Атом — он и в Африке...

24.06.14 13:53

Истоки

На территории ЮАР, по зарубежным оценкам, сосредоточено 11% мировых запасов урана — это четвертое место после Австралии, Казахстана и Канады. В обмен на востребованный ресурс страна «третьего мира» получила технологии для создания своей атомной отрасли.

В конце второй мировой войны США и Великобритания испытывали острую потребность в уране для создания ядерного оружия. Поставщиком сырья для военных программ стала ЮАР. В обмен США обеспечила подготовку южноафриканских специалистов-атомщиков, поставку исследовательского ядерного реактора SAFARY и топлива для него. В 1948 г. в ЮАР было создано агентство атомных исследований. В 1950–70 гг. становление ядерной программы ЮАР осуществлялось благодаря американской помощи. Причем, в отличие от большинства других стран, программа эта не носила явно выраженный военный характер.

Все изменилось в семидесятые, когда произошла эскалация конфликта с Анголой, на стороне которой выступили СССР и страны Варшавского договора, а Куба даже прислала 15-тысячный контингент своих войск. Власти ЮАР решили, что остановить советскую угрозу можно лишь одним способом: продемонстрировав владение ядерным оружием.

В этот период началось интенсивное сотрудничество с Израилем: он получил доступ к урановой руде, а взамен помог с разработками ядерного оружия и ракет-носителей для его доставки.

Советский разведывательный спутник обнаружил подготовку к подземному ядерному испытанию, после чего ЮАР оказалась под дипломатическим давлением СССР, США и Франции. Затем американский разведывательный спутник засек в океане специфическую вспышку — как предполагается, это было совместное испытание ядерного оружия Израиля и ЮАР.

В начале 1990-х гг. ЮАР подписала договор о нераспространении ядерного оружия и демонтировала свои ядерные заряды, уже стоявшие на вооружении армии (по оценкам, их было изготовлено порядка 7 штук). По мнению критиков, причиной этому послужило давление мировых сверхдержав: в те годы к власти в стране были допущены представители коренного населения, и мировые лидеры справедливо опасались, что боеголовки могут попасть к непредсказуемым сподвижникам Африканского национального конгресса из Ливии, Ирака, Ирана, Северной Кореи. Впрочем, недоброжелатели утверждают, что боеголовки якобы были не демонтированы, а переданы Израилю — но это до сих пор никем не подтверждено.

Так или иначе, по завершении военной программы ЮАР имела контингент профессиональных атомщиков и достаточно эффективные ядерные технологии, в том числе по обогащению урана.

 

Мирный атом

Практически одновременно с военным направлением ЮАР начала внедрение атомной энергетики. В 1976 г. на западном побережье Южной Африки, в 30 километрах от крупного города Кейптауна была заложена двухблочная АЭС «Koeberg». Ее основу составили классические реакторы с водой под давлением (PWR) мощностью 900 МВт (эл), разработанные компанией Framatome. Для охлаждения используется океанская вода. Энергоблоки были введены в эксплуатацию в 1984-м и 1985 гг.

Экономика ЮАР развивается интенсивными темпами. Например, за 2000–13 гг. она выросла в 1,5 раза. Страна усиленно привлекает иностранных инвесторов, а экономический рост осуществляется прежде всего за счет энергоемких отраслей — добычи полезных ископаемых (в том числе драгметаллов и минералов), цветной и черной металлургии, машиностроения и металлообработки, химической промышленности. В то же время, в стране с 47-миллионным населением все еще высок уровень безработицы, то есть по дешевизне рабочей силы ЮАР успешно конкурирует с Китаем. Таким образом, спрос на электроэнергию есть, и перспективы его роста не вызывают сомнений: порою он даже опережает рост ВВП. По оценкам аналитиков, в ближайшие 20 лет ЮАР потребуется порядка 40 ГВт новых энергогенерирующих мощностей.

При этом порядка 90–94% электроэнергии в ЮАР вырабатывают тепловые электростанции на угле. Запасы угля сосредоточены на севере и северо-востоке страны. А основные потребители — на юге и юго-востоке (города Кейптаун, Дурбан). Транспортировка угля, как и передача электроэнергии на большие расстояния, экономически неэффективна. Кроме того, работа тепловых электростанций на угле сильно вредит экологии. Поэтому власти ЮАР были и остаются приверженцами решения энергетических проблем страны с помощью АЭС.

 

Первая африканская

У российского атомщика, побывавшего в 2010 г. на Международном молодежном ядерном конгрессе в ЮАР, АЭС «Koeberg» оставила такие впечатления: 

«Очень жесткие условия доступа. В ЮАР большое количество населения безработные, в стране высокий уровень преступности, и вопросы физической защиты станции выходят на передний план. Поэтому проход на территорию станции напоминает досмотр в аэропорту, всех обязывают снимать обувь и ремни, просматривают сумки на просвет.

