Според Международната агенция за атомна енергия /МААЕ/ към края на 2015 год. в 31 страни работят 441 енергийни реактора с мощност 382,000МWе (нето). Интересно е, че над 40 реактора (основно в Япония)не са произвели никаква електроенергия през последните години, но се водят в работа.

Най-разпространени (81%) са реакторите с лека вода, далече след тях са реакторите с тежка вода.

През 2014 год. АЕЦ са произвели 2,410 TWh, за 2015 год. все още няма данни, вероятно производството малко е нараснало. Делът на ядрената електроенергия е най-висок във Франция (77%), а в Белгия, Унгария, Словакия и Украйна е около и над 50%.

В 14 страни на Европейския Съюз има 131 реактора с обща мощност 121,000 MWe, които дават 27% от ел. енергията.

През 2015 год. са пуснати 10 нови реактора (8 в Китай, един в Русия и един в Южна Корея) с обща нетна мощност 9,377 MWе. Това е най-големият брой за последните 15 години, но в сравнение с рекордните за ядрената индустрия 1984 и 1985 год. (пуснати по 33 реактора на година) е доста скромен резултат.

Миналата година в света окончателно са спрени 7 стари реактора (3,863 MWе) – 5в Япония, един в Англия и един в Германия. С това общият брой на спрените реактори става 157, като 16 са напълно демонтирани.

През 2015 год. е започнат строежа на 7 нови реактора - 6 в Китай и един в ОАЕ.

По политически причини проектът АЕЦ Хмелницки 3-4, който Русия щеше да строи в Украйна бе замразен, а бъдещето на АЕЦ Akkuju 1-4 в Турция е под въпрос.

Тенденции през последните години

Нови мощности

През 2001–2015 год. е започнат строежа на 99 реактора (средно 6-7/год.). Сега в 14 държави се изграждат общо 66 блока, като 37 от тях са в Китай, Индия и Русия.

Реакторите с лека вода под налягане от поколение III и III+са по-малко от 50% от строящите се. Главно поради липсата на опит изграждането им става с многогодишно закъснение и значително нарастване на началните разходи. Това е в сила при всички започнати проекти на EPR във Финландия и Франция и на АР 1000 в Китай и САЩ.

Реакторите от поколение III и III+ са с мощност 1000-1700 MWe. Блок с такава голяма мощност трудно може да се интегрира в мрежа с товар 4000-5000 MW, каквато имат много страни. По тази причина се разработват множество проекти на реактори с малка (до 300 MWe) и средна мощност (до 700 MWe). Предвид на влошените им икономически показатели, а за повечето и липсата на опит при изграждането и експлоатацията им, тепърва ще стане ясно какво реално приложение ще намерят.

В процес на разработка са 6 проекта на реактори от поколение IV, с варианти на мощността между 20 и 1500 MWе.Четири от тях са реактори на бързи неутрони, един с лека вода и един газоохлаждаем. Прототипите вероятно ще са готови след 2025 год.

 Производство на ядрена електроенергия

 През 2000 год. АЕЦ са генерирали общо 2,444 TWh (нето). Този показател бавно расте до 2006 год., която е рекордна с 2,661 TWh. След това започва период на бавно намаляване (минимум от 2,346 TWhв 2012 год.) и стабилизиране с тенденция за лек растеж. През 2014 год. ядрената електроенергия е 2,410 TWh – все още по-малко отколкото в началото на века.

 Дял на ядрената електроенергия

През периода 2001–2015 год. в света са пуснати 61 нови реактора и окончателно са спрени 63. Новите реактори са по-мощни от старите, мощността на някои от работещите е увеличенаи общата инсталирана мощност на АЕЦ нараства от 352,000 MWe до 382,000 MWе. Използуваемостта на АЕЦ обаче започва да намалява – от 82,4% през 2004 год. до 80,5% през 2010 год. и 73,9% през 2014 год.. Същевременно другите енергоизточници нарастват много по-бързо - основно ВЕИ (водещи страни Китай, САЩ, Германия), както и малките газови централи. Например за 15 години (2000-2014 год.) мощността на вятърните генератори в света е нарастнала от 13,700 MWe до 371,559 MWe. Поради това делът на ядрената електроенергия в света намалява от почти 18% през 1996 дооколо 11% през 2014 год. През 2015 год. ядреният дял вероятно също ще е около 11%, което представлява около 4,5% от произведената първична енергия.

Стари и нови предизвикателства

Авариите в АЕЦ Fukushima Daiichi през 2011 год. доведоха до по-ранно спиране на реактори (Германия), забавяне на плановете за изграждане на нови и отказ на някои поръчки, както и до нарастване на разходите поради втвърдените регулаторни изисквания. След референдум Италия се отказа да развива отново ядрена енергетика, а Германия реши да спре всички свои реактори до 2022 год.

Основна трудност пред изграждането на нови реактори са огромните начални разходи, които буквално ескалираха от началото на века и сега за Европа и САЩ са над5 млрд щ.д. за 1000 MWe блок. Примери: АЕЦ Akkuyu (Турция, 4800 MWe) – планирани разходи 22 млрд щ.д. (без инвестициите за разширяване на ел. мрежа); АЕЦ Voggle 3-4 (САЩ, 2234 MWe, в строеж от 2013 год.)– 16,2–18 млрд щ.д. Себестойността на ел. енергия от новите блокове е висока, тъй като началните разходи формират над 60% от нея. Примери: АЕЦ Akkuyu – 12,4 ам.цента/kWh; АЕЦ Hinkley Point, Англия (дваблока EPR по 1600 MWe)-0,0925 GBP/kWh, или 13,2 ам.цента/kWh.

Проблем за инвеститорите е и дългото време на строителство и свързаните с това неопределености. Средното време за строеж на нов блоке около 7 години с вариации (по-голямо в Европа и САЩ). Пример - строежът на Olkiluoto-3 (EPR, 1650 MWe, Финландия) започна през 2005 год. Пускът му се планираше за 2009 год., а сега вече за 2018 год. Пускът на Vogtle3-4 вече се планира за 2019-2020 год. вместо 2016-17 год. Забавяне на строителството се дължи на фактори като липсата/загубата на опит и подготвена работна сила, високите изисквания за качество, лошо планиране и др. Едно от следствията е силно нарастване на началните разходи (един месец забавяне струва десетки милиона щ.д.). 

Средната възраст на работещите реактори е близо 30 години, като поне 90 от тях работят вече повече от 40 год. Процесите на стареене водят до по-високи разходи за изследвания, ремонти, подмяна на оборудване и модернизации. През следващите две десетилетия голям брой (до 200) от работещите реактори ще бъдат спрени.

Друг проблем е остаряването на персонала и слабият интерес у младите хора към техническите науки, които правят все по-трудно набирането на квалифицирани кадри.

Днешните реактори работят основно в базов режим, тъй като малко от тях (главно във Франция и Германия) могат да варират мощността си, при това с редица ограничения. Използуването за регулиране на мрежата води до влошаване на икономическите им показатели, а в някои страни (САЩ) то е забранено от съображения за безопасност.

През следващите десетилетия рискът от тежка авария ще се определя от днешните реактори от поколение II.

Изследванията показват, че общественото мнение остава разделено в отношението към ядрената енергетика, дори в страни като Франция. Най-голямо безпокойство предизвиква възможността за нова тежка авария, нерешените въпроси за крайното съхранение на ОЯГ и/или ВАО и нарастващите страхове от ядрен тероризъм.

През последното десетилетие АЕЦ се сблъскват с нови проблеми. Част от тях произтичат от промените на климата - нарастване температурата на охлаждащата вода на реките през лятото, по-силни и чести ветрове, мощни валежи, наводнения, горски пожари и комбинации от екстремални природни явления. Редица страни въвеждат или планират ограничения за използуването на прясна вода за охлаждане на термичните централи.

В условията на стагниращо електропотребление в последните 10 години конкуренцията на другите енергоизточници се засили, а нeобходимостта от модернизации и скъпи ремонти нарасна. Комбинации от тези фактори доведоха до това, че някои реактори (работещи на либерализиран пазар, по-стари, с по-малка мощност, по един на площадка) започнаха да работят с намаляваща печалба и даже на загуба. През 2013-2014 год., шокиращо за ядрената индустрия, пет реактора в САЩ бяха преждевременно спрени, три от тях изправени пред непосилно скъпи ремонти и два загубили конкурентност в битката с евтиния шифтов газ и вятърните турбини в средния запад. Под риск от спиране в САЩ са още дузина реактора.

Уранът като суровина

След широко рекламираните прогнози за ренесанс на ядрената енергетика в началото на века цените (spot price) на урана(yellow cake) тръгнаха нагоре и от около 30 щ.д./кг нараснаха почти десеторно през 2007-2008 год. След това започна обратен тренд, с минимум около 50 щ.д./кг, като през 2015 цените се стабилизираха около 70 щ.д./кг.

Работещите около 400 реактора консумират средно 61,500 т уран/год. Основен източник стана добивът, след като повечето от вторичните източници на уран са на привършване. Доказаните ресурси на уран в света, вкл. тези на високи цени, са общо около 7,6 млн т и ще стигнат на днешния ядрен флот за по-малко от 120 години. От тях евтините ресурси (до 40 щ.д./кг) са на изчерпване, което предвещава растеж на цените.

Капацитетът на световната индустрия за конверсия/деконверсия, за обогатяване на урана, както и за изработване на ядрено гориво е достатъчен, със запас от около 30%.

Отработено ядрено гориво (ОЯГ) и радиоактивни отпадъци (РАО)

Годишно АЕЦ генерират отработено ядрено гориво, което съдържа над 10,000 т. тежки радиоактивни метали (ТМ), вкл. над 100 т плутоний. Към края на 2015 год. от реакторите е извадено ОЯГ с над 390,000 т ТМ. То съдържа над 97% от създадените радиоактивни вещества в АЕЦ, вкл. редица дългоживущи изотопи. Поради това неговата радиотоксичност ще достигне тази на исходната уранова руда след около 250 хиляди години. Най-опасни са изотопите на плутония – след 500 години те обуславят около 90% от радиотоксичността на ОЯГ. Следващата група с десетократно по-нисък принос е тази на актинидите, основно америций и кюрий, а далеч след тях са продуктите на делене.

Излъчваните частици и лъчения водят до самозагряване на ОЯГ. Поради това то трябва да се охлажда, като първите години след изваждане от реакторите това става в басейни, разположени в близост. След това касетите могат да се преместят в междинни хранилища, където се държат под вода или в смес от благородни газове. Срокът на междинно съхранение е 50 години, смята се че може да бъде удължен до 100 години.

След периода на междинно съхранение има две възможности за изолиране на радиоактивните вещества в ОЯГ от околната среда:

• Преработка на ОЯГ: Отделят се урана и плутония с цел отново да се използуват за гориво (затворен или частично затворен ядрен горивен цикъл); Продуктите на делене + актинидите се остъкляват и се затварят херметично в метални контейнери; Металните части на касетите и химичните разтвори генерират и други РАО. След изстиване под 100 град. (50-100 години) остъклените високоактивни отпадъци (ВАО) могат да се погребат. Русия, Франция, Англия, Индия, Китай (всички са развили технологията за военни цели) и Япония следват този подход. Капацитетът на заводите е около 5150 т ТМ/год., използуваният - три пъти по-малко. Досега по-малко от една трета от изваденото гориво е преработена. Неголяма част от плутония се използува за направа на смесено уран-плутониево гориво (MOX). С него обаче могат да работят само около 35 леководни реактора, както и няколкото реактора с бързи неутрони. Засега се използува и малка част от рециклирания уран, поради което в света вече има натрупани огромни количества рециклиран уран и плутоний. Например към края на 2014 год. в Англия са натрупани около 140 т плутоний, чието годишно съхранение струва над 1 млн Евро/т.

• Погребване на касетите с ОЯГ без разрушаване (отворен горивен цикъл). Запазват се като бариери керамичните таблетки с гориво и обвивките на топлоотделящите елементи, създават се и нови инженерни бариери. САЩ, Канада, Германия (след 2005 год.), Финландия и Швеция са избрали този метод;

Останалите 20 ядрени страни не са формулирали ясно целите на дългосрочното управление на ОЯГ и следват подхода „wait and see” (отлагане на решението).

И при двата подхода се явява необходимост от окончателно погребване на остъклените ВАО или на непреработените касети с ОЯГ. Смята се, че това може да стане в т.н. геоложки хранилища – система от тунели на стотици метра под земята в стабилна геоложка структура. Планове за изграждане до 2030 год. на такива хранилища имат само Швеция и Финландия (в гранитни скали) и Франция (в глинен пласт). Изискванията към площадката са специфични и много, а разходите се измерват с милиарди. Например оценката за планираното хранилище Onkalo на Финландия е 3,3 млрд Евро.

Междинното съхранение и погребване на ниско и средноактивните РАО, генерирани от ядрената индустрия, от инженерна гледна точка може да се смята за решен проблем. В света за тях има около 470 склада за междинно съхранение и 154 хранилища.

Вместо заключение

АЕЦ едва ли ще успеят да увеличат значително дела си в производството на електроенергия. Дори в най-оптимистичните сценарии ръстът на ядрените мощности в света към 2030–2050 год. е далеч по-нисък, отколкото е нужно за задържане растежа на средната температура до 2 градуса. Европейската Комисия прогнозира дори намаляване на ядрените мощности в ЕС от 121,000 МWe сега до 95,000-105,000 МWe (17-21% от ел. енергията) през 2050 год.

Вероятно поради тези реалности в приетото през декември 2015 год. в Париж глобално споразумение за борба срещу покачването на температурата се посочват само ВЕИ като начин за постигане на целта.