, связывать температуру за окном и климат не корректно. Хотя обыватели обычно так и делают. И я прекрасно помню как этой же зимой, во время аномальных морозов, многие шутили как раз в духе «ха-ха, ну и где ваше глобальное потепление?». Ну так вот оно. Не только в майской жаре, сколько в росте частоты таких температурных аномалий. И зимой, и, конечно, летом. И будет их дальше только больше. Но давайте по пунктам о том чем нам это может грозить, что Россия в этой связи делает, а чего не делает, со ссылками и картинками.
Кстати, как обычно я записал видеоверсию этой статьи. Не забывайте подписываться на мой youtube-канал (это очень поможет его развитию!), где я рассказываю об атомной энергетике и ядерных технологиях, и не только о том, что публикую в виде больших статей.
Глобальное потепление (далее ГП) – это не про жаркое лето, а про рост средней глобальной температуры в приземном слое. В России, кстати, по данным нашего Росгидромета, она растет в 2,5 раза быстрее, чем в среднем по планете - на 0,51°С в десятилетие против среднемировых 0,18°С. А в арктическом регионе рост еще выше. Так что нас это очень даже касается. Многие в такие дни наверно просто радуются возможности покупаться и позагорать не в сезон, и не очень думают о том, что такие периоды жары, если они будут продолжительными, повлекут за собой рост смертности. Причем счет может пойти на тысячи и десятки тысяч по стране, как было в 2010-м. Под угрозой пожилые люди, обладатели сердечных и прочих хронических заболеваний. Лесные и торфяные пожары могут этот эффект еще и усилить. Но на фоне нашего наплевательского отношения к коронавирусу это, конечно, совсем не то, что приходит на ум при виде очередного температурного рекорда.
Если кто-то думает, что все не так плохо, и глобальное потепление – это вообще для северной России хорошо, что будет больше лета и возможность в Сибири и на Урале снимать по два урожая апельсинов, то боюсь вас разочаровать. Да, у ГП теоретически могут быть потенциальные положительные последствия, например, в виде снижения затрат на отопление, снижение избыточной смертности зимой, или того же сельского хозяйства. Но само ничего не возникнет. К любым изменениям надо готовиться. А чтобы извлечь из них пользу - готовиться вдвойне. А значит нужны исследования, технологии, инвестиции и упорный труд.
Но кроме возможных плюсов есть и риски. Риски именно для России описаны, например, в подробном отчете Росгидромета от 2017 г, который так и называется - "Доклад о климатических рисках на территории Российской Федерации". В частности, там отмечено, что за последние 20 лет число наносящих ущерб опасных гидрометеорологических явлений (ОЯ) - паводков, наводнений, засух и т.д, выросло в 1,5-2 раза. При этом сами эти опасные явления оказались более интенсивными и разрушительными, чем когда-либо. Такая же тенденция наблюдается и по всему миру.
Кроме того, растут риски повышения частоты таких волн жары, температурных аномалий, в том числе и отрицательных (вспоминаем морозный апокалипсис и недавний блэкаут в Техасе, о котором я писал ранее); риски деградации земель; риски для крупных сооружений из-за изменения привычных температур и нормы осадков; риски для инфраструктуры, стоящей в зоне многолетней мерзлоты (вспоминаем прошлогоднюю аварию в Норильске с разливом топлива и представляем, что что-то подобное из-за таяния мерзлоты может случиться с кучей нефте- и газопроводов на северах); риски нарушения транспортной связности из-за снижения периода работы зимников в северных регионах, риски тех же пожаров в лесах; риски роста вспышек численности насекомых-вредителей и появление их чужеродных видов в новых ареалах обитания.
Не хочу сильно уходить в эту сторону, иначе это уведет разговоры в отдельную тему, как уже было в одной из моих прошлых публикаций, но пропустить некоторые пояснения для текущей темы тоже нельзя. Несмотря на массу скептиков (которые по совпадению не являются специалистами по климату), научный ответ на причины глобального потепления вполне однозначный - дело именно в антропогенном влиянии.
Помимо непоследственных научных данных, обобщенных в докладах Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) (кужа входят и ученые из России), существует и научный консенсус по поводу причин ГП - анализ более 11 тыс. научных статей по теме климата за 2019 г показывает 100% согласие с тем, что текущее изменение климата реально и что его причина именно в деятельности человека (см J.Powell, 2019). Собственно, и наш родной Росгидромет не допускает двояких толкований по поводу существования и причин ГП.
Если коротко, то человечество за последние пару веков выбросило слишком много углерода, сжигая ископаемое топливо, и слишком серьезно изменило земную поверхность. Естественные колебания климата, наблюдавшиеся ранее, не идут ни в какое сравнение с тем что происходит сейчас - ни по скорости роста температуры, ни по глобальному эффекту. Об этом говорит и анализ изотопного состава выброшенного углерода, и многочисленные исследования по моделированию климата, неспособные объяснить наблюдаемые эффекты без учета антропогенного влияния.
