Допотопный чайник на инновационном примусе
Виктор Мурогов: о достижениях и проблемахATOMINFO.RU, ОПУБЛИКОВАНО 09.07.2020С корреспондентами электронного издания AtomInfo.Ru побеседовал профессор Виктор МУРОГОВ. Виктор Мурогов, фото из личного архиваДостижения и проблемы в миреВиктор Михайлович, атомная отрасль насчитывает более 75 лет, это большой срок.Да, это большой срок, и важно, что за это время ядерная энергетика (ЯЭ) стала промышленной отраслью, сравнимой по вкладу в производство электроэнергии в мире с гидроэнергетикой (10-15%).ЯЭ - передовой фронт промы
Виктор Мурогов: о достижениях и проблемах
ATOMINFO.RU, ОПУБЛИКОВАНО 09.07.2020
С корреспондентами электронного издания AtomInfo.Ru побеседовал профессор Виктор МУРОГОВ.
Виктор Мурогов, фото из личного архива
Достижения и проблемы в мире
Виктор Михайлович, атомная отрасль насчитывает более 75 лет, это большой срок.
Да, это большой срок, и важно, что за это время ядерная энергетика (ЯЭ) стала промышленной отраслью, сравнимой по вкладу в производство электроэнергии в мире с гидроэнергетикой (10-15%).
ЯЭ - передовой фронт промышленного развития 30 наиболее передовых в промышленном отношении стран. Под эгидой МАГАТЭ многие новые в ядерном отношении страны (newcomers) планируют развитие и использование ядерных технологий и строительство АЭС. Это очень важно, если учесть, что около 100 стран в мире импортируют более 50% энергоресурсов, а около 40 стран не имеют собственных источников энергии.
ЯЭ достигла стабильного состояния = в мире работают 440--450 блоков суммарной мощностью около 400 ГВт(э), ещё порядка 50 блоков в стадии строительства.
Ядерная наука и технология вносят в большинстве стран мира определяющий вклад в дальнейшее развитие неэнергетических областей хозяйства:
- сельское хозяйство (зелёная революция) и производство продуктов питания, в том числе пресной воды,
- ядерная медицина (диагностика и лечение) на базе использования ядерных источников и радиоизотопов,
- наука, техника и промышленность..
В качестве иллюстрации к сказанному могу добавить, что в США объёмы бизнеса в ядерной медицине в 5-7 раз превышают объёмы бизнеса в ядерной энергетике.
В то же время, наличие ядерного оружия у пяти великих ядерных держав (США, Россия, Китай, Франция, Англия), являющихся основой Совета Безопасности ООН, а также принятие ДНЯО и создание МАГАТЭ и других международных организаций обеспечили базис международного режима безопасности.
О достижениях я упомянул, теперь остановимся на проблемах.
Энергетическую основу современной цивилизации по-прежнему составляет органическое топливо (нефть, газ, уголь) - более 85% в общем энергетическом балансе и до 70% в выработке электроэнергии. Для сравнения, доля ЯЭ в последние годы сокращается и составляет сейчас порядка 6% и 11%, соответственно.
Пионеры-основатели ЯЭ поставили перед ней фундаментальную задачу вытеснить органику с позиций базового топлива нашей цивилизации. Как легко убедиться, говорить сейчас о выполнении этой задачи преждевременно.
Критический анализ развития и использования результатов ядерной науки и техники показывает, что наиболее успешное освоение и применение ядерных технологий произошло в оборонной тематике. На это были сконцентрированы основные ресурсы государств, как материальные и финансовые, так и человеческие.
Мирное использование ядерной технологии было реализовано как конверсия результатов развития оборонной технологии - Первая АЭС в Обнинске (АМ-1), АЭС "Колдерхолл" с ядерным реатором типа "Магнокс" (был создан для оружейного плутония), АЭС "Шиппинпорт" с реактором водо-водяного типа, созданным на базе лодочного реактора.
