Введение
Обеспечение человечества энергией является одной из главных проблем, решение которой определяет его устойчивое развитие. Обеспечение человечества электрической энергией – основа его динамичного развития, позволяющего достигать высоких стандартов жизни, экономической стабильности, чистоты окружающей среды. Сегодня почти 1,7 миллиарда человек не имеет доступа к электроэнергии, и прогнозное значение показателя количества людей, которые не получат доступа к электроэнергии до 2030 года, остается для ряда регионов мира высоким.
В интересах развития человечества требуется своевременная разработка экономически, экологически и технологически приемлемой структуры энергопроизводства как отдельных стран, так и мирового хозяйства в целом. Доминирующее положение в структуре производства электроэнергии в мире занимает уголь (около 40%), газ (около 20%) и нефть (около 10%). На атомную энергетику стабильно приходится около 17% и это очень внушительный объем. При этом общая установленная мощность источников генерирования электроэнергии в мире, по прогнозам, увеличится с 3 615 ГВт в 2005 году до 5 495 ГВт в 2025 году при среднем годовом росте 2,1%.
По своим экономическим показателям современные атомные станции успешно конкурируют на рынке электроэнергии. Например, по результатам 2005 года атомная электроэнергия оказалась самой дешевой в таких странах, как США, Россия и Украина. Немаловажным является то, что себестоимость производства энергии на атомных станциях слабо зависит от цен на углеводородное топливо. Это является весомым стабилизирующим фактором в энергетике при возможных колебаниях цен на рынке энергоносителей. Именно экономические факторы являются определяющими необходимость развития атомной энергетики Украины, учитывая большую протяженность доставки энергии или энергоносителей от места их производства до места потребления, что дает сегодня относительно большую топливную составляющую в себестоимости производства энергии.
Важнейшее преимущество развития атомной энергетики для Украины состоит в том, что топливо для атомных электростанций стоит значительно дешевле, чем нефть, газ и даже уголь. И, главное, оно добывается в Украине. Второе важнейшее преимущество связано с тем, что в процессе работы атомных станций не производится парниковых газов, это чрезвычайно важно для экологии. Что касается недостатков, то с экономической точки зрения, атомные станции достаточно капиталоемки – гораздо больше, чем обычные. Кроме того, атомная энергетика требует крайне высокого уровня безопасности, собственно, поэтому атомные станции и стоят так дорого. Также весьма актуальна проблема радиоактивных отходов.
Перспективы атомной энергетики
За 50 лет развития ядерная энергетика прошла путь становления от первых опытных установок до развитой промышленности. В процессе ее трансформации стало очевидным, что сложность ядерных технологий требует значительных усилий и средств для их разработки и внедрения. Это обусловлено как сложностью процессов в ядерных установках, так и повышенной по сравнению с другими энергетическими системами опасностью технологий ядерного производства.
Обеспечение ядерной безопасности при использовании ядерных технологий требует соответствующего уровня культуры общества. Это требование относится и к разработчикам, и к пользователям, и к системе управления, контроля и регулирования ядерного производства, и к уровню образованности общества в целом. К этим требованиям добавляется также особое внимание международного сообщества к опасности несанкционированного распространения ядерных материалов и технологий с целью производства ядерного оружия.
В связи с отмеченными выше обстоятельствами, а также более высоким риском инвестиций коммерческие структуры участвуют в развитии новых ядерных технологий с большей осторожностью, чем в неядерной сфере. Если смотреть на вещи реально, то в Украине именно государственные структуры должны взять на себя ответственность за своевременную разработку и внедрение инноваций в эту сферу энергетического производства.
Условно можно представить следующие этапы развития ядерных технологий в XXI веке. Ближний (10-20 лет): эволюционное развитие реакторов и технологий топливного цикла, разработка и опытная эксплуатация улучшенных и инновационных технологий реакторов и топливного цикла. Период активного роста ядерной энергетики (до середины столетия): расширение масштабов в 4-5 раз, освоение инновационных технологий реакторов и топливного цикла. Период устойчивого развития крупномасштабной ядерной энергетики (вторая половина столетия): развертывание инновационных ядерных технологий, многокомпонентная ядерная энергетика, атомно-водородная энергетика.