Ниже на картинке из доклада Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) обобщены данные сотен исследований по вкладам различных факторов, как природных, так и антропогенных, влияющих на изменение энергетического потока Земли (радиационного воздействия), т.е. грубо на "потепление/похолодание" планеты. Видно, что влияние колебаний солнечной активности на несколько порядков ниже, чем влияние антропогенных выбросов парниковых газов, в первую очередь CO2. Кстати, среднегодовая вулканическая активность, тоже едва достигает 1% от того что выбрасывает человек. Так что человек просто "задавил" все другие процессы, влияющие на климат, и задал один конкретный тренд на глобальное потепление.
За последние пару веков человечество высвободило в атмосферу порядка 600 Гт (млрд. тонн) углерода (более 2400 Гт CO2). Углерод очень медленно выводится из атмосферы, поэтому там и накапливается. Поэтому CO2 играет куда боле важную роль в потеплении, чем другой парниковый газ - водяной пар, который легко конденсируется. Всего из выброшенных 600 Гт около 40% так и остались в атмосфере, повысив концентрацию CO2 в ней на 40% по сравнению с доиндустриальным уровнем до самых высоких величин за последние 800 тыс. лет. Остальные 30% углерода поглощены океаном, что приводит к росту его кислотности, и еще 30% поглощены биомассой, за счет чего наблюдается ее прирост. Так что планета, конечно, пытается переварить наше влияние, но не успевает за ним. Люди по прежнему выбрасывают по 11 Гт углерода в год, поэтому рост температуры неизбежен, со всеми вытекающими рисками, описанными выше.
Кто виноват и что делать
Понятно, что рост населения и промышленности на планете шел неравномерно. Западный мир прошел индустриализацию пораньше сегодняшних развивающихся стран, а потому и основной объем выброшенного углерода пришелся на них. На картинке ниже видно, что к 2019 году исторический накопленный объем всех выбросов сформирован на 25% США, на 22% Европой, на Китай приходится 12,7%, на Россию 6% (источник).
Но на текущий момент расклад поменялся и развивающиеся страны "нагоняют" упущенное за счет бурного роста экономики и необходимости удовлетворения растущего спроса в энергии, за которым не поспевают экономически оправданные меры по снижению выбросов. По текущим годовым выбросам лидирует Китай (28%), США (15%), Индия (7,0%). Россия же снова на четвертом месте 4,6% ежегодных глобальных выбросов.
В рамках уже нескольких международных соглашений - Киотский протокол, Парижское соглашение и т.д., большинство стран собираются сокращать выбросы, а многие уже это делают. Например, Европа по Киотскому протоколу сократила выбросы по отношению к 1990 году более чем на 23%, при росте ВВП на 60%. США к Киотскому протоколу не присоединялись, но они прошли пик выбросов в 2000 году и с тех пор их снизили на 20%, вернувшись на уровень 1990 года. Мотивация к снижению выбросов, кстати, не ограничивается вопросами глобального изменения климата. Иногда гораздо более важным аргументом становится банальная забота о чистоте воздуха в крупных городах и мегаполисах, напрямую связанная со здоровьем сотен миллионов людей.
Однако суммарные выбросы на планете за счет развивающихся стран продолжают расти. Общемировые выбросы CO2 с 1990 года выросли в 1,6 раза. В Китае и Индии за то же время - больше чем в 4 раза.
Помимо взятых на себя в рамках Парижского соглашения обязательств о сокращении выбросов, многие страны обозначили планы по их полному снижению, до нуля, т.е. по достижению углеродной нейтральности. Евросоюз, США, Япония, Южная Корея и десятки других страны собираются достигнуть углеродной нейтральности к 2050 году. Китай обещает пройти пик выбросов до 2030 года и достигнуть углеродной нейтральности не позже 2060 года. По данным ООН, на начало 2021 года обозначили планы по углеродной нейтральности страны, составляющие 70% мирового ВВП и ответственные за 65% всех выбросов.
У нас все сложно. С одной стороны, Россия внесла довольно существенный вклад в снижение выбросов, о чем наше руководство не забывает напоминать миру. Например, месяц назад на климатическом саммите в США Путин сказал следующее:
«По сравнению с 1990 годом Россия в большей степени, чем многие другие страны, сократила выбросы парниковых газов. Эти выбросы уменьшились в два раза – с 3,1 миллиарда тонн эквивалента СО2 до 1,6 миллиарда тонн. Это стало следствием кардинальной перестройки российской промышленности и энергетики, ведущейся в последние 20 лет»
Это правда, что Россия больше всех сократила выбросы от уровня 1990 года (см диаграмму ниже). Но сокращение произошло в результате той самой «величайшей геополитической катастрофы», выражаясь словами вышеупомянутого персонажа, т. е. развала СССР. Когда в начале 1990-х рухнула экономика, тогда и сократились выбросы, почти вдвое. Но об этом скромно умалчивается, а причиной успехов называется реформа экономики.
