Когда кончатся нефть и газ, чем мы их заменим? Состояние и перспективы ядерной энергетики.

Из предыдущего материала мы уже узнали про ценность нефти для нынешней мировой экономики, посмотрели на последствия нефтяного кризиса в США 1973 года, познакомились с понятием пика нефти и узнали, на сколько нам хватит ее доказанных запасов. Дальше мы расскажем, как мир готовится к переходу на альтернативные углеводородам источники энергии. Перспективных разработок огромное число, у всех у них есть как плюсы, так и минусы. Начинаем с давно известной, но чересчур спорной ядерной энергетики.

С ростом населения Земли потребности в энергии и топливе тоже постоянно растут. В электричестве нуждаются и быстрорастущие страны третьего мира, в которых уровень жизни позволяет обзавестись смартфонами, компьютерами и прочими гаджетами, пожирающими ток. Чем больше потребителей подключается к розетке, тем ближе мы к коллапсу энергетической сферы, ведь генерирующие мощности должны опережать потребности. В противном случае перебоев с электричеством не избежать.

В 2017 году 65% всей электроэнергии в мире было произведено за счет сжигания ископаемого топлива (нефти и сопровождающего ее газа, угля). И несмотря на поддержку возобновляемых источников энергии, этот вклад углеводородов остается практически неизменным последние 15 лет.

Атомная энергетика могла бы предоставить тот заменитель ископаемого топлива, способный обеспечивать население и транспорт чистым электричеством. Достаточно довести выработку электричества атомными станциями до четверти необходимого миру объема, и выбросы углекислого газа в атмосферу заметно снизились бы. Правда, как всегда, есть ряд «но». И связаны они с тремя авариями, которые затормозили атомный век человечества.

Три удара по индустрии

Каждый раз, когда речь заходит о перспективах ядерной энергии, дискуссия не обходится без одного из трех примеров аварий на атомных электростанциях в США, Японии или СССР. И их стоит рассматривать в глобальном контексте изменения отношения общественности к ядерной энергетике. Не везде это отношение было одинаковым.

В середине пятидесятых годов прошлого века американские газеты были полны энтузиазма, декларируя наступление атомной эпохи с созданием первого коммерческого ядерного реактора гражданского назначения. «Через 15 лет ядерная энергетика сделает электроэнергию настолько дешевой, что можно будет не ставить счетчики», — заявлял глава комиссии по атомной энергии США Льюис Штраус в 1954 году.

В чем-то он оказался прав: в 1960-х в США запускались десятки атомных электростанций. Предполагалось, что к началу нашего века больше половины всех потребностей в электричестве США будет закрывать с помощью мирного атома.

Конечно, атомная энергия не была дармовой. Проектирование и строительство атомных электростанций требовали огромных инвестиций, стройки были сложными и масштабными, а операционная деятельность АЭС — непростой. Вся эта атомная эпоха проходила под непрекращающийся фоновый гул протестов защитников окружающей среды. Защитные меры на строящихся станциях пересматривались. Эти и другие изменения в ходе строительства удорожали его чуть ли не в 10 раз.

А в марте 1979 года в штате Пенсильвания на втором энергоблоке свеженькой АЭС Three Mile Island случилась беда, которая подтвердила опасения защитников окружающей среды. На энергоблоке сперва остановилась работа водяных насосов, последовали сбои в работе оборудования и ошибки сотрудников станции. Все это вылилось в расплавление активной зоны реактора и утечку радиоактивного пара.

Градирни первого энергоблока работали на станции вплоть до сентября 2019 года, когда она была окончательно остановлена из-за убыточности

Последовала паника, которой максимально способствовали и СМИ. Жители окрестностей покинули свои дома, миллион человек готовились к эвакуации. Уже позже стало понятно, что доза облучения была ничтожной — в несколько раз меньше, чем при обычном рентгеновском снимке.

Но куда значительнее были последствия для индустрии. Великое атомное движение по всей Америке остановилось. В стране скопилась сотня заказов на производство новых реакторов, но все они были аннулированы, ряд энергетических компаний обанкротились, стройки новых АЭС замерли на разных стадиях готовности, а разрешения на строительство с тех пор больше не выдавались (до недавних пор).

