Япония и США создают совместную компанию для разработки коммерческого реактора на быстрых нейтронах.
Япония примет участие в американском проекте по разработке реактора на быстрых нейтронах следующего поколения, сообщает японская газета Yomiuri Shimbun со ссылкой на свои источники в Японии и Соединенных Штатах. Сотрудничество будет осуществляться в рамках коммерческого стартапа компанией TerraPower. Соглашение об этом достигнуто между Агентством по атомной энергии правительства Японии (JAEA) и Mitsubishi Heavy Industries с японской стороны и Министерством энергетики США и компанией, основанной соучредителем Microsoft Биллом Гейтсом, – с американской. Он же глава стартапа.
США планируют построить реактор на быстрых нейтронах мощностью 345 МВт в Кеммерере (штат Вайоминг). Каждая из двух сторон внесет половину стоимости строительства в размере 4 млрд долл. (около 450 млрд иен). Стороны должны подписать соглашение о сотрудничестве уже в этом году. Начало эксплуатации реактора ожидается в 2028 году (Yomiuri Shimbun, 02.01.22).
Согласно источникам, сотрудничество будет осуществляться по многим направлениям. В первую очередь – в проектировании и создании оборудования загрузки реактора новым топливом и удалении отработанного, систем обнаружения повреждений во время работы реактора, технологий работы теплообменников с использованием жидкого натрия, который будет в качестве хладагента для отвода тепла из активной зоны. В чем, как считается, у Японии большой опыт. В решении ряда других проблем, связанных, например, с безопасностью и защитой персонала от излучения в активной зоне. Основываясь на конструкции реактора на быстрых нейтронах, обе стороны обсудят технические детали, касающиеся каждой области его работы.
В проектируемом реакторе на быстрых нейтронах будет использоваться топливо с более высокой концентрацией урана, чем сейчас в наиболее распространенных легководных реакторах. Это значительно повысит его экономическую эффективность как реактора следующего поколения, пишут японские средства массовой информации. Реактор будет охлаждаться с использованием жидкого натрия, хотя с ним много проблем, поскольку он сильно реагирует при контакте с водой или воздухом. Но, с другой стороны, он эффективно отводит тепло от ядерного реактора.
TerraPower при поддержке Министерства энергетики США планирует начать строительство реактора в Вайоминге в 2024 году и будет стремиться ввести его в эксплуатацию в 2028 году (Yomiuri Shimbun, 09.01.22).
Заинтересованность сторон в сотрудничестве
Соединенные Штаты с 1970-х годов воздерживались от полномасштабной разработки реакторов на быстрых нейтронах, и у них мало наработок в этой области. Было лишь незначительное продвижение, скорее только в научно-исследовательских программах. Поэтому они предложили Японии техническое сотрудничество, полагая, что у нее накоплен опыт работы реакторов на быстрых нейтронах
Однако подходы США к ядерной энергетике изменяются. Администрация президента США Джозефа Байдена, пишет газета Yomiuri Shimbun, определила борьбу с глобальным потеплением одним из ключевых направлений своей политики и стремится занять лидирующие позиции на рынке ядерной энергетики, в том числе и благодаря ускорению темпов разработки реакторов на быстрых нейтронах с использованием технологий, собранных в Японии.
Есть за что бороться. По данным Института ядерной энергии США, рынок ядерной энергетики в 2050 году составит 40 трлн иен, что примерно в четыре раза больше, чем в 2020 году. Считается, что из этой суммы на реакторы следующего поколения придется 10 трлн иен. Реакторы на быстрых нейтронах являются многообещающими. Китай и Россия лидируют в своих планах ввести их в промышленную эксплуатацию в 2030-х годах, констатирует газета Yomiuri Shimbun.
Со своими прогнозами Япония, приняв в 1970-х годах политику стабильного развития ядерной энергетики, в ее рамках начала искать пути переработки отработанного ядерного топлива (ОЯТ) легководных реакторов, выделения из него плутония и использование его в виде так называемого MOX-топлива в тепловых реакторах, что позволяет снизить необходимость в уране.
В реакторе на быстрых нейтронах охлаждение осуществляется расплавленным натрием, в отличие от наиболее распространенных сейчас реакторов, так называемых водяных. Использование урана в водяных – до 3,5%, а в быстрых – до 30%. В Япония уже эксплуатировались два реактора на быстрых нейтронах.
Первый японский экспериментальный реактор на быстрых нейтронах «Дзёё» был запущен в1977 году в исследовательском центре в префектуре Ибараки. Активная зона три раза перезагружалась, и в 2003 году мощность реактора была увеличена до 140 МВт. Но реактор был остановлен в 2007 году из-за аварии.
По данным Japan Atomic Energy Agency (JAEA), реактор фактически активно работал в течение восьми лет. На основе полученных данных принимались многие решения в формировании японской политики ядерного топливного цикла. После остановки «Дзёё» было решено модернизировать его и планировалось запустить в 2021 году. Но работы были приостановлены в связи с ужесточением норм безопасности ядерных объектов, в том числе устойчивости к землетрясениям, введенных Управлением по ядерному регулированию Японии. Для перезапуска «Дзёё» по новым требованиям потребуется вложить 14 млрд иен. По подсчетам, разрешение на запуск может быть получено в 2024 году.
Сейчас на базе «Дзёё» формируется исследовательский центр в интересах разработки новых моделей реакторов на быстрых нейтронах. Многое финансируется из бюджета Японии, например исследовательский комплекс Athena sodium, у которого нет собственного ядерного реактора, но есть современная испытательная установка для контроля, например, за высокотемпературным жидким натрием и его циркуляцией примерно в 200 м трубопровода.
Правительство Японии намерено поддержать формирование исследовательского комплекса в префектуре Ибараки, включающего комплекс Athena sodium и модернизированного «Дзёё». Японскому агентству по атомной энергии уже выделено 600 млн иен на начало работ. В бюджет на 2022 финансовый год включены дополнительно еще 300 млн иен на соответствующие расходы.
По данным JAEA, в Соединенных Штатах нет оборудования, как у Athena sodium. Высокопоставленные должностные лица TerraPower провели в Японии инспекцию на месте и, как сообщается, проявили большой интерес к технологическим наработкам Athena sodium.
Исследования по мерам безопасности намечается проводить на экспериментальном реакторе на быстрых нейтронах «Дзёё», ускорив завершение его модернизации. Эти два объекта предполагается использовать как базу для совместных исследований с США по разработке нового поколения реакторов на быстрых нейтронах (Yomiuri Shimbun, 10.01.22).
На основе полученных на реакторе «Дзёё» данных был спроектирован и второй японский уже коммерческий реактор на быстрых нейтронах «Мондзю» в префектуре Фукуи. Однако в работе он был ненадежен, после ряда пробных запусков реактор раз за разом заглушался на продолжительные сроки. Проработал в общей сложности 250 дней. Утечка жидкого натрия в реакторе в 1995 году привела к пожару. После серьезной аварии в 2016-м участники проекта столкнулись с рядом технических проблем и посчитали, что трудно найти пути коммерческого использования не только реактора «Мондзю», но и вообще будущего его аналогов. Было принято решение законсервировать «Мондзю». Тем не менее японские ученые извлекли много полезного при анализе аварийных ситуаций на нем. Например, после аварии с утечкой жидкого натрия разработали систему контроля и быстрого предотвращения опасности.
Даже после того, как в 2016 году было принято решение о выводе «Мондзю» из эксплуатации, JAEA и другие организации продолжали на нем многие исследования связанных с реакторами технологий. Например, разрабатывали компактное оборудование для малозатратной загрузки и выгрузки топливных элементов. Поэтому высокопоставленный чиновник Министерства промышленности США заявил, что «Соединенным Штатам нужен японский опыт эксплуатации реакторов на быстрых нейтронах, включая и неудачи» (Yomiuri Shimbun, 09.01.22).
