Китайская «волшебная палочка» из тория

Тория на Земле много больше урана, но уран пока дешевле. А еще в ториевых реакторах требуется растворение топлива в экзотических прозрачных солях и ряд других необычных технологических решений. И все же Китай пробует свои силы в этой технологии. Причина — надежда на то, что она решит ключевую проблему ядерной энергетики, резко снизив цену ее киловатт-часа. Но, вне зависимости от технического итога эксперимента, ториевые реакторы не будут успешны. Попробуем разобраться почему. 

Если остановить первого попавшегося человека на улице и спросить его: в чем главная проблема атомной энергетики? Он почти наверняка скажет «аварии и ядерные отходы».

Две главных проблемы

На самом деле, во всех ядерных авариях АЭС за всю историю погибло четыре тысячи человек — столько же, сколько в США XXI века гибло от выхлопов ТЭС в месяц. Даже солнечные батареи на крышах домов убивают больше людей на киловатт-час выработки, чем атомные реакторы. Хотя бы потому, что они требуют огромного числа установщиков, часть из которых неизбежно срывается и гибнет ежегодно — а у АЭС авария с летальным исходом была вообще всего один раз (на Фукусиме, вопреки мифам, от аварии так никто и не погиб). Ядерные отходы тоже трудно назвать такой уж крупной проблемой (скорее, речь о крупной возможности).

Так что аварии и ядерные отходы не самые главные сложности атомной энергетики, есть две других, посерьезнее. Первая и самая важная из них — цена. Дело в том, что атомные реакторы — крупные объекты, и строить их дешево можно, только если делать это постоянно и большими сериями, как в 1960-х. Тогда они получались дешевыми, и вырабатываемое на них электричество стоило как угольное. Сегодня все совсем не так: реакторы строят редко, больших серий нет, и поэтому они выходят действительно дорогими. Электричество от новых АЭС даже в России стоит 5,1 рубля за киловатт-час, а от новых ТЭС — 3,6 рубля за киловатт-час. В западных странах этот разрыв много выше. Да и то, в теории, потому что из строящихся с нуля АЭС на Западе в XXI веке не смогли достроить еще ни одной, хотя попытки и идут с 2005 года. А если их нет, то и цены на них пока остаются все еще теоретическими.

Одна из типичных АЭС первого поколения. Размеры сооружения легко оценить невооруженным взглядом / ©Wikimedia Commons

Китай в этом смысле ближе к России: в отличие от современного Запада, он уже показал в этом столетии умение вводить в строй АЭС. Однако и у него стоимость атомного электричества выше, чем от ТЭС. Это огромная проблема: китайцы серьезно страдают от угольного загрязнения воздуха их городов, теряя от него, как видно из прошлогодней публикации в The Lancet, сотни тысяч жизней в год. КНР параллельно активно развивает солнечную и ветровую энергетику, но эти источники энергии хороши только как дополнительные. Попытки использовать их как основные в умеренных широтах приведут к остановке экономического роста, на что Компартия Китая добро никогда не даст.

Вторая заметная проблема АЭС: психологическая. Сегодня общественное мнение целого ряда стран мира настроено против атомной энергетики, в особенности на Западе. В Китае эту проблему решать не нужно, ее там и не было в силу некоторой изолированности медийного пространства от антиатомных — впрочем, как и антивакцинаторских, и антиГМО — настроений, распространенных во внешнем мире.

Однако у Поднебесной серьезные планы на экспорт услуг по строительству своих АЭС за рубежом. В Пакистане она уже начала, в Британии пока только ведет переговоры. Определенно, чтобы проще было строить реакторы на Западе, Пекину было бы неплохо провести ребрендинг: показать, что теперь он использует технологически принципиально новые реакторы, которые нет смысла ассоциировать со старыми, давшими Чернобыль и Фукусиму.

АЭС кажутся дорогими, а ТЭС — дешевыми. А это не так

Самый очевидный напрашивающийся вывод — попробовать сделать атомные реакторы настолько проще и дешевле, чтобы они вырабатывали электричество по цене ТЭС, даже если эти самые реакторы не строить крупной серией.

Современный атомный реактор — это настоящая громадина. Возьмем один из типичных, российский ВВЭР-1000 (и его модификации). Корпус из непростой стали весит примерно 325 тонн — и это единая деталь. Неудивительно, что огромный завод работает над ним минимум полгода. Над корпусом есть еще верхний блок, вокруг него множество других систем. Все это нужно закрыть герметичным железобетонным контайнментом — и в итоге речь идет о конструкции титанических масштабов.

В нашей стране стране добыть точные цифры по интересным гособъектам сложно, поэтому заменим их данными по зарубежным аналогам. В США типичный гигаваттный реактор 1970-х требовал 40 тысяч тонн стали и 215 тысяч тонн бетона. Чем больше материалов, тем больше труда нужно на стройке — и труд этот в итоге стоит даже больше материалов.

У Китая около полусотни обычных атомных реакторов, подобных этому. Но вот реакторов на тории у него до сих пор не было / ©Costfoto/Barcroft Media/Getty

Газовая ТЭС — это по сути гигантская горелка с парой турбин и системой отвода тепла, никакого реактора там нет. Поэтому на гигаватт она потребует ~ 3,3 тысяч тонн стали и 65 тысяч тонн бетона. В дюжину раз меньше стали, в 3,3 раза меньше бетона. Разумеется, АЭС работает более 90% всего времени в году, а ТЭС — в среднем вдвое меньше, но даже при этом атомная энергетика в момент постройки кажется в разы более материалоемкой, чем тепловая. Откуда и обозначенная выше разница в цене их киловатт-часа.

Почему мы пишем “в момент постройки”? Все просто: основная часть стоимости электричества газовой (да и любой) ТЭС — это топливо. Поэтому киловатт-час со временем станет только дороже, ведь ископаемое топливо на длинных отрезках всегда растет в цене.

А вот АЭС через 12 лет «отобьет» свои капиталовложения. Дальше останутся только текущие расходы — при этом топливо у нее составляет всего 5% стоимости киловатт-часа. Разумеется, что-то менять надо и на АЭС, но куда меньше, чем на ТЭС: турбины атомной электростанции работают при меньшей температуре, и в более стабильном режиме, поэтому у них выше ресурс.

В результате всего этого старые АЭС дают энергию дешевле газовых ТЭС. И делают это подолгу: срок работ новых атомных станций 60 лет, а для некоторых старых рабочую жизнь уже продлили до 80 лет. Скорее всего, то же самое будет и со станциями новой постройки. ТЭС до полной смены оборудования работают заметно меньше. И да, если пересчитать материалоемкость АЭС на все 60 лет ее работы, то на киловатт-час выработки она требует меньше стали и бетона, чем ТЭС. Как видно из таблицы ниже — даже меньше, чем СЭС, ВЭС или ГЭС.

Если учесть более длительный срок работы атомных реакторов и то, что они работают практически постоянно, то их удельная материалоемкость, на киловатт-час выработки окажется ниже чем у конкурентов. Правда, крупные ГЭС все равно покажут меньшую стоимость: бетон стоит дешево, а металлов ГЭС требуют очень мало

Но все эта дешевая энергия и сверхдолгий срок работы будут когда-то потом, за горизонтом 12 лет. А финансистам энергетических проектов интересны только ближайшие годы. Именно ближайшие годы им нужно обеспечить красивую отчетность, высокую прибыль и все, что положено для хорошего послужного списка. А через дюжину лет они будут работать уже на другом проекте, и будущая — за горизонтом все тех же 12 лет окупаемости — дешевизна атомного киловатт-часа им не особо интересна. С точки зрения интересов общества АЭС, может, и дешевле, но те, кто принимают решения об их строительстве, действуют по принципу «нам эти деньги были нужны еще вчера».

Более половины такой кажущейся высокой стоимости атомного киловатт-часа в первые годы работы АЭС — именно огромные капиталовложения в ее постройку. Чтобы радикально снизить ее стоимость, хорошо бы научиться делать гигаваттные реакторы из тысяч тонн стали и из десятков тысяч тонн бетона. А не из десятков и сотен тысяч, как сегодня.

Источник