Особенности размещения и развития атомной энергетики РФ. Противоречия, перспективы
Федеральное
агентство по образованию
Государственное
образовательное учреждение
высшего
профессионального образования
“Тульский
государственныё университет”
Кафедра
экономики и права
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ
ГЕОГРАФИЯ И РЕГИОНАЛИСТИКА
КОНТРОЛЬНО-КУРСОВАЯ
РАБОТА
“Особенности
размещения и развития атомной энергетики РФ. Противоречия, перспективы”
Тула
2006
Содержание
Введение
|
2
|
Современное
состояние атомной энергетики
|
6
|
Двухэтапное
развитие атомной энергетики
|
8
|
Долгосрочные
прогнозы
|
10
|
Варианты
структуры атомной энергетики
|
14
|
Заключение
|
17
|
Список
использованной литературы
|
18
|
Введение
Осуществляемая
Минатомом государственная политика России по ядерной энергетике определена
Программой развития атомной энергетики РФ на 1998-2005 годы и на период до 2010
года [1]. В ней поставлены задачи обеспечения безопасного и рентабельного
функционирования ядерно-энергетического комплекса и создания
усовершенствованных АЭС для строительства в следующем десятилетии.
Необходимость
выработки долговременной стратегии вызвана тем, что завершающий период её
первого этапа связан со сложными и противоречивыми процессами: энергонасыщенные
развитые страны Америки и Европы в условиях стабилизации топливного рынка
сворачивают свои ядерные программы, а наиболее заинтересованные в увеличении
производства энергии развивающиеся страны, особенно Азии, начинают с повторения
не во всём удачного пути, пройденного в XX веке ядерными державами.
Рост мировых
потребностей в топливе и энергии при ресурсных и экологических ограничениях
традиционной энергетики делает актуальной своевременную подготовку новой
энергетической технологии, способной взять на себя существенную часть прироста
энергетических нужд, стабилизируя потребление органического топлива. Активные
исследования новых возобновляемых источников энергии и управляемого
термоядерного синтеза пока не позволяют рассматривать их в качестве
реалистических конкурентоспособных способов крупномасштабного замещения
традиционного топлива.
Полувековое
развитие атомной энергетики не привело пока к ядерной технологии, готовой в
масштабах мировой энергетики конкурировать с традиционной энерготехнологией. Но
исходя из большого практического опыта её первого этапа эта задача может быть решена.
Атомная
энергетика обладает важными принципиальными особенностями по сравнению с
другими энерготехнологиями:
·
ядерное
топливо имеет в миллионы раз большую концентрацию энергии и неисчерпаемые
ресурсы;
·
отходы
атомной энергетики имеют относительно малые объёмы и могут быть надёжно
локализованы, а наиболее опасные из них можно “сжигать” в ядерных реакторах.
Это открывает
принципиально новые возможности и перспективы:
·
в
реализации такого топливного цикла, при котором из ограниченных природных
запасов топливного сырья в течение тысячелетий можно получать необходимое
количество энергии для удовлетворения энергопотребности человечества при любом
прогнозируемом сценарии развития цивилизации;
·
в
осуществлении такого замкнутого технологического цикла, при котором воздействие
атомной энергетики на окружающую среду будет существенно меньше, чем
воздействие других традиционных энерготехнологий;
·
в развитии
энергетики для удалённых районов и для крупных транспортных средств;
·
в
замещении ядерным топливом органического топлива, которое в отличие от первого
может быть эффективно использовано для других целей: химический синтез,
транспорт и т.д.
Таким образом,
атомная энергетика потенциально обладает всеми необходимыми качествами для
постепенного замещения значительной части- энергетики на ископаемом
органическом топливе и становления в качестве доминирующей энерготехнологии.
Создание
необходимых предпосылок и реализация принципиальных особенностей атомной
энергетики составляют основное содержание стратегии её развития.
