Перспективні напрями розвитку атомної енергетики України (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 8 лютого 2023 р.)

Перспективні напрями розвитку атомної енергетики України (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 8 лютого 2023 р.)

У доповіді наведено інформацію щодо сучасного стану ядерної енергетики в Україні та світі, проаналізовано загальні тенденції, які спостерігаються в галузі електроенергетики. Враховуючи що 12 з 15 енергоблоків АЕС України вже працюють у понадпроєктні терміни експлуатації і через 10—20 років настане...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2023
Автор: Борисенко, В.І.
Формат: Стаття
Мова:Ukrainian
Опубліковано: Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2023
Назва видання:Вісник НАН України
Теми:
З кафедри Президії НАН України
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/192942
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Перспективні напрями розвитку атомної енергетики України (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 8 лютого 2023 р.) / В.І. Борисенко // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 4. — С. 51-61. — Бібліогр.: 4 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-192942
record_format dspace
spelling irk-123456789-1929422023-07-24T14:36:08Z Перспективні напрями розвитку атомної енергетики України (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 8 лютого 2023 р.) Борисенко, В.І. З кафедри Президії НАН України У доповіді наведено інформацію щодо сучасного стану ядерної енергетики в Україні та світі, проаналізовано загальні тенденції, які спостерігаються в галузі електроенергетики. Враховуючи що 12 з 15 енергоблоків АЕС України вже працюють у понадпроєктні терміни експлуатації і через 10—20 років настане час зняття їх з експлуатації, актуальним є питання щодо обґрунтованого вибору перспективної реакторної технології для її подальшого впровадження в Україні. Розглянуто техніко-економічні показники сучасних реакторних установок, як тих, що вже впроваджені на АЕС у світі, так і тих, що перебувають на стадії розроблення і можуть виявитися конкурентоспроможними в разі їх успішної реалізації. До таких проєктів належать інноваційні реакторні установки четвертого покоління та малі модульні реактори. Обговорено проблемні питання щодо перспектив впровадження в Україні ще не апробованих реакторних технологій. The report provides information on the current state of nuclear energy in Ukraine and the world, analyzes the general trends that are observed in the electric power industry. Currently, 12 out of 15 power units of Ukrainian NPPs are already operating beyond design life, so in 10–20 years the time will come for their decommissioning, therefore the question of a reasonable choice of promising reactor technology for its further implementation in Ukraine is relevant. The technical and economic parameters of modern reactor units, both already implemented at nuclear power plants in the world, and those under development, which can be competitive if they are successfully implemented, are considered. Such projects include innovative fourth-generation reactor units and small modular reactors. The problematic issues of the prospects for the introduction in Ukraine of not yet tested reactor technologies are discussed. 2023 Article Перспективні напрями розвитку атомної енергетики України (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 8 лютого 2023 р.) / В.І. Борисенко // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 4. — С. 51-61. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. 0372-6436 DOI: doi.org/10.15407/visn2023.04.051 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/192942 uk Вісник НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Ukrainian
topic З кафедри Президії НАН України
З кафедри Президії НАН України
spellingShingle З кафедри Президії НАН України
З кафедри Президії НАН України
Борисенко, В.І.
Перспективні напрями розвитку атомної енергетики України (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 8 лютого 2023 р.)
Вісник НАН України
description У доповіді наведено інформацію щодо сучасного стану ядерної енергетики в Україні та світі, проаналізовано загальні тенденції, які спостерігаються в галузі електроенергетики. Враховуючи що 12 з 15 енергоблоків АЕС України вже працюють у понадпроєктні терміни експлуатації і через 10—20 років настане час зняття їх з експлуатації, актуальним є питання щодо обґрунтованого вибору перспективної реакторної технології для її подальшого впровадження в Україні. Розглянуто техніко-економічні показники сучасних реакторних установок, як тих, що вже впроваджені на АЕС у світі, так і тих, що перебувають на стадії розроблення і можуть виявитися конкурентоспроможними в разі їх успішної реалізації. До таких проєктів належать інноваційні реакторні установки четвертого покоління та малі модульні реактори. Обговорено проблемні питання щодо перспектив впровадження в Україні ще не апробованих реакторних технологій.
format Article
author Борисенко, В.І.
author_facet Борисенко, В.І.
author_sort Борисенко, В.І.
title Перспективні напрями розвитку атомної енергетики України (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 8 лютого 2023 р.)
title_short Перспективні напрями розвитку атомної енергетики України (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 8 лютого 2023 р.)
title_full Перспективні напрями розвитку атомної енергетики України (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 8 лютого 2023 р.)
title_fullStr Перспективні напрями розвитку атомної енергетики України (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 8 лютого 2023 р.)
title_full_unstemmed Перспективні напрями розвитку атомної енергетики України (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 8 лютого 2023 р.)
title_sort перспективні напрями розвитку атомної енергетики україни (за матеріалами доповіді на засіданні президії нан україни 8 лютого 2023 р.)