С 1990 по 1998 года в России и экономика, а за ней и выбросы, падали. А после стабилизации экономики, с 1998-99 годов выбросы только росли, периодически притормаживая во время очередных экономических кризисов и проблем - после 2008 и после 2014.
Выбросы России по годам, без учета поглощения лесов. С учетом поглощения в 2017 получается около 1,6 млрд.т. вместо 2,2 млрд .т.
Но надо отдать должное, росли выбросы не так быстро как могли бы. Рост неэнергетического сектора экономики, особенно бурный с 2000 по 2008, и модернизация энергетики за последние 20 лет позволили снизить углеродоемкость экономики, т.е. удельные выбросы на единицу ВВП, почти вдвое. Однако по моим оценкам, это внесло лишь около 10% в кумулятивное сокращение выбросов с 1990 года. Все остальное - за счет падения в лихие 90-е. Что, конечно, не мешает Путину рассказывать с высоких трибун о том, что сокращение выбросов России - это заслуга его 20-летнего правления.
Взятые Россией обязательства в рамках Парижского соглашения тоже весьма скромные. Мы обязались сократить к 2030 году выбросы на 30% от уровня 1990 года. Но мы уже достигли этого показателя к 1995 году по описанной выше причине, задолго до подписания Парижского соглашения! Сейчас наши выбросы, без учета поглощающей способности лесов, на уровне 67,6% от уровня 1990. С учетом поглощения лесов - почти 50% от уровня 1990 г. Т.е. по сути, чтобы нам выполнить взятые на себя обязательства, до 2030 года можно выбросы даже увеличить. С учетом низких темпов роста экономики это ни разу не амбициозная задача, можно практически ничего не делать.
Когда Россия собирается стать углеродно-нейтральной тоже непонятно. Какой-то принятой стратегии у нас нет. В начале 2020 года Минэкономразвития подготовило проект Стратегии долгосрочного развития с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 года [3]. Так там даже в оптимистичном сценарии мы к 2050 будем примерно на том же уровне выбросов, что и сейчас, а углеродная нейтральность ожидается ближе к концу XXI века (см график ниже). Блин, даже у коптящего как паровоз Китая, с его растущей экономикой и в два раза большими удельными выбросами, цели куда амбициознее! Впрочем, полгода назад наш Совет Безопасности эту стратегию завернул и отправил на доработку. Посмотрим, в какую сторону ее поправят. Почему вообще СБ занимается оценкой таких стратегий – отдельный вопрос.
Есть отдельный штрих, характеризующий приоритетность вопроса изменения климата для руководства страны. Вроде бы дело важное, существует даже такая должность - советник Президента и специальный представитель Президента по вопросам климата. Создал ее Медведев в 2009, и занял ее тогда ушедший с поста главы Росгидромета президент Всемирной метеорологической организации Александр Бедрицкий. Но после рокировки 2018 года Путин выбрал себе другого советника. Им стал 44-летний Руслан Эдельгериев [6], бывший глава правительства Чечни, до того глава минсельхоза Чечни, до того 10 лет проработавший в милиции. Выпускник Кубанского университета по специальности «садоводство». Сын школьной учительницы Кадырова…
Честно говоря, в плане советников и спецпредставителей в области климатической повестки у меня куда больше надежд вызывает недавно назначенный Анатолий Чубайс, который с декабря 2020 года является спецпредставителем Президента по связям с международными организациями для достижения целей устойчивого развития.
Но что же я все о плохом. Давайте расскажу что у нас имеется или даже специально делается для климатического ответа. А кое-что все же делается и в чем-то мы лучше, чем в среднем по миру.
Во-первых, у нас достаточно «зеленая» структура электроэнергетики. Доля низкоуглеродных источников в ней около 40%. Половина из них приходится на гидроэнергетику, половина на АЭС. Доля атома по итогам прошлого года впервые перевалила за 20%, а к 2040 году должна вырасти до 25%. Еще около 30% энергобаланса приходится на природный газ, который приводит к почти вдвое меньшим выбросам для получения киловатта электроэнергии, чем сжигание угля. Так что удельные выбросы электроэнергетики России очень неплохие по мировым меркам - около 350 г CO2/кВт*ч. Это ниже, чем в среднем по миру и чем во многих развитых странах (см график ниже, источник).
Удельные выбросы электроэнергетики разных стран мира
Кстати, удельные выбросы за жизненный цикл атомной энергетики. согласно данным МГЭИК - около 12 г CO2/кВт*ч, вместо около 500 г CO2/кВт*ч в среднем по миру, или в среднем по России без учета гидро- и атомной энергетики. Так что получается. что наши 11 АЭС, выработав в 2020 году около 215 млрд кВт*ч, позволили избежать выбросов около 100 млн.т. CO2. Это около 5% всех годовых выбросов страны. И это примерно 1/6 от того объема CO2, что поглощают все наши леса.
