Рейтинг@Mail.ru
Поиск
x
Четыре стихии
Социальная реклама

Энергичная Россия будущего

Анастасия Шартогашева
16 ноября 2021
50855929937_c3257662fe_o.jpg
Мария Мурзина
Фото: Скульптура «Расщепленный атом»
Заводы не стоят: в России строят современные технологичные производства, уникальные научные машины и ядерные реакторы для «зеленой» энергетики.

В будущем мы будем заряжать телефоны, кипятить воду, греть дома и играть в компьютерные игры, выбрасывая в атмосферу минимум углекислого газа. Прийти к такому положению дел можно разными способами — например, отказавшись от сжигания угля, нефти и газа и перейдя на энергию Солнца. Или ветра, или рек, или на атомную энергию. Но класть все яйца в одну корзину, даже если эта корзина — безуглеродная энергетика на возобновляемом источнике, вряд ли правильно. Концепция «зеленого квадрата» предполагает развитие всех четырех путей одновременно — так, чтобы они помогали друг другу.

Ветер

49719515213_02e0921b28_o.jpg
Алексей Башкиров / «Страна Росатом» / flickr.com Строительство Адыгейской ВЭС

В России работает уже больше трех десятков ветропарков: ветряки крутятся в полях между адыгейскими хуторами, в Ростовской области, в Крыму, Башкирии, и в двух труднодоступных районах — на Чукотке и в якутском поселке Тикси. Но больше всего ветроэлектростанций (ВЭС) строится в Ставрополье. Там в этом году заработала самая крупная ветроэлектростанция страны — Кочубеевская ВЭС, состоящая из 84 ветряков общей мощностью в 210 мегаватт — это сравнимо с мощностью, например, Выборгской ТЭЦ, которая снабжает теплом и электричеством три района Санкт-Петербурга.

Российские ВЭС строятся с использованием российских комплектующих — гондолы и сами башни ветряков собирают на заводе «Атоммаш» в Волгодонске (Ростовская область). В числе поставщиков «Атоммаша» есть и российские производства, перенявшие технологию изготовления сложных деталей от зарубежных производителей — например, завод по изготовлению стальных листов по особой технологии построили с помощью итальянских специалистов.

Водород

«Чистую» электроэнергию, полученную от ветроэлектростанций, можно использовать в обычных целях — например, снабжать города электроэнергией, — а можно направить на производство водородного топлива. На нём может работать «зеленый» транспорт: автомобили, поезда и даже самолеты. При сгорании водорода образуется вода, поэтому водородный транспорт делает воздух чище.

За рубежом водородную энергетику уже около двадцати лет развивают Южная Корея, Германия, где в 2018 году запустили водородную электричку, США и Япония — олимпиаду в Токио обслуживали водоробусы. Первый водоробус недавно приехал в Москву, а через несколько лет по Сахалину планируют пустить российские водородные поезда.

Накопить и потратить

Электротранспорт тоже способствует очищению воздуха — правда, только в том случае, если заряжает свои аккумуляторы электричеством, произведенным безуглеродным способом. В России пока немного производителей накопителей электроэнергии, но их становится больше, а у некоторых появляются и собственные разработки. Одна из таких компаний — «РЭНЕРА» (входит в структуру «Росатома»). Она планирует построить в Калининградской области завод по производству литий-ионных батарей по использованием технологии корейско-российской компании Enertech.


И для автобусов, и для поездов нужно топливо — водород. Опытные образцы машин для его производства из воды — электролизеров — сейчас тестируют на заводе «Центротех» в Новоуральске. Хранить и транспортировать водород сложно: это очень летучий газ, поэтому на том же «Центротехе» сейчас налаживают производство специальных водородных емкостей.

Но для того, чтобы водородный транспорт был по-настоящему безуглеродным, его нужно получать, используя энергию от ветровых, солнечных или атомных электростанций. На российских АЭС уже получают водород, но в небольших объемах — для собственных нужд станций. Сейчас атомщики думают над тем, как расширить эти производства и получать на АЭС больше водорода. Саму атомную отрасль тоже ждут большие перемены.