publisher Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate 2023
topic_facet З кафедри Президії НАН України
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/192942
citation_txt Перспективні напрями розвитку атомної енергетики України (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 8 лютого 2023 р.) / В.І. Борисенко // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 4. — С. 51-61. — Бібліогр.: 4 назв. — укр.
series Вісник НАН України
work_keys_str_mv AT borisenkoví perspektivnínaprâmirozvitkuatomnoíenergetikiukraínizamateríalamidopovídínazasídanníprezidíínanukraíni8lûtogo2023r
first_indexed 2025-07-16T18:49:09Z
last_indexed 2025-07-16T18:49:09Z
_version_ 1837830508595118080
fulltext ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 4 51 ПЕРСПЕКТИВНІ НАПРЯМИ РОЗВИТКУ АТОМНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ УКРАЇНИ За матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 8 лютого 2023 року У доповіді наведено інформацію щодо сучасного стану ядерної енергетики в Україні та світі, проаналізовано загальні тенденції, які спостерігаються в галузі електроенергетики. Враховуючи що 12 з 15 енергоблоків АЕС Укра- їни вже працюють у понадпроєктні терміни експлуатації і через 10—20 років настане час зняття їх з експлуатації, актуальним є питання щодо обґрунтованого вибору перспективної реакторної технології для її подаль- шого впровадження в Україні. Розглянуто техніко-економічні показники сучасних реакторних установок, як тих, що вже впроваджені на АЕС у сві- ті, так і тих, що перебувають на стадії розроблення і можуть виявитися конкурентоспроможними в разі їх успішної реалізації. До таких проєктів належать інноваційні реакторні установки четвертого покоління та малі модульні реактори. Обговорено проблемні питання щодо перспектив впро- вадження в Україні ще не апробованих реакторних технологій. Ключові слова: реакторні технології, інноваційні ядерні реактори, реак- торні установки четвертого покоління, малі модульні реактори. Стан енергетики у світі. Станом на січень 2023 р. в 32 краї- нах світу на 192 атомних електростанціях експлуатувалися 422 ядерні реактори; 57 ядерних реакторів перебували на стадії будівництва. Загалом у 2021 р. у світі на АЕС вироблено 2 653 млрд кВт·г електроенергії, при цьому у 2019 р. вперше після аварії на АЕС «Фукусіма-1» в Японії у 2011 р було перевищено рівень 2010 р. У 2006 р. на атомних станція у світі було вироблено 2 660 млрд кВт·г електроенергії — це поки що найбільший по- казник. За останні кілька десятиліть позиції ядерної електро- енергетики у світовому енергетичному балансі значно знизи- лися. Наприклад, частка електроенергії, виробленої на ядерних енергоблоках, відносно всіх типів електрогенерації становила: у 1996 р. — 17,5 % (найвищий показник за весь час), у 2006 р. — 14 %, у 2021 р. — 9,8 %. БОРИСЕНКО Володимир Іванович — доктор технічних наук, завідувач відділення атомної енергетики Інституту проблем безпеки атомних електростанцій НАН України З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИНАН УКРАЇНИ doi: https://doi.org/10.15407/visn2023.04.051 52 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (4) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ Основними причинами зниження частки ядерної електрогенерації стали аварії на атом- них станціях у різні роки: на АЕС «Three Mile Island» в США у 1979 р., на Чорнобильській АЕС в Україні у 1986 р., на АЕС «Fukushima- Daiichi» в Японії у 2011 р. Так, якщо у 1970-х роках у світі щороку починалося будівництво трьох-чотирьох десятків ядерних енергобло- ків, а в експлуатацію вводили більше двох де- сятків енергоблоків, то на сьогодні у світі що- року вводять в експлуатацію лише кілька оди- ниць ядерних реакторів (рис. 1). У табл. 1 наведено інформацію за даними 2021 р. про першу десятку країн за обсягами виробництва електроенергії на АЕС. У країнах Євросоюзу в 2021 р. експлуатува- лося 104 енергоблоки потужністю 101,958 ГВт. Частка ядерної енергетики у виробництві електроенергії перевищує 25 %. Україна за встановленою потужністю (13,107 ГВт) посідає 8-ме місце. На 15 енергобло- ках у 2021 р. було вироблено 86,206 млрд кВт·г електроенергії, що становило 55 % усієї елек- троенергії, виробленої в країні. Це 6-й показ- ник у світі в абсолютному вимірі (табл. 1). Станом на кінець 2021 р. у 13 країнах світу щонайменше четверта частина електроенергії вироблялася на атомних електростанціях. За підсумками 2021 р. у Франції, Бельгії, Словач- чині та Україні на АЕС було вироблено більше половини споживаної електроенергії. У Європейському Союзі в рамках пред- ставленої у грудні 2019 р. «зеленої