В результате в настоящее время более 95% ядерных реакторов АЭС строятся на базе водо-водяных реакторов..
Дальнейшее развитие реакторостроения для АЭС определялось требованием наличия развитого промышленного производства и рынка. На практике оно свелось к эволюционному усовершенствованию проектов на базе успешной "капитализации" реакторов первого поколения.
К сожалению, приходится констатировать, что реакторная наука остановилась в своём развитии. Основные достижения определялись решением конкретных технологических задач (материаловедение, программные комплексы и т.п.). Зародившиеся более 70 лет назад реакторы-бридеры созданы до сих пор в единичных пилотных экземплярах.
Как писал академик П.Л.Капица, сведение достижений ядерной технологии к военным целям аналогично использованию открытия электричества только для создания электрического стула.
Более того, поспешная капитализация ядерной технологии на начальном этапе её развития, не дав полностью использовать её энергетический потенциал в погоне за коммерческой выгодой, привела к втискиванию этого принципиально нового источника энергии в прокрустово ложе пароводяного термодинамического цикла
В итоге, сегодня термодинамические показатели АЭС остаются на уровне 60-ых годов и являются наиболее низкими в энергетике (η_АЭС ~ 30%). Для сравнения, традиционная энергетика перешла за это время на закритические параметры (η_(газо-паровых) ~ 60-65%).
Это обуславливает низкие параметры энергетического оборудования и, как следствие, экономические потери у новых уникальных технологий. Парадокс - температура плазмы в ТЯР достигает миллионов градусов при рабочей температуре термодинамического цикла ТЯР ~ 300°!
Вывод, который из этого можно сделать, таков. Ядерная энергетика и реакторная наука остановились на начальной стадии "впихивания" в существующие традиционные термодинамические способы преобразования энергиии и находятся поэтому, несмотря на свой достаточно приличный возраст, на младенческом уровне развития.
Значит, нам требуются возрождение творческого духа в реакторной науке и технике и подготовка специалистов нового творческого уровня. Причём подготовка должна быть штучной, в отличие от созданной стандартной подготовки.
Достижения и проблемы в России
Виктор Михайлович, давайте теперь перейдём к российской отрасли.
У нашей родной атомной отрасли также есть немалые достижения, в том числе выражающиеся в конкретных цифрах.
В общей сложности на 11 АЭС России эксплуатируются 38 энергоблоков суммарной установленной мощностью 30,3 ГВт. Из них на 21 энергоблоке установлены реакторы типа ВВЭР. История развития этого типа включала строительство реакторов ВВЭР-210, ВВЭР-365, ВВЭР-440, ВВЭР-1000, ВВЭР-1200 и (в будущем) ВВЭР-ТОИ.
Государственная поддержка ядерной отрасли России обеспечила рост доли АЭС в производстве электроэнергии за последние 10 лет с 16% до 19%, причём в европейской части России наша доля доходит до 40%. Для сравнения, в мире за это же время доля АЭС в генерации электроэнергии упала с 16% до 10-11%.
Журналисты правильно пишут, что до 50-60% мирового ядерно-энергетического рынка в настоящее время принадлежит России. Стоит учесть, однако, что недостаточно развитая машиностроительная база требует привлечения иностранных фирм и поставщиков, причём это нередко делается в счёт наших кредитов на строительство АЭС.
В России сейчас строятся три блока АЭС, начата подготовка к строительству ещё четырёх блоков. В соответствии с заключёнными договорами и соглашениями "Росатом" планирует строительство 36 блоков за рубежом, причём больше половины из них приходится на новые ядерные страны (newcomers), такие как Турция, Бенгладеш, Египет, Узбекистан и др.
В зарубежных соглашениях "Росатома" предусматривается подготовка (образование и тренинг) необходимых специалистов на базе российских ВУЗов и организаций, а также просвещение населения на базе создаваемых информационных центров.