Атом

46636760642_e533cf8e80_o.jpg
Ленинградская АЭС Вид на Ленинградскую атомную станцию

Пожалуй, самое важное из того, что ожидает российскую (а вслед за ней и мировую) атомную энергетику в обозримом будущем — это замыкание топливного цикла. Сейчас ядерное топливо получают, обогащая природный уран; топливо служит несколько лет, после чего его вынимают из реактора, перерабатывают, переводят в стабильную и безопасную форму и отправляют на хранение.

Идея замкнутого цикла состоит в том, чтобы использовать топливо много раз. Для этого топливные стержни, отработавшие в ядерном реакторе, перерабатывают. Из них извлекают плутоний и добавляют свежий уран — получается новое топливо. Замкнутый цикл позволит и сократить время хранения отработавшего ядерного топлива, и более полно использовать природный уран. Сейчас используется меньше 1% добытого урана (такова доля изотопа урана-235, который необходим для поддержания цепной реакции), а в замкнутом цикле можно будет использовать оставшиеся 99% урана (уран-238) — и тогда его запасов нам хватит не на одну тысячу лет.

Для того, чтобы использовать некоторые виды топлива из «вторсырья», нужны ядерные реакторы нового типа — на быстрых нейтронах (почти все действующие атомные реакторы принадлежат к другому типу, на медленных, или тепловых нейтронах). Впрочем, есть и топливо, которое можно загружать в обычные, тепловые реакторы — оно называется РЕМИКС-топливо, и в сентябре этого года на Балаковской АЭС в Саратовской области закончили испытания его первых образцов.

Реакторы нового поколения

Топливо из «вторсырья» можно загружать в обычные — тепловые — реакторы. Но для «вторичного» топлива больше подходят реакторы на быстрых нейтронах. Благодаря особым условиям, которые создаются в их активной зоне, в таких реакторах появляются способные к делению изотопы. Проще говоря, на выходе топлива получается больше, чем на входе. Кроме того, в реакторах на быстрых нейтронах можно дожигать особо опасные, долгоживущие нуклиды отработавшего ядерного топлива обычных тепловых реакторов. Есть надежда на то, что развитие технологий когда-нибудь позволит получать в конце топливного цикла отходы, радиоактивность которых не будет превышать радиоактивность природной урановой руды.

На сегодняшний день в России работает два промышленных реактора на быстрых нейтронах — БН-600 и БН-800 на Белоярской АЭС. В других российских реакторах топливо омывает вода, а в этих — жидкий натрий, и условия работы ядерного топлива несколько другие. БН-600 — энергетический реактор, то есть служит исключительно для выработки электроэнергии, а вот БН-800 — и энергетический, и экспериментальный. В 2022 году активная зона БН-800 будет полностью загружена тем самым «вторичным» топливом, сделанным из плутония, выделенного из отработавшего топлива обычного теплового реактора — и обедненного урана из отходов обогатительного производства. Следующий шаг в развитии натриевых реакторов на быстрых нейтронах — строительство блока с реактором БН-1200.

Быстрые нейтроны для ученых

В Димитровграде (Ульяновская область) в этом году начали строить самый большой в мире исследовательский реактор на быстрых нейтронах МБИР. На нем ученые смогут проверить расчеты для будущих промышленных реакторов, испытать новые виды топлива и материалы. МБИР покажет, что происходит в реакторе с долгоживущими радиоактивными нуклидами — самой опасной частью отработавшего топлива. Работать на реакторе смогут не только российские ученые: вокруг установки построят международный центр, чтобы технологию реакторов на быстрых нейтронах могли освоить атомщики со всего мира.