Востребованность
принципиальных особенностей атомной энергетики будет означать востребованность
крупномасштабной атомной энергетики.
Значение развития
ядерной технологии и атомной энергетики для России определяется её
национальными интересами:
·
ядерные
технологии в рассматриваемый период остаются основой обороноспособности России;
·
атомная
энергетика без ограничений со стороны дешевого и общедоступного топлива
открывает новые возможности в развитии экономики России;
·
крупномасштабная
атомная энергетика переносит центр тяжести в энергетическом производстве с
топливодобывающих отраслей и транспорта топлива на современные наукоёмкие
ядерные и сопутствующие неядерные технологии, а в экспорте - с топливного сырья
на продукцию этих технологий, что даст новый импульс социальному и культурному
развитию России;
·
развивающаяся
атомная энергетика позволит избежать опасностей, связанных с исчерпанием органического
топлива и международными конфликтами из-за его источников, что будет
способствовать стабилизации международной обстановки;
·
вовлечение
плутония из сокращаемых ядерных боеголовок и ядерного топлива (ЯТ) в
сбалансированный по нему замкнутый топливный цикл быстрых реакторов будет
способствовать режиму нераспространения; с переводом же в дальнейшем тепловых
реакторов в торий-урановый цикл, построенный подобным образом, отпадёт нужда в
технологиях обогащения урана и выделения Ри или 233U, что будет являться
важной технологической предпосылкой к полному запрещению ядерного оружия и
значительным фактором увеличения глобальной безопасности;
·
способствуя
безопасному экономическому и социальному развитию и сохранению среды обитания,
атомная энергетика будет давать весомый вклад в рост продолжительности и
качества жизни граждан России.
Инициатива России
по выработке долговременной ядерной стратегии вполне соответствует ее традиции
и статусу в этой области, ее собственным интересам и глубоким интересам мирового
сообщества. Разработка стратегии должна быть нацелена на решение долговременных
топливно-энергетических проблем не только России, а мира и исходить из
представлений о вероятном развитии мировой энергетики в рассматриваемый период
и далее.
Будущее атомной
энергетики России зависит от решения трёх главных задач:
·
поддержание
безопасного и эффективного функционирования действующих АЭС и их топливной
инфраструктуры;
·
постепенное
замещение действующих АЭС энергоблоками традиционных типов повышенной безопасности
(энергоблоки третьего поколения) и осуществление на их основе в последующие
20-30 лет умеренного роста установленной мощности атомных энергоблоков и
увеличения экспортного потенциала;
·
разработка
и овладение в промышленных масштабах ядерной энерготехнологией, отвечающей
требованиям крупномасштабной энергетики по экономике, безопасности и топливному
балансу.
Стратегия
развития атомной энергетики России в первой половине XXI века утверждена
решением коллегии Минатома 21 декабря 1999 г.
Современное
состояние атомной энергетики
В России сегодня
эксплуатируются 29 ядерных энергоблоков общей установленной электрической
мощностью 21,2 ГВт. В их числе 13 энергоблоков с реакторами типа ВВЭР, 11
энергоблоков с реакторами типа РБМК, 4 энергоблока типа ЭГП Билибинской АТЭЦ с
канальными водографитовыми реакторами и один энергоблок на быстрых нейтронах
БН-6ОО. Россия имеет уникальный опыт эксплуатации реакторов на быстрых
нейтронах - БН-350 и БН-600 (безаварийная работа в течение 20 лет).
Продолжается
эксплуатация в режиме энергообеспечения канальных уран-графитовых промышленных
реакторов в г. Северске (Сибирская АЭС) и г. Железногорске.
Кроме этого, на
стадии высокой степени достройки находятся 5 энергоблоков: на Ростовской АЭС
два блока с ВВЭР-1000, на Калининской АЭС ВВЭР-1000, на Балаковской АЭС
ВВЭР-1000 и на Курской АЭС РБМК-1000.