Особый интерес для американской стороны, как сообщают японские СМИ, представляют технологии безопасного удаления топлива и его замены в соответствии с планами эксплуатации, что необходимо для стабильной работы реакторов на быстрых нейтронах и эффективности технического обслуживания и проверок. Возможности на ранней стадии выявлять любые повреждения, предотвращать аварии и быстро восстановить работу реактора.
Японская сторона, участвуя в американском проекте, стремится получить доступ к технологиям, необходимым для строительства более совершенных быстрых реакторов в Японии. Она предоставит имеющиеся наработки по технологиям, проектировании и эксплуатации реактора «Мондзю».
В исследовательском комплексе в префектуре Ибараки японской стороной планируется проводить испытания на безопасность применения натрия. Нужные подготовительные работы в центре проведутся уполномоченными правительством подразделения Министерства экономики, торговли и промышленности и Министерства образования, культуры, спорта, науки и технологий, которые имеют юрисдикцию в отношении JAEA, пишет газета Yomiuri Shimbun.
От ТЭС к АЭС
Фундаментом экономического развития любой страны является энергетика. Она занимала главное место во всех экономических программах послевоенной экономики Японии, в которых был принят курс категорического отказа от абсолютистского милитаристского довоенного курса и построения либерально-демократического государства. Этот курс был закреплен в программных документах Либерально-демократической партии (ЛДП) Японии осенью 1955 года после слияния двух ведущих партий правого фланга довольно широкого спектра политических партий страны. ЛДП фактически руководит страной почти 75 лет. Граждане высказывают ей доверие на регулярных выборах в парламент страны, во многом за социально-экономическую политику.
В первых экономических программах объявлялось о развитии экспорт-ориентированной экономики на основе быстрого роста валового внутреннего продукта (ВВП). Это требовало соответствующего топливно-ресурсного обеспечения. А Япония с утратой колоний была весьма незначительной. Собственным был только уголь. Учитывались и многие другие факторы – например, то, что важную роль в развитии производства играет электроэнергетика, как наиболее удобная форма энергии. Поэтому государством в различных формах поощрялось строительство угольных тепловых электростанций (ТЭС). Они дешевле в оснащении, а главное – у них небольшие сроки строительства. Собственного угля для них хватало.
Поэтому все программы 1950–1960-х годов, а их было шесть и все выполнялись досрочно, предусматривали экстенсивное развитие производства, что требовало соответствующего и даже значительно большего наращивания электроэнергии. Это достигалось только ТЭС, предусматривалось наращивание их мощностей.
Но почти сразу в середине 1950-х выяснилось, что собственный уголь – это высококачественный антрацит, необходимый для своей сталелитейной промышленности. Для государства выгоднее закупать для угольных ТЭС дешевый уголь за рубежом, а свой направлять в свою черную металлургию. Сделать это было можно, поскольку все внешнеторговые сделки осуществлялись двумя контролируемыми государством банками. Да и подавляющее большинство лидеров японского мира исходили из принципа «что выгодно государству, то в конечном итоге выгодно и мне». Дешевый импортный уголь для ТЭС сменила в 1960-х годах много более дешевая нефть Персидского залива.
Строительство ТЭС не требовало больших капиталовложений, а главное – обеспечивало быстрое наращивание их мощностей. За десятилетие с 1960 года выработка энергии ТЭС увеличилась почти в пять раз. Про атомный проект в это десятилетие не вспоминали.
Работа ТЭС обеспечивалась импортом, в основном нефти и угля. За период 1954–1974 годов их доля в импортных энергоресурсах возросла с 23 до 93%. Росла и их доля в денежном выражении в общем японском импорте. Поэтому сильный удар по внешнеторговому балансу страны нанес крах Бреттон-Вудской финансовой системы (1971–1973), когда Японии пришлось ввести обменный курс иены, повысив его с 360 до 240 иен за доллар. Неприятности продолжились в связи с нефтяным кризисом (1973), сопровождавшимся резким ростом закупочной цены на нефть.
Кроме этого, к концу 1960-х годов в Японии раньше, чем в других странах, проявился конфликт между курсом на рост ВВП и экологией. За одну сессию парламента было принято более полутора десятков законов о защите окружающей среды. Выполнение их заставляло бизнес вкладывать средства в очистные сооружения, в технологии производства и многое другое, что снижало темпы роста ВВП, но было оправдано. Свою роль сыграли и два нефтяных кризиса.
И хотя в принятом в 1970 году шестилетнем «Новом плане экономического и социального развития (1970–1976)» во многом основной задачей продолжало оставаться поддержание оптимального экономического роста, почти сразу стало ясно, что резкие изменения в мировой экономической обстановке и угрожающие жизни граждан изменения в экологии требуют выработки новых подходов, в том числе и в сфере энергетики.
Именно поэтому в принятой в 1975 году правительством Японии 10-летней программе обеспечения экономики страны энергетическими ресурсами была поставлена задача значительно снизить зависимость страны от импорта углеводородного топлива. Достигнуть этого предполагалось за счет увеличения в те же годы доли АЭС с 0,8 до 9,6%.
В программе также был объявлен генеральный долгосрочный курс на развитие атомной энергетики с перспективой, что на нее к 2050 году будет приходиться более половины мощностей электрогенерации в Японии. Это как цель подтверждалось во всех последующих программных документах. В стране ежегодно вводилось в строй до двух реакторов.
Свертывание ТЭС и замена их мощностями АЭС отражались в среднесрочных энергетических программах правительства. Обязательность их принятия была закреплена законом 2002 года «Об основах энергетической политики», который предписывал составлять базовые энергетические планы с перспективой на пять лет. Такие планы были приняты в 2003 и 2007 годах правительствами ЛДП. В Базовом энергетическом плане 2007 года был провозглашен курс на развитие «безуглеродной атомной энергетики с замкнутым топливным циклом». Продолжалось планомерное развитие атомной энергетики.
Ожидалось принятие нового энергетического плана, но катастрофа 11 марта 2011 года, когда землетрясение и вызванное им цунами привели к разрушению реакторов на японской АЭС «Фукусима-1», нарушила многие энергетические планы не только в Японии, но и во всем мире. В Японии на АЭС приходилось 27% электрогенерации.
«Фукусима» и отказ от АЭС
До катастрофы на АЭС «Фукусима-1» энергетика Японии развивалась по планам с довольно четко прописанными целями и средствами их достижения. Правительство составляло планы на основе докладов специально формируемых групп представителей широкого спектра организаций и отдельных специалистов. Рекомендации докладов предлагают рациональные пути выполнения планов и обычно принимались правительствами без существенных изменений.
На практике рекомендации и наметки планов выполняются бизнесом без жестких мер принуждения, в условиях честной конкуренции в рамках принимаемых парламентом законов. Естественно, что деловому миру важны и нужны конкретные цифровые данные в прогнозах для планирования развития своего бизнеса. К этому японский бизнес привык за десятилетия составления среднесрочных планов в сфере энергетики.
В принятых правительством Японии после катастрофы на АЭС «Фукусима-1» энергетических планах такой конкретики нет. Можно предполагать разные причины этого, но скорее всего причина в том, что сейчас весьма трудно предугадать направления развития энергетики даже на два-три десятилетия. Где будет прорыв? В последнем Базовом плане, например, указывается водород как «перспективный источник первичной энергии». Развитие атомной энергетики в Японии в этом статусе указывалось с 1975 года. В планах и после «Фукусимы» атомная энергетика сохраняется, но без указания перспектив развития. Сохранение обусловлено курсом мирового сообщества на декарбонизацию, а атомные электростанции вписываются в этот курс.
В мире набирает обороты энергетика, основанная на мини-АЭС
