Новый проект ИНПРО «Взаимодействия синергетических региональных ядерно-энергетических групп, оцененные с позиций устойчивости (INPRO-SYNERGIES)» предусматривает совершенствование программно-аналитического обеспечения и баз данных для более подробного моделирования и исследования различных форм сотрудничества стран-поставщиков и стран-пользователей технологий в обеспечение эффективного перехода к устойчивым ядерно-энергетическим системам.
В исследовании ИНПРО «Глобальная архитектура инновационных ядерных энергетических систем» (GAINS) 16 стран-участниц и наблюдателей разработали подходы и программно-аналитическое обеспечение для динамической оценки современных и будущих ядерно-энергетических систем (ЯЭС) по критериям устойчивости на основе Методологии ИНПРО. Было показано, что устойчивости ЯЭС в глобальном масштабе существенно проще достигнуть при сотрудничестве стран-поставщиков и стран-пользователей технологий (см. «Безопасность ядерных технологий и окружающей среды», №4-2011, с. 62-67).
В исследовании GAINS был использован довольно широкий круг допущений. Сотрудничество стран было рассмотрено только в глобальном масштабе путем иллюстративного анализа набора референтных сценариев. В новом исследовании «Взаимодействия синергетических региональных ядерно-энергетических групп, оцененные с позиций устойчивости» (INPRO-SYNERGIES) основное внимание будет уделено:
- детальному моделированию конкретных форм сотрудничества стран-поставщиков и стран-пользователей технологий;
- динамическому анализу сценариев сотрудничества и определению тех, которые обеспечат стратегию взаимовыгодного сотрудничества для эффективного решения возникающих проблем и выполнения обязательств на пути перехода к устойчивым ЯЭС;
- оценке движущих сил и препятствий на пути совместного перехода к устойчивым ЯЭС и определению тех сценариев и схем сотрудничества, которые удовлетворяли бы интересам как стран-пользователей, так и стран-поставщиков товаров и услуг в области мирного использования атомной энергии.
В 2011 году было разработано техническое задание (Terms of Reference) на выполнение работ по проекту INPRO-SYNERGIES. Первое совещание по проекту INPRO-SYNERGIES проведено в октябре 2011 года. В ноябре 2011 года проект был одобрен к исполнению участниками 18-го совещания Руководящего комитета ИНПРО.
К марту 2012 года намерения участвовать в исследованиях INPRO-SYNERGIES подтвердили: Алжир, Аргентина, Бельгия, Вьетнам, Израиль, Индия, Испания, Италия, Канада, Китай, Республика Корея, Россия, Румыния, США, Украина, Франция, Япония, Еврокомиссия, OECD/NEA и WNA. Интерес к участию в проекте выразили также Армения, Беларусь, Болгария, Индонезия, Иордания, Пакистан, Чешская Республика и Международный научно-технический центр (МНТЦ).
Цели, методы и содержание работы
Основной целью проекта INPRO-SYNERGIES является определение и оценка вариантов взаимовыгодного сотрудничества стран, а также движущих сил и препятствий на пути к достижению глобально устойчивых ЯЭС.
Конкретной задачей проекта является определение краткосрочных (2012-2030 годы) и среднесрочных (2030-2050 годы) совместных действий стран, направленных на достижение устойчивости ЯЭС в долгосрочной перспективе. Они должны обеспечить взаимную выгоду в экономике, безопасности поставок, распределении ресурсов, минимизации национальных инфраструктурных требований, защищенности от распространения делящихся материалов и других ключевых областях.
Преимущества и проблемы вариантов сотрудничества будут проанализированы для динамических сценариев развития ЯЭС. Устойчивость ЯЭС будет оценена с использованием выбранных ключевых индикаторов и оценочных параметров, с учетом соответствия ЯЭС остальным критериям Методологии ИНПРО. С этой целью программно-аналитическое обеспечение и базы данных, разработанные в рамках проекта GAINS, будут дополнены и усовершенствованы. Для анализа движущих сил и препятствий, определяющих продвижение к устойчивым ЯЭС, будут введены дополнительные ключевые индикаторы и оценочные параметры.
Подход к разбивке стран на группы с различными стратегиями развития ядерного топливного цикла, предложенный в рамках GAINS, будет использован и в новом исследовании INPRO-SYNERGIES.
Исследования проекта INPRO-SYNERGIES будут основываться на модельных сценариях, разработанных в рамках GAINS. Однако в сценариях дополнительно будут рассмотрены некоторые альтернативные варианты технологий (рис. 1).
Рис. 1. Структура исследований INPRO-SYNERGIES
Прогнозный период составит 100 лет.
