Перспективы нашей ядерной энергетики

Электроэнергия в Украине вырабатывается из трёх основных источников на тепловых, гидро- и атомных электростанциях. Генерация из возобновляемых источников энергии также есть, но его доля сейчас, к сожалению, невелика и вклад в энергосистему составляет около 0,8%.

До 2014 года в нашей стране было 103 энергоблока тепловых электростанций. Сейчас ТЭС переживают не лучшие времена: ориентированные ранее на донецкий антрацит, они сейчас работают на привозном угле из ЮАР и США, а шесть станций вообще находятся на временно оккупированных территориях. Эти факторы привели к большому удорожанию электроэнергии, выработанной на ТЭС — до 2,50 грн/кВт.

В Украине четыре действующие атомные электростанции: Запорожская, Южноукраинская, Ровенская и Хмельницкая, объединённые в предприятие «Энергоатом». Они вырабатывают до 60% всей электроэнергии страны, стоимость 1 кВт электроэнергии при этом составляет всего 0,48 грн (у солнечных электростанций — 1,30 грн, у ГЭС — 0,70 грн). Эта цена смешивается на оптовом рынке электроэнергии и НКРЭ устанавливает цену за киловатт для облэнерго, а те, в свою очередь — розничную цену для конечного потребителя.

На всех украинских АЭС в эксплуатации находятся реакторы типа ВВЭР: 13 энергоблоков ВВЭР-1000 и 2 блока ВВЭР-440, вырабатывающие 55,7% всей электроэнергии Украины.

У нас нет крупных месторождений нефти, но есть залежи урана, и по этому показателю Украина занимает первое место в Европе и десятое — в мире (2% мировых разведанных запасов). Их хватит для обеспечения работы наших АЭС минимум на 70 лет. Добыча ведётся на трёх крупных шахтах: Ингульской, Смолинской и Новоконстантиновской. Кроме того, на территории нашей страны в Вольногорске Днепропетровской области находится Малышевское месторождение редкоземельных металлов, способное покрыть все наши потребности в цирконии для оболочек топливных сборок.

Существующий сейчас объём добычи урана в Украине — около 1000 тонн в год — обеспечивает потребности нашей ядерной энергетики приблизительно на 40%, при общей потребности в 2200–2400 тонн. Остальное приходится импортировать, и в этом случае освоение разведанных месторождений и поиск новых может снизить нашу зависимость от импорта.

Добытая руда поступает на Восточный горно-обогатительный комбинат в городе Жёлтые Воды, где дробится и размалывается в порошок, происходит первичная механическая очистка сырья и выделение уранового концентрата в виде оксида урана U₃O₈. Далее концентрат поступает в Российскую Федерацию на Ангарский электролизный химический комбинат для обогащения.

Пока что такой выбор обусловлен спецификой ещё советского производственного цикла, однако обогатить уран до состояния, пригодного для использования в качестве ядерного топлива, могут, кроме российской корпорации ТВЭЛ, также французская Areva и англо-голландско-немецкая URENCO.

Для чего нужно обогащение и почему нельзя изготовить топливо тут же?

Свежедобытый природный уран в абсолютной своей массе (на 99,2745%) состоит из изотопа U-238, который не подходит для использования в наших реакторах. Для них нужен другой изотоп — U-235, которого в природном уране всего-то 0,72%. Соответственно, эту концентрацию нужно повысить хотя бы до 2–5%. Это непростая задача, так как изотопы по химическим свойствам абсолютно одинаковы и совсем чуть-чуть отличаются по физическим.

На современных предприятиях используют эти небольшие отличия, так как уран-238 и уран-235 немного отличаются по массе. Концентрат урана U₃O₈ переводят в газообразное состояние (гексафторид урана UF₆) и разделяют в газовых центрифугах. Обогащённый на них уран переводят обратно из газообразного в твёрдое состояние (диоксид урана UO₂), порошок которого спекают в таблетки ядерного топлива, из которых, в свою очередь, набирают тепловыделяющие сборки. Общая продолжительность такого технологического цикла — 12 месяцев.

Главная особенность первых трёх стадий ядерного топливного цикла, до этапа изготовления сборок — взаимозаменяемость продукции разных изготовителей.

На сегодня в мире две компании обладают собственными технологиями изготовления ядерного топлива для реакторов ВВЭР-1000: корпорация «Росатом» (РФ) и компания Westinghouse Electric (США). Последняя контролируется корпорацией Toshiba, также 10% акций принадлежат казахской «Казатомпром».

Сотрудничество с компанией Westinghouse Electric началось в 2000 году. Для входа на наш рынок в Швеции был построен завод, на котором собирают топливные элементы (шестигранного сечения под реактор ВВЭР-1000, так как зарубежные реакторы PWR имеют сборки квадратного сечения) и поставляют к нам.

В 2005 году Южноукраинская АЭС получила первые шесть топливных сборок от Westinghouse с американским ураном. Эти сборки поработали в активной зоне блока №3 несколько лет, после их извлечения и осмотра было одобрено их дальнейшее использование. После этого в 2010-м была получена новая партия — 42 топливные сборки, и их эксплуатация на третьем блоке продолжилась. В 2016 году топливные сборки от Westinghouse использовались на трёх энергоблоках, а в 2017-м — уже на шести. Программа максимум для нашей страны — построить завод ядерного топлива в Украине. Задел для этого уже есть, отдельные комплектующие тепловыделяющих сборок уже производятся на мощностях предприятия ОП «Атомэнергомаш» в городе Энергодар.

Топливные сборки от Westinghouse имеют более равномерное энерговыделение по всей высоте сборки, что позволяет реже производить их замену.

Вообще же, тепловыделяющие сборки заменяются, в зависимости от первоначального обогащения и степени выгорания, раз в один-четыре года.

На первом блоке Южноукраинской АЭС всё ещё используется российское топливо, а на втором и третьем — применяется смешанная активная зона с топливом из России и Westinghouse. Уже поставлено пять комплектов топливных сборок на третий, четвёртый и пятый энергоблоки Запорожской АЭС. По договорённости с компанией Westinghouse в случае форс-мажора топливо может быть поставлено на все 15 блоков. В настоящее время топливом из Швеции обеспечивают 40% украинских энергоблоков, и в самом ближайшем будущем эта цифра вырастет до 55%, что означает загрузку 8 энергоблоков. Ещё планируют поставки топлива и на реакторы ВВЭР-440 для Ровенской АЭС.

Кроме этого, компания Westinghouse Electric в Украине также вовлечена в ещё несколько проектов.

Первый — повышение безопасности ядерных реакторов, по результатам которого наши реакторы будут модернизированы до современного уровня. Этот проект финансируется Европейским банком реконструкции и развития, его общий бюджет — 1,3 млрд долларов.

Второй — увеличение мощности реакторов и их эффективности, изучение поведения топлива в реакторах с повышенной мощностью и эффективностью. Пилотный реактор этой программы — третий энергоблок Южноукраинской АЭС.

И третий — строительство энергомоста в Евросоюз для экспорта электроэнергии, первый шаг на пути стратегической синхронизации украинской и европейской энергосистем. Для этого планируют восстановить работу существующей ЛЭП-750кВ Хмельницкая АЭС – Жешув (Польша), присоединить энергоблок №2 к Бурштынскому энергоузлу (Бурштынская ТЭС и Калушская ТЭС) и далее по ещё одной ЛЭП-750 кВ в городе Альбертирша (Венгрия).

Все эти проекты предусматривают значительные инвестиции американской стороны, а также участие украинских компаний, что создаст новые рабочие места.

Ещё в конце 1980-х на Хмельницкой АЭС было начато строительство третьего и четвёртого энергоблоков. Третий достроен на 73%, до отметки 58 метров (то есть стены его готовы, подведены ж/д пути, осталось монтировать полярный кран и с его помощью устанавливать реакторное оборудование), четвёртый блок готов на 28%. В настоящее время ведутся переговоры с чешской стороной о достройке третьего энергоблока с использованием реакторной установки ВВЭР-1000, но производства компании Skoda, аналогичной установке на чешской АЭС Темелин.

Значительную часть оборудования энергоблока будут производить наши предприятия, в частности, харьковский «Турбоатом». Непосредственно котёл реактора нам изготовить не под силу, но остальное оборудование: трансформаторы, турбины, генераторы, парогенераторы — вполне. Будут по максимуму использованы уже возведённые конструкции и перекрытия, естественно, после тщательного обследования и восстановления, так как они стояли недостроенными почти 15 лет.

Предусматривается, что для финансирования достройки третьего и четвёртого энергоблоков Хмельницкой АЭС будут привлечены средства, вырученные от долгосрочного экспорта по созданному энергомосту электроэнергии, выработанной на втором энергоблоке. Экспорт электроэнергии в рамках этого проекта планируют начать с 2019 года.

После достройки двух блоков объединённая энергосистема Украины получит дополнительную генерацию электроэнергии на уровне 15 млрд кВт-ч в год. Также имеются планы по строительству нового четвёртого энергоблока на промплощадке Южноукраинской АЭС, выбор типа реактора сейчас обсуждается.

Таким образом, у нас есть все шансы перейти на максимальное использование ядерной энергии, являющейся самой дешёвой и не дающей выбросов парниковых газов в атмосферу, перестав зависеть от поставок углеводородов от беспокойных соседей.

Эта рубрика — авторский блог. Редакция может иметь другое мнение.