Большое внимание уделяют и охране труда — обязательными на территории станции и для посетителей, и для персонала являются защитные очки, беруши, каски и специальная, выдаваемая на входе обувь. В помещении машинного зала установлен стенд, на котором, ранжированные по размеру, развешаны ярко-красные брезентовые заглушки на трубопроводы: они используются в период ремонта, и цвет выбран специально, чтобы издалека было видно, что оборудование выведено из работы.

Пожалуй, главной особенностью станции оказался ее многонациональный коллектив. Много приезжих европейских специалистов, работающих по контракту. В этой стране 12 официальных языков, включая английский, и в обиходе используется какая-то невероятная смесь из них.

К вопросам экологии относятся бережно: вокруг периметра станции находится охраняемый национальный парк. И так же, как у нас белки и зайцы, там привычными обитателями являются зебры и антилопы».

При этом, как дань европейской моде, на случай экстремальных обстоятельств зона «немедленной» эвакуации на АЭС «Koeberg» составляет 5 км, зона «профилактической» эвакуации — 14 км. Реакторы образца середины 1970-х требуют такого подхода.

 

Шарики в газе

Два фактора — необходимость занять (то есть не потерять) высококвалифицированных атомщиков, высвобожденных после закрытия военной программы, а также возможность получить свою нишу на рынке малых и средних атомных мощностей — сподвигли правительство ЮАР к разработке специфической технологии высокотемпературных газовых реакторов. Так родился проект «PBMR» (Pebble bed modular reactor — модульный реактор с шаровыми твэлами), который, к сожалению, оказался не востребован в данный момент. Но уже сам факт разработки такого реактора в условиях развивающейся страны делает честь Южно-Африканской Республике.

Пилотный экземпляр PBMR должен был появиться на площадке АЭС «Koeberg», в том числе благодаря имеющимся условиям физической защиты объекта от вмешательств посторонних лиц. В активную зону, окруженную графитовыми отражателями, насыпаются шаровые твэлы: элементы из диоксида урана-235 со специальным покрытием, помещенные в графитовую матрицу размером примерно с биллиардный шар (60 мм). Активная зона реактора рассчитана на 450 тысяч таких шариков.

Перегрузка топлива в реакторе производится на ходу: сверху засыпаются свежие шарики, снизу удаляются отработавшие. Это, кстати, один из плюсов такого реактора: до того перегрузку топлива «на ходу» позволяли лишь канальные реакторы РБМК, распространенные в Советском Союзе.

К другим достоинствам проекта PMBR относятся: невозможность аварии с расплавлением активной зоны, возможность производства высокотемпературного тепла, пригодность к работе в маневренном режиме по мощности (вопрос, особенно актуальный для ЮАР и других африканских стран со слаборазвитой системой ЛЭП), высокий КПД (порядка 41%) и т.д.

Проект PMBR предусматривал модульное исполнение: каждый модуль мог вырабатывать порядка 400 МВт тепловых или 165 МВт электрических. Два модуля в сумме занимали площадку не более футбольного поля. Количество модулей варьировалось в зависимости от потребностей заказчика (оптимальной считалась 4-модульная установка). За время разработки проекта (2000–10 гг.) специалисты отказались от промежуточного парогенератора и перешли на прямоточную систему: гелий, охлаждающий активную зону реактора и нагретый на выходе до 900ºС, должен был напрямую поступать в турбину — что, разумеется, повышало совокупный КПД энергоблока, хотя и создавало ряд других технических трудностей.

О глубине проработки темы свидетельствуют такие факторы. Южноафриканский реактор PMBR основывался на разработках Германии, которая в этой сфере добилась существенных достижений: в 1967 г. ввела демонстрационный газоохлаждаемый реактор мощностью 17 МВт (эл) в Юлихе, затем построила более мощный THTR-300, и лишь политические перипетии помешали ей развивать эту перспективную технологию. ЮАР выкупила у Германии сделанные разработки — например, в части системы обращения с топливом и АСУ ТП проект PMBR сильно напоминает немецкий. Однако специалисты ЮАР развили проект энергоблока с газоохлаждаемым реактором намного дальше.

Почувствовать глубину проработки проекта позволит такой факт: судя по открытым сообщениям СМИ, пилотные образцы шаровых твэлов для «PBMR» успешно прошли испытания в Окриджской национальной лаборатории (США) и в Институте реакторных материалов (Россия, Свердловская обл.).

Однако любой проект хорош только тогда, когда он клиентоориентирован. ЮАР нашла свою нишу. 900-градусное атомное тепло оказалось востребовано нефтехимиками. Компания Sasol рассматривала возможность производства дизельного моторного топлива путем окисления и сжижения природного газа при высоких температурах. Другим способом стал высокотемпературный электролиз воды для производства водорода. Были и другие проекты. Однако африканские производители не имели возможности инвестировать средства в новый реактор.

Стратегическим инвестором газоохлаждаемого реактора считался «Westinghouse». Однако становится ясным, что эта компания вкладывала деньги не столько ради взращивания своего конкурента, сколько ради сохранения своего присутствия на южноафриканском рынке атомных технологий. АЭС «Koeberg», несмотря на родное топливо французской технологии, на начальном периоде эксплуатации получила ряд проблем с топливом, а переход на топливо «Westinghouse» позволил решить эти проблемы. С учетом того, что американцы способствовали становлению атомной отрасли ЮАР, это еще больше укрепило их позиции.

