Эксперт Эксперт - Эксперт № 50 (2013)
Есть более удачные гибриды. Например, в Германии энергетическая компания E.On совместно с канадским производителем энергооборудования Hydrogenics занимается совмещением ветрогенерации с водородными топливными элементами. Это гибридные станции мощностью до 2 МВт.
Водород может быть использован как топливо путем его окисления (горения) с выхлопом в виде водяного пара. Но для этого водород нужно произвести, проведя электролиз воды и затратив на это электрическую энергию. Подобный завод, кстати, был недавно реализован совместными усилиями «Русгидро» и японской компании Kawasaki в Магаданской области для утилизации энергии построенной там ГЭС.
В Германии для производства водорода вместо гидроэнергии используется электричество, вырабатываемое ветром. Пока дует ветер, можно накопить энергию, пустив ее на производство водорода, который можно сжигать в безветренную погоду. Эффективность такой «энергоконсервации» составляет, по оценке главы Hydrogenics Дэрила Вильсона, порядка 50%.
Установка по производству водорода сравнительно дешева. Инвесторы оценивают ее стоимость в 1 млн долларов за 1 МВт мощности — примерно во столько же обходится обычная тепловая станция (см. таблицу ). Однако высокой остается цена вырабатываемого ветром электричества, что делает сомнительными коммерческие перспективы подобных проектов.
Иногда рождаются необычные сочетания. Например, в американском городе Фаллон (штат Невада) компанией Enel была построена гибридная солнечно-геотермальная станция мощностью 59 МВт.
Однако считать подобные станции альтернативой обычной генерации затруднительно. Дает себя знать их традиционный недостаток — маленькая мощность. Так, станция в Фаллоне по американским стандартам потребления должна давать энергию примерно для 50 тыс. домохозяйств. При этом проект обошелся примерно в 10 млн долларов за 1 МВт мощности. И он не может быть растиражирован: конкретно в Неваде удачно совпали жаркий солнечный климат и геологический разлом с геотермальными проявлениями. Понятно, что такие условия встречаются не везде.
В качестве варианта гибридной генерации можно рассмотреть многотопливные (чаще всего двухтопливные) станции. Это модернизированные дизельные генераторы, способные работать как на дизельном топливе, так и на сырой нефти или газовом топливе. Подобные машины производятся и в России, например на Коломенском заводе. Обычно такие генераторы имеют сравнительно небольшую мощность — 1,5–2 МВт (как двигатель тепловоза). Выпуск двухтопливных (дизель и газ) генераторов достаточно высокой (до 17 МВт) мощности налажен финской компанией Värtsilä (с недавних пор имеет производственную площадку в Пензе). Отдельные генераторы могут быть соединены в «батарею», и в совокупности получается станция достаточно большой мощности.
Värtsilä строит многотопливные электростанции мощностью до 70 МВт в странах третьего мира: Доминиканской Республике, Нигерии. В 2008 году двухтопливная станция совокупной мощностью 300 МВт («батарея» из 18 двухтопливных генераторов Värtsilä 18V50DF) была пущена в азербайджанской нефтепромышленной зоне Сангачал по заказу компании Azer Enerji.
У подобных станций есть преимущество — надежная работа в случае перебоев с поставками базового топлива (как правило, газа). Во время перебоев здесь может сжигаться дизельное топливо или сырая нефть. Однако этим их достоинства исчерпываются, поскольку газ значительно дешевле дизельного топлива. При расчете затрат на приобретение топлива для выработки 1000 кВт·ч энергии получается, что газ оказывается дешевле дизеля почти в семь раз (см. график 4 ).
Любой альтернативный киловатт, таким образом, оказывается поистине золотым. И потому не может конкурировать с традиционной генерацией.
Быстрые нейтроны
Однако поборникам новых технологий не стоит отчаиваться. Жизнеспособная альтернатива традиционной тепловой генерации все же есть, хотя и не в рамках так называемой альтернативной энергетики. Речь идет об атомной генерации.
Александр Григорьев (ИПЕМ), отдавая должное водородным накопителям энергии, которые уже в обозримом будущем могут сыграть поистине революционную роль в развитии энергетики, указывает, что первую скрипку в энергетической симфонии XXI века будет играть атомная энергетика: «У атомной энергетики есть определенная цикличность, и циклы эти связаны, как правило, с аварийными ситуациями на АЭС: Три-Майл-Айленд, Чернобыль, Фукусима — каждый такой случай останавливает распространение атомной генерации, а то и приводит к некоторому откату назад. Потом все понемногу успокаиваются и потихоньку начинают возвращаться к идее развития атомной энергетики».
