Проверка на устойчивость

Руководитель направления «Глобальные сценарии» секции МАГАТЭ ИНПРО Владимир Кузнецов рассказал о том, как измерить устойчивость атомной энергетики и что поможет ее укрепить.

ИНПРО занимается сейчас пересмотром методологии. Расскажите, пожалуйста, о самой методологии.

Методология ИНПРО направлена на оценку устойчивости ядерно-энергетической системы. В ее основе — определение устойчивого развития, сформулированное ООН еще в 1980-х годах. Это такое развитие, которое позволяет удовлетворять потребности настоящего времени, не ставя под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои потребности.

Методология ИНПРО интерпретирует это определение в технических терминах по восьми предметным областям, важным для ядерной энергетики. К этим областям относятся, конечно же, экономика, безопасность ядерных реакторов и ядерных топливных циклов, защищенность от распространения делящихся материалов, воздействия на окружающую среду как в плане стрессоров, так и в плане исчерпания ресурсов, физическая защита, обращение с отходами, инфраструктура. Важно, что методология ИНПРО определяет некий базовый уровень устойчивости. В ней нет, например, требования окончательного захоронения только продуктов деления без тяжелых металлов. Она не требует, чтобы аварии с радиологическими последствиями за пределами площадки исключались независимо от действий персонала АЭС — только за счет концепции и проекта реактора. Почему так? Потому что основные заказчики оценки ЯЭС с помощью методологии ИНПРО — это страны — пользователи эволюционных технологий ядерной энергетики и развивающиеся страны, которые хотят приобрести референтные реакторы последних поколений, а не какие-то инновации типа быстрых реакторов.

В рамках ИНПРО разработан набор методов и программных инструментов. В каждой стране при создании первой АЭС должен быть создан минимальный набор инфраструктуры по 19 областям. Но этого недостаточно. Должен быть сформирован пул экспертов, способных разобраться в долгосрочных проблемах ядерной энергетики и возможных путях их решения для поддержки принятия национальных решений. Ведь атомная энергетика — это долгосрочные обязательства. Срок жизни современной АЭС — 60 лет и еще минимум 15 лет на создание инфраструктуры, плюс 15 лет на снятие с эксплуатации. За это время многое может случиться.

Если страна хочет, чтобы атомная энергетика помогала ее устойчивому экономическому развитию, она сама должна быть устойчивой. Чтобы в будущем не оказаться, например, в ситуации, когда в стране полно отработавшего ядерного топлива, с которым неизвестно что делать — своевременно не продумали, не нашли партнеров, способных помочь в решении этой проблемы.

Уже порядка 10 стран с помощью методологии ИНПРО провели или проводят оценку устойчивости атомной энергетики. Есть и новые потенциальные заказчики. Примечательно, что ни одна из оцененных систем не удовлетворяет полностью требованиям методологии ИНПРО.

Могли бы вы на основании проведенных оценок сказать, каков уровень устойчивости современной атомной энергетики?

По большому счету, современную атомную энергетику нельзя назвать в полной мере устойчивой. Потому что проблема окончательного захоронения радиоактивных отходов на практике еще не решена. Также никому не нравится, что время от времени происходят тяжелые аварии с радиационными последствиями далеко за пределами площадки: Чернобыль, Фукусима. Повышение устойчивости системы ядерной энергетики нацелено на то, чтобы эти вещи исключить.

У ИНПРО есть проект «Глобальные сценарии». Он вводит понятие ключевых индикаторов, которыми можно задать более высокие требования к устойчивости системы. Это инновационные технологии. Например, переход от систем, работающих в открытом топливном цикле преимущественно с легководными реакторами с тепловым спектром нейтронов, к системам, в которых делящиеся материалы будут рециклироваться, трансмутироваться, и на захоронение пойдут лишь остаточные продукты деления.

Какие инновационные проекты в этой связи рассматривает ИНПРО?

Сегодня есть много инновационных разработок, в принципе позволяющих при любых действиях персонала, при любых инцидентах исключить радиационные последствия за пределами площадки АЭС. Это БРЕСТ, высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы, различные варианты жидкосолевых установок. Ведь и в Чернобыле, и в Фукусиме была проблема с запасенной в реакторе неядерной энергией, связанной с высоким давлением теплоносителя и химической активностью конструкционных материалов при высокой температуре (паро-циркониевая реакция с образованием взрывоопасного водорода). Именно высвобождение этой энергии способствовало переносу радиоактивности за пределы площадки аварийной АЭС. А если в первом контуре давления нет, как в БРЕСТе? А если нет давления еще и во втором контуре, как в некоторых жидкосолевых реакторах? В случае трещины с разливом теплоносителя он застывает, может даже происходить самолечение трещины — если используется, например, свинец-висмут, ведь у него температура затвердевания более 100 °C.