Во-вторых, у нас есть возобновляемая солнечная и ветровая энергетика. Мало, всего 0,2% выработки, но есть. Пока мощностью около 2 ГВт, но через 4 года будет втрое больше. Так что будем надеяться, что будет развиваться, хотя программы поддержки все пытаются урезать.
В-третьих, уже сейчас идет процесс принятия закона об ограничении выбросов парниковых газов, что позволит ввести в стране учет их выбросов, связанное с ними налогообложение, продажу зеленых сертификатов, а главное – взаимодействие с ЕС по вопросу углеродных налогов и отслеживания углеродного следа произведенных в России товаров. Кстати, в ближайшие 4-5 лет на Сахалине будет проводиться эксперимент по учету выбросов и созданию там углеродно-нейтрального региона. Весьма любопытная идея. А еще у нас есть планы развития водородной энергетики и желание занять 20% мирового рынка водорода. А пока из ближайшего – развитие водородного ж/д транспорта на все том же Сахалине с участием Росатома.
Конечно, борьба с изменением климата не должна становиться самоцелью и затмевать все остальные проблемы. Ситуации в разных странах свои, приоритеты свои и свои возможности. Развитые страны уже достигли высокого уровня потребления энергии и ресурсов и могут позволить себе довольно затратную трансформацию своих экономик без ущерба для уровня жизни людей. Развивающиеся страны, например Китай, не могут сейчас себе позволить снижение потребления энергии, которое им необходимо для роста экономики, т.к. это приведет к снижению уровня жизни людей. За последние 30 лет Китай увеличил потребление энергии на душу населения в 10 раз (хотя оно все равно ниже чем в России), и сократил число бедных более чем на 100 млн человек за последние 10 лет.
Так что они решают свои первоочередные проблемы. Но и про климат не забывают, и про улучшение качества воздуха в городах, напрямую связанное с промышленными выбросами и автотранспортом - именно на Китай приходится половина всех установленных мощностей возобновляемой энергетики, половина ее ежегодного прироста и половина мирового автопарка электромобилей. Так что Китай для удовлетворения огромного спроса на энергию строит все виды тепло и электростанций, включая угольные. Но при этом озеленение экономики, т.е. снижение удельных выбросов на единицу ВВП, в Китае идет такими же темпами или даже быстрее, чем в России. Поэтому они хоть и отодвигают задачу по достижению углеродной нейтральности на 10 лет по сравнению с США и Европой, но четко о ней заявляют и двигаются к ней.
В России же уже достаточно высокий уровень потребления энергии на душу населения, он очень медленно растет на 1-2% в год. Да и роста экономики не наблюдается. Поэтому наши проблемы ближе к ситуации Европы и США, чем к Китаю. Вот только уровень жизни не совсем такой. И структура экономики. Углеводороды и энергоресурсы – это по-прежнему 25% ВВП и 60% экспорта. И менять что-то кардинально мы не планируем. Наоборот, рассчитываем на рост добычи и продажи ресурсов. Да, мир, в основном Азия, еще какое-то время будут потреблять ископаемое топливо. Скорее всего пройдет еще лет 20-30 прежде чем будет пройден мировой пик потребления угля, нефти и газа. Так что еще пару десятилетий застоя можно протянуть, разворачивая поставки сырья в сторону востока и Китая. Хотя к экономической целесообразности и экологическим последствиям такой политики тоже есть масса вопросов. Но Европа, как основной наш внешнеэкономический партнер, откажется от нашего сырья раньше. Поэтому все эти западные, а на самом деле уже мировые климатические и экологические инициативы, вся эта возобновляемая энергетика, электромобили и углеродные налоги зачастую воспринимаются и руководящими товарищами, и многими простыми жителями, как антироссийский заговор. Хотя что сейчас так не воспринимается?
Отдельный свежий пример. Буквально на днях наше Министерство иностранных дел (там, конечно, работают большие специалисты по климату) прислало в Минэкономразвития страны рекомендации по формированию климатической политики, где рекомендовало финансирование исследований, которые позволили бы России продвигать «альтернативные» точки зрения на изменение климата, которые «не обязательно означают отказ от ископаемого топлива и ограничение промышленного роста». При этом документ намекает, что наши российские ученые, поддерживающие позиции МГЭИК, делают это потому что ведут исследования на иностранные гранты. Удивительное непонимание того как вообще ведутся научные исследования и попытка влезть со своими политическими бреднями в научную проблему. Подробнее об этом отзыве МИДа и мнении о нем наших ученых можно почитать по ссылке.
Печально, что и на бытовом уровне отношение к климатическим проблемам довольно неоднозначное. Куда ни глянь, все жалуются на «плохую экологию» (не говорите так никогда! Экология – это наука, а плохим может быть состояние нашей окружающей среды или отношение к ней), но при этом сторонников идеи о заговоре климатологов по моим ощущениям не меньше, чем антипрививочников. И не меньше, чем тех, кто реально занимается наукой в области климата и экологии, или создает экологичные бизнесы или технологии, или на бытовом уровне занимается сортировкой мусора, или отказался от автомобиля живя в городе, или готов добиваться каких-то действий в области охраны окружающей среды от властей, или противостоять мракобесию в головах принимающих решение чиновников. Зато желающих пошутить и позлорадствовать над практичностью электромобилей в России, над девочкой Гретой или глобальным потеплением морозной зимой – хоть отбавляй. А смешного то тут мало.