В 1999 г. АЭС
России только за счёт увеличения КИУМ выработали на ~ 1б % больше
электроэнергии, чем в 1998 г. – 120 млрд. кВт·ч.
Несмотря на
значительную роль, которую играет атомная энергетика, сегодня можно говорить об
определённом её кризисе. Об этом свидетельствует наметившаяся перспектива
падения её доли в мировом энергопроизводстве, сворачивание ядерных программ и
разработок по быстрым реакторам в развитых странах Запада. Кроме того, АЭ
подвергается критике, вплоть до требования ее полного закрытия. И хотя в
подобной критике часто присутствует субъективизм, а то и полная
необъективность, следует признать, что веские основания для критики имеются.
Атомная энергетика, как и любая технология, требует совершенствования. Более
того, имеются и особые основания для обостренного внимания к ней:
·
потенциальная
опасность аварий с большим экологическим и экономическим ущербом (реальность
этой опасности подтверждена рядом аварий);
·
накопление
высокоактивных и долгоживущих отходов;
·
связь
ядерной энергетики с опасностью распространения ядерного оружия и ряд других.
Современные
ядерные реакторы при существующем масштабе атомной энергетики являются
достаточно безопасными установками. Несмотря на случавшиеся и случающиеся время от времени
аварии и инциденты, нельзя забывать о том, что атомная энергетика наработала
уже около 8000 реакторо-лет, из них -5000 без крупных аварий после апреля 1986
г. Это – серьезный успех ядерной технологии.
Безопасность
настоящего поколения реакторов обеспечивается, главным образом, увеличением
числа различных систем безопасности и систем ограничения выхода активности,
ужесточением требований к оборудованию и персоналу. В результате АЭС становятся
все более и более сложными и, следовательно, - более и более дорогими. Можно
сказать, что при господствующей в настоящее время философии безопасности
атомная энергетика близка к её экономически “предельному” уровню: дальнейшее
наращивание систем безопасности ведёт к неминуемой потере конкурентоспособности
атомной энергетики.
Анализ
современного состояния атомной энергетики позволяет сделать следующие выводы:
·
Эксплуатационная
безопасность современной атомной энергетики является приемлемой для
существующих масштабов её использования при условии постепенного замещения
действующих энергоблоков на реакторы третьего поколения.
·
Ресурсы
природного рентабельно извлекаемого из недр урана ограничены. При доминирующей
сегодня практике “сжигания” урана в тепловых реакторах эти ресурсы будут
исчерпаны уже в следующем веке, как в России, так и в мире в целом. Переработка
отработавшего топлива при рецикле Рu (МОХ-топливо) в тепловых реакторах может
лишь ненамного продлить эти сроки, увеличивая затраты и снижая возможность
последующего развития на быстрых реакторах.
·
Конкурентоспособность
атомной энергетики под бременем растущих расходов на безопасность,
обеспечиваемую наращиванием инженерных систем, имеет устойчивую тенденцию к
снижению.
Место АЭС в энергопроизводстве
|
Доля в установленной мощности –
11,5%
|
Доля выработки в Европейской части
России – 29,3%
|
Годовой объем замещения газа =~ 40
млрд. м3
|
Особенности
размещения атомной энергетики
Особенностями
размещения предприятий атомной промышленности является то, что они могут
находиться в отдалённых районах и не зависят от местоположения источников
топлива, так как они используют уран, который имеет большое удельное содержание
энергии. Но атомные реакторы нельзя располагать вблизи густонаселённых районов
в связи с опасностью аварии. А также есть недостатки, связанные со сложностью
строительства и эксплуатации, а также с трудностями связанными с переработкой и
захоронением ядерных отходов, демонтажем ядерных установок АЭС (через 25-30 лет
их работы).
Долгосрочные
прогнозы
В настоящее время
атомная энергетика сохраняет свои позиции как один из основных мировых источников
энергии.