Начало ХХI века – это «ренессанс атомной энергетики», имеющий место в США, Франции, Финляндии и ряде других стран (Китай, Индия), где приняты решения о сооружении новых атомных энергоблоков или уже сооружаются новые атомные генерирующие мощности. Стимулом для этого роста явились растущие цены на углеводородное топливо, проблемы энергетической безопасности, глобального потепления, а также улучшение показателей эффективности работы существующих АЭС.
В 2005 году 20 стран получали около 20% электроэнергии от АЭС. Самым большим парком АЭС в мире обладают США, где работают 104 атомных энергоблока. За ними следуют Франция (59 энергоблоков), Япония (55 энергоблока) и Россия (31 энергоблок). Украина занимает 8-ое место в мире по объему производимой на АЭС электроэнергии. Потенциал развития этой отрасли огромен, нужно лишь определиться, какой вариант развития атомной энергетики целесообразно выбрать нашей стране.
Зарубежный опыт
Если говорить обо всем мире, то тут ситуация с развитием атомной энергетики неоднозначная. В США, к примеру, уже более 20-ти лет не было заказов на атомные станции. Другие страны Запада при временной стабилизации топливного рынка снижали активность, а то и вовсе сворачивали свои ядерные программы. Правда сейчас ситуация изменилась – в связи с энергетическим кризисом в Калифорнии, в Америке начинают возвращаться к обсуждению вопроса о строительстве станций.
В Азии же наоборот – Япония давно усиленно развивает атомную энергетику, 40% электричества в этой стране производится на АЭС. Там планируют развиваться в этой области и дальше (правда, не имея своего топлива). В Китае, Индии, Корее также большие атомные программы. То есть получается, что на Западе ядерная энергетика сегодня развивается медленее, а на Востоке она развивается усиленно. С Россией ситуация особенная. Страна богата углеводородным топливом, но в России большие расстояния, и много средств уходит на его доставку к месту потребления. По этой причине России выгодно развивать атомную энергетику, а газ и нефть продавать.
Важность анализа национальных моделей атомной отрасли определяется их доминирующим влиянием на конкурентоспособность и стратегию деятельности компаний-поставщиков на мировом рынке сооружения АЭС. Согласно теории патриарха конкурентоспособности М.Портера, именно рамочные условия политической, институциональной и социальной сферы, а также макроэкономического базиса создают возможность для компаний повышать свою конкурентоспособность и способствовать процветанию нации в целом.
Конкурентоспособность страны определяется производительностью ее экономики, измеряемой стоимостью произведенных товаров и услуг на единицу ресурсов нации: человеческих, капитальных, природных. Но блага производятся, фактически, на микроэкономическом уровне компаний, и производительность страны, в конечном итоге, измеряется производительностью ее компаний. К настоящему моменту в мире имеется две принципиально различающиеся национальные модели атомной отрасли, которые определяют ее структуру:
централизованно-государственная модель и модель конкурентной среды.
В первом варианте атомная энергетика находится в монопольном ведении государственной компании. Производство, передача и распределение электроэнергии осуществляется практически одной энергетической компанией (например, вертикально интегрированные трехуровневые энергетические компании EdF во Франции, ENEL в Италии). При этом, в смежных отраслях, включая проектирование и энергетическое машиностроение, также работают компании, прямо или косвенно контролируемые государством.
Во втором варианте на энергетическом рынке страны присутствуют сотни энергетических компаний различной формы собственности: государственной, общественной, частной, смешанной (например, в США, Германии, Финляндии). В смежных отраслях компании также работают на конкурентном рынке. Для определения, какая из этих двух моделей более приемлема для Украины, рассмотрим их подробнее на примерах Франции и США.
Франция
Можно выделить следующие сильные стороны централизованно-государственной модели атомной отрасли Франции
1. Государственный монополизм в атомной отрасли позволил стране снять с себя бремя энергетической зависимости и развить собственные высокотехнологичные отрасли, необходимые в цепочке создания ценности для атомной энергетики: от добычи урана и изготовления топлива, до проектирования и изготовления оборудования и разработки технологий для сооружения АЭС.
