БРЕСТ: Прорыв или рискованный эксперимент Росатома?
Российские СМИ переполнены оптимистичными сообщениями: президент Владимир Путин заявил, что (цитата) «Россия планирует запустить первую в мире ядерную энергетическую систему с замкнутым топливным циклом». По словам президента, эта система позволит повторно использовать до 95% отработанного топлива в реакторах, что значительно сократит объем радиоактивных отходов и решит проблему обеспечения страны ураном.
Речь идет об амбициозном проекте Росатома «Прорыв», в рамках которого на Сибирском химическом комбинате вблизи Томска строится опытно-демонстрационный энергетический комплекс (ОДЭК) с энергоблоком, оснащенным реактором БРЕСТ-ОД-300 и системой замыкания ядерного топливного цикла.
Вскоре после этого официальный представитель Кремля Дмитрий Песков заявил, что российские технологии мирного атома обладают высокой конкурентоспособностью на мировой арене.
Давайте разберемся, о чем идет речь и можно ли говорить о прорывах или успешных проектах.
В чем проблема
Замкнутый ядерный топливный цикл (ЯТЦ), особенно в сочетании с реактором на быстрых нейтронах, — давняя мечта Росатома. Эта мечта связана не столько со стремлением к технологическим прорывам — Росатому и без того хватает заказов на строительство АЭС за рубежом, — сколько с проблемой накопления огромных объемов отработанного ядерного топлива (ОЯТ) и обедненного гексафторида урана. Эти материалы представляют высокую радиоактивную и химическую опасность, а технологий их утилизации пока не существует.
Существует идея (пока только идея) создать замкнутый цикл ядерного топлива, чтобы перерабатывать эти отходы и возвращать их в использование. Однако в Росатоме предпочитают умалчивать о ряде важных нюансов.
Во-первых, согласно правилам МАГАТЭ, страна, производящая ядерное топливо, обязана заниматься захоронением его отходов и отработанных «хвостов». Поскольку Росатом активно строит АЭС за рубежом и поставляет туда российский уран, отходы с этих станций ввозятся обратно в Россию. Эта тема чрезвычайно чувствительна для общества: Россия продает свои ресурсы, а взамен получает не только деньги, но и крайне опасные отходы.
Во-вторых, Росатом давно вынашивает планы импорта ядерных отходов в Россию. За это хорошо платят, и многие страны готовы выделять крупные суммы, чтобы избавиться от отходов на своей территории. В России деятельность Росатома, как стратегически важной госкорпорации, во многом засекречена, что позволяет ей действовать с минимальным общественным контролем.
Однако захоранивать большие объемы ввозимых отходов скрытно невозможно: плотность населения даже в Сибири слишком высока, а экологическое лобби, несмотря на давление властей, остается влиятельным.
При этом сам по себе замкнутый топливный цикл не является ноу-хау: над ним десятилетиями работают во Франции, Японии и США, сталкиваясь с теми же трудностями, что и Россия.
Замкнутый цикл
В замкнутом ЯТЦ на радиохимических предприятиях осуществляется переработка отработанного ядерного топлива с целью возврата в цикл невыгоревшего урана-235, большей части урана-238 и изотопов энергетического плутония, образующихся при работе реактора. Из ОЯТ выделяются ценные компоненты, которые используются для производства нового ядерного топлива, а активность отходов, подлежащих захоронению, минимизируется.
Повышение эффективности использования ядерного топлива и вовлечение плутония как ценного энергоносителя — основные аргументы в пользу замкнутого цикла. ОЯТ рассматривается как важный элемент сырьевой базы ядерной энергетики, поскольку содержит значительное количество делящихся изотопов. Их возвращение в цикл после переработки расширяет сырьевую базу отрасли. После извлечения топлива из реактора топливные стержни обрабатываются на перерабатывающих заводах: они дробятся, растворяются в кислоте, а затем продукты деления отделяются, остекловываются и отправляются на длительное захоронение. Плутоний и неиспользованный уран пригодны для дальнейшего использования. Около 96% урана, используемого в реакторе, остается в отработанном топливе (в реакторе расходуется лишь 3–4% U-235).
В теории это звучит привлекательно. Повторимся – в теории.
Что такое БРЕСТ
БРЕСТ (Быстрый Реактор Естественной безопасности со Свинцовым Теплоносителем) — российский проект реактора на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем, двухконтурной схемой отвода тепла к турбине и использованием перегретого пара. Реактор строится в Северске, недалеко от Томска.
Разработчиками и популяризаторами проекта являются советские и российские ученые Виктор Орлов и Евгений Адамов. Последний известен как ликвидатор Чернобыльской аварии, а также фигурант уголовного дела по обвинению в мошенничестве, связанном с неправомерным списанием долгов компании Globe Nuclear Services and Supply Limited на сумму около 100 млн долларов США, передачей этой компании прав на реализацию природного урана в США по контракту ВОУ-НОУ и соучастием в размывании доли государства в этой компании.