Перспективным направлением атомной генерации могут стать реакторы на быстрых нейтронах. В таких реакторах существенно изменен спектр нейтронов — это нейтроны с бо́льшими энергиями, чем, скажем, в обычном российском водо-водяном энергетическом реакторе (ВВЭР), поэтому их называют реакторами на быстрых нейтронах (БН). Вместо воды, которую традиционно применяют в качестве теплоносителя, в реакторах БН используют натрий.
Россия сегодня — единственная в мире страна, которая занимается разработкой и эксплуатацией подобных реакторов. БН строили японцы, но эксплуатировать не стали. Строили и французы, однако довольно быстро свернули программу.
Как рассказал Александр Полушкин, реактор на быстрых нейтронах мощностью 350 МВт работал в Казахстане на Мангышлаке: «Отработал ресурс и был остановлен. До сих пор работает третий энергоблок на Белоярской АЭС (мощность 600 МВт). Мы продлили его эксплуатацию, он будет работать еще 15 лет. И сейчас, вот буквально в эти дни, идет подготовка к пуску на Белоярской АЭС четвертого блока мощностью 800 МВт». БН-реактор несколько дороже традиционных — на сколько именно, в «Атомстройэкспорте» пока затрудняются ответить: ждут пуска первого современного реактора этого типа на Белоярской АЭС, после чего будет дана точная оценка.
У реактора на быстрых нейтронах есть и ощутимые преимущества по используемому топливу. Природный уран представлен двумя основными изотопами — уран-235 и уран-238. Обычный реактор использует только уран-235, тогда как уран-238 не используется и поступает в отходы. Однако на этот изотоп приходится свыше 99% всего содержащегося на планете урана. Реактор на быстрых нейтронах использует уран-238 в качестве топлива. Кроме того, расщепляя уран-238 и получая тепло и электричество как товарный продукт, реактор трансформирует этот изотоп в плутоний, который также является топливом для АЭС. То есть реактор на быстрых нейтронах, расходуя уран-238, воспроизводит топливо, в основе которого лежит плутоний.
Как указал Александр Полушкин, «реактор на быстрых нейтронах становится дополнением к АЭС, созданным по технологии ВВЭР. Отработанное топливо после использования на реакторах ВВЭР можно загружать в реакторы БН. Они “дожигают” уран-238, вырабатывают плутоний, который после определенного рециклирования в смеси с ураном — мы это называем “МОКС (МОХ)-топливо” — может опять вернуться в реакторы ВВЭР и работать там. Получается замкнутый топливный цикл. Вот это и есть ближайшая перспектива развития атомной энергетики».
Результат может оказаться ошеломляющим. Атомщики утверждают, что вовлечение в топливный цикл урана-238 сделает запасы ядерного топлива практически неисчерпаемыми. По крайней мере, его хватит на многие сотни лет.
Кроме того, по словам Александра Полушкина, сокращается количество отходов: «Сегодня ядерное топливо, которое отработано в реакторах ВВЭР, мы храним — для будущих поколений. Мы это не называем отходами. Это ценное сырье для будущей атомной энергетики. Но пока оно стоит мертвым грузом в хранилищах. Реакторы на быстрых нейтронах позволят вовлечь в топливный цикл все отработавшее топливо, которое осталось после ВВЭР. Получается замкнутый топливный цикл. Об этом говорит весь мир. Уже в 1966 году, будучи студентом, я слушал лекции об этом. Но реализуем эту идею только мы — и только теперь».
Следующим шагом, как полагают специалисты по атомной энергии, станет развитие семейства реакторов на быстрых нейтронах, доведение их штучной мощности до 1000–1200 МВт, снижение цены, развертывание промышленного комплекса по рециклированию отработанного атомного топлива с традиционных реакторов.
Сотрудник кафедры экономической и социальной географии МГУ им. М. В. Ломоносова Владимир Горлов указывает, что «будущее реакторов на быстрых нейтронах — освоение единичной мощности 1200 МВт. То, что строилось раньше, мощностью 350 и 600 МВт, то, что строится в Белоярке, мощностью 800 МВт, — это опытно-промышленные или научно-промышленные станции. Их задача — обкатать технологию. С ростом единичной мощности реактора будут сокращаться удельные капиталовложения, и реакторы на быстрых нейтронах станут коммерчески привлекательными, способными окупиться за разумный срок — лет за десять—двенадцать. Но когда это будет достигнуто, сказать трудно. Реактор в 800 МВт на Белоярке начал строиться еще в советское время, а запустить его должны только сейчас».