Помимо инновационных решений, какие еще есть пути повышения устойчивости?

Современный мир — гетерогенный. Не каждая страна хочет и может внедрить инновации в ядерной сфере. Многие предпочтут проверенные многолетним опытом и более простые решения. Те страны, которые пойдут по пути инноваций, получат комплекс преимуществ. А что получат остальные? Международное сотрудничество, включая торговлю, позволяет распространить преимущества инноваций на те страны, которые не захотят или не смогут внедрить их у себя.

Гетерогенная модель мира позволяет моделировать варианты сотрудничества стран, прежде всего, в области ядерного топливного цикла. Возникают дополнительные возможности. Так что можно повысить устойчивость национальной ядерной энергетики за счет инноваций, а можно — за счет ядерной торговли и международного сотрудничества. Например, в области замыкающей части ЯТЦ.

В каком формате ИНПРО рассматривает международное сотрудничество?

Международная ядерная торговля — очень сложная сфера, пожалуй, вторая по сложности после торговли оружием. Сначала заключается двусторонний договор между странами о мирном использовании атомной энергии. В США такие соглашения называются «123», они включают множество условий, некоторым странам запрещено даже заказывать переработку ОЯТ или они обязаны информировать об этом США. Только после подписания двустороннего соглашения можно заключать контракты.

Есть, конечно, такой формат, как многосторонние договоры. Это вещь прекрасная, но, по сути, действует только один такой полноценный договор — в Евросоюзе. Он, кстати, еще в 1957 году был заключен. Он открыл огромные возможности для торговли и обмена информацией, любых форм сотрудничества.

Мы призываем страны изучать эти вопросы. Чтобы они понимали: для устойчивости атомной энергетики не обязательно все иметь на национальном уровне. Если правильно организовать партнерство с другими странами, можно получить то же самое с минимальными затратами (что важно для многих стран, в том числе развивающихся) и минимальными рисками.

Но в каждой стране, как я уже говорил, должна работать хотя бы небольшая группа специалистов, понимающих проблематику, видящих перспективу, подводные камни и потенциал. И соответственно способных в нужный момент правильно сориентировать ответственных за принятие решений.

Расскажите, пожалуйста, о пересмотре методологии. Как идет эта работа?

Методология сейчас проходит процесс ревизии, он идет очень непросто. Там всего девять томов. Примерно половину обновленных документов уже удалось опубликовать в серии МАГАТЭ «Ядерная энергетика». По другой части идут сложные обсуждения с другими департаментами МАГАТЭ. Дело в том, что за годы, прошедшие с момента создания методологии ИНПРО, многое ушло вперед. Некоторые инновационные требования оригинальной методологии ИНПРО вошли в последние версии «Стандартов безопасности» и «Рекомендаций по ядерной физической безопасности», выпускаемые МАГАТЭ. Кроме того, «Стандарты безопасности» — это обобщение достигнутой к моменту их выпуска передовой практики стран — членов МАГАТЭ, а ИНПРО оценивает устойчивость ЯЭС в долгосрочной перспективе, до конца столетия. Но работа ведется. А пока оценка ЯЭС по методологии ИНПРО (NESA — Nuclear Energy System Assessment for sustainability using INPRO methodology) может проводиться по действующей версии, опубликованной в 2008 году.

Может быть, появится дополнительный трек — второе направление методологии, нацеленное на интеграцию всех основных направлений ИНПРО («Глобальные сценарии», «Инновации», «Стратегии и оценки устойчивости»), возможно, с бóльшим акцентом на инновации и повышение устойчивости ядерной энергетики. Всё определяется спросом и предложением. Не так уж много стран, разрабатывающих новые технологии. И многие из них считают, что всё сами знают. Они, может быть, готовы содействовать, но страны-новички по целому ряду причин не стремятся сейчас замыкать цикл или строить сразу быстрые реакторы.

Думаю, для Росатома это интересное направление в работе с развивающимися странами. Не только продать первую АЭС, но и помочь подготовить пул экспертов для создания устойчивого долгосрочного партнерства.

Как ИНПРО взаимодействует с Generation IV?

Взаимодействие есть, но не слишком широкое. Налажен информационный обмен. Мы иногда представляем им результаты наших работ. Однако необходимо понимать: Международное агентство по атомной энергии — открытая организация. Со всеми нашими публикациями можно бесплатно ознакомиться на веб-сайте www.iaea.org. Что же касается Международного форума, там все полученные результаты — интеллектуальная собственность стран-разработчиков и доступны только для стран — участников форума.