Кроме того, "Росатом" гарантирует обеспечение работы АЭС ядерным топливом с возвратом ОЯТ в Россию на технологическое хранение и последующую переработку. Тем самым российской ядерной отрасли гарантируется рынок обогащения, фабрикации и переработки топлива, причём российские позиции на этом рынке очень сильны.
Одновременно выполнение рыночных экономических задач позволяет укрепить политическое влияние России в стране (регионе) строительства АЭС.
Из некоторых наших достижений вытекают и наши проблемы. Прежде всего, экспортная ориентация ядерной отрасли России с упором на страны-новички обуславливает своеобразный застой в развитии инновационных технологий и в системе ядерного энергетического образования в России.
В промышленном масштабе последние 40 лет реализуется один традиционный тип водо-водяного реактора ВВЭР (ВВЭР-440, -1000, -1200, -ТОИ), представляющий единую технологическую линейку. Новые концепции ВВЭР, включая проекты на закритических параметрах, не нашли своего развития.
В деле подготовки специалистов экспортная ориентация обуславливает упор на подготовку для эксплуатации АЭСстандартного типа. Разработка и развитие новых технологических решений исключается. Более того, совместное обучение студентов из стран-новичков с российскими студентами-реакторщиками формирует соответствующий стандартный уровень обучения, позволяющий готовить исполнителей, операторов будущих АЭС с технологией прошлого века.
В то же время, в отрасли нет стимула подготовки молодого поколения творческих специалистов - энтузиастов создания и реализации инновационных реакторных технологий. Это беда не только российская, с такой же проблемой сталкивается большинство "старых" ядерных стран, породивших ядерную технологию. Обратите внимание, что обсуждается в международном проекте "Generation IV" - фактически, это попытки реализовать экспериментальные разработки 60-70-ых годов прошлого века.
Инновационные решения в проектировании реакторов нужны нам, в частности, для того, чтобы устранить ахиллесову пяту легководных установок - низкие термодинамические параметры. Современная энергетика - это КПД до 60-65%. С теми КПД, что характерны для легководных реакторов, атомные станции не могут в полной мере реализовать свой потенциал по экономической эффективности.
Внутреннее противоречие
Подводя итог нашей беседе, я бы высказался так. Современной ядерной энергетике в нашей стране и в мире присуще внутреннее противоречие, которое мешает нам развиваться и которое мы должны устранить.
Массовое развитие ЯЭ происходило на основе конверсии оборонной ядерной технологии, используя созданный оборонный потенциал (конструкции ЯР и ЯЭУ, технология ЯТЦ на базе обогащения и переработки с производствам чистого плутония).
Позаимствовав основные технические решения из оборонного сектора, мы в погоне за прибылью не стали дожидаться становления развития ядерной энергетической науки как школы ядерных реакторов и выхода её на достаточно высокий уровень и поспешили капитализировать ядерную энергетику.
Это одна из основных причин, почему ЯЭ за 75 с лишним лет не смогла справиться со своими внутренними проблемами (низкий КПД, обращение с ОЯТ и РАО, гарантия защиты от распространения, ресурсная база, риски тяжёлых запроектных аварий, и т.д.) и не сумела сделать того, чего от неё ожидали пионеры-основатели - вытеснить с ведущих позиций ископаемое топливо.
Как писал ещё в 1955 году академик П.Л.Капица, нельзя без смены научно-технического принципа преобразования ядерной энергии в электрическую создать конкурентоспособные новые энергоблоки АЭС.
Достижение полномасштабного уровня развития ЯЭ к концу XXI века на уровне, сравнимом с традиционной энергетикой (5000 ГВт и более), способной решить социально-экономические и экологические проблемы и вызовы, стоящие перед человечеством, потребует принципиально новой концепции развития ЯЭ и её ядерного топливного цикла.
Не менее серьёзной задачей нашего общества является воспитание нового менталитета у вступившего в ядерный век человечества.
Спасибо, Виктор Михайлович, за беседу с корреспондентами электронного издания AtomInfo.Ru.