2. В последние десятилетия получил развитие процесс сосредоточения во Франции только «мозгового центра» по производству технологий для АЭС, а само изготовление, особенно не самое экологически чистое производство крупногабаритных изделий, переносится за пределы страны (в другие европейские страны – Чехию, Финляндию, а также Японию). При этом во Франции сохраняется только изготовление уникальных и самых дорогостоящих изделий системы управления АЭС, автоматики и электроники.
3. Французская энергетическая политика базировалась на четких экономических оценках атомных технологий, а не на развитии «любой ценой». Главным критерием оценки атомной программы Франции являлись и являются требования мирового рынка. Например, к концу 1960-х годов на фоне мирового развития атомной индустрии стало очевидно, что французские проекты реакторов не могут конкурировать с легководными реакторами США. Дальнейшее развитие неконкурентоспособных реакторов привело бы к технологической изоляции Франции и полной потере экспортных рынков ядерных технологий. В этих условиях в 1969 году во Франции было принято решение строить легководные реакторы типа PWR по лицензии США и реструктуризировать национальную атомную отрасль для повышения ее конкурентоспособности. Решение о пересмотре технической политики атомной энергетики Франции было принято на основании экономических оценок: использование американской лицензии оказалось дешевле, чем освоение промышленных АЭС мощностью порядка 1000 МВт на базе отечественных газо-графитовых реакторов. Это решение расценивается как революционный поворот в атомной энергетической политике Франции.
4. В атомной энергетике затраты на разработку новых проектов очень значительны, и инвестиции частного капитала не могут их покрыть. В связи с этим, на этапе разработки пилотных проектов АЭС во Франции имеет место целевое государственное покрытие издержек.
5. В атомной отрасли Франции происходит расширение применения рыночных рычагов. Поскольку статус госкомпании накладывал серьезные ограничения на проведение операций компании за рубежом, осенью 2005 года EdF провела свое первое IPO, разместив 15% своих акций на сумму 8 миллиардов евро. Самой EdF досталось 7 миллиардов евро, а 1 миллиард евро от продажи акций работникам EdF получило правительство Франции. До этого 100% акций компании принадлежало французскому правительству. Часть вырученных средств энергетическая компания планирует направить на погашение собственного долга, часть – на развитие энергомощностей во Франции и покупку активов за рубежом.
Как показывает опыт Франции, разумный баланс государственной поддержки и конкурентоспособность собственно атомных технологий – основа устойчивого развития атомной отрасли Франции.
США
Атомная отрасль США имеет следующие особенности развития:
1. Системообразующая монопольная роль государства в определении направления развития атомной энергетики отсутствует. Повышение эффективности деятельности атомных энергоблоков осуществляется отдельными участниками энергорынка, не регулируемое напрямую государственной энергетической политикой.
2. Дерегулирование энергетического сектора привело к появлению у инвесторов значительных финансовых рисков при реализации проектов сооружения новых генерирующих мощностей. Энергетические компании более не могут финансировать капиталоинтенсивные проекты сооружения АЭС на базе собственных возможностей своего акционерного капитала. Современные проекты сооружения АЭС должны иметь привлекательность для инвесторов наравне с альтернативными проектами. Это стимулирует компании-поставщиков проектов сооружения АЭС сокращать сроки сооружения и снижать удельные затраты по проекту.
Сопоставление моделей и структур атомной отрасли Франции и США демонстрирует, что развитие атомной отрасли может проходить по принципиально разным схемам. Выбор между ними осуществляется на основании особенностей исторического развития стран, их географической специфики и технико-экономического потенциала. В целом на базе анализа этих моделей можно сделать следующие выводы:
1.Уменьшение государственного регулирования электроэнергетических отраслей препятствует развертыванию новых мощностей в атомной энергетике, требующей больших капитальных вложений, даже при относительно низких эксплуатационных затратах АЭС.
2. Волна слияний и расширение своей деятельности за рубежом, проанализированных на примере энергетических компаний Франции и США, приводит к перестройке атомной энергетики в мировые горизонтально управляемые структуры, имеющие диверсифицированное экономико-географическое положение.