Тем не менее всего за два десятка лет атомного движения США смогли довести свой уровень выработки электроэнергии с помощью атома до 20%. К 2020 году этот показатель упал не намного. Десятки реакторов продолжают работать в США, им регулярно продлевают лицензию, а их средний коэффициент выдаваемой мощности улучшился с 60 до 90% и выше.

АЭС «Уоттс-Бар» в США заложили еще в начале 1970-х годов, но первый энергоблок ввели в эксплуатацию только в 1996-м, второй — в 2016-м

Аналогичные антиядерные настроения возникали в обществе и в 1986 году после катастрофы на Чернобыльской АЭС, и в 2011-м после аварии на японской АЭС «Фукусима-1». Пострадал энергетический сектор Западной Европы. Итальянцы на референдуме решили отказаться от атомной энергетики в стране и в 1990 году закрыли последний ядерный реактор. Германия совсем скоро остановит свои последние реакторы, объявив курс на возобновляемую энергетику. Более мелкие игроки рынка также заявили о своем постепенном отказе от ядерной энергии.

Если с 1970 по 1987 год число ядерных реакторов в мире выросло с 84 до 407, то в дальнейшем столь взрывного роста не наблюдалось: за 30 лет число эксплуатируемых реакторов увеличилось всего лишь на 40.

Последствия для Японии

Больше всех досталось самой Японии. После катастрофы на «Фукусиме» в стране немедленно приняли решение постепенно остановить все 54 АЭС. На начало 2011 года атомная энергетика обеспечивала 30% от общего объема производства электроэнергии в стране. Японцы ставили перед собой цель увеличить этот показатель через шесть лет до 41%, а к 2030-му довести его до 50%.

Все это было продиктовано, кроме прочего, и соображениями заботы об окружающей среде, и повышением энергетической независимости. Нефтяной кризис 1973 года затронул в том числе и Японию. Быстрое восстановление индустрии и японское экономическое чудо после поражения во Второй мировой войне полагались в том числе на ископаемые энергоносители с Ближнего Востока.

Конечно, полностью отказаться от своих инвестиций в АЭС в Японии не могли. С 2012 года их постепенно вводили обратно в строй. Сообщалось, что в 2014-м Япония на 88% зависела от ввозимого ископаемого топлива, тогда как четырьмя годами ранее этот показатель был равен 62% и постепенно сокращался. Как следствие, счета за электроэнергию для потребителей также выросли примерно на 20%, для индустрии — почти на 30%.

Мирный атом практически исчез из энергетического баланса Японии после аварии

Реакторы постепенно возвращаются в строй после прохождения через новое сито отбора на сертификат безопасности. Так, например, АЭС «Токай» сможет заработать только после того, как со стороны моря будет построена почти двухкилометровая стена, способная защитить станцию от цунами высотой 17,1 метра. Это строительство завершится не раньше декабря 2022 года, на него потребуется найти около $1,65 млрд.

Перспективы ядерной индустрии в мире

Несмотря на то что отдельные продвинутые страны первого мира отказываются от ядерной энергетики, другие делают на нее немалую ставку. Она все-таки конкурентоспособна в сравнении с другими видами производства электричества. За исключением, конечно, тех случаев, когда имеется прямой доступ к дешевым ископаемым видам топлива.

Хотя даже Саудовская Аравия с ее богатейшими нефтяными месторождениями озвучила планы по строительству атомной электростанции с двумя энергоблоками. В ближайшие десятилетия на побережьях пустынь может появиться в общей сложности 16 ядерных реакторов и множество разработок урановых месторождений.

В отличие от соседей по Европе, французов особо не беспокоили проблемы на атомных станциях где-то за рубежом. Речь идет о высокопоставленных французах, которые принимали решения. Народ, конечно же, протестовал всегда. Однако это не помешало Франции обзавестись самой передовой ядерной индустрией. Она обеспечивает 71,7% всего производства энергии в стране, что является самым высоким показателем на планете. И если всего в мире производилось 2563 млрд киловатт-часов ядерной электроэнергии, то французы были ответственны за 396 млрд из них. При этом в стране на высшем уровне декларируется необходимость вывода из работы устаревших реакторов и снижения доли атомной энергетики до 50%.