Группы по различным инновационным реакторам открыто распространяют только базовую информацию. Но сотрудничество ведется. Например, программа NEST (экономический вспомогательный инструмент для ОЯЭС), которую мы разработали в ИНПРО, позволяет выполнять расчеты экономических характеристик системы ядерной энергетики по данным о ее компонентах. Она тестировалась и верифицировалась вместе с программой G4-ECONS форума Generation IV. В областях, где функциональные возможности программ совпадают, получены очень хорошие результаты. Год назад была опубликована статья об этом.

Департамент атомной энергетики МАГАТЭ ежегодно встречается с представителями различных экспертных групп, обменивается информацией. Были довольно полезные рецензии с их стороны на ранних этапах на методологию ИНПРО, которые позволили нам улучшить ее отдельные моменты.

Сейчас в мире очень мощный тренд по поводу сдерживания динамики изменения климата. Учитывается ли этот фактор при оценке устойчивости атомной энергетики?

Без атомной энергетики целей, которые поставлены по климату, просто невозможно добиться, расчеты это убедительно показывают. Ресурсы гидроэнергетики ограничены, альтернативные возобновляемые источники не могут обеспечить базовую нагрузку. Их можно эффективно использовать для отопления домов или кондиционирования, в комплексе с накопителями. Но для развивающейся промышленности нужна базовая стабильная нагрузка в больших объемах.

Атомная энергетика с точки зрения сдерживания изменений климата хороша даже в сегодняшнем формате. Хотя, конечно, если спросить радикальных экологов, они вам скажут, что атомная энергетика неустойчивая. Потому что не до конца решена проблема отходов. И аварии случаются. Ответ на это — повышение устойчивости атомной энергетики за счет внедрения инновационных решений, новых технологий и международного сотрудничества (международной торговли).

Не обязательно всем странам вкладываться в разработку инновационных технологий. Как показали наши исследования, вложения в быстрые реакторы оправдываются в разумный срок только при больших планируемых масштабах внедрения. В мире в разработку быстрых натриевых реакторов суммарно было вложено около $ 50 млрд. Да, не везде работы в этом направлении увенчались успехом. Но при достаточно большой установленной мощности быстрых реакторов — от 10 до 40 ГВт — эти вложения окупятся в течение столетия.

Владимир Владимирович Кузнецов родился в Москве в 1957 году, окончил Московский инженерно-физический институт (МИФИ), имеет степень кандидата технических наук (РНЦ «Курчатовский институт», 1990 год).

Работал в «Курчатовском институте» (1980–2003 годы), в ядерном центре Кадараш (Франция, 1992–1993 годы), в Токийском технологическом институте (Япония, 1993–1995 годы), в Международном агентстве по атомной энергии (МАГАТЭ, 2003–2010 годы и с 2011 года по настоящее время). Работал консультантом в АЯЭ ОЭСР (2010–2011 годы) и во Всемирном банке (2012 год). Специалист в области физики, а также безопасности инновационных ядерных реакторов и топливных циклов. Автор и соавтор более 80 публикаций.

Международный проект по инновационным ядерным реакторам и топливным циклам (ИНПРО — International Project on Innovative Nuclear Reactors and Fuel Cycles) был создан в МАГАТЭ в 2000 году по инициативе России.

Основные задачи ИНПРО — системный анализ роли атомной энергетики для стабильного развития, а также разработка требований к атомной энергетике будущего.

В рамках фазы I (2001−2006 годы) была разработана методология ИНПРО — инструмент оценки инновационных ядерно-энергетических систем.

В ходе фазы II проекта (с 2007 года по настоящее время) методология ИНПРО прошла практическое опробование и используется для оценок устойчивоасти ЯЭС (NESA) по запросам стран.

В ходе фазы II ИНПРО также разработаны методы и программные средства для моделирования сценариев развития сложных ядерно-энергетических систем с учетом возможного сотрудничества стран на различных этапах ЯТЦ, для сравнительного анализа различных вариантов ЯЭС и сценариев развития ЯЭ, а также для разработки дорожных карт повышения долгосрочной устойчивости систем ядерной энергетики. В 2018 году создан новый сервис ИНПРО по обучению заинтересованных стран пользованию этими методами и расчетными инструментами в дополнение к NESA.

В рамках направления «Инновации» ИНПРО решены или успешно решаются актуальные задачи, такие как анализ законодательных и институциональных аспектов экспорта транспортируемых АЭС, определение движущих сил и препятствий для реализации возможных вариантов замыкающей части ЯТЦ в рамках международного сотрудничества.

Программа ИНПРО включена в регулярный бюджет МАГАТЭ, она координируется секцией ИНПРО в составе Департамента по ядерной энергетике МАГАТЭ.

Участники ИНПРО сегодня — 41 государство и одна международная организация (Еврокомиссия). Статус наблюдателей имеют еще более десятка государств — членов МАГАТЭ.