PS: оригинал статьи написан мной для блога на Хабре, и выложен в блоге компании ItSoft.
Метки: гражданское общество научпоп околополитика наука экология видео |
Насколько экологична атомная энергетика? На самом деле так же, как солнечная и ветровая |
В конце марта вышел отчет научного центра Еврокомиссии (Joint Research Centre) об экологических аспектах атомной энергетики. Еврокомиссия попросила его разобраться, стоит ли поддерживать атом так же как возобновляемую энергетику в рамках европейского Зеленого курса. Общий вывод отчета – конечно да, ведь атомная энергетика не опаснее для людей (даже с учетом Чернобыля и Фукусимы, см. ниже) и окружающей среды, чем другие возобновляемые источники энергии, развитие которых уже поддерживается в Европе в рамках инициативы Таксономия. А атом не поддерживается. Но этот отчет показал, что научных оснований для такой дискриминации нет. Но обо всем по порядку, в 23 пунктах под кактом.
А для желающих я записал видеоверсию этой статьи на для моего youtube-канала (подписывайтесь на него!):
1. Не секрет, что мир и Европа стараются справиться с последствиями глобального потепления или как-то притормозить его развитие. А оно вызвано деятельностью человека, в первую очередь выбросами CO2. Это сейчас научно совершенно точно обосновано, и я не буду сейчас на этом останавливаться. Для сомневающихся рекомендую посмотреть прекрасную лекцию гляциолога Алексея Екайкина. Так что десятки стран приняли на себя обязательства по снижению выбросов.
2. Европа на этом пути одна из лидеров. В рамках Зеленого курса (European Green Deal), они хотят стать первым в мире углеродно-нейтральным регионом к 2050 году. Не случайно именно оттуда идут основные новости о переходе на возобновляемые источники энергии (ВИЭ), постепенном запрете двигателей внутреннего сгорания, углеродные налоги и прочие экологические инициативы. Впрочем, в абсолютных показателях и по выбросам, и по вводу ВИЭ, лидируют пока Китай и США.
3. Для реализации Зеленого курса в Европе существует множество разных стимулирующих и поддерживающих механизмов. Один из важнейших – это регламент EU Taxonomy. Это такой свод рекомендаций для финансовых и инвестиционных фондов о том, в какие технологии можно вкладываться, а в какие нежелательно, с точки зрения их помощи целям Зеленого курса, экологичности и устойчивого развития. Так что Таксономия не ограничивается только вопросами климата, она направлена на достижение 6 важных целей:
Для включения в Таксономию технология или практика должна помогать в достижении минимум одной из целей, а другим не наносить серьезного ущерба (критерий DNSH, т.е. Does not significantly harm). Не могу точно сказать насколько это жесткое правило и верно ли я вообще в этом разобрался, но понятно, что включение в Таксономию той или иной технологии сильно упрощает ей жизнь в Европе, а невключение может поставить вопрос о ее конкурентоспособности и перспективах без национальной поддержки.
4. Таксономию долго готовили и в общих чертах приняли весной-летом прошлого года. Помимо прочего, туда включили ветровую и солнечную генерацию, а вот атомную пока не включили. Нет, сомнений в том, что АЭС помогает в борьбе с изменением климата нет. За жизненный цикл АЭС выбрасывают очень мало CO2. Критерий для включения в Таксономию технологии электрогенерации – выбросы менее 100 г/кВт*ч. По данным отчета JRC, у АЭС выбросы CO2 в среднем 28 г/кВт*ч, что сопоставимо с выбросами гидро- и ветровых станций, и даже ниже, чем у солнечных панелей, у которых средний выброс около 85 г/кВт*ч (см стр. 40 из отчета [4]). Цифры разнятся в разных источниках (например, в отчете ICPP 2014 указываются средние показатели выбросов для АЭС в 12 г/кВт*ч, а для промышленной фотовольтаики в 48 г/кВт*ч) но порядок и соотношение примерно такие. При этом выбросы газовых и угольных станций составляют порядка 500 и 900 г/кВт*ч, соответственно. А средние удельные выбросы в электроэнергетике в Европе сейчас около 275 г/кВт*ч (ссылка, стр 6).
Почему у солнечных панелей углеродный след выше? Не копал глубоко, но на днях на глаза попалось как раз на эту тему любопытное расследование Bloomberg о производстве кремния в Китае. Китай контролирует 80% мировых поставок кремния для солнечных панелей, а 4 крупнейшие его фабрики расположены в полузакрытой провинции Синьцзян (Xinjiang) и дают 50% мирового производства. Репортеры Bloomberg выяснили, что эти фабрики используют дешевую но грязную угольную электроэнергию (40% затрат на производство кремния - электричество), и судя по всему еще и подневольный труд. Так что вопрос об экологическом следе этой технологии, так сильно завязанной на одну не самую прозрачную страну, не так прост.
