Атомные источники электрической энергии в условиях Крайнего Севера

Актуальность темы обуславливается тем, что экономическое благополучие России существенно зависит от освоения обширных, но малонаселенных и труднодоступных территорий Крайнего Севера. Однако эти территории характеризуются суровыми климатическими условиями и длительным отопительным периодом. К районам Крайнего Севера отнесена вся территория Республики Саха (Якутия), Магаданская и Мурманская области, Ненецкий, Чукотский, Ямало-Ненецкий автономные округа и весь Камчатский край. Строительство осложняется наличием вечной мерзлоты, а доставка грузов, включая топливо, возможна только в непродолжительный период летней навигации. Успешный опыт по повышению энергоэффективности и развитию возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в условиях Крайнего Севера позволит решить стратегическую задачу по возрождению и активному развитию арктических территорий. Значительная часть территории России – это Крайний Север с большим числом изолированных систем энергоснабжения с очень высокими затратами на энергию. Проблема надежного и качественного электроснабжения удаленных малонаселенных поселений, рассредоточенных по огромной территории России, отнесенной к районам Крайнего Севера и приравненным к ним территорий остается острой в социальном, техническом и экономическом аспектах.

Дефицит энергии и ее дороговизна сдерживают развитие местной экономики и ограничивают возможности обеспечения комфортности проживания, а значит, и привлекательность северных территорий. Крайний Север характеризуется особыми условиями:

• экономическая замкнутость территорий;
• ограниченная транспортная доступность, сезонность навигации, сложные, многозвенные транспортные схемы доставки топлива (до 7 тыс. км) с многочисленными перевалками, включающие затраты на аренду, охрану, загрузку, перезагрузку, поддержание автозимников и доставку топлива иногда только на второй год после его отправки из исходного пункта поставки в связи с изменениями водности северных рек и ледовой обстановки;
• необходимость в отдельных случаях иметь полутора-двухгодовой запас топлива (по причине ограниченной транспортной доступности);
• продолжительный отопительный период (9–11 месяцев в году), полярная ночь, пурга, низкие температуры и высокие ветровые нагрузки;
• угроза деградации вечной мерзлоты под воздействием изменения климата;
• относительно малые единичные электрические и тепловые нагрузки потребителей Крайнего Севера.

Большая часть территорий Крайнего Севера неэлектрофицирована или имеются автономные источники энергоснабжения как показано на рис.1.

Рис. 1. Зоны электроснабжения в России

Наличие большого количества рассредоточенных потребителей, а также множественные проблемы в существующих зонах энергообеспечения требует решения актуальных вопросов развития и совершенствования оптимальных параметров автономного энергоснабжения территорий Крайнего Севера. Альтернативная энергетика, построенная на использовании возобновляемых источников энергии, может стать той путеводной звездой, которая выведет Российский Север из продолжительного социально-экономического кризиса на путь устойчивого развития. Внедрение технологий возобновляемой энергетики, при разумном использовании, может оказать заметную помощь в энергообеспечении районов со слабой топливной базой, плохими транспортными условиями и слабом развитии электрических сетей. В таблице показаны изолированные источники электрической и тепловой энергии районов Крайнего Севера. По этим данным можно сделать вывод, что половина генерации мощности электрической и тепловой энергии приходится на твердое топливо и ветряные энергоустановки, остальная половина – это газ.

Таблица

Распределение мощности по территории Крайнего Севера

В условиях Крайнего Севера перспективны мобильные атомные станции небольшой мощности. Оборудуются такие плавучие атомные теплоэлектростанции (ПАТЭС) теми же реакторами (КЛТ-40С), что и атомные ледоколы. Принципиальные преимущества мобильных станций – в компактной форме отходов и отсутствии выбросов продуктов сгорания. Плавучие атомные станции, выполненные в форме баржи, легко перегоняются в места, где есть потребность в электричестве и горячей воде. ПАТЭС могут служить аварийным источником теплоэлектроснабжения в районах стихийных бедствий. Они идеальны для энергообеспечения отдаленных районов, строительных работ на побережьях с неразвитой инфраструктурой, нефтегазодобывающих платформ на шельфе, для сжижения природного газа с целью его дальнейшей транспортировки танкерами. ПАТЭС требует для своей установки всего 3-6 га прибрежной акватории и 2 га береговой площадки для вспомогательных сооружений. Обслуживается станция вахтами-экипажами (50-60 чел.), сменяемыми каждые 4 месяца. Мощности одной ПАТЭС хватит, чтобы полностью обеспечить теплом и энергией такой город, как, например, г. Певек, Чукотский автономный округ. Организация «РосАтом» в 2020 г. ввела в работу теплоэлектростанцию такого вида. Плавучий энергетический блок «Академик Ломоносов» (ПЭБ «Академик Ломоносов») – это головной проект серии мобильных транспортабельных энергоблоков малой мощности. Он предназначен для работы в составе плавучей атомной теплоэлектростанции (ПАТЭС) и представляет собой новый класс энергоисточников на базе российских технологий атомного судостроения. ПЭБ «Академик Ломоносов», предлагаемый для энергообеспечения крупных промышленных предприятий, портовых городов, комплексов по добыче и переработке нефти и газа на шельфе морей, создается на основе серийной энергетической установки атомных ледоколов, проверенной в течение их длительной эксплуатации в Арктике. 