угоди» до- пускається використання країнами-членами Рис. 1. Кількість енергоблоків АЕС у стадії будівництва у світі Таблиця 1. Перша десятка країн за обсягами виробництва електроенергії на АЕС у 2021 р. № Країна Вироблено електроенергії, млрд кВт·г Встановлена потужність, ГВт (кількість енергоблоків) 1 США 787,442 94,7 (92) 2 Китай 407,141 52,2 (55) 3 Франція 360,700 61,4 (56) 4 РФ 222,437 27,7 (37) 5 Корея 150,163 24,4 (25) 6 Україна 86,206 13,1 (15) 7 Канада 73,628 13,6 (19) 8 Японія 61,223 16,3 (17) 9 Іспанія 54,087 7,1 (7) 10 Швеція 50,992 6,9 (6) ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 4 53 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ слідок чого будівництво нових енергоблоків на Хмельницькій, Запорізькій та Рівненській АЕС було припинено. У 1993 р. було віднов- лено роботи на 6-му блоці Запорізької АЕС, 4-му блоці Рівненської АЕС та 2-му — Хмель- ницької АЕС. У жовтні 1995 р. відбувся енер- гетичний пуск 6-го енергоблока з реакторною установкою ВВЕР-1000 Запорізької АЕС. За- порізька атомна станція зі встановленою по- тужністю 6 ГВт стала найбільшою у Європі. На АЕС України станом на 01.01.2023 екс- плуатуються 15 енергоблоків з реакторами ВВЕР: 13 — з ВВЕР-1000; 2 — з ВВЕР-440. Частка АЕС у загальному виробництві елек- троенергії в Україні з 2015 р. становить понад 50 % (рис. 2). Очевидно, що ядерна енергетика в Україні відіграє важливу роль у забезпеченні енергетичної незалежності держави. Зусилля науково-технічної спільноти України мають бути спрямовані на підтримку безпечної екс- плуатації ядерних енергоблоків АЕС, а також на обґрунтування вибору сучасної реакторної технології для подальшого розвитку енергети- ки України. На рис. 2 можна бачити, як змінювалося співвідношення теплової, ядерної та інших ви- дів електрогенерації в Україні за тривалий іс- торичний період. За останнє десятиріччя спо- живання електроенергії в Україні зменшилося. У 2019—2021 рр. діапазони зміни потужності електроспоживання влітку становили 12— 17 ГВт, узимку 14—22 ГВт. Отже, можна вва- жати, що встановлена потужність класичної електрогенерації в Україні, включно з резерв- ними потужностями, має становити приблиз- но 30 ГВт. Згідно з прогнозами Енергетичної стратегії України на період до 2035 року «Безпека, енер- гоефективність, конкурентоспроможність» [1], в Україні планується підвищити споживання електроенергії до 164; 178; 195 млрд кВт·г, від- повідно, у 2020, 2025, 2035 рр. В Енергетичній стратегії України до 2030 року, яку було при- йнято у 2012 р., плани були ще амбітніші: пе- редбачалося збільшити споживання електро- енергії до 236; 259; 282 млрд кВт·г, відповідно, у 2020, 2025, 2030 рр. ядерної енергетики як частини національного енергобалансу. Багато країн, що розвиваються, розглядають можливість будівництва АЕС, які можуть забезпечити виробництво порівняно дешевої електроенергії, що є важливим факто- ром для економік зі зростаючим енергоспожи- ванням. Збільшення частки виробництва електро- енергії на АЕС може дозволити країнам ско- ротити викиди парникових газів в енергетиці, проте ядерна енергетика несе ризики радіоак- тивного забруднення внаслідок аварій. Проєк- ти з будівництва АЕС пов’язані також з висо- кими витратами і мають тривалий інвестицій- ний цикл. Отже, незважаючи на фактичну стагнацію у розвитку ядерної електрогенерації у світі, для більш ніж 20 країн ядерна енергетика відіграє важливу роль, і реалізуються плани щодо її по- дальшого розвитку. Локомотивом сьогодні ви- ступає Китай, який має амбітні плани і впев- нено рухається до широкого впровадження різних реакторних технологій. До речі, поряд з проєктами, розробленими китайськими ком- паніями, у Китаї вже побудовані і з 2018 р. пра- цюють найсучасніші енергоблоки з реакторни- ми установками АР1000 і EPR-1750. Стан ядерної енергетики в Україні. Ядерна енергетика України бере свій початок у 1977 р., коли було введено в експлуатацію перший енергоблок з реактором РБМК-1000 на Чор- нобильській АЕС. Зростаюча потреба в елек- троенергії сприяла швидкому будівництву енергоблоків: на момент техногенної аварії на четвертому енергоблоці Чорнобильської АЕС 26 квітня 1986 р. в Україні в експлуатації пе- ребувало 10 енергоблоків, 8 з яких потужніс- тю 1000 МВт (4 — з реакторними установками ВВЕР-1000). З 1986 по 1990 р. було введено в експлуатацію ще 6 ядерних енергоблоків з реакторними установками ВВЕР-1000: три на Запорізькій АЕС та по одному на Південноу- країнській, Рівненській та Хмельницькій АЕС. Однак після Чорнобильської аварії Вер- ховна Рада України у серпні 1990 р. оголо- сила мораторій на будівництво та введення в експлуатацію нових атомних блоків, вна- 54 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (4) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ Втім, уже можна впевнено стверджувати, що реальне споживання електроенергії в Україні виявилося меншим і за підсумками 2020 р. ста- новило 149 млрд кВт·г. Зважаючи на наявні тенденції у споживанні електроенергії у світі та їх істотний вплив на виробництво і споживання електроенергії в Україні у повоєнний період, необхідно пере- глядати прогнозні показники наступної Енер- гетичної стратегії відповідно до фактичних потреб. На рис. 3 наведено інформацію про термі- ни експлуатації енергоблоків на АЕС Украї- ни станом на 01.01.2023. З 15 енергоблоків 12 (80 %) вже відпрацювали 30-річний проєктний термін експлуатації, і на сьогодні їх експлуата- ція відбувається у понадпроєктні терміни. Для порівняння: у світі станом на 01.01.2022 з 442 енергоблоків, які перебували в експлуатації, 300 (68 %) перетнули межу 30-річного терміну експлуатації [1]. Отже, можна констатувати, що для підтри- мання рівня встановленої потужності енер- гоблоків на АЕС України з урахуванням об- меженого терміну експлуатації енергоблоків у понадпроєктні терміни необхідна програма будівництва нових ядерних енергоблоків в Україні. Оптимальний сценарій розвитку ядерної енергетики в Україні, який враховує світовий досвід з подовження експлуатації енергобло- ків типу ВВЕР, ґрунтується на припущенні, що енергоблоки АЕС можна безпечно експлу- атувати до 50—60 років. Тому консервативна оцінка передбачає, що зупинку енергоблоків можна очікувати з 2030 р. Таким чином, у разі застосування консервативного підходу дослі- дження щодо вибору сучасної реакторної тех- нології вже мали б завершитися. Сучасні реакторні технології. Розвиток ядерної енергетики умовно прийнято поділяти на три покоління за рівнем безпеки енергобло- ків АЕС. При цьому перше покоління (поко- ління І) характеризувалося десятками різних концепцій, друге покоління (покоління ІІ) — серйозними аваріями, а третє покоління (по- коління ІІІ та покоління ІІІ+) ще намагається знайти своє місце в енергетиці. Станом на 2023 р. серед апробованих у світі реакторних технологій, які можуть бути впро- Рис. 2. Обсяги виробництва електроенергії на енергетичних об’єктах України у період з 1981 по 2021 р. ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 4 55 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ Рис. 3. Вік енергоблоків АЕС України станом на 01.01.2023 р. ваджені в Україні відповідно до вимог норма- тивно-технічної документації [2], вибір об- межено трьома проєктами: 1) проєкт АР1000 компанії Westinghouse; 2) проєкт EPR-1750; 3) проєкт ВВЕР 1200 Росатома. Енергоблоки цих трьох проєктів уже по- будовані та експлуатуються понад 5 років, а отже, їх можна вважати апробованими досві- дом експлуатації. Зазначені проєкти реакторних установок на- лежать до покоління ІІІ+ і характеризуються високими показниками безпеки, досягнутими завдяки широкому впровадженню пасивних систем безпеки, а також вирішенню питання локалізації розплаву ядерного палива активної зони реактора в разі малоймовірних аварійних подій. Таким чином забезпечено умови екс- плуатації енергоблока, за яких гарантується, що радіаційні наслідки від можливої серйозної аварії обмежуватимуться лише територією са- мої АЕС. Техніко-економічні й безпекові показники експлуатації реакторних установок поколін- ня ІІІ+ можна оцінити на основі аналізу до- ступної інформації про загальне виробництво електроенергії та аномальні події на енерго- блоках, які перебувають у стані експлуатації, за останні три роки (табл. 2). Серед основних експлуатаційних подій, що сталися на зазначених у табл. 2 реакторних установках, слід відзначити такі: • АР1000 — на блоці № 2 АЕС Саньмень за- міна головного циркулярного насоса тривала 8 місяців; • EPR-1750 — на блоці № 2 АЕС Тайшань сталося підвищення активності теплоносія 1-го контуру внаслідок розгерметизації твелів; час вимушеного простою становив 2 місяці; • ВВЕР-1200 — на двох з чотирьох енер- гоблоків на першому році експлуатації були відмови генераторного обладнання; блоки пе- ребували у вимушеному простої від 2 до 7 мі- сяців. Строки будівництва перших енергоблоків покоління ІІІ+ перевищують проєктні і ста- новлять 8—10 років. Ядерна енергетика є однією з найконсерва- тивніших енергетичних галузей і, як вважають, уже досягла вершини свого розвитку. За остан- ні приблизно 30 років зовнішній спостерігач 56 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (4) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ не помітив би змін у ключових технологіях — одні й ті самі тепловидільні збірки з твелів, що передають теплову енергію теплоносію, з подальшим перетворенням теплової енергії на електричну. Інноваційні проєкти ядерних реакторів. Міжнародний проєкт з інноваційних ядерних реакторів і паливних циклів (INPRO), який зараз реалізується, є невід’ємною частиною ре- гулярної програми Міжнародного агентства з атомної енергії (МАГАТЕ). Його цілі сформу- льовано так: • сприяння забезпеченню доступності ядер- ної енергії для сталого задоволення енергетич- них потреб ХХІ ст.; • об’єднання власників технологій і корис- тувачів для спільного обговорення міжнарод- них і національних дій, спрямованих на досяг- нення необхідного рівня інновацій у ядерних реакторах і паливних циклах. У рамках проєкту INPRO з початку 2000-х років розпочато дослідження шести «рево- люційних» концепцій реакторних установок четвертого покоління (покоління IV), кожна з яких по-своєму зрушує парадигму ядерної енергетики в той чи інший бік. Перелічимо ці інноваційні реакторні технології: 1) реактор на швидких нейтронах з газовим охолодженням (gas-cooled fast reactor — GFR); 2) реактор на швидких нейтронах зі свин- цевим теплоносієм (lead-cooled fast reactor — LFR); 3) реактор на швидких нейтронах з натріє- вим охолодженням (sodium-cooled fast reac- tor — SFR); 4) рідкосольовий реактор (molten salt reac- tor — MSR); 5) реактор із надкритичними параметрами води (supercritical water reactor — SCWR); 6) високотемпературний реактор (very- high-temperature reactor — VHTR). Важливо зазначити, що всі ці концепції ви- никли не у 2000-х роках, а ще в період заро- дження ядерної індустрії, але тоді програли в конкурентній боротьбі реакторам з водою під тиском. Четверте покоління ядерних реакторів має стати певним проривом і виходом з «глухо- го кута», в якому сьогодні опинилася світова ядерна енергетика. Для цього необхідно вирі- шити одразу кілька суперечливих завдань — не втратити в безпеці ядерного реактора, поліп- шити його економічні показники і розв’язати проблему переходу від використання 235U до 238U. Після більш як 20 років досліджень у галу- зі інноваційних реакторних технологій наразі поки що тривають роботи на прототипах реак- торних установок. Найважливішими з досяг- нутих на сьогодні результатів є такі: • у Китаї в 2021 і 2022 рр. введено в екс- плуатацію по одному енергоблоку високотем- пературного реактора VHTR потужністю по 200 МВт на АЕС Шидаовань (Shidao Bay NPP); Таблиця 2. Коефіцієнт використання встановленої потужності за перші роки експлуатації енергоблоків з реакторними установками покоління ІІІ+ Рік Тип реакторної установки AP1000 EPR-1750 ВВЕР-1200 S-1 S-2 H-1 H-2 T-1 T-2 NV-1 NV-2 L-1 L-2 2019 0,89 0,09 0,96 1,01 0,82 0,37 0,74 0,36 0,76 0,00 2020 0,86 0,87 0,89 0,92 0,63 0,86 0,78 0,78 0,81 0,07 2021 0,93 0,90 0,93 0,94 0,52 0,75 0,77 0,75 0,92 0,90 Примітка. S-1, S-2 — енергоблоки, встановлені на Sanmen NPP (АЕС Саньмень, Китай); H-1, H-2 — на Haiyang NPP (АЕС Хаян, Китай); T-1, T-2 — на Taishan NPP (АЕС Тайшань, Китай); NV-1, NV-2 — на Нововоронезькій АЕС (РФ); L-1, L-2 — на Ленінградській АЕС (РФ) ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 4 57 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ • у 2021 р. в РФ розпочато будівництво ре- актора на швидких нейтронах зі свинцевим теплоносієм БРЕСТ-300 (быстрый реактор естественной безопасности со свинцовым те- плоносителем). Проєкти малих модульних реакторів. Малі модульні реактори (ММР) — це сучасні ядер- ні реактори потужністю до 300 МВт (ел.) на енергоблок. Деякі з переваг ММР пов’язані з їх конструкцією — вони невеликі і модульні. ММР можна розміщувати в місцях, які не під- ходять для будівництва потужних АЕС. Збірні модулі ММР можна виготовити заздалегідь, а потім привезти і встановити на майданчику, тобто їх використання є більш доступним, ніж реакторів великої потужності. Порівняно з реакторними установками, які вже експлуатуються, пропоновані конструкції ММР є загалом простішими, а концепція без- пеки для ММР більшою мірою спирається на пасивні системи і такі властиві цим реакторам внутрішні характеристики безпеки, як мала потужність та низький робочий тиск. Це озна- чає, що для відключення систем не потрібне втручання людини або зовнішньої енергії чи сили, оскільки пасивні системи покладаються на фізичні явища, такі як природна циркуля- ція, конвекція, гравітація та створення підви- щеного тиску. Завдяки цьому в деяких випадках усуваєть- ся або значно знижується ймовірність небез- печних радіоактивних викидів у навколишнє середовище та контакту з ними населення в разі аварії. Однак станом на 2022 р. погляди деяких фа- хівців щодо розв’язання енергетичних проблем України на основі «перспективних» техноло- гій ММР ще не мають належного техніко-еко- номічного і наукового обґрунтування, а також не підтверджуються необхідною практичною апробацією, оскільки у світі такі реактори ще тільки розробляються. Сьогодні можна лише констатувати, що виробництво електроенергії із застосуванням технологій ММР буде до- рожчим порівняно з використанням традицій- ної, апробованої технології експлуатації енер- гоблоків потужністю 500—1000 МВт. Технологію ММР широко обговорюють у на- уково-технічних публікаціях як один зі шляхів можливого перспективного розвитку ядерної енергетики. Однак появу першого енергобло- ка, побудованого за технологією ММР, можна очікувати не раніше ніж через 5—6 років, а ре- зультати референтного досвіду з експлуатації першого блока — ще приблизно через 5 років. Станом на 2022 р. поки що єдиним проєктом ММР, який пройшов основні етапи ліцензу- вання в Комісії з ядерного регулювання (NRS) США, є проєкт NuScale. Слід зазначити, що процес ліцензування в NRC пройшов проєкт NuScale потужністю 50 МВт, який поки що не планується до будівництва. Що стосується за- планованого до будівництва проєкту NuScale потужністю 77 МВт, то подання документів у NRC для отримання ліцензії на його будівни- цтво і експлуатацію заплановано лише на сі- чень 2024 р. Тому в найкращому випадку пер- ший модуль NuScale може бути побудовано у США через 6—7 років. Слід підкреслити, що зміна потужності про- єкту NuScale відбувалася вже неодноразово: спочатку, у 2003 р. вона становила 35 МВт, у 2009 р. — 40 МВт, у 2016 р. — 50 МВт (саме цей проєкт проходив ліцензування в NRC), у 2018 р. — 60 МВт, а поки що останній на сьо- годні проєкт має потужність 77 МВт. Крім того, у NRC залишилися такі питання до проєкту NuScale [1]: • конструкція парогенератора (її не апробо- вано); • несвоєчасне спрацювання системи аварій- ного охолодження активної зони; • аналіз аварій з розчиненням бору в нижній камері змішування реактора. Отже, терміни реалізації проєкту NuScale переносяться, а в процесі ліцензування було виявлено різні проблеми з безпекою. Тому можна очікувати нові затримки. Проєкт NuScale — це єдиний проєкт, який фінансово підтримується Департаментом енергетики (DOE) США. Станом на березень 2020 р. федеральний уряд США виділив на нього 314 млн дол. США при загальних витра- тах на проєкт 957 млн дол. США [3]. Врахо- 58 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (4) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ вуючи затримки в реалізації проєкту NuScale Департамент енергетики погодився надати для його виконання «нові багаторічні асигнування Департаменту енергетики США у номінальній сумі 1,4 мільярда доларів» [3]. Що стосується вартості електроенергії, яка вироблятиметься на АЕС з модулями NuScale, то її нижня межа становить $58/МВт г, а верх- ня — $110/МВт г. Крім того, при оцінюванні безпеки проєктів ММР необхідно враховувати такі аспекти: • обсяги відпрацьованого ядерного палива на одиницю виробленої енергії будуть при- близно у 1,5—2 рази більшими, ніж у сучасних реакторних установках; • обсяги радіоактивних відходів на одини- цю виробленої енергії під час експлуатації, а також зняття з експлуатації ММР будуть у 2—30 разів більшими порівняно із сучасними реакторними установками [3, 4]. Отже, доцільність прийняття рішень щодо впровадження технології малих модульних реакторів в Україні може бути науково обґрун- тованою лише після аналізу реальних техніко- економічних показників, що стане можливим у разі реалізації проєктів ММР в інших країнах. Підвищення ефективності використання наявного парку ВВЕР. В Енергетичній страте- гії України на період до 2035 року серед осно- вних заходів з реалізації стратегічних цілей у сфері генерації електроенергії передбачено, зо- крема, такі [1]: • реалізація програм зі збільшення ефектив- ності використання потужностей державних підприємств, зокрема підвищення КВВП АЕС (КВВП — коефіцієнт використання встанов- леної потужності); • вибір реакторних технологій для будівни- цтва нових атомних енергоблоків на заміщен- ня потужностей АЕС, які виводитимуться з експлуатації після 2030 р. Розглянемо окремо кожну з цих позицій. Основою ядерної енергетики України є ре- акторні установки ВВЕР-1000. Всього станом на 2022 р. в стані експлуатації перебувають 35 енергоблоків з ВВЕР-1000 в шести країнах світу. Це Україна, Болгарія, Чехія, Китай, Ін- дія, РФ [2]. Для того щоб оцінити ефективність вико- ристання реакторних установок з ВВЕР-1000 в Україні, необхідно порівняти основні показ- ники експлуатації цих реакторних установок, насамперед ті, що визначають їхню економіч- ну