На замыкание топливного цикла нацелен и ОДЭК — комплекс из реактора на быстрых нейтронах, хранилища радиоактивных материалов и радиохимических производств для их переработки и производства вторичного топлива. Сердцем комплекса ОДЭК должен стать реактор на быстрых нейтронах БРЕСТ-ОД-300; в этом июне на стройплощадке начали заливать его фундамент. В отличие от реакторов типа БН, в БРЕСТе будут использовать не натрий, а жидкий свинец.

Комплекс строят, чтобы доказать, что энергосистема с замкнутым топливным циклом может быть экономически выгодной. Пока что у скептиков замкнутого цикла хватает аргументов против, и в основном эти аргументы экономические: реакторы на быстрых нейтронах дороги, да и выделять нужные нуклиды дороже, чем добывать природный уран.

Малые АЭС

Не до каждого уголка России можно дотянуть линию электропередач. Поэтому кроме больших электростанций стране нужны маленькие. До недавнего времени почти все далекие северные поселки, предприятия и острова получали энергию от небольших дизельных генераторов, но в будущем они, возможно, перейдут на снабжение от маленьких атомных станций.

Экономия по-умному

У по-настоящему «зеленой» и надежной энергетической системы есть не только подходящие источники энергии — ветро-, солнечные, атомные станции — но и умная система управления, которая позволяет не тратить энергию зря, сохранять излишки и предсказывать пики потребления.

В России такие системы пока только разворачиваются. С 2019 года работает проект по управлению спросом. Суть его заключается в следующем: все желающие, от крупных предприятий до владельцев квартир, в определенный момент отключают электроприборы и получают за это вознаграждение.


Три года назад в чукотском приморском городе Певек заработала первая в мире плавучая атомная станция «Академик Ломоносов». Она дает на берег не только электричество, но и тепло. Будущие плавучие АЭС будут поставлять энергию и для нового горно-обогатительного комбината, который строится сейчас на Чукотке, на одном из крупнейших медных месторождений России. В Якутии планируют разместить маленькую АЭС для будущего золотого рудника.

Атомные станции малой мощности — мировой тренд; их разрабатывают и в Европе, и в США. Правда, пока ни один из зарубежных проектов не запущен, и у российских атомщиков есть фора; если отечественные компактные реакторы понравятся потенциальным клиентам, Россия может начать продавать их за рубеж.

Термояд: будущее энергетики

27647631578_073c3cfc84_o.jpg
«Страна Росатом» Стенд тепловых испытаний IDTF

Управляемый термоядерный синтез может удовлетворить потребность человечества в «зеленой» и практически неисчерпаемой энергии на тысячи лет. Однако осуществить его, получив больше энергии, чем тратится на поддержание термоядерной реакции, до сих пор не удавалось. Главная надежда в этой сфере связана с термоядерным реактором ITER, который строится сейчас на юге Франции.

Россия — участник проекта ITER и поставляет для него сложные компоненты и оборудование. Благодаря участию России в проекте за последние десять лет в стране появилась целая новая отрасль промышленности — производство сверхпроводников. Как и у других стран-участниц проекта, у России есть собственная научная термоядерная программа и свои установки. Строить их начали еще семьдесят лет назад; сейчас старые машины обновляют.

Недавно в Курчатовском институте в Москве закончили модернизировать токамак Т-15МД, на подходе — токамак реакторных технологий в Троицке, который заработает в середине 2030-х годов. С этими научными установками Россия останется одним из мировых лидеров по термоядерным исследованиям, и если термоядерная энергетика когда-нибудь станет реальностью, то у нашей страны будет большое преимущество.

Следите за новостями Homo Science и узнавайте новое на сайте, а также в официальных каналах проекта в Instagram, VKontakte, Facebook и YouTube.

рекомендации
Карта, Россия

Маршрут построен: музейные истории за границами столиц

Новогодняя елка, рождественская елка, Рождество, Новый год, ель

Разделяй и празднуй: насколько экологичны ваши праздничные привычки?