Рис. 2. ПЭБ «Академик Ломоносов»

ПЭБ «Академик Ломоносов» оснащен двумя реакторными установками КЛТ-40С. Вместе они способны обеспечивать в номинальном режиме выдачу в береговые сети 70 МВт электроэнергии и до 50 Гкал/ч тепловой энергии для нагрева теплофикационной воды. Электрическая мощность, выдаваемая в береговую сеть без потребления берегом тепловой энергии, составляет около 76 МВт. В режиме выдачи максимальной тепловой мощности около 146 Гкал/ч электрическая мощность, выдаваемая в береговую сеть, составляет порядка 44 МВт. ПЭБ сможет обеспечивать электроэнергией населенный пункт с численностью населения около 100 000 человек.

ПАТЭС решает две задачи. Во-первых, это замещение выбывающих мощностей Билибинской АЭС, действующей с 1974 года, и Чаунской ТЭЦ, которой уже более 70 лет. Во-вторых, это обеспечение энергией основных горнодобывающих компаний, расположенных на западной Чукотке в Чаун-Билибинском энергоузле – большого рудно-металлического кластера, в том числе золотодобывающие компании и проекты, связанные с развитием Баимской рудной зоны. Жизненный цикл данной электростанции рассчитан на 40 лет для восполнения не только текущего дефицита электроэнергии, но и для обеспечения растущих в перспективе потребностей примерно 200 000 жителей населенных пунктов Чукотского АО. С помощью соответствующих дополнительных технологий на ПАТЭС будет осуществляться опреснение морской воды. Ежесуточная производительность ПАТЭС от 40 до 240 тыс. м3 пресной воды, предназначенной для бытовых и хозяйственных целей. Предусмотрены три интервальных цикла перезагрузки ядерного топлива в реакторы ПАТЭС через каждые 12,5–13 лет. Функции обращения с радиоактивными, жидкими и твердыми отходами и другие специфические функции будут осуществляться на предприятиях с соответствующими условиями. При реализации проекта ПАТЭС 2007 г. учтена необходимость соблюдения стандартных характеристик: запаса прочности для электростанции данного типа, гарантий безопасности ее обеспечения ресурсами-энергоносителями; предусмотрены условия физической защиты электростанции как ядерного объекта; соблюдены стандарты обращения с отработанным топливом, т. е. радиоактивными отходами. ПАТЭС как высокотехнологичный объект мирного атома соответствует единым международным стандартам, которые применяются для океанических и морских судов с атомными энергетическими установками и эксплуатируются в составе флотов не только в России, но также в США, КНР, Великобритании, Франции и других странах.

Общественная ценность и социально-экономическая значимость капитальных объектов в сфере электроэнергетики традиционно оцениваются показателями отраслевого набора основного и дополнительного оборудования с его функциями. К основным параметрам автономного энергоснабжения относятся такие, как номинальная мощность электростанции (кВт/ч в единицу времени); среднегодовое производство электроэнергии, кВт/ч; коэффициент использования мощности; цена (тариф) электроэнергии в денежном выражении за кВт/ч. Дополнительные показатели сравнительных преимуществ, в частности ПАТЭС, заключаются в потенциале установки технологического оборудования, например, для опреснения морской воды К данному проекту, не имеющему аналогов в мире, приковано особое внимание. Сегодня к ПАТЭС проявляют интерес множество стран по всему миру включая: Юго-Восточную Азию и Ближний Восток.