Доля ядерной энергетики в генерации электричества по странам и годам

По данным на 2019 год, в мире работало 442 ядерных реактора. Они генерировали 10% мирового электричества.

Еще 50 реакторов находятся на стадии строительства. Большинство из новых мощностей вводятся в Китае. Согласно данным МАГАТЭ, за 10 последних лет в Китае к сети было подключено 37 новых реакторов. Новые мощности вводятся в Южной Корее, Индии, России. В принципе, азиатский рынок может стать крупнейшим уже через 10 лет.

К тому же эксперты отмечают улучшение эффективности работы ядерных реакторов со временем. Фактическая выработка энергии достигла 80% и более от теоретической выработки у большей части реакторов в мире: 62% в 2018 году против 28% в 1978-м. У ядерной энергетики этот показатель выше, чем у любого другого источника энергии.

Доли АЭС в мире по эффективности

Согласно статистическим данным американского Управления энергетической информации, только геотермальные источники энергии подбираются близко к этому показателю. Так, в 2018 году коэффициент использования установленной мощности для «геотермалки» составил 76%.

Более двух третей мирового производства урана приходится всего лишь на три страны: Канаду (13%), Австралию (12%) и Казахстан (41%). Учитывая, что в 2018 году было произведено примерно 53,5 тыс. тонн урана, а разведанные запасы в мире достигают 6 млн 124 тыс. тонн, топлива должно хватить еще надолго. Правда, если мы не будем резко наращивать мощности.

Добыча урана из шахт в тоннах

Может ли человечество полностью положиться на атом?

К сожалению (или к счастью), нет. Это всего лишь утопия. Профессор из университета Аделаиды в Австралии Дерек Абботт как-то подсчитал: чтобы закрыть потребность в электричестве атомными станциями, придется построить порядка 15 тыс. реакторов. Но в их конструкции, помимо топлива, используются редкие металлы: гафний в качестве поглотителя нейтронов, бериллий в качестве отражателя и так далее. При этом многие редкоземельные металлы жизненно важны для других индустрий.

К тому же каждый из 15 тыс. реакторов потребует большого клочка земли и водоема поблизости. Желательно, чтобы эта площадка была не в густонаселенном районе. Земля кажется большой лишь на первый взгляд. И для атомных станций тут на самом деле довольно тесно.

Каждую атомную станцию со временем придется вывести из эксплуатации. Их жизненный цикл навряд ли сможет превышать 50—70 лет. Еще около 20 лет займут вывод станции из эксплуатации и зачистка локации до состояния зеленой лужайки. Хотя в случае с хорошо известной Игналинской АЭС в Литве этот процесс растянется на значительно больший срок. Ее полностью остановили в 2009 году, а работы по демонтажу первого реактора планируют начать только в 2027-м и закончить лет через 11. Там все непросто, надо придумать, что делать с облученным графитом, который использовался в реакторах типа РБМК в Советском Союзе. Но это повод для отдельного рассказа про захоронение отработанного топлива и высокорадиоактивных корпусов реакторов.

В 2019 году на ГП Игналинской атомной электростанции демонтировано 5483 тонны оборудования и связанных конструкций. Из них 3216 тонн обработано и вывезено как нерадиоактивные отходы и будет реализовано как металлолом

К тому же, согласно принципам МАГАТЭ, мы должны обходиться с ядерными отходами так, чтобы не налагать чрезмерное бремя на будущие поколения. Желательно, чтобы радиация не смогла просочиться в подземные воды. В Финляндии, например, отходы закопают на глубине более 500 метров, где они будут храниться на протяжении тысяч лет в виде облученного ядерного топлива и конструкций самой станции.

Возвращаясь к подсчетам профессора Абботта: он напоминает, что за суммарно тысячи лет наработки сотен ядерных реакторов произошло 11 инцидентов с полным или частичным расплавом активной зоны. 15 тыс. реакторов — это в разы больше ядерных аварий, которые практически невозможно предугадать или смоделировать.

Учитывая все ресурсозатраты, сложности и опасности, которые несет в себе массовая ядерная энергетика, ее нельзя рекомендовать в качестве панацеи для мира, который вскоре может почувствовать острый энергетический голод.

Источник