На ядерную
энергию приходится - 6% мирового топливно-энергетического баланса и - 17% производимой
электроэнергии.
Прогнозируется
рост мощностей АЭС, прежде всего в странах Азии и Азиатско-тихоокеанского
региона (Китай, Южная Корея, Индия, Япония), а также некоторых стран Восточной
Европы (Чешская Республика, Словацкая Республика) и ряда стран, входящих в
Содружество Независимых Государств (Россия, Украина, Казахстан). У целого ряда
стран есть намерение вступить в “ядерный энергетический клуб” (Турция, Иран,
Индонезия, Вьетнам). Однако по современным прогнозам МАГАТЭ, даже при
осуществлении этих намерений общемировая доля ядерной электроэнергии в
электропроизводстве в ближайшие 20-25 лет снизится до 12-15%.
Долгосрочные
прогнозы мировой
атомной энергетики весьма противоречивы, что отражает и отношение к ней
общества, и неблагоприятную для нее конъюнктуру, и настроения в самом ядерном
сообществе после неудавшейся попытки решить все ее проблемы с ходу.
Возможные
варианты развития атомной энергетики России представлены на рис. 1.
Рис. 2. Воспроизводство и развитие мощностей АЭС до 2030 г.
По результатам
прогнозных оценок Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева (ИСЭМ) СО РАН
общий вклад атомной энергетики в мировой энергетический баланс может возрасти к
2100 г. до 30%.
Международное
Энергетическое Агентство (IEA/OECD 1998) прогнозирует к 2020 г. снижение доли
атомной энергетики в производстве электричества до -10% при сохранении общей
установленной мощности атомных энергоблоков на сегодняшнем уровне.
Министерство
энергетики США (EIA/DOE 1999) в качестве наиболее вероятного сценария
рассматривает снижение к 2020 г. установленной мощности атомных энергоблоков на
10% в мире и на 25% в развитых странах.
Прогнозы 1999 г. Института энергетических
исследований РАН указывают на возможность роста производства электроэнергии АЭС
России до 160 млрд. кВт·ч в 2010 г. и до 330 млрд. кВт·ч в 2020 г.
Ожидаемое к
середине XXI века почти удвоение населения Земли, в основном за счёт
развивающихся стран, и приобщение их к индустриальному развитию может привести
к удвоению мировых потребностей в первичной и к утроению (до 6000 ГВт) в
электрической энергии. Атомная энергетика, отвечающая требованиям
крупномасштабной энергетики по безопасности и экономике, могла бы взять на себя
существенную часть прироста мировых потребностей в топливе и энергии [~4000 ГВт
(эл.)]. Развитие к середине века мировой атомной энергетики такого масштаба
явилось бы радикальным средством стабилизации потребления обычных топлив и
предотвращения следующих кризисных явлений:
·
истощения
дешёвых ресурсов углеводородных топлив и возникновение конфликтов вокруг их
источников, дестабилизации мирового топливного цикла;
·
достижения
опасных пределов выбросов продуктов химического горения.
Оценка
потенциальных возможностей атомной энергетики
Мировые ресурсы
урана в наиболее богатых месторождениях с концентрацией металла в рудах
>=0,1% в настоящее время оцениваются следующим образом: разведанные -
несколько более 5 млн. т, потенциальные – 10 млн. т.
За время жизни ( ~50
лет) тепловой реактор (ЛВР) мощностью 1 ГВт (эл.) потребляет ~ 104
природного U, поэтому 107 т U позволяют ввести 1000 блоков АЭС с
такими реакторами, из которых ~ 350 ГВт (эл.) работают сейчас, а 650 ГВт (эл.)
могут быть введены в следующем веке. В результате в первой половине XXI века
мощности мировой АЭ на тепловых реакторах с учётом вывода из эксплуатации
отработанных блоков могут вырасти вдвое, но ее вклад в производство энергии
будет постепенно падать, а во второй половине века сойдет на нет.
Ежегодная
потребность современной атомной энергетики России в природном уране составляет
2800-3300 т, а с учетом экспортных поставок ядерного топлива ~ 6000-7700 т. При
имеющихся ресурсах урана (залежи в недрах, складские запасы на горнодобывающих
предприятиях, запасы высокообогащённого урана) срок функционирования
отечественной атомной энергетики на тепловых реакторах, если оставаться на
уровне мощности - 20 ГВт (эл.), составляет ~ 80-90 лет. Замыкание топливного
цикла тепловых реакторов с вовлечением энергетического плутония и
регенерированного урана продлит этот срок на 10-20 лет в зависимости от способа
изготовления регенерированного топлива.
Имеющиеся мировые
и российские запасы природного урана не могут обеспечить устойчивого
долговременного развития
атомной энергетики на тепловых реакторах.
Варианты
структуры атомной энергетики
Развитие атомной
энергетики в два этапа предполагает длительное сосуществование тепловых
реакторов на 235U, пока есть дешёвый уран, и быстрых реакторов,
которые вводятся на плутонии из оружейных запасов и из тепловых реакторов и
практически не имеют ограничений по топливным ресурсам.
В
двухкомпонентной структуре целесообразен постепенный переход тепловых реакторов
на выгодный для них Th-U цикл с производством 233U для начальной
загрузки и подпитки из Th-бланкетов быстрых реакторов. Двухкомпонентная
структура атомной энергетики будущего имеет под собой веские основания, но
важный для неё вопрос о пропорциях между быстрыми и тепловыми реакторами требует
адекватного решения.
В предстоящие
полвека, пока есть дешевый уран для тепловых реакторов, этот вопрос не имеет
принципиального значения. Плутоний, получаемый в тепловых реакторах,
целесообразно использовать для запуска быстрых реакторов, не требуя от них
высоких коэффициентов воспроизводства и коротких времён удвоения плутония.
Проблема топливообеспечения тепловых реакторов и участия в нём быстрых
реакторов может возникнуть лишь за пределами рассматриваемого здесь периода, и
при её решении нужно учитывать следующие обстоятельства:
·
Производство
электроэнергии растет наиболее быстро и составит в XXI веке около или более
половины в мировом топливно-энергетическом балансе (табл.1) и поэтому остается
главной сферой применения атомной энергетики, что снова выдвигает на первый
план быстрые реакторы.
·
В отличие
от органической энергетики, где на топливо приходится ~60% издержек
производства электроэнергии, затраты на ядерное топливо относительно малы (~20%),
а основная часть издержек в АЭ - сооружение и обслуживание - уменьшается с
увеличением мощности реакторов и АЭС, что делает производство электроэнергии на
крупных АЭС доминирующим направлением атомной энергетики.
·
Проблема
коротких времён удвоения плутония и связанные с ней соображения о
нежелательности участия быстрых реакторов в регулировании нагрузки в
энергосистемах сегодня и в обозримом будущем не актуальны.
·
Последние
проекты АЭС с быстрыми и тепловыми реакторами указывают на значительное
снижение разницы в их стоимости даже для быстрых реакторов традиционного типа.
Разработка быстрых реакторов на основе принципа естественной безопасности
позволяет рассчитывать на то, что капитальные затраты в АЭС с быстрыми
реакторами нового поколения будут ниже, чем в современных АЭС с ЛВР.
·
Требования
высокого коэффициента воспроизводства и коротких времён удвоения плутония
препятствуют реализации потенциала быстрых реакторов по экономичности и
безопасности.
Таблица 1 [3]
Общее потребление
первичных энергоносителей, доля первичных энергоносителей, используемых для
производства электроэнергии и доля АЭС в потреблении первичных энергоносителей
в регионах мира в 1997 г. и 2000 г.
Регион
|
1997г.
|
2000г.
|
Общее потребление ЭДж
|
Для производства электроэнергии, %
|
Доля АЭС, %
|
Общее потребление, ЭДж
|
Для производства электроэнергии, %
|
Доля АЭС, %
|
Северная Америка
|
108,7
|
35,9
|
6,3
|
113
117
|
36
36
|
5,8
5,7
|
Латинская Америка
|
28,7
|
29,6
|
0,7
|
31
32
|
30
31
|
0,6
0,6
|
Западная Европа
|
62,6
|
41,3
|
12,9
|
64
66
|
42
42
|
13
12
|
Восточная Европа и страны б
|
54,1
|
30,7
|
4,5
|
54
55
|
5,1
5,2
|
СССР Россия
|
31
|
31
|
4,1
|
30,4
30,4
|
32
32
|
4,6
4,6
|
Африка
|
17,2
|
21,5
|
0,7
|
19
19
|
22
22
|
0,7
0,7
|
Средний Восток и Южная Азия
|
35,6
|
25,7
|
0,2
|
40
42
|
26
26
|
0,2
0,3
|
Юго-восточная Азия и Океания
|
19,6
|
24,3
|
-
|
21
22
|
25
25
|
-
-
|
Дальний Восток
|
80,5
|
33,3
|
5,2
|
88
91
|
34
34
|
4,9
4,8
|
Всего в мире нижняя оценка
|
406,9
|
33,0
|
5,4
|
430
445
|
33
33
|
5,1
5,0
|
Заключение
Итак, при любом
варианте развития в крупномасштабной ядерной энергетике будущего могут найти
свое место разные типы реакторов на тепловых нейтронах при доминирующей роли
быстрых реакторов. Двухкомпонентную схему с покрытием дефицита топлива для
тепловых реакторов за счёт избыточного производства в быстрых реакторах следует
рассматривать лишь как отдалённую перспективу. В рассматриваемый период
тепловые реакторы будут работать на 235U, но для следующих этапов
следует начать подготовку их к переводу в торий-урановый цикл с производством
недостающего 233U в ториевых бланкетах быстрых реакторов. При
накоплении в них 233U с концентрацией в тории, необходимой для
тепловых реакторов изготовление торий-уранового топлива не потребует извлечения
чистого 233U.
Структура атомной
энергетики России в рассматриваемый период будет в значительной степени
определяться масштабами её востребованности. При умеренном росте установленной
мощности АЭС атомная энергетика России останется в течение ближайших
десятилетий практически однокомпонентной, с незначительной энергетической долей
быстрых реакторов. В случае интенсивного развития атомной энергетики решающую
роль в ней станут играть быстрые реакторы, т.к. топливная база тепловых
реакторов в России не может обеспечить устойчивого роста установленной мощности
(1-2 ГВт/год) и при таком варианте она будет исчерпана уже в первой половине
XXI века.
В моей работе
указаны актуальность использования атомной энергетики на сегодняшний день, особенности
размещение данной отрасли, оценка её потенциальных возможностей и возможные
пути её развития.
Список
использованной литературы
1.
Программа
развития атомной энергетики Российской Федерации на 1998-2005 годы и на период
до 2010 года: Постановление Правительства Российской Федерации от 21 июля 1998
г. № 815.
2.
Белая
книга ядерной энергетики /Под общ. ред. проф. Е.О. Адамова: Первое издание.
М:ГУП НИКИЭТ, 1998. “Энергетика: цифры и факты”: По материалам МАГАТЭ “Energy,
electricity and nuclear power...” IAEA, Vienna, 1998 (M.: ЦНИИатом-информ,
1999, № 1).
3.
Nuclear
Technology Review 2000: GOV/INF/2000/XXX/ Vienna: IAEA, 2000.
4.
Nucl. Europe
World-scan. 1998. N 11-12. P. 57-58.
5.
Энергетическая
стратегия России до 2020 г.: Проект. Минтопэнерго России, 2000.