Цель таких транснациональных структур – укрепить экономическое положение своих национальных энергетических систем, а также получить дополнительные источники для инвестирования в собственное развитие. Нарастающая глобализация экономических процессов на рубеже веков затронула и атомную отрасль, и привела к созданию транснациональных ядерно-энергетических корпораций.
Полагаю, что французская модель для Украины однозначно является более приемлемой по следующим причинам: в нашей стране есть возможность создания единой технологической цепочки; на относительно высоком уровне находятся научные изыскания в сфере ядерной энергетики и энергетическое машиностроение, что позволяет производить необходимое оборудование; отечественный частный капитал явно недостаточен для финансирования проектов атомной энергетики, что влечет необходимость финансирование из государственного бюджета (или за счет привлеченных под государственные гарантии международных кредитов); страна не может себе позволить отсутствие сильного государственного контроля за развитием атомной энергетики.
Технологические этапы развития атомной энергетики
Первый этап развития атомной энергетики еще не завершен. Его отличительной особенностью является использование атомных технологий, созданных в процессе разработки атомного оружия. Основой атомной энергетики были тепловые реакторы, обеспеченные ограниченным количеством дешевого топлива.
В США (17% от общей выработки электроэнергии производятся на АЭС) намерены к 2020 г. вывести из эксплуатации по завершению лицензионного ресурса 41% АЭС. В то же время намечается процесс обновления технологий АЭС и соответствующего продления лицензионного срока.
Пока планы существенного сокращения установленных мощностей АЭС в США как ведущего производителя искажают картину перспектив развития мировой атомной энергетики. Во Франции (75% от ОВЭ) вводились в эксплуатацию АЭС и в 90-х годах, что предопределяет использование современных атомных технологий. Поэтому при большой заинтересованности сохранения эффективного энергетического потенциала во Франции следует ожидать развития работ по реконструкции атомных технологий и продлению лицензионного срока эксплуатации АЭС. В Швейцарии (40% от ОВЭ) намерены несколько увеличить мощность за счет обновления АЭС, если общественное мнение по достоинству оценит экологическую чистоту атомной энергетики и референдум подтвердит право на ее существование. Япония (36% от ОВЭ) намерена сохранить пропорции АЭС за счет замены ресурсных реакторов новыми, развивая исследования в области перспективных атомных технологий.
Таким образом, если отбросить политические наслоения, то можно считать, что первый этап развития атомной энергетики обеспечил создание высокоэффективной энергетической технологии, открывшей человечеству перспективу энергетической независимости при сохранении гармонии биосферы.
Второй этап развития атомной энергетики базируется на опыте разработки и эксплуатации АЭС первого этапа и создании специализированных топливо энергетических циклов. Основой энергетики становится реактор на быстрых нейтронах с малым коэффициентом размножения и свинцовым теплоносителем. Это позволят не только снизить стоимость реактора, но и существенно его упростить с достижением требуемой инженерной безопасности и экономических показателей. При этом полностью решается проблема топлива для реакторов деления. Намечается разработка равновесного радиационного цикла использования ядерного топлива, когда захоронение отходов в месте добычи не повышает ранее существовавший радиационный фон. Таким образом, предлагается решить проблему радиационного баланса планеты.
Реакторы на быстрых нейтронах (быстрые реакторы) – это особый и очень важный вопрос. Существующие ныне реакторы РБМК и ВВР, работающие на тепловых нейтронах (тепловые реакторы), работают на уране 235, которого в природном уране всего 0,7%, а это очень мало. Поэтому можно сказать, что топливо используется крайне нерационально. Но это означает еще и то, что для такого использования пригодны только очень богатые месторождения, с высокой концентрацией урана. Подобных месторождений не так уж и много по сравнению с общими запасами урана на Земле, которые просто огромны. Но это преимущественно бедные месторождения.
Известно, что если развитие атомной энергетики будет идти только на основе используемых ныне тепловых реакторов, до конца нынешнего века богатые месторождения будут использованы. Но еще Э.Ферми показал, что если перейти к использованию реакторов на быстрых нейтронах, то можно добиться полного сжигания урана, переводя его в плутоний.