ефективність. Одним з таких показників є обсяг виробленої електроенергії на різних реакторних установках з ВВЕР-1000 за остан- ні роки. Такий аналіз дасть змогу порівняти і КВВП різних енергоблоків. Серед усіх енергоблоків з ВВЕР-1000 для аналізу виберемо по 2 енергоблоки з України, Болгарії, Чехії, Китаю і РФ. Критерій відбо- ру — найбільш сучасні енергоблоки. Отже, в цьому разі до списку потрапляють такі енергоблоки (табл. 3): • Україна — енергоблок № 2 Хмельницької АЕС, енергоблок № 4 Рівненської АЕС; • Болгарія — енергоблоки № 5 і № 6 АЕС Козлодуй (Kozloduy NPP); • Чехія — енергоблоки № 1 і № 2 АЕС Теме- лін (Temelin NPP); Таблиця 3. Обсяги виробництва електроенергії на енергоблоках з ВВЕР-1000 за 2010—2021 рр., млн кВт·г Параметр Енергоблоки ВВЕР-1000 R-4 Kh-2 T-1 T-2 K-5 K-6 R-1 R-2 TW-1 TW-2 Усього 74498 77845 85930 84008 90267 90132 92926 84137 91269 92424 Середнє 6208 6487 7161 7001 7522 7511 7744 7649 7606 7702 Примітка. R-4 — енергоблок № 4 Рівненської АЕС; Kh-2 — енергоблок № 2 Хмельницької АЕС; T-1, T-2 — енер- гоблоки № 1 і № 2 АЕС Темелін (Чехія); K-5, K-6 — енергоблоки № 5 і № 6 АЕС Козлодуй (Болгарія); R-1, R-2 — енергоблоки № 1 і № 2 Ростовської АЕС (РФ); TW-1, TW-2 — енергоблоки № 1 і № 2 АЕС Тяньвань (Китай) ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 4 59 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ • Китай — енергоблоки № 1 і № 2 АЕС Тянь- вань (Tianwan NPP); • РФ — енергоблоки № 1 і № 2 АЕС Ростов- ської АЕС. Результати порівняння загального обсягу виробництва електроенергії за тривалий пе- ріод разом з порівнянням КВВП однотипних енергоблоків можуть бути найбільш обґрун- тованим показником ефективності організації всіх технологічних процесів на АЕС. З аналізу даних, наведених у табл. 3, можна зробити пев- ні висновки. По-перше, середній річний обсяг виробництва електроенергії на розглянутих енергоблоках ВВЕР-1000 в Україні на 11— 14 % менший, ніж в інших країнах; по-друге, за максимальними показниками виробництва електроенергії за останні 12 років на ХАЕС-2 і РАЕС-4 електроенергії виробляється на 15— 20 % менше, ніж на ВВЕР-1000 в інших краї- нах. Отже, лише завдяки впровадженню пере- дових технологій експлуатації ВВЕР-1000 на АЕС України можна додатково виробляти до 15 млрд кВт·г, що еквівалентно обсягу електро- енергії, який може бути вироблений на двох нових енергоблоках потужністю по 1000 МВт. Перспективна реакторна технологія на базі проєкту АР1000. Станом на 2022 р. серед про- єктів реакторних установок, що належать до покоління ІІІ+, реакторна установка АР1000 компанії Westinghouse є найбільш привабли- вою для енергетики України за багатьма аспек- тами: 1) реактор АР1000 ліцензовано в США, Ка- наді і деяких інших країнах; 2) чотири енергоблоки з реактором АР1000 понад 5 років експлуатуються на двох АЕС у Китаї (Sanmen-1, 2, Hayang-1, 2); 3) у США на АЕС Vogtle триває будівни- цтво двох енергоблоків з реакторами АР1000; фізичний пуск першого енергоблока заплано- вано на березень 2023 р.; 4) реактор АР1000 має електричну потуж- ність 1150 МВт, яка є найменшою серед ін- ших реакторів нового покоління: EPR-1750, APR-1400, ВВЕР-1200. Таким чином, потуж- ність АР1000 становить майже 10 % сумарної потужності всіх джерел електропостачання в нічний мінімум літнього електроспоживання в Україні, відповідно, і вимоги до «гарячого» резерву є менш жорсткими; 5) економічні показники експлуатації АР1000 у Китаї є хорошими. Наприклад, кое- фіцієнт використання встановленої потужнос- ті перебуває в діапазоні 90—99 %, що є одним з найкращих показників серед АЕС світу [2]. Станом на 2022 р. реактор AP1000 є най- більш апробованим серед інших проєктів ре- акторів покоління III+, зокрема тому, що в проєкті широко використовують наявні на сьогодні технології та пасивні системи безпе- ки. У конструкції реактора зменшено кількість компонентів, у тому числі труб, кабелів, елек- троарматури. Порівняно з попередніми проєк- тами компанії Westinghouse в проєкті AP1000 кількість клапанів, пов’язаних із системами безпеки, зменшено на 50 %; насосів — на 35%; трубопроводів, пов’язаних із системами безпе- ки, — на 80 %; кабелів систем керування — на 85 %; будівельний об’єм — на 45 %. Однак у АР1000 є також і проблемні момен- ти, а саме: 1) відомо про проблеми з головним цир- куляційним насосом як на етапі попередніх випробувань, під час яких було виявлено по- шкодження різних елементів ГЦН, так і в про- цесі промислової експлуатації на Sanmen-2. У 2019 р. на Sanmen-2 відмовив один з ГЦН, для заміни якого знадобився майже рік; 2) для перших шести енергоблоків, які вже практично побудовано (4 — в Китаї, 2 — у США), реальні терміни будівництва значно перевищують проєктні. Так, середні строки будівництва енергоблоків з АР1000 в Китаї реально становлять 8—9 років порівняно з проєктними 4 роками. У США енергоблоки з АР1000 також будуються вже 10 років [1]; 3) питання щодо вартості будівництва та- кож не з’ясоване. Станом на кінець 2021 р. за- гальна вартість будівництва двох енергобло- ків з АР1000 на АЕС Vogtle вже перевищує $25 млрд; 4) логістичне питання щодо доставки на майданчик АЕС великогабаритних конструк- 60 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (4) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ цій і обладнання. Діаметр корпусу реактора АР1000 в районі патрубків — близько 5 м, а діаметр парогенератора — близько 6 м. Тому традиційна схема доставки обладнання заліз- ницею неможлива, і для майданчиків ХАЕС, РАЕС і ПАЕС необхідно вирішувати проблему доставки вантажів автотранспортом на великі відстані (понад 100 км). Станом на 2022 р. енергоблоки з АР1000 в інших країнах не будують. У 2016 р. на рівні керівництва США та Індії було зроблено заяву про наміри щодо будівництва 6 енергоблоків з АР1000 в Індії у штаті Андхра Прадеш, од- нак до практичних кроків сторони поки що не перейшли. Відомо також про наміри Польщі побудувати 6 реакторів американського ви- робництва, про що було заявлено у 2020 р., але у 2023 р. з’явилися повідомлення про плани побудувати 3 енергоблоки з АР1000. У самих США було видано 14 ліцензій на будівництво АР1000: по 2 енергоблоки на АЕС Bellefonte, Levy Country, V.C. Summer, Vogtle, W.S. Lee, Turkey Point, Harris. Як відомо на сьогодні, будівництво ведеться лише на АЕС Vogtle, на АЕС V.C. Summer будівництво при- пинено у 2018 р. Отже, за останні 9 років, почи- наючи з 2013 р., нове будівництво енергоблоків з АР1000 не починалося. Велика Британія на тендері у 2018 р. обрала технологію EPR-1750 для будівництва заміщувальних потужностей на АЕС Hinkley Point [2]. Підсумовуючи наведену інформацію, можна погодитися з визначенням технології АР1000 як пріоритетної реакторної технології легко- водних реакторів великої потужності для по- дальшого врахування при формуванні стра- тегії розвитку ядерної енергетики України. Проте цей вибір зроблено на основі експерт- них оцінок згідно з використаним методом багатокритеріального аналізу безпеки. А до експертних оцінок завжди є багато питань. На- уковці Інституту проблем безпеки АЕС НАН України мають досвід не лише у використан- ні методу багатокритеріального аналізу, а й у практичних роботах з розроблення пристроїв для реакторів АР1000, оскільки ці роботи ви- конувалися для китайських АЕС, а також у за- стосуванні нових видів бетонних сумішей для біологічного захисту. Вважаємо, що досвід на- укових установ НАН України буде враховано під час прийняття рішення про будівництво нових ядерних енергоблоків. Усі ми розуміємо важливість інноваційних технологій для підтримки й розвитку ядерної енергетики. Ядерна енергетика у світі розви- вається лише завдяки науково-технічному про- гресу. Прикро про це говорити, але в Україні ні- чого не робиться, щоб піднести інноваційну ді- яльність у ядерній галузі на відповідний рівень. Поки що «інноваційна діяльність», на жаль, зводиться до закупівлі за кордоном наявних і не завжди прогресивних технологій та обладнан- ня. В результаті маємо знищення національних наукових шкіл і занепад наукових інституцій. Доцільним є використання в Україні досвіду Китаю, набутого при спорудженні 4 енергобло- ків з АР1000. Наприклад, середній рівень ло- калізації при будівництві у Китаї цих енерго- блоків становив у середньому 55 %. При цьому на першому з чотирьох енергоблоків Sanmen-1 рівень локалізації був 25 %, а на четвертому Haiyang-2 — вже 70 %. Слід також звернути увагу й на відому неузгодженість між амери- канськими і китайськими партнерами при вне- сенні змін у проєктну документацію. Загалом тільки за період з 2009 до 2013 р. у проєкт енер- гоблока Sanmen-1 було внесено 18 000 змін. Висновки. Проведено науково-технічний і техніко-економічний аналіз реакторних тех- нологій і окремих проєктів реакторних уста- новок, які станом на 2022 р. вважають пер- спективними для ядерної енергетики. Серед розглянутих проєктів є і такі, що тільки роз- робляються (INPRO, ММР), і ті, що вже пе- ребувають в експлуатації (АР1000, EPR-1750, ВВЕР-1200). Наведено результати порівняльного ана- лізу роботи різних реакторних установок з ВВЕР-1000 за основним економічним показ- ником ефективності — обсягом виробництва електроенергії. Зроблено висновок, що в разі впровадження передових світових технологій і підходів до організації технологічних проