Д-р Георги Касчиев: Струва ли си да се инвестира в атомни реактори?

В света сега работят над 440 реактора. Спрените са 157. Новото строителство е скромно – пуснатите в експлоатация 10 реактора през 2015 г. са своеобразен рекорд за последните 15 години, но твърде скромен резултат в сравнение с двете върхови за сектора години - 1984 и 1985, когато към енергосистемите са включвани по 33-те ядрени блока. Какво бъдеще се очертава пред ядрената енергетика в света, в Европа и у нас в България? Струва ли си да се инвестира в атомни реактори? И какви пердизвикателства трябва да се преодоляват, ако бъде избран този път на енергийно развитие? Това са част от въпросите, на които ще отговори експертът по ядрена енергетика д-р Георги Касчиев в серия анализи, които публикуваме.

Първата статия на автора бе публикувана на 24 февруари. Във втория текст д-р Касчиев представя факти за състоянието и тенденциите в световната ядрена енергетика на най-големите ядрени държави.

Втора част

САЩ

В отговор на нефтената криза през 1973 год. САЩ започват бързо да развиват ядрената енергетика. Те имат най-много работещи реактори (сега 99), с най-голяма ел. мощност (98,708 MWе). Аварията в реактора на Three Mile Island през 1979 год. обаче предизвиква отказ на много поръчки, спиране на някои реактори и замразяване на строежи. Последният реактор е пуснат през 1996 год. и оттогава над 94% от новите мощности са ТЕЦ на газ или ВЕИ. През 2014 год. около 19% от електроенергията се произвежда от АЕЦ (797 млрд kWh), 39% от ТЕЦ на въглища, 27% - ТЕЦ на газ и 15% големи ВЕЦ и ВЕИ. Към края на 2015 год. 33 реактора са окончателно спрени, а средната възраст на работещите е около 35 год. Началният лиценз е за 40 год., като над 70 реактора имат разрешение да работят 60 год.

В началото на века се прогнозираше, че към 2020 год. ще се въведат 20 нови реактора. Сега е ясно че ще са най-много 5, тъй като се строят само 4 нови реактора (АР 1000) и се довършва един замразен през 90-те години. Строежът на новите 4 блока започва през 2013 год., но бързо се натрупва почти три години изоставане от графика и нарастване на началните разходи над 5500 щ.д./kWe. Пускът им вече се планира за 2019-2020 год.

Между 2007 и 2009 год. са подадени искания за 28 нови реактора. 8 от тях са оттеглени, 16 са в процес на оценка, но никоя компания не е потвърдила че ще започне да строи ако получи разрешение. Причините са чисто икономически: стагниращо (след 2007 год.) електропотребление; спадащи цени на природния газ и на вятърната енергия, (особено силно в средния запад); нарастващи експлоатационните разходи на стареещите ядрени блокове (2002 – 2014 год. средно с 28%). Поради това някои реактоти започват да работят на загуба и през 2013-2014 год., преди изтичане на лицензите им, са спрени 5 ядрени блока. През 2017-2018 год. ще бъдат спрени още два или три. Под заплаха са и най-малко 10 други реактори.

През 1977 год. САЩ избират отворен ядрен горивен цикъл. ОЯГ се съхранява в басейни и междинни хранилища (над 74,000 т ТМ). Финансирането на планираните разходи за геоложко хранилище (над 96 млрд щ.д.) от 1987 год. става чрез отчисления от 0,1 цент/kWh от продажбата на ел. енергията от АЕЦ. През 2010 год., след 27 години работа и изхарчени над 13,5 млрд щ.д., проектът за национално хранилище за ОЯГ в Yucca Mountain е отменен, главно поради съпротивата на щата Невада. Търси се нов подход, основан на съгласие с местните власти и населението.

Гаранцията, която ядрената индустрия поддържа за обезщетения от щети в случай на ядрена авария, е над 13,6 млрд щ.д., най-високата в света.

Операторът преди пуска на всеки блок е задължен да внесе определен депозит за средствата за извеждане от експлоатация, периодично да прави оценка на тези разходи и ежегодно да ги попълва.

Франция

Аналогично на САЩ, през 1974 год. Франция започва бързо развитие на ядрената енергетика. Ядрените дейности се извършват основно от две големи компании, които са преимуществено (над 85%) държавна собственост. AREVA проектира и изработва компоненти за реакторите и извършва всички дейности в ядрения горивен цикъл. EdF е най-големият ядрен оператор в света. Страната е ориентирана към затворен ядрен цикъл.

През 2015 год. са произведени над 540 млрд кWh електроенергия (нето), от които 416,8 млрд кWh (76,5%) от АЕЦ. Франция е най-големият износител на ел. енергия в света, основно за Италия, Швейцария и Англия. Сега в страната работят 58 ядрени реактора с обща мощност 63,200 MWe. Всички са с лека вода под налягане, от три серии: 900 MWe (34), 1300 MWe (20) и 1450 MWe (4). Първоначалният им проектен живот е 30 год., лицензират се на 10 год., най-старите са получили лиценз за 40 год. Средната им възраст в началото на 2016 год. е около 31 год. Окончателно спрени са 12 реактора.

Строи се само един нов реактор (тип EPR) - Flamanville-3. Пускът му се отмести от 2012 за 2018 год., а разходите нараснаха от 3,5 млрд Евро до повече от 10,5 млрд Евро. Шокиращо, през 2015 год. бяха открити и дефекти в метала на корпуса на реактора.

AREWA има заводи за конверсия и обогатяване на уран, за изработка на ядрено гориво и др. Заводът за преработка на ОЯГ в La Hague е с капацитет 1700 т ТМ/год., използува се около 1050 т ТМ/год. ОЯГ се съхранява в АЕЦ и в централно хранилище в La Hague, като до 2012 год. е преработено само 11% от него. Част от плутония се използува за MOX гориво, с което работят 24 от по-старите 900 MWe реактори. Част от рециклирания уран се обогатява в Русия. Акумулирани са огромни количества от остъклени ВАО и други РАО от преработката, съхранява се над 80 т плутоний.

През последното десетилетие и двете компании изпитват нарастващи финансови трудности и от 2007 год. акциите им загубиха над 85% от стойността си. EdF все още има огромен дълг към държавата, който към началото на 2015 год. е близо 40 млрд Евро. AREVA не е продала нито един реактор през последните 8 години. Правителството опита да продаде голяма част от акциите й, но поради липса на кандидати са купени от EdF. Самата EdF се опитва да продаде активи за 6-10 млрд Евро

Нарастващите разходи за поддръжка и мерките след авариите във АЕЦ Fukushima Daiichi доведоха до нарастване на себестойността на ел. енергията от АЕЦ - от 4,95 евроцента/kWh през 2010 год. до 5,98 евроцента/kWh през 2015 год.

Приетата през октомври 2014 год. енергийна стратегия предвижда към 2025 год. делът на ядреното електричество да се намали до 50%, а делът на ВЕИ към 2030 год. да стане 40%. Ядрените мощности не трябва да надхвърлят сегашните 63,200 MWe. Нови реактори ще се изграждат само на съществуващи площадки.

Планира се изграждане на геоложко хранилище за остъклените ВАО на около 500 м под земята в глинен пласт. Началото на строежа се планира за 2020 год., а пускът му - през 2025 год. Оценката от 2016 год. за разходите за него е 25 млрд Евро, към края на 2009 год. са акумулирани 11,4 млрд Евро. Финансирането на разходите за преработка на ОЯГ и погребване става чрез отчисляване на 0,14 евроцента/kWh от продадената ел. енергия.

Другите видове РАО се погребват в три хранилища (едното вече е затворено), управлявани от команията ANDRA, планира се изграждането на четвърто.

Гаранцията за покриване на щети в случай на ядрена авария на даден блок е минимум 700 млн Евро.

Русия

През 1954 год. в Русия е пусната първата АЕЦ с ел. мощност 5 MWe, която всъщност е опит за малък графитово-воден реактор АМ (Атом Морской) за подводници. Сега работят 35 реактора (спрени общо 5), които дават около 18,5% от ел. енергията. Това основно са леководни (6 броя ВВЕР-440 и 12 броя ВВЕР-1000) и графитени реактори (13 РБМК и 4 малки). Проектният им живот е 30 години, като на повечето е удължен – на ВВЕР-440 с 15 години, а на ВВЕР-1000 по правило – до 25 години. Страната е световен лидер в областта на реакторите с бързи неутрони, сега има два в работа.

Стратегията от 2006 год. предвижда делът на ядреното електричество да достигне 23% към 2020 год. и 25-30% към 2030 год. Към 2010 год. ядрената индустрия достига капацитет за производство на 4 ядрени блока годишно с планове за увеличение до 5-6 към 2015 год.

Стратегията предвижда от 2011 до 2014 год. ежегодно да се пускат поне два реактора, а след това по три-четири. През периода 2010-2016 год. обаче са пуснати само 4 нови блока и е започнато изграждането само на три (единият е спрян). Актуализираните планове предвиждат до 2025 год. да се започва по един реактор в страната.

Русия предлага изграждане на реактори под ключ, както и доставка на ядрено гориво, инженерни услуги, подготовка на кадри, финансиране и други, което й дава предимства пред много други доставчици. Към края на 2015 год. в различна фаза са проекти за изграждане на 34 реактора (около 5 млрд щ.д. всеки) в 13 страни.

Ориентацията е към затворен ядрен горивен цикъл и се планира да бъде затворен към 2030 год. Заводът РТ-1 в Озерск първоначално е създаден за извличане на плутоний за военни нужди. От 1971 год. започва да преработва ОЯГ от ВВЕР-440, от бързи реактори и от реактори на подводници. Проектният му капацитет е 400 т ТМ/год., сега се използува около 100 т ТМ/год., тъй като само 6-те блока с ВВЕР-440 в Русия изпращат ОЯГ в него. Разполага с басейни за съхраняване до 9000 т ТМ. Заводът е в лошо състояние, предстои модернизирането му, като се планира през 2030 год. да бъде затворен. През 2012 год. е преработено само 16% от генерираното ОЯГ, като рециклираният уран се използува за направа на свежо гориво за РБМК и за два ВВЕР-1000. Плутоният частично се използува за MOX гориво за бързите реактори. Не се предвижда използуване на MOX гориво в реакторите ВВЕР-1000. ОЯГ от ВВЕР-1000 и РБМК засега не се преработва. През 1984-89 год. в планирания за тази цел завод РТ-2 в Железногорск е изпълнена само басейновата част за съхранение на 6,000 т ТМ. Планира се разширение до 11,000 т ТМ. Построени са и хранилища за сухо съхранение на ОЯГ. Планира се през 2025 год. да се пусне линия за преработка на 700 т ТМ/год., а през 2028 год. – още една линия за 800 т ТМ/год. В Железногорск има и Демонстрационен център за нови технологии за преработка на ОЯГ, като се предвижда през 2016 год. да започне преработка на 100 т ТМ/год.

Китай

Китай е световен лидер в инсталирането на нови генериращи мощности – ядрени блокове, вятърни генератори, соларни паркове и водни централи. През последните години ежегодно се инсталират повече мощности във всеки един от тези сектори, отколкото всяка друга страна. С най-бързи темпове се развива използуването на вятърната енергия, като през 2015 год. страната вероятно е достигнала поставената цел от 100,000 MW. Страната е втора след САЩ по добив на шистов газ и бързо развива газовите централи. Все още около 75% от електроенергията обаче се произвежда от ТЕЦ на въглища.

Китай развива амбициозна ядрена програма (затворен ядрен цикъл), която претърпя значителни корекции. Планът от 2005 год. предвижда през 2020 год. да има 80,000 MWе ядрени мощности в работа и 50,000 MWe в строеж. След авариите в АЕЦ Fukushima Daiichi бе наложен временно мораториум, проверка на всички реактори в работа и в строеж и програмата бе коригирана. В началото на 2014 год. целите за 2020 год. са сведени до 58,000 MWe в работа и 30,000 MWe в строеж.

През 2015 год. са пуснати 6 нови реактора (6,050 MWe) и започва строителството на 6 (6,480 MWe). В началото на т.г. там работят 31 реактора (обща мощност 28,600 MWe) от няколко вида, основно с лека вода под налягане. През 2015 год. ядрената ел. енергия е нараснала почти с 30% (168,9 млрд kWh бруто) и нейният дял е достигнал 3%.

Сега в строеж са 24 нови реактори (над една трета от всички в света), по проекти на компании от САЩ (АР 1000-4 броя), Франция (EPR-2 броя), Русия (ВВЕР 1000-2 броя) и собствени проекти на Китай. Изграждането на реакторите от поколение III и III+ върви трудно както в другите държави. Натрупаното закъснение спрямо първоначалните графици е между 15 и 35 месеца, а разходите са нараснали с 15-25%. Първият АР 1000 се очаква да бъде пуснат до края на тази година, а първият EPR – през 2017 год.

Бързото развитие на ядрената енергетика е съпроводено с недостиг на специалисти с опит в експлоатацията на АЕЦ. Компанията–оператор на АЕЦ (CGN) изпитва проблеми и през втората половина на 2015 год. акциите й загубиха около 45% от стойността си.

Използувайки опита на различни страни Китай постепенно става независим в проектирането, изработването и изграждането на реактори, с амбиции да изнася ядрени технологии и компоненти. През 2015 год. са сключени споразумения с редица страни за участие на китайски компании в ядрените им проекти.

Япония

В началото на 2011 год. в Япония работят 54 реактора, които генерират около 29% от електроенергията. След авариите в АЕЦ Fukushima Daiichi постепенно всички са спрени за модернизиране (16 окончателно спрени). Към края на 2015 год. 43 реактора са със статус „в експлоатация“ (общо 42,000 MWe). Повечето изпълняват програми за подобряване на безопасността, разходите за които са 0,7-1 млрд щ.д. на блок. За да бъде пуснат, всеки блок трябва да получи разрешение от регулатора по новите изисквания за безопасност, както и съгласие от местните власти. През август и октомври 2015 год. са пуснати Sendaj-1 и 2, а през януари 2016 – Takahama-3. Takahama-4 също скоро ще бъде пуснат и се извършва преглед на безопасността на още 21 реактора. През 2016 год. вероятно ще бъдат включени 5-7 блока, а оптимистичните планове предвиждат рестарт на 35 реактора в следващите 5 години. Два ядрени блока (Ohma-1 и Shimane-3) са със статус „в строеж“.

Япония има достатъчно мощности за обогатяване на уран за нуждите на своите реактори. В работа е неголям завод за преработка на ОЯГ и повече от 15 год. се строи нов с капацитет до 800 т HM/год. (планиран пуск - края на 2018 год.). Основната част от ОЯГ е преработено в Западна Европа, като към края на 2014 год. запасите от плутоний са около 31,8 т. Планира се изграждането на завод за производство на MOX гориво.Планира се 7 от въведените в работа реактора да използуват NOX гориво с около 2,3 т плутоний/год.

Новата гаранция, която ядрената индустрия трябва да поддържа за обезщетения от щети в случай на ядрена авария на даден блок е 1,1 млрд щ.д.

Изследванията на общественото мнение показват, че болшинството от хората са против плановете на правителството за използуване на ядрената енергия.

Продължава почистването на замърсените територии около авариралата централа. Постигнато е съгласие за създаване на временно хранилище за съхранение на около 20 млн м3 радиоактивна почва, изгребана от територията на префектура Фукушима.

Площадката на авариралата централа е далеч от стабилно и безопасно състояние, като основните рискове са свързани с:

- Наличие нагоривосъдържаши маси в 1, 2 и 3 блок: Съдържат общо около 257 т ТМ - повече отколкото в Чернобил. Те все още трябва да се охлаждат и за тази цел в реакторите се вливат около 320 м3 вода/ден. Не е известно къде се намират, нито какви са техните геометрични и физико–химични показатели. Няма инженерни бариери, които да препятстват емисията на радиоактивни вещества от тях към околната среда. Съществува вероятност (макар и нищожна) от възникване на неконтролируема реакция на делене. Тези маси създават много високи радиационни полета в ниските части на зданията, което не позволява престой на персонала повече от няколко минути. Засега опитите за използуване на работи не са особено успешни. През 2015 год. с мюонна система е установено, че в корпуса на първи блок няма никакви остатъци от гориво. Докато не се изясни къде се намират горивосъдържащите маси не е възможно да се планира изваждането им;

- Радиоактивни течове в океана: Част от охлаждащата вода влиза в контакт със застиналите горивосъдържащи маси и отмива радиоактивни вещества от тях. През повредените стени в зданията навлиза и подземна вода, идваща откъм хълмовете, която се смесва с радиоактивната. Силно замърсените води се събират в най-ниските части на зданията, като към 19 февруари 2016 год. там има около 63500 м3. Част от водата периодично се изпомпва и очиства, но известна част излиза през пукнатини в стените на зданията и достига до океана. Смята се, че през 2013 год. в океана са изтекли води със сумарна активност по цезий-137 и стронций-90 над 13,000 млрд Bq (13TBq). Течовете продължават, като за 2014 и 2015 година няма данни, но се смята че са намалели. В началото на 2016 год. всеки ден се генерират около 320 м3 радиоактивни води.

Основните мерки за намаляване на радиоктивните течове в океана са: Система от дренажни кладенци (groundwater bypass system) преди реакторните здания, откъм хълмовете. Подземните води частично се изпомпват преди да проникнат в реакторните здания и да се замърсят. Водата се изпраща в отделни резервоари и ако е чиста може да се изпусне в морето. По този начин към ноември 2015 год потокът на подземните води, които навлизат в зданията е намален от 400 м3/ден до около 200 м3/ден; Система от дренажни кладенци до зданията (sub-drain system), от които се изпомпва замърсенaта вече подземна вода с цел да се намали нивото й. Изпраща се към резервоари за съхранение и очистване; Преградна стена от замразена почва (ice wall), която трябва да изолира 1-4 блок и да отклони потока на подземни води. Тя е с дължина около 1500 м и се състои от 1549 метални тръби, на около метър една от друга, стигащи 30 м в земята до основната скала. Свързани са с гигантска хладилна инсталация и през тях ще циркулира флуид, охладен до минус 30 градуса, при което земната маса в съседство замръзва (общо около 70,000 м3). Монтажът е завършен през февруари 2016 год., чака се разрешение за включване в работа. Няма аналог в света; Преградна стена между 1-4 блок и пристанището (sea side wall), която да блокира пътя на подземните води към морето. Тя е на около 5 м от брега с обща дължина 780 м и се състои от 594 стоманени тръби, забити дълбоко в дъното, с уплътнения между тях. След забавяне от 12 месеца затварянето й става през ноември 2015 год. В началото на 2016 год. радиоактивността на водата пред стената се увеличава (най-вероятно поради нарастване нивото на подземните води) и е започнато изпомпването й. Изпомпваните води се пращат към турбинните здания, при което притока на радиоактивна вода в тях нараства до 600 м3/ден. Ако това продължи вероятно ще се наложи преразглеждане на цялата концепция; Запълване на тунелите между турбинните зали със специален материал за да не се пълни с радиоактивна вода: Покриване с асфалт или бетон на около 1,5 млн кв.м площ, за да се намали проникването на дъждовна вода в земята, като над 80% от покритието вече е положено.

- Голямо количество ОЯГ в басейните на 1-4 блок: При експлозиите реакторните здания са силно повредени и оставането на горивото в басейните става рисково. След премахване на отломките и извършване на нужните строителни и монтажни работи в края на 2014 год. 1331 касети с ОЯГ са извадени от четвърти блок. Горната част на реакторното здание на трети блок е почистена от отломки и на покрива се монтира специална конструкция с оборудване за изваждане на 566-те касети. Вероятно работите за изваждане на ОЯГ ще започнат в края на годината. Поради високите нива на радиация в първи и втори блок достъпът на хора в тях все още е практически невъзможен. Работите по изваждане на ОЯГ от 1-2 блок се планират за 2020 год. През 2015 год. поставеният през 2012 год. покрив на реакторното здание на 1-ви блок е демонтиран и е започнато почистване на горния етаж от строителни отломки и оборудване.

- Огромни обеми радиоактивни води, съхранявани на площадката: За очистване на радиоактивните води са монтирани 7 различни системи. Към средата на 2015 год. най-силно замърсените води вече са третирани. Засега очистването на трития (радиоактивнен изотоп на водорода) не е възможно. В повече от 1200 резервоара на площадката се съхраняват над 650,000 м3 води с различно съдържание на радионуклиди. Системата има огромен брой тръбопроводи, съединения и други елементи и не може да се контролира и управлява надежно. За намаляване на течовете старите резервоари се подменят с нов тип.

- Нарастващ обем на радиоактивните отпадъци: Почистването на площадката и главно на радиоактивните води генерира ниско и средно активни РАО. Техният обем непрекъснато нараства, засега се съхраняват се във временни хранилища на площадката;

- Радиоактивни емисии в атмосферата: Радиоактивните води, замърсените повърхности и оборудване, отстраняването на отломки и отпадъци, строителните и други дейности генерират радиоактивни аерозоли и прах, които се отнасят в атмосферата

Почти 5 години след авариите АЕЦ Fukushima Daiichi продължава да замърсява океана и атмосферата с огромни радиоактивни емисии.

Радиологичните и финансово-икономическите щети от авариите вероятно ще надхвърлят 500 млрд щ.д.