Оценка синергетических сценариев сотрудничества в развитии инфраструктуры ЯТЦ
Переход к глобально устойчивой ЯЭС требует постепенного внедрения инновационных реакторов и замыкания ядерного топливного цикла – и, соответственно, очень больших ресурсов и времени для развития соответствующих технологий. Поэтому многие страны, заинтересованные в использовании ядерной энергии, будут неспособны самостоятельно осуществить такой переход в XXI веке. Развертывание инновационных технологий может столкнуться с определенными техническими, экономическими и социально-политическими трудностями. Кроме того, инвестиции в научные исследования и разработки быстрых реакторов и замкнутого ядерного топливного цикла окупаются только при их последующем крупномасштабном внедрении. Несмотря на вышесказанное, как было показано в рамках GAINS, все страны могут извлечь выгоду из вышеупомянутых технологий в рамках двустороннего, многостороннего или международного сотрудничества.
Исследования сотрудничества между странами на двусторонней или многосторонней основе будут нацелены на:
- изучение технических вариантов и стратегий поставок свежего топлива и обращения с ОЯТ и РАО для определения преимуществ и проблем в краткосрочной, среднесрочной и долгосрочной перспективах;
- оценку различных сценариев совместного использования услуг и установок топливного цикла, определение временных рамок, необходимых для создания и развития инфраструктуры на различных стадиях ЯТЦ – от добычи урана до окончательного захоронения отходов.
Лидером проекта INPRO-SYNERGIES при решении этой задачи будет Франция, участниками – Индия, Индонезия, Испания, Канада, Китай, Россия, Румыния и Украина, наблюдателями – Бельгия, Италия и США.
Оценка дополнительных вариантов ЯЭС с тепловыми и быстрыми реакторами
В рамках проекта GAINS рассматривались не все возможные технологические варианты, способствующие переходу к устойчивым ЯЭС. Так, во многих странах разрабатываются тепловые реакторы с высокой конверсией.
Кроме того, на заключительных стадиях проектирования и создания опытного образца находятся некоторые проекты инновационных малых модульных реакторов с высоким коэффициентом конверсии. Осуществление проектов реакторов с высокой конверсией вместо обычных водоохлаждаемых тепловых реакторов будет способствовать уменьшению потребления природного урана, что, в свою очередь, изменит требования к быстрым реакторам и замкнутому ЯТЦ.
Некоторые страны продолжают рассматривать постепенное вовлечение тория или быстрых реакторов с более высокими коэффициентами воспроизводства. Существует заинтересованность в неэлектрическом применении реакторов, поэтому идет оценка возможности создания и использования когенерирующих атомных электростанций. Наконец, проектировщики некоторых быстрых реакторов предлагают альтернативный подход к вводу их в эксплуатацию, подразумевающий использование в первоначальной загрузке обогащенного урана с последующим многократным рециклом собственного ОЯТ.
В связи с вышесказанным в рамках проекта будет проведено исследование возможной интеграции этих дополнительных и уже рассмотренных технологических вариантов осуществления перехода к устойчивым ЯЭС с получением синергетического эффекта.
Лидером проекта INPRO-SYNERGIES при решении этой задачи будет Россия, участниками – Индия, Италия, Китай и Украина, наблюдателями – Бельгия, Испания, Румыния и США.
Оценка вариантов обращения с минорными актинидами
Минорные актиниды (МА) имеют высокую радиотоксичность и период полураспада в сотни тысяч лет. Некоторые из них являются делящимися или сырьевыми материалами, из которых могут быть произведены другие делящиеся материалы. МА выделяют тепло, создавая тем самым дополнительную нагрузку на хранилища ОЯТ. Проблема обращения с ними актуальна с точки зрения сокращения технических сложностей на заключительном этапе обращения с радиоактивными отходами и преодоления неуверенности в возможности их захоронения, хотя хранилища ОЯТ могут быть спроектированы так, чтобы исключить перемещение или утечку МА в течение длительного времени.
Различные варианты сжигания МА с топливом тепловых и быстрых реакторов или в специализированных системах для трансмутации (быстрых реакторах сжигания, подкритических системах с ускорителем (ADS), жидкосолевых реакторах – пережигателях отходов), находятся на стадии научно-исследовательских работ. Известны варианты целенаправленного использования МА, например, в качестве мишени для производства трансурановых элементов с большими атомными числами или в космических реакторах.
В рамках проекта будет осуществлено изучение возможных преимуществ для синергетически развивающихся в направлении устойчивости ЯЭС от применения систем трансмутации или целенаправленного использования МА.
Лидером проекта INPRO-SYNERGIES при решении этой задачи будет Бельгия, участниками – Индия, Испания, Италия, Россия и Франция, наблюдателями – Китай и США.