5. Отдельно надо отметить, что АЭС на текущий момент обеспечивают около 30% всей низкоуглеродной энергии в мире, а в Европе – все 40%. Доля атомной энергетики в Европе (28 стран ЕС) – 26%, что больше, чем в любой неевропейской стране. При этом доля солнца+ветра в ЕС - 17%, а гидроэнергетики – всего 12% (данные на 2019 г из Eurostat Energy data, см стр. 28). И по основному сценарию развития энергетики в Европе (EUCO30, стр. 37 отчета), для достижения европейских климатических целей доля атома к 2050 году должна составлять около 22%. Но поддерживать его хотят не все.
6. Поводом для отказа во включении АЭС в Таксономию стали усилия стран, в которых сильны антиатомные настроения – Германии, Австрии и Италии. Они выразили опасения по поводу того, что проблема радиоактивных отходов и отработавшего ядерного топлива нарушает критерий DNSH. Поэтому то Еврокомиссия и поручила экспертам своего научного центра (Joint Research Centre) разобраться в вопросе и подготовить доклад на эту тему. Его то они и представили в конце марта (ссылка).
Отдельно хочется отметить, что это довольно круто, что внутри руководящего органа ЕС вообще есть такой научный центр, который помогает анализировать различные решения и предложения с научной точки зрения.
7. Эксперты представили 400-страничный отчет с обзором доступных научных исследований по всем аспектам атомной энергетики – от добычи урана, его обогащения и изготовления топлива, эксплуатации и вывод АЭС из эксплуатации, до вопроса обращения с отходами и ядерным топливом при разных сценариях топливного цикла, а также влияние на здоровье людей как в штатных условиях, так и в случае серьезных аварий. Отчет в итоге состоит из двух частей: сравнения экологических аспектов различных видов генерации, и отдельно из подробного анализа обращения с радиоактивными отходами.
8. Общие выводы такие. По удельным выбросам загрязняющих веществ за жизненный цикл, а кроме CO2 это и оксиды азота и серы, твердые частицы PM2.5 (ответственны за миллионы смертей в год по данным ВОЗ) и всякая канцерогенная органика типа бензола и формальдегидов, атомная энергетика сопоставима, а по ряду параметров и лучше ветровой и солнечной.
В плане образования химически-опасных отходов и загрязнения водоемов (закисление, сброс соединений азота и фосфора) АЭС гораздо чище ветровой и солнечной энергетики.
9. АЭС в меньшей степени влияют на экосистемы и биоразнообразие, чем солнечные и ветровые электростанции, т.к. требуют гораздо меньшего изменения земной поверхности. И речь не только о месте, занимаемом станциями сопоставимой мощности, но о всей цепочке добычи ресурсов и утилизации отходов.
Кстати, удельная потребность в добыче ресурсов для АЭС тоже гораздо меньше, чем для ветровой и солнечной энергетики. Все это следствия самой большой концентрации атомной энергии из всех существующих видов энергии. По крайней мере в сотни тысяч раз выше, чем химической.
10. Но как и у любой технологии, кроме плюсов у атома есть и минусы. В плане теплового загрязнения и потребления водных ресурсов атомная энергетика уступает фотовольтаике (солнечным панелям) и ветроэнергетике, и сопоставима с воздействием концентрационной тепловой солнечной энергетики (это когда тепло солнца собирается зеркалами), угольной и гидроэнергетики. Поэтому требуется подбор площадок, технологии (пруд-охладитель, прямоточное охлаждение, градирни и пр.) и внимание к этому аспекту, чтобы минимизировать его негативные эффекты. В этом плане наименьшее негативное воздействие получается при расположении АЭС на морском берегу, где их обычно и стараются размещать.
11. Что же касается радиоактивных отходов, то обзору практики и теории обращения с ними и их захоронения посвящена большая часть доклада и вердикт тут однозначный – да, это важная проблема, но существующие решения, как по поверхностному хранению низкоактивных отходов (частично об этом я писал отдельную статью), так и по подземному захоронению высокоактивных отходов в природных формациях (и об этом я писал отдельную статью, применительно к тому что делается в России), позволяют обращаться с ними безопасно и без вреда людям и окружающей среде.
Отмечено, что существует «широкий научно-технический консенсус» относительно возможности безопасного захоронения отходов. И отдельно подчеркнуто, что в Таксономии уже одобрены технологии подземного захоронения СO2, базирующиеся на тех же научных данных и похожих нормах регулирования, что и захоронение радиоактивных отходов.
12. Что касается радиационного воздействия на человека, то оно пренебрежимо мало. Дополнительное облучение, вызванное всем жизненным циклом АЭС, составляет не более 1/10000 от обычной дозы, получаемой людьми от природных источников. Это эквивалент употребления двух бананов в год. Один банан – это доза в 0,1 мкЗв за счет содержащегося в нем природного изотопа калий-40.
13. Но это все были в основном отдельные показатели воздействия по разным факторам или элементам окружающей среды. В чем-то АЭС лучше, в чем-то сопоставимы, а в чем-то хуже других видов генерации. При этом ни один из показателей для АЭС не является запретительным по критерию DNSH (Does not significantly harm). Но чтобы оценить суммарное негативное воздействие на здоровье человека разные виды генерации сравнивают по величине удельной преждевременной смертности или потерянных лет жизни на единицу выработанного электричества. И по этим показателям АЭС уступают только гидроэнергетике, сопоставимы с ветровой и превосходят солнечную генерацию. Ну и само собой, самые опасные в этом плане все виды сжигаемого топлива, особенно уголь, поскольку его выбросы реально убивают миллионы людей каждый год. Не говоря уже о их влиянии на климат.
14. Что касается аварий и серьезных инцидентов. Тут есть два показателя. Первый – это максимальное число жертв при крупной аварии. Для АЭС оно сопоставимо с гидроэнергетикой или крупными авариями в нефтяной индустрии и оценивается в 30000 человек в случае крупной аварии. Причем, если для гидроэнергетики это исторические цифры реальных аварий (см. дамба Баньцяо, Китай, 1975 г.), то для АЭС это величина расчетная, поскольку суммарное число жертв крупнейших аварий на АЭС - Чернобыля и Фукусимы, по оценкам ВОЗ, порядка 5000 человек [6,7].
Авторы отчета подчеркивают, что для общественного восприятия куда страшнее редкие (в случае АЭС – очень редкие) но серьезные аварии, чем частые, но менее фатальные события. Однако статистика показывает, что же на самом деле больше убивает. В этом смысле важнее второй показатель.
15. Второй показатель – это удельная смертность от аварий на единицу произведенного электричества (fatality rate – см. картинку выше). По этому показателю АЭС второго поколения, составляющих основу текущего парка АЭС, лучше любого сжигаемого топлива и гидроэнергетики, сопоставимы с ветрогенерацией, и уступают лишь солнечной генерации. АЭС третьего поколения, которые строятся последние 10 лет и спроектированы с учетом опыта крупных аварий как раз с особым вниманием к локализации их последствий, превосходят по этому показателю все виды генерации.
Т.е. это означает, что даже с учетом жертв Чернобыля и Фукусимы, удельная смертность от атомной энергетики сопоставима с включенными в Таксономию ветровой и солнечной генерацией и гораздо меньше, чем у станций на ископаемом топливе.
Более того, даже безаварийное сжигание ископаемых топлив приводит к тому, что ежегодно только в Европе 400 тыс. человек умирают из-за загрязнения воздуха. АЭС же за счет сокращения выбросов за всю историю «спасли» около 1,8 млн человек [8] – т.е. куда больше, чем ветряки и солнце.
16. Отдельно поясню, что отчет касается именно экологических аспектов и не касается экономики. Задача отчета – дать экспертам Еврокомиссии рекомендации и критерии для включения или невключения отдельных аспектов атомной энергетики в механизмы поддержки Таксономии. Будут ли потом этой поддержкой пользоваться частные или государственные инвесторы – это дело инвесторов. Тем не менее, в части сравнения с другими видами генерации есть в отчете и экономический показатель LCOE, т.е. усредненной по пожизненному циклу показатель себестоимости электроэнергии.
Так вот, себестоимость атомного электричества существующих АЭС в Европе к 2030-му году будет самая низкая в сравнении с любыми другими видами генерации, а если говорить о новых энергоблоках, то она будет немного дороже солнечных и ветровых, но вполне конкурентоспособна и сопоставима с газовыми станциями.
17. Общие выводы отчета – атомная энергетика отлично помогает смягчать последствия изменения климата, при этом не выявлено никаких научно-обоснованных доказательств, что она наносит больший ущерб здоровью людей или окружающей среде, чем другие виды генерации электроэнергии, уже включенные в Таксономию.
18. Что дальше? Теперь этот отчет будут еще 2 месяца изучать в двух других экспертных группах Еврокомиссии (по радиационной защите и по здоровью). В итоге Таксономию должны быть внесены поправки, расширяющие список включенных в нее технологий, к которым были вопросы ранее. Кроме атома идут споры и по природному газу, как переходному топливу от угля, и по некоторым технологиям в сельском хозяйстве, биоэнергии и т.д. Вопрос о включении или невключении в Таксономию атомной энергии остается открытым. Хотя что тут может быть непонятно после такого отчета...
19. Реакция. Европейский Гринпис уже ожидаемо заявил [9], что эксперты, написавшие отчет, связаны с атомной отраслью и необъективны, а Еврокомиссии надо прислушаться к мнению общественности. Атомная отрасль, конечно, отнеслась к отчету очень позитивно, и представители разных атомных ассоциаций и организаций предлагают не затягивать с включением атомной энергетики в Таксономию. Высказываются даже мнения, что после такого отчета хорошо бы и Германии пересмотреть свое отношение к атому.