Такие реакторы были созданы и в СССР, и в США. Правда, у американцев эта программа пошла неудачно, после нескольких аварий разработки были свернуты. Во многом по той причине, что быстрый реактор требует замкнутого топливного цикла. То есть, когда топливо отработало в реакторе, его выгружают и радио-химическим путем получают из него плутоний, который также используется как топливо. Именно этот путь развития атомной энергетики является оптимальным для Украины.
Главная проблема в том, что быстрые реакторы пока что дороги – гораздо дороже тепловых. Логика такова: пока есть еще богатые месторождения урана, зачем вкладываться в дорогостоящие быстрые реакторы, если можно строить более дешевые тепловые. Во-первых, нужно уменьшить стоимость реакторов. В частности, в современных быстрых реакторах для их охлаждения используется жидкий натрий – сильно химически активный элемент. И в случае аварии, при контакте натрия с водой или с воздухом, возможно его возгорание или даже взрыв. Это серьезная опасность, и ее необходимо исключить.
Особенности конструкции быстрых реакторов, направленные на устранение подобного вида опасностей, делают их достаточно дорогими. Для того же, чтобы сделать реактор более дешевым, необходимо улучшить его техническую концепцию. Кроме того, быстрый реактор обладает важной особенностью – в нем можно сжигать наиболее опасные из радиоактивных отходов. В результате резко упрощается важнейшая проблема, вплоть до того, что по радиотоксичности захораниваемые отходы не превышают той радиоактивности, которую мы извлекаем из земли с добываемым ураном. То есть, это означает, что какую радиоактивность мы взяли из земли, такую туда и вернули.
Атомно-водородная энергетика является едва ли не самым перспективным направлением развития ядерных технологий. Изучение путей экологически чистого обеспечения развивающегося общества энергией показывает, что кардинальное решение этой глобальной проблемы необходимо связывать с разработкой и осуществлением концепции атомно-водородной энергетики, предусматривающей крупномасштабное производство с помощью реакторов не только электроэнергии и тепла, но и водорода.
При производстве и использовании водорода практически отсутствуют вредные выбросы в атмосферу. Атомно-водородная концепция предусматривает расширение использования ядерной энергетики для энергоемких отраслей химической, металлургической, строительной, топливной промышленности, а также в централизованном теплоснабжении распределенных потребителей с использованием хемотермической передачи энергии. Такая энергетика сохранит нефть и газ для неэнергетических производств и обезопасит атмосферу от вредных выбросов продуктов сгорания.
Пути развития атомной энергетики в Украине
Вряд ли подлежит обсуждению целесообразность создания в Украине замкнутого ядерного цикла, несмотря на различные заявления нынешних руководителей страны. Существуют два проекта по объединению украинских атомных активов. Первый проект предусматривает объединение предприятий, производящих сырье для атомной промышленности. Минтопэнерго утвердило своим приказом «План мероприятий по обеспечению энергетической безопасности Украины».
В плане предлагается до 1 октября 2006 года создать концерн «Укратомпром». В состав компании должны войти Восточный горнообогатительный комбинат, государственные предприятия «Цирконий», «Смолы», Приднепровский завод цветных металлов, Приднепровский гидрометаллургический завод и Приднепровский химический завод. Все эти компании производят сырье для атомной промышленности (уран, цирконий, гафний, ионообменные смолы, платину, золото). Кстати, все они по итогам 2005 года работали с убытком. Объединение производителей сырья позволит решить несколько проблем.
Прежде всего, будут найдены общие для этих предприятий формы кооперации. Кроме того, объединение позволит финансово оздоровить эти компании, снизив их издержки и найдя общего инвестора. Напомню, что ранее французская компания Areva заявляла о намерении инвестировать серьезные средства в украинскую корпорацию, производящую сырье для атомной промышленности, на условиях предоставления части производимого сырья.
Кроме создания отдельной корпорации по производству сырья первый сценарий предполагает расширение возможностей «Энергоатома» за счет строительства хранилища отработанного ядерного топлива сухого типа. Украине нужно иметь собственный ядерный цикл. В противном случае, если мы не построим хранилища отработанного ядерного топлива, может случиться то, что произошло с природным газом.
Кроме того, правительство рассматривает второй вариант, согласно которому в состав атомной корпорации должны войти все предприятия отрасли. Но, выделение атомных электростанций и включение их в новую структуру противоречит действующему законодательству. Полагаю, что оно нуждается в изменении, результатом которого должна стать демонстрация удачного опыта по созданию в атомной энергетике компаний, объединяющих добычу сырья и генерацию.
Утилизация отходов ядерной энергетики
Данный вопрос в Украине вновь активно дискутируется в связи с недавними заявлениями некоторых политических сил относительно возможного строительства хранилища отходов ядерного топлива в нашей стране американской компанией Holtec. Предлагаем абстрагироваться от предвыборной риторики и посмотреть на проблмеу системно.
Выбор стратегии обращения с отходами ядерного топлива является решением, требующим учета многих факторов, включая технологические, экономические и политические, а также проблем гарантий и защиты окружающей среды. Основополагающими предпосылками к осуществлению перехода к замкнутому топливному циклу являются необходимость эффективного использования ресурсов урана и вовлечения плутония в топливный цикл для решения проблемы обеспечения топливом на будущее, а также управления и контроля обращения с высокоактивными и долгоживущими радионуклидами.
Заключение
Атомная энергетика демонстрирует высокую надёжность и большие резервы в эксплуатации. Так, в США ресурс более двух десятков ядерных энергоблоков продлён до 60 лет; половина троекратного роста ядерного электропроизводства за последние двадцать лет получена за счёт улучшения эксплуатационных показателей АЭС. Аналогичный процесс развивается в последние годы в России, где ядерная энергетика в 2000 году первой среди других энерготехнологий достигла уровня советского периода.
В целом атомные электростанции эксплуатируются или строятся в 33 из почти 200 государств мира. Однако в использующих ядерную энергию странах живёт две трети населения планеты, которые сделали ядерный выбор неотъемлемой частью своей стратегии устойчивого развития в XXI веке. Темп ядерного развития задаёт развивающийся мир. Из более чем двадцати ядерных энергоблоков, введённых в коммерческую эксплуатацию в мире за последние годы, 70 % построено в странах Азии.
Опыт создания и функционирования атомной энергетики позволяет реально оценить её достоинства и недостатки, создать основу для реалистического взгляда в будущее. Важнейшие итоги начального периода развития атомной энергетики следующие:
– атомная энергетика доказала свою жизнеспособность, возможность обеспечения безопасности эксплуатации АЭС для человека и окружающей среды в течение всего жизненного цикла.
– атомная энергетика показала свои потенциальные возможности в обеспечении энергетических потребностей мира и утвердилась как новая энергетическая альтернатива в мировом энергетическом производстве.
– атомная энергетика продемонстрировала свои достоинства, в том числе отсутствие эмиссии парниковых газов и экологически вредных выбросов и существенно меньшие объёмы отходов; возможность создания малоотходного замкнутого топливного цикла со снятием топливных ограничений и без существенного использования аккумулирующих ресурсов природы; стабильность и надёжность эксплуатации, а также относительно слабое воздействие внешних факторов, таких, как социальные потрясения, экономические трудности, экологические катаклизмы.
Полнота учёта экономического фактора требует понимания влияния рыночных отношений на развитие энергетики. В странах с развитой рыночной экономикой оно концентрируется вокруг проблем либерализации рынка. В украинских условиях, когда сам рынок находится на ранней фазе развития, оценка пригодности этих отношений для атомной энергетики требует особо осторожного и взвешенного подхода.
В наступившем веке условия развития мировой энергетики определяются ограниченностью доступных ресурсов дешёвого органического топлива, особенно нефти и газа, загрязнением окружающей среды, необходимостью энергообеспечения людей с учётом темпа роста населения планеты и большого различия уровня экономики развитых и развивающихся стран.
Совокупность всех этих факторов будет определять региональную и мировую энергетическую политику. Анализ энергетических проблем показывает необходимость в перспективе значительного развития атомной энергетики для многих регионов мира, в том числе для Украины. Масштабное развитие атомной энергетики позволит экономически и экологически оптимально обеспечить рост энергопотребления в нашей стране.