Разработка ключевых индикаторов для оценки вариантов синергетического сотрудничества
Данная задача пересекается со всеми другими задачами проекта INPRO-SYNERGIES. Ее цель состоит в развитии как методов оценки сценариев перехода к устойчивым ЯЭС, так и ключевых индикаторов для оценки перехода динамически развивающейся ЯЭС в устойчивое состояние. Как и в предшествующем исследовании GAINS, основой при сравнительной оценке различных сценариев на соответствие требованиям устойчивости будет Методология ИНПРО*.
Экономика является основной движущей силой в коммерциализации технологий и развитии инфраструктуры. Однако экономические показатели для перспективных ядерных технологий обладают существенной неопределенностью. Необходимость дальнейшей разработки методов экономической оценки определяется тем, что варианты сотрудничества между странами на пути перехода к устойчивым ЯЭС должны быть экономически привлекательными для всех участников процесса. В применении к исследованию INPRO-SYNERGIES метод экономической оценки должен учитывать как общие, так и зависящие от времени ключевые индикаторы.
Оценка сценариев сотрудничества стран может не только включать вопросы экономики ядерных реакторов и топливных циклов, но и учитывать соображения безопасности поставок, затрат на развитие необходимой инфраструктуры, в том числе находящейся в совместном владении или пользовании нескольких стран, защищенности от распространения делящихся материалов и т.д. Разработка новых ключевых индикаторов должна способствовать проведению такого рода оценок.
Лидером проекта INPRO-SYNERGIES при решении этой задачи будет Индия, участниками – Индия, Канада, Россия, Румыния и Европейский Союз, наблюдателями – Бельгия, Испания, Италия, Китай, США и Украина.
Ход проекта
Следующее совещание по проекту INPRO-SYNERGIES состоится 4-8 июня 2012 года в городе Вене. Представителями стран-участниц проекта будет детализирован план работ на 2012-2013 годы.
В поддержку задачи 1 проекта «Оценка синергетических сценариев сотрудничества между странами в развитии инфраструктуры ЯТЦ» на период с 30 июля по 3 августа 2012 года запланирован семинар по движущим силам и препятствиям для регионального сотрудничества на пути к устойчивым ЯЭС (см. «Безопасность ядерных технологий и окружающей среды», №4-2011, с. 62-67). К работе семинара планируется привлечь большое число участников как из экономически развитых, так и развивающихся стран.
В рамках подготовки к семинару проведена предварительная оценка важности сотрудничества между странами по отдельным направлениям, существенным для обеспечения перехода к устойчивым ЯЭС. В исследовании приняли участие эксперты из Индии, Испании, Китая, России, Румынии и США. Важность сотрудничества оценивалась отдельно в краткосрочной (2012-2030 годы), среднесрочной (2030-2050 годы) и долгосрочной (2050-2100 годы) перспективах по пятибалльной шкале (рис. 2). Наиболее важным во всех случаях признано сотрудничество по вопросу окончательного захоронения отходов.
Рис. 2. Результаты предварительной оценки важности сотрудничества между странами по отдельным направлениям, существенным для перехода к устойчивым ЯЭС (по 5-ти балльной шкале)
Ожидаемые результаты
Основными результатами исследований INPRO-SYNERGIES будут:
- ключевые индикаторы для оценки перехода динамической ЯЭС в устойчивое состояние с учетом сотрудничества между странами;
- оцененные по ключевым индикаторам сценарии развития ЯЭС, основанные на нескольких вариантах сотрудничества между странами, нацеленные на достижение устойчивости ЯЭС в ХХI веке;
- определенные по результатам оценки сценарии развития ЯЭС и варианты сотрудничества между странами, обеспечивающие стратегию, выгодную как для стран-поставщиков, так и для стран-пользователей технологий ядерной энергетики;
- оценка движущих сил и препятствий к осуществлению взаимовыгодных сценариев перехода к устойчивым ЯЭС.
Проект INPRO-SYNERGIES, как предполагается, обеспечит исходные данные для разработки всесторонних и обоснованных подходов к международному сотрудничеству с целью достижения устойчивости ЯЭС в рамках национальных ядерно-энергетических стратегий. В частности, будут определены привлекательные инновационные варианты ядерных топливных циклов на региональном уровне, что будет содействовать более ясному пониманию возможностей регионального сотрудничества на начальной и завершающей стадиях ЯТЦ.
Реализация проекта также поможет выявить технические и институциональные «пробелы», на которые необходимо будет обратить внимание в дальнейших исследованиях.
Проект INPRO-SYNERGIES рассчитан на два с половиной года, его планируется завершить выпуском окончательного отчета в 2014 году.
Авторы
Л.Н. Андреева-Андриевская,
Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом»
В.В. Кузнецов, к.т.н., Ю.Н. Бусурин, А.В. Пономарев
Международное Агентство по Атомной Энергии (МАГАТЭ)