Тем не менее, компания «Westinghouse» решила прекратить финансирование проекта «PBMR». Формальные основания были: сроки ввода пилотного энергоблока в эксплуатацию неоднократно сдвигались — 2009, 2010, 2014... А без денежных вливаний американцев дальнейшая разработка проекта стала попросту неосуществимой. Японцы, которые интересовались газоохлаждаемыми реакторами малой и средней мощности, после Фукусимы сняли свои притязания.

В сентябре 2010 г. министр «общественных предприятий» Барбара Хоган выступила в парламенте ЮАР с обоснованием закрытия проекта. Несмотря на всю привлекательность реактора, реальных заказчиков, желающих опробовать его на себе, не нашлось. Денег на дальнейшую разработку проекта нет, американские инвесторы самоустранились. Ближайшая перспектива развития энергетики ЮАР будет основываться на реакторах предыдущих поколений II или III («PBMR» относился к новому поколению IV). В общем, «...Южная Африка могла с полным правом называть себя одним из мировых лидеров в данной области, это очень важное достижение для развивающейся страны, и мы можем гордиться этим». Спасибо, все свободны.

 

Навстречу новому тендеру

С учетом роста экономики и востребованности электроэнергии ЮАР с начала XXI в. делает ставку на развитие атомной энергетики. До 2030 г. намечается построить 6–8 энергоблоков, в сумме порядка 9,6 ГВт атомных мощностей (звучали и более оптимистичные цифры). С нынешних 5–7% ЮАР предполагает повысить долю атомного электричества в энергетической корзине страны до 25–30%. Первый тендер «Nuclear-1» был объявлен в начале века. В нем столкнулись такие тяжеловесы, как «Westinghouse» и AREVA. Побороться с ними в ту пору пытался российский «Атомстройэкспорт», но не преуспел. Но тут обрушился экономический кризис 2008 г., и итоги тендера были отменены.

Сегодня ЮАР предъявляет соискателям «атомного пирога» более жесткие условия. Апробированный серийный тип реактора — это лишь одно из них. Далее следуют такие экономические факторы, как локализация производства оборудования в ЮАР. В этом плане «Росатом» предлагает до 40% заказов разместить на южноафриканских предприятиях, в том числе: по строительным работам — 24%, по электрооборудованию — 8%, по трубопроводам — 4%. Более того, локализация может быть доведена с 40 до 65%, причем производители этого оборудования будут включены в мировой «ядерный пул» — их услуги потребуются для обеспечения международных контрактов строительства российских АЭС «под ключ» в других странах.

Кроме того, понимая финансовые затруднения интенсивно развивающейся страны «третьего мира», Россия готова предоставить кредит на строительство АЭС — на льготных условиях в сумме от 70 до 85% стоимости проекта.

Впрочем, на атомном рынке ЮАР нашу страну подстерегают серьезные соперники. Французы построили реакторы действующей АЭС. Американцы стояли у истоков атомной программы ЮАР и до сих пор задействованы в топливообеспечении. Гуандуньская корпорация «China Guangdong Nuclear Power Corp» предлагает реакторы CPR-1000 — по безопасности относящиеся ко II поколению (Россия предлагает технологию III+), зато очень дешевые.

В принципе, России есть чем ответить. С середины 1990-х гг. мы поставляем до 45% обогащенного урана для производства топлива АЭС «Koeberg». При том, что ЮАР обладает собственными обогатительными мощностями завода «Y-Plant» — но, как сказывал культовый кинематографический персонаж, «гранаты у них не той системы».

Результат таков. В феврале 2014 г. Президент ЮАР Джейкоб Зума подтвердил приверженность планам развития ядерной энергетики. Россия предлагает довольно выгодные условия: и по кредитованию, и по локализации производства, и по подготовке персонала, и по научному развитию. Сергей Кириенко предлагает широкие экономические перспективы — судя по всему, Россия намеревается продолжать атомную экспансию на мировом рынке, и производители вспомогательного оборудования будут иметь гарантированные заказы — с учетом того, что партнеры в России не могут обеспечить потребности развития в полном объеме.

Россия на сей раз серьезно подошла к проигранному ранее международному тендеру. ЗАО «Rusatom Overseas», которому доверено продвижение российских атомных технологий на мировом рынке, присоединилось к Ассоциации атомной промышленности ЮАР (NIASA) на правах члена-спонсора, а в 2012 г. был подписан меморандум о взаимопонимании между «Rusatom Overseas» и африканской корпорацией по атомной энергии (NECSA).

Трудно сказать, чем завершится будущий международный тендер. Но то, что ЮАР — одна из перспективных площадок для развития российской атомной энергетики, не подлежит сомнению.

 

Руслан Новорефтов

Фото Bjorn Rudner, seogun.ru

Илл. pb-ahtr.nuc.berkeley.edu, iopscience.iop.org

Читайте также: