Дебатът около бъдещето на ядрената енергетика в България, пропуска или профанизира един изключително важен аспект – бъдещето на ядрената енергетика в световен мащаб. Всъщност това бъдеще се свежда (не само у нас) до елементарното преброяване на това кои страни вече са се отказали от ядрената енергетика и кои са потвърдили своите ядрени програми. Сам по себе си това не е аргумент, защото подминава най-важния аспект – каква е вътрешната логика на развитие на ядрените технологии за граждански цели. Кои са причините довели до стагнацията на този енергиен отрасъл и най-вече как и защо тези причини ще бъдат преодолени?

Миналото и настоящето

Ядрената енергетика започва своето развитие в края на 50-те и началото на 60-те години на 20 век. Темповете са впечатляващи. В края на 80-те години броят на реакторите достига над 400. Ако беше се запазил този темп на развитие, в момента трябваше да имаме в световен мащаб около 900 работещи реактора. Вместо това обаче бройката продължава да бъде малко над 400. Нови реактори се строят само в развиващите се страни, но горе долу толкова и се закриват в развитите страни. Какви са причините за стагнацията на ядрената енергетика?

Може би основната е широко разпространили се страхове за сигурността на тези съоръжения и последствията от аварии при тях. Тези страхове са пряко следствие най-вече от аварията в Чернобил, но всъщност тя само неимоверно усили вече съществуващите анти-ядрени настроения в развитите страни. Тук няма да навлизам в дебат за причините за тях – дали тези настроения са имали обективна основа или представляват съзнателен резултат от политиките на набиращите тогава мощ зелени движения, нито кой всъщност е финансирал тези движения. Така или иначе тези обществени страхове водят до първия и може би най-важен препъни камък пред ядрената енергетика – оскъпяването на проектите. Разходите за системите за сигурност нарастват главоломно и крайната цена на инсталираната мощност в един АЕЦ достига такива мащаби, че е по силите само на високо индустриализирани нации и/или с държавна намеса и гаранции. Естествено това забавя ръста на ядрената енергетика.

Оскъпяването на проектите обаче се диктува и от един друг фактор. Технологиите на най-разпространените реактори за граждански цели са такива, че при тях ефективността расте с увеличаването на мащаба. Колкото по-голяма е инсталираната мощност, толкова по-ефективна е инвестицията. Но тя е ефективна само в дългосрочен план. Увеличаването на мощността води до много високи начални разходи, които също поставят икономически бариери пред развитието на ядрената енергетика. Малко са страните и фирмите в света, които могат да си позволят да извадят от собствения си бюджет или печалби от 5 до 20 милиарда долара наведнъж.

Ръстът на цените на атомните централи постави и един друг проблем. Много от съоръженията , които се намираха в процес на строеж праз 80-те години надхвърлиха своя планиран бюджет, което доведе до забавяне на тяхното изпълнение, а разтеглянето във времето освен че допълнително ги оскъпи, направи цялата ядрена енергетика непривлекателна и несигурна за частните инвеститори. Малко са тези от тях, които биха чакали десетина години за да започнат да прибират печалбите от своята инвестиция.

Мащабът на АЕЦ доведе и до проблеми в енергийния баланс на отделните национални енергийни оператори. Те са толкова големи, че става все по-трудно да се намират нови консуматори за произвежданата от тях енергия. Освен това, самите реактори мога да се използват само като базови мощности, тоест такива, които работят непрекъснато в дълги периоди от време. Това от една страна ги прави инертни при денонощните изменения на потреблението, от друга страна изисква поддържането на голям резерв, който да компенсира спряното производство в случай на авария в АЕЦ. Оказва се, че цялата архитектура на енергийна система трябва да се съобразява най-вече с една единствена АЕЦ.

Увеличаването размера на инсталираните атомни мощности доведе и до достигането на чисто технологични граници пред развитието на отрасъла. По-големите реактори означаваха и стесняване на кръга от възможни производители на такова оборудване. Компонентите на един днешен ядрен реактор са такива, че страните, които могат да ги произвеждат се броят на пръстите на една ръка. Съответно бе достигнат и чисто производствен лимит в развитието на ядрената енергетика.

Измамните надежди за ядрен ренесанс

Как ядрената индустрия отговори на тези предизвикателства? В началото на 90-те години започна разработването на т.нар 3-то и 3+ поколение ядрени реактори. Какво всъщност се крие зад тези поколения?

За да се приеме за 3-то или 3+ поколение един реактор трябва да отговаря на няколко изисквания. Той трябва да има пасивни системи за защита, тоест такива, които разчитат на естествени природни процеси и не изискват намесата на човешки фактор или сработването на някакъв активен агрегат в случай на авария. Това значително повишава сигурността на ядрените съоръжения. Дълбочината на изгаряне на ядреното горивото трябва да е почти двойно по-голяма от предходното поколение реактори. Това повишава ефективността и намалява високо радиоактивните отпадъци. Конструкцията трябва да бъде модулна и най-вече със сериен дизайн. Това пък позволява намаляване на разходите за самото оборудване, разширява възможностите за строеж на ядрени съоръжения в повече страни и заводи и съкращава значително времето за строеж на една нова централа. Отделно това води и до улеснени процедури за лицензиране и поддръжка на една АЕЦ.

На пръв поглед реакторите от 3-то поколение адресират почти всички изброени по-горе проблеми пред ядената енергетика. Всъщност обаче това не е така и практиката го доказва. Въпреки намалените разходи за строеж на една АЕЦ, цените все още остават забранително високи. Не на последно място, защото все новите и нови системи за безопасност елиминират икономиите, направени при конструкцията и изработката на самите реактори. Към тези разходи се прибавят и значителния дял на съпътстващите съоръжения, които са от изключителна важност за безопасността. Тъкмо съхранението на отработеното ядрено гориво създаде по-голямата част от проблемите при последната авария във Фукушима. Тези съоръжения са скъпи, изискват и скъпа поддръжка, а тяхната безопасност в крайна сметка се оказа и трудна за осигуряване.

Към това прибавете, че остава и значимия проблем как да се наместят такива големи мощности в енергийната система на една страна. Просто мащабът на тези съоръжения, въпреки технологичните подобрения при 3-тото поколение реактори, си остава големия ограничителен фактор в развитието на ядрената енергетика и той се явява основния препъни камък пред развитието на отрасъла. Следователно бъдещите ядрени технологии трябва да се справят тъкмо с този мащаб.

АЕЦ трябва да станат малки

Това се осъзнава от ядрената индустрия и тя реагира по съответния начин. В момента съществуват над 80 проекта за малки ядрени реактори, които се намират на различни стадии от своята разработка и използват огромно разнообразие от технологични решения. Някои от тези проекти са на 5 до 7 години от първата си комерсиална реализация, други са на 15 до 25 години от своя старт. Някои разчитат на добре изпитани технологии в гражданския сектор, други пък на технологии, които отдавна се използват за военни цели. Всичките обаче обещават съществуващите бариери пред ядрената енергетика да бъдат премахнати. Какво обаче представляват тези малки реактори? Аз тук няма да навлизам в техническите подробност, само ще изброя техните основни качества, които ще ги направят може би най-големия играч в подреждането на енергийния пъзел на бъдещето – не само този на ядрената енергетика, но и на човечеството въобще.

На първо място трябва да се изясни какво ще се нарича „малък ядрен реактор”. За такива се приемат инсталации с мощност от 10 до 300 Мвт. Физическият размер на тези малки ядрени централи е наистина поразяващ – петното за една централа не надхвърля 300-400 квадратни метра. Това ги прави изключително гъвкави при избора на тяхната пространствена локация – като всяко друго индустриално съоръжение. Те могат да бъдат разполагани непосредствено на територията на големи индустриални консуматори, близко до населени центрове или пък в отдалечени и труднодостъпни региони, където развитието на друга енергийна инфраструктура е трудно или невъзможно.

Мощността на тези АЕЦ може да е електрическа, но може и да се утилизира и като пряка топлинна мощност, а може и като когенерационна мощност – една инсталация едновременно да подава на консуматорите и електричество, и топлина. Но това не е всичко. Много от бъдещите малки атомни централи ще работят във високо температурни режими, които ще позволяват производството на водород и/или обезсоляването на морска вода. Производството на водород се явява един от ключовите фактори за развитието на чиста транспортна инфраструктура, която да не е базирана на фосилни горива и която да няма пред себе си лимитите на електромобилите. Обезсоляването на морска вода пък ще разреши огромни проблеми в много региони на планетата. Един малък реактор от 10 Мвт ще може да произвежда до 120 000 кубически метра прясна вода на година. Всъщност всеки отделен малък реактор ще се проектира с оглед конкретните нужди на консуматорите.

Какво обаче става със сигурността? Ядрена централа до жилищен комплекс звучи немислимо за повечето хора. Тъкмо обаче малките реактори ще бъдат възможно най-добрия отговор на опасенията и страховете от атомната енергия. Реакторите ще бъдат закопавани в земята и обличани в антисеизмични конструкции, които могат да издържат и най-силното възможно земетресение. Над повърхността ще има само една малка едноетажна постройка за генераторните съоръжения. Всеки реактор ще идва зареден с необходимото му гориво за непрекъсната работа в продължение на години без да е необходимо каквото и да е презареждане. Работният срок зависи от различните технологии, но варира между 7 и 30 години. Отработено гориво не се складира до реактора, следователно отпада и скъпото и опасно управление на това гориво. Производителят на малкия АЕЦ ще произвежда цялото съоръжение в своята фабрика, ще го доставя на мястото му за експлоатация, а след края на неговия работен срок (примерно след 30 години) ще идва да си го вземе обратно във фабриката. Основно качество обаче ще бъде възможността за саморегулация на ядрената реакция, която разчита само и изцяло на природни закони. Ако охлаждането на реактора се прекъсне по някаква причина – било авария или инцидент в околното пространство, било поради спад на потреблението по някаква причина, ядрената реакция спира сама. С други думи, разтапяне на ядреното гориво в тези реактори ще е физически невъзможно.

Възможността за саморегулация на производството означава и две други много важни предимства.

Първо, отпада необходимостта от какъвто и да е персонал, който да управлява работата на малкия АЕЦ. С това се избягва огромния риск от човешка грешка, която се оказва може би най-големия риск в експлоатацията на съвременните АЕЦ. Освен това се премахва необходимостта от обучението и поддръжката на високо квалифициран персонал, което също е бариера в развитието на ядрената енергетика днес.

Второ, от базови мощности, които са изключително инертни и поставят проблеми пред енергийните системи, АЕЦ се превръщат в гъвкави съоръжения с качествата на газовите и водни електроцентрали. Те ще могат да реагират моментално на всички промени в потреблението, следователно няма да имат нужда от поддържащи и резервни мощности.

Малкият размер и свободата в пространственото разположение на малките реактори ще даде възможността да се премине към дистрибутирана структура на енергетиката, което само по себе си ще има огромни последствия. Но най-вече това ще означава край на значителните загуби, свързани с преноса на електроенергия на големи разстояния.

Освен това ядрената енергетика ще престане да бъде структуроопределяща за енергийната система като цяло. Ще са въвеждат само толкова мощности, колкото са непосредствено необходими в даден момент и място. Това пък ще позволи развитието на ядрена енергетика в страни, които в момента дори не могат и да мечтаят за нея. От друга страна, използвайки модулно свързване на няколко малки АЕЦ, ще възможно и изграждането на значителни големи мощности, ако някъде това е необходимо и има консуматори на енергията от тях.

Тук трябва да се отбележи, че ядреното гориво в тези малки централи не може да се използва за направата на ядрени оръжия, нито за направата на ниско технологични мръсни бомби. За да се проникне до самия реактор ще е необходима тежка строителна техника, а дори някой да се добере до него, няма да има възможността да разреже корпуса без специална за това техника. Дори обаче проникването в реактора няма да осигури направата на каквото и да е оръжие, тъй като количеството на радиоактивния материал ще е твърде малко.

Колко ще струват обаче тези съоръжения? Според предварителни оценки на Тошиба, корпорацията, която има може би най-близко във времето практическо решение, един от нейните 10 мегаватови реактори ще струва около 40 милиона долара. Разбира се, цената сигурно ще падне при стартиране на серийното производство, но дори и при такава цена и 30 години експлоатация без зареждане и без персонал, себестойността на произведен киловатчас ще бъде от порядъка на 2 цента.

Кога да ги очакваме?

Какво трябва се случи тези централи да навлезнат в икономиката и бита на хората? Кога и къде можем да очакваме първите такива реактори?

В момента има няколко проекта, за които IAEA признава, че са в стадии непосредствено пред практическа реализация в срок от 5 до 7 години. Техните основни компоненти са тествани, налични са детайлни технически проекти, очаква се само да преминат процеса по лицензиране. Всъщност тъкмо лицензирането може би ще бъде първата и последна пречка пред разпространението на тези малки реактори. Проблемът е, че регулаторните органи нямат установени процедури, по които да дават лиценз на тези съоръжения. Това означава, че е необходимо първо да се напишат процедурите, след това да се създадат кадри, които да ги прилагат и едва тогава да се пристъпи към истинското лицензиране. Тъкмо тези проблеми забавиха с две години стартирането на лицензната процедура на японския малък реактор на Тошиба 4S. Някои експерти посочват, че причината за това не на последно място е фокусирането на регулационните органи върху големите традиционни ядрени реактори. Благодарение на очакванията за т.нар. „ядрен ренесанс”, свързан най-вече с навлизането в експлоатация на реакторите от 3-то поколение, националните агенции за издаване на лицензии бяха затрупани от проекти за изграждане на големи АЕЦ и малките реактори никой не ги е разглеждал като приоритет. След аварията във Фукушима ситуацията очевидно е променена. Атомната индустрия е изправена пред поредната си криза и това се признава от всички. Еволюционния подход към сега съществуващите АЕЦ – измислянето на все нови и нови системи за сигурност, не може да преодолее тази криза, защото макар днешните централи да стават все по-сигурни в същото време и тяхната цена расте в мащаби, които ги правят неконкурентоспсобни на другите енергийни отрасли. Трябва кардинална промяна в ядрената енергетика и нещо съвсем ново. Затова се очаква малките ядрени реактори най-накрая да получат подобаващото внимание от страна на регулаторните органи и процедурите по тяхното въвеждане в експлоатация да се ускорят.

Интересна обаче ще бъде и самата процедура по лицензирането. Сегашните АЕЦ получават своите лицензии проект по проект. Тоест всяка централа се разглежда като нещо уникално и към всяка една от тях се прилагат всички процедури. Заради спецификата обаче на малките АЕЦ се очаква те бъдат лицензирани като отделни типове технологии и фабрични модели. С други думи ако един модел малък ядрен реактор получи лиценз, това ще означава, че неговия производител ще бъде свободен да го произвежда в неограничени количества, без да е необходимо всяка конкретна инсталация да преминава процедурите по лицензиране от страна на националните регулатори на ядрената енергетика. Това ще означава, че в началото на 20-те години можем да очакваме масова експанзия на малки ядрени реактори.

Икономическата логика

За да се случи обаче тази експанзия е необходимо да имаме и икономически предпоставки, с други думи, пазарно търсене. Предимствата на малките ядрени реактори са толкова много, че със сигурност те ще имат голям дял в енергетиката на бъдещето. Но ето някои от факторите, които ще движат тяхното проникване в енергийните пазари:

– Енергийни източници в отдалечени и трудно достъпни места. Всъщност някои от моделите малки реактори са проектирани специално по поръчка на нефтодобивните компании за обслужване на техните платформи в Канада за добив на петрол от битумни пясъци. Колкото повече намалява достъпните запаси от петрол, толкова повече тази индустрия ще се нуждае от автономни малки ядрени реактори, които да предоставят евтина енергия използвана в добива на петрол.

– Бурната индустриализация на някои развиващи се страни. Малките ядрени реактори ще предложат алтернативно развитие на енергийните системи в тези страни, които могат и да не бъдат в гигантските мащаби, продиктувани от логиката на традиционните досега енергийни източници. Индустриалните центрове ще могат да бъдат развивани в отделни клъстери без да е необходима тяхната свързаност с големи далекопроводи. Това спестява време и ресурси.

– Увеличената нужда от прясна вода за развитие на земеделието и нуждите на нарастващото население в развиващите се страни. Например, някои от планираните в Саудитска Арабия ядрени централи ще бъдат предназначени тъкмо за обезсоляване на морска вода.

– Замяната на остарели атомни централи с нови мощности. Много страни (като България например) влизат в период, когато техните АЕЦ привършват своя проектен срок на експлоатация и се сблъскват с всички негативи на класическата ядрена енергетика, произтичащи от нейния мащаб. Малките реактори могат да предложат на тези страни съвсем друга перспектива пред развиването на своите атомни мощности оттук нататък. Не случайно един от производителите на малки ядрени реактори, Hyperion Power, вече има заявки от Румъния и Чехия.

– В по-далечна перспектива може да се очаква бум на тези реактори, свързан с развитието на водородната енергетика. Надеждата да се освободим от фосилните горива в транспорта не може да се реализира ефективно по друг начин, освен чрез развитието на водородни клетки, но производството на водород с температурна диализа на водата ще е най-ефективно тъкмо с такива малки ядрени реактори.

– В по-близка перспектива най-вероятно човечеството ще преживее климатичен шок, но не от глобално покачване на температурите, а от настъпващия в момента малък ледников период. Разбира се, политическите и икономически елити в света тепърва ще осъзнават пред каква заплаха сме изправени и тъкмо затова осъзнаването й ще има шоков характер. Сегашните енергийни системи са неподготвени за натоварването, което ги очаква в близките десетина години, а и в момента допълнително биват отслабвани с насилственото въвеждане на неефективни ВЕИ мощности. Когато енергийните кризи се разразят, ще има нужда от бързо въвеждане на нови ефективни мощности, а това може да стане единствено чрез малките ядрени реактори.

Това са перспективите пред ядрената енергетика в световен мащаб. Гигантските АЕЦ ще отстъпят място на малки, сигурни, гъвкави и евтини ядрени мощности. Разбира се, за това въобще не се говори нито в енергийната стратегия на България, нито в дебата около АЕЦ Белене. А всъщност това е най-важното, което трябва да се вземе в предвид от обществото ни днес. Но затова ще пиша друг път.