Проект БРЕСТ зародился еще в 1990-е годы, но подвергался жесткой критике со стороны профессионального сообщества. Тем не менее в 2000 году он был представлен Владимиру Путину, который включил его в выступление на саммите ООН, посвященное устойчивому развитию и решению проблем нераспространения ядерного оружия. После этого проект фактически получил карт-бланш, а Адамов и Орлов начали активно продвигать концепцию «естественной безопасности».
Согласно этой концепции, реактор БРЕСТ и его топливо должны быть настолько безопасными, что не потребуют сложных технических систем и автоматики, что упростит конструкцию и удешевит АЭС. Однако эта концепция была голословной, особенно на этапе, когда строительство БРЕСТа еще не началось. Само понятие «внутренней самозащищенности» (синоним концепции Адамова-Орлова) не ново и десятилетиями используется в ядерной энергетике.
В отличие от традиционных реакторов, использующих воду в качестве теплоносителя, в БРЕСТе в шахту из теплоизоляционного бетона (изнутри покрытого металлическим лайнером) залит свинец (теплоноситель), в который погружены активная зона, парогенератор, насосы и другие системы. Циркуляция свинца осуществляется за счет разности уровней горячего и холодного теплоносителя, создаваемой насосами.
Если в обычных реакторах выравнивание тепловыделения достигается изменением обогащения урана в твэлах, то в БРЕСТе с полным воспроизводством плутония применяются твэлы разного диаметра (9,1 мм, 9,6 мм, 10,4 мм). В качестве топлива используется мононитридная композиция урана, плутония и минорных актиноидов. Реактор способен за одну загрузку «сжигать» до 80 кг как собственных актиноидов, так и полученных из облученного топлива других АЭС.
Особенностью проекта является примыкающий к реактору комплекс по переработке облученного топлива, что исключает дорогостоящую и небезопасную транспортировку. Это решение уникально и не имеет аналогов в мире. Однако вопрос, насколько расплавленный радиоактивный свинец безопаснее горячей воды, остается открытым, поскольку подобных реализаций еще не было.
БРЕСТ и безопасность
Сторонники БРЕСТа утверждают, что использование свинцового теплоносителя, кипящего при высокой температуре, радиационно-стойкого и химически пассивного при контакте с водой и воздухом, позволяет осуществлять теплоотвод при низком давлении и исключает пожары, химические и тепловые взрывы при разгерметизации контура, течах парогенератора или перегреве теплоносителя.
Бесчехловые тепловыделяющие сборки (ТВС) с широкой решеткой твэлов в активной зоне умеренной энергонапряженности (максимум около 200 МВт/м³) в теории исключают потерю теплоотвода при локальном перекрытии проходного сечения и обеспечивают высокий уровень естественной циркуляции. Однако в последней версии проекта БРЕСТ используются чехловые шестигранные ТВС, которые не гарантируют теплоотвод при перекрытии сечения, например, оксидами свинца.
Конструкция активной зоны со свинцовым отражателем, а также состав и геометрия должны обеспечивать полное воспроизводство топлива, небольшие отрицательные эффекты реактивности (мощностной, температурный, пустотный), что минимизирует риск неконтролируемого разгона реактора. Пассивная система внешнего воздушного аварийного охлаждения и разность уровней в контуре также в теории обеспечивают безопасность при нарушении принудительной циркуляции.
Однако система безопасности неоднократно подвергалась критике. Академик РАН, вице-президент Курчатовского института Николай Пономарёв-Степной в своей статье заявил, что технология свинцового жидкометаллического теплоносителя не отработана, а утверждения о решении с помощью БРЕСТа проблем ядерной энергетики (неограниченное обеспечение топливом, нераспространение, естественная безопасность, сжигание радиоактивных элементов, утилизация отходов) недоказанны и спорны с научной и технологической точек зрения.
Пономарёв-Степной воздержался от термина «афера», но он явно подразумевался.
Есть сомнения и в конструкции БРЕСТа. В интегральной схеме реактора не обеспечивается равномерное поддержание кислородного потенциала в допустимом диапазоне. Для работоспособности твэлов необходимо стабильно поддерживать содержание кислорода в теплоносителе, что требует значительных затрат. Работоспособность конструкционных материалов в расплавленном свинце при высоком нейтронном облучении не обоснована, так как свинец вызывает сильную коррозию. Проблема смешанного нитридного топлива также требует значительных усилий и времени для решения.
Поддержание теплоносителя в жидком состоянии требует больших энергетических и временных затрат: на разогрев реактора БРЕСТ-ОД-300 потребуется минимум семь месяцев.
Главная проблема — радиационная опасность. Свинцовый теплоноситель не удерживает продукты деления (цезий, йод), которые могут попасть в газовый контур и выйти за пределы первого контура. При облучении свинца образуется радиоактивный полоний, а также тритий во втором контуре. Свинец сам по себе токсичен, а вопросы утилизации долгоживущих изотопов (свинца-205 с периодом полураспада 17,3 млн лет, полония-210, висмута-207 и -208) не решены. Эти изотопы требуют дорогостоящего глубинного захоронения.
Директор Опытного конструкторского бюро машиностроения Росатома Виталий Костин еще в 2007 году заявил, что технологии свинцовых реакторов не имеют преимуществ перед освоенными технологиями легководных и натриевых реакторов. Их развитие приведет к большим затратам без положительного результата.
Однако протесты ученых и технологов не смогли преодолеть лобби сторонников БРЕСТа.
Деньги или ВИЭ? Конечно же, деньги
Еще один аспект, о котором умалчивают в Росатоме, — стоимость проекта и электроэнергии, вырабатываемой такой АЭС.
За громкими заявлениями о «самой безопасной электроэнергии» (что после Чернобыля, Фукусимы, Кыштыма и аварий на Белоярской АЭС звучит неуместно) редко задаются вопросы о рентабельности. Атомные станции — чрезвычайно дорогое предприятие, производящее одну из самых дорогих электроэнергий в мире. Росатом нередко манипулирует цифрами, учитывая в себестоимости только операционные расходы (стоимость топлива и обслуживания), но игнорируя затраты на строительство станции, ее утилизацию (срок службы — до 50 лет) и переработку отходов.
С учетом этих факторов картина становится неприглядной.
Лидер по себестоимости — биотопливо (производство метана из биомассы с последующим сжиганием на газовых станциях). Себестоимость киловатт-часа составляет 7–15 рублей в ценах 2024 года, хотя процесс производства биотоплива не так экологичен, как его представляют.
Аналогичный уровень себестоимости у атомных станций (РБМК и ВВЭР) — 7–12 рублей за киловатт-час с учетом затрат на строительство. Производителю электроэнергия обходится как минимум вдвое дороже.
Второе место делят угольные станции (с выбросами сажи, углекислого газа, азотных соединений и урана) и морские ветровые станции — 5–12 рублей за киловатт-час.
Третье место — геотермальные и газовые комбинированные станции — 4–8 рублей за киловатт-час.
Четвертое место — гидроэлектростанции с минимальными операционными затратами — 3–6 рублей за киловатт-час.
Лидеры по рентабельности — солнечные и наземные ветровые станции — 2–5 рублей за киловатт-час.
Однако проект БРЕСТ значительно дороже традиционных АЭС. Точных данных о себестоимости электроэнергии нет, но, используя методику LCOE (уровнезированная стоимость электроэнергии), включающую капитальные, операционные и топливные затраты за жизненный цикл станции (около 60 лет), можно оценить, что себестоимость электроэнергии БРЕСТа в 1,5–2 раза выше, чем у традиционных АЭС, и почти в 10 раз выше, чем у гидро-, солнечных и ветровых станций.
Возникают два вопроса.
Первый: зачем вкладывать огромные ресурсы в непроверенную и сомнительную технологию?
Второй: насколько эффективнее было бы направить эти средства на строительство солнечных и ветровых станций той же мощности?
Средняя стоимость строительства ветровой электростанции в России — около 60 млн рублей за мегаватт. Для станции мощностью 300 МВт (как БРЕСТ) потребуется 18 млрд рублей. Капитальные затраты на БРЕСТ в 2021 году оценивались в 100 млрд рублей, но с учетом инфляции, санкций и традиционных для России перерасходов они могут вырасти в 2–3 раза.
Таким образом, на средства, выделенные на БРЕСТ, можно построить 11 ветровых электростанций той же мощности, экологически безопасных и требующих минимального обслуживания.
Кто и зачем вкладывает такие средства в сомнительную разработку?
Очень экспериментальный «Прорыв»
Проект «БРЕСТ» не является прорывом. Это скорее «разведка боем» — строительство потенциально опасного объекта без точных расчетов, прогнозов и очевидных перспектив.
Название «БРЕСТ-ОД-300» расшифровывается как «Быстрый Реактор Естественной безопасности со Свинцовым Теплоносителем, опытный, демонстрационный, 300 мегаватт». Ключевое слово — «демонстрационный». Реактор, строящийся более 20 лет, не предназначен для реальной работы. Его цель — доказать правоту идей Виктора Орлова и Евгения Адамова.
Не слишком ли дорого обходится такая демонстрация? И кто ответит, если реактор окажется неработоспособным, неэффективным или нерентабельным?
Похоже, никто.
Проект БРЕСТ задумывался как революционный шаг в атомной энергетике: уникальный реактор на свинцовом теплоносителе, замкнутый топливный цикл, переработка отходов прямо на площадке. В теории он должен был объединить безопасность, экологичность и экономическую эффективность.
Однако практика показала обратное.
В технологическом плане БРЕСТ остаётся экспериментом с множеством нерешённых проблем. В экономическом — это один из самых дорогих проектов отрасли, уже обошедшийся государству дороже, чем строительство классических АЭС. В политическом — это символ, на который опирается риторика о «прорыве», хотя реальных доказательств жизнеспособности концепции пока нет.
Таким образом, БРЕСТ сегодня — не столько рабочее решение для энергетики, сколько демонстрационный проект с высоким уровнем неопределённости. А учитывая объемы вкладываемых в него средств, всё больше вспоминается слово «афера»...
#росатом #магатэ