20. Примерно в то же время, в конце марта, лидеры 7 европейских стран – Франции, Чехии, Венгрии, Польши, Румынии, Словакии и Словении, отправили в Еврокомиссию коллективное письмо [10] с призывом включить атомную энергетику в Таксономию и перестать ее дискредитировать и притеснять. Аргументы политиков более приземленные, типа она не только помогает в борьбе с климатическими изменениями и сокращении выбросов, но и важна для экономики, что логично, т.к. все эти страны либо имеют развитую атомную энергетику, либо планируют ее развивать.
21. Кроме того, в конце марта в Еврокомиссию направили открытое письмо и 46 некоммерческих организаций из 18 стран (в т.ч. из Германии, Австрии и Италии, правительства которых отказываются или отказались от атома) с тем же призывом - принять усилия по поддержке всех низкоуглеродных источников, помогающих бороться с изменениями климата, включая атомную энергетику, которая уже много лет вносит в эту борьбу самый большой вклад. Собственно, это тоже голос общественности, к которому призывает прислушаться Гринпис. Ссылка на письмо - [12].
22. А на днях еще и в Германии аудит их счетной палаты показал [11], что их энергопереход и отказ от атома не так однозначно хорош (дорог и небезопасен), как могло показаться раньше.
23. Короче, весьма увлекательно следить за Европой, в которой вопрос атомной энергетики стоит так вот остро и неоднозначно и вокруг которого ломается так много копий. Хочется, конечно, надеяться, что в итоге решения будут приниматься на основании научных исследований и прозрачного анализа, а не из популистских и политических соображений. Какими бы в итоге эти решения не были. Споры спорами, но климат, окружающая среда и умирающие от загрязнений люди ждать не будут.
PS: Подписывайтесь на мой youtube-канал об атомной энергетике и ядерных технологиях.
Список источников:
1. Лекция об изменении климата Алексея Екайкина
4. Собственно тот самый отчет JRS
6. ВОЗ о количестве жертв Чернобыля
7. Моя статья о последствий аварии на АЭС Фукусима, в т.ч. количество жертв.
8. Оценка числа спасенных жизней благодаря АЭС - Prevented Mortality and Greenhouse Gas Emissions from Historical and Projected Nuclear Power Pushker A. Kharecha* and James E. Hansen
9. Заявление Гринпис по поводу отчета и его критика.
10. Письмо лидеров 7 стран в главе ЕС в поддержку атомной энергетики.
11. Критика Энергоперехода Германии по результатам правительственного аудита.
12. Письмо главе Еврокомиссии от 46 НКО со всего мира в поддержку атома и включения его в Таксономию.
PPS: статья изначально написала мной для блога компании ITSOFT на Хабре. Ссылка на первоисточник.
Метки: атом экология аэс это интересно |
35 лет аварии на ЧАЭС, новые АЭС в России и закрытие АЭС в США. Новый ролик на канале. |
Метки: ЧП атом экология видео |
10 лет аварии на АЭС Фукусима. Последствия и итоги |
Метки: научпоп атом экология техника это интересно |
Издержки немецкого энергоперехода |
Метки: новости атом экология |
Эвакуация школы в США из-за радиоактивной тарелки |
Метки: ЧП новости атом юмор курьезы уран |
Небольшой рекорд российских АЭС |
Метки: новости атом техника аэс это интересно |
Мифы о радиации |
Метки: научпоп атом видео |
Уильям Перри. Мой путь по краю ядерной бездны. |
Метки: гражданское общество атом книжки |
Подземное захоронение жидких радиоактивных отходов |
Метки: научпоп атом экология техника |
Без заголовка |
Метки: гражданское общество атом книжки личное |
Робопес Boston Dynamics внутри нового саркофага ЧАЭС |
Метки: атом экология видео |
Где хранят и перерабатывают радиоактивные отходы Москвы |
Метки: научпоп атом экология техника |
Как ядерное топливо путешествует по городам России |
Метки: атом экология e1 Екб это интересно |
Ядерное наследие первенца атомной энергетики СССР |
Метки: атом экология баэс техника |
Завершение темы урановых хвостов. Использование ОГФУ и выводы по всей теме. |
Метки: ОГФУ атом экология уран |
Ввоз немецких урановых хвостов в Россию. Интервью с Александром Никитиным |
Метки: ОГФУ атом экология уран |
Вопросы безопасности, связанные с ввозом урановых хвостов из Европы в Россию. Часть 2. |
Метки: атом экология техника уран |
Вопросы безопасности, связанные с ввозом урановых хвостов из Европы в Россию. Часть 1. |
Метки: атом экология уран |
Атомный день ВМФ |
Метки: атом фото личное |
Stand Up For Nuclear 2020 |
Метки: гражданское общество атом экология это интересно |
Моя лекция с разбором мифов и правды о Чернобыле |
Метки: научпоп атом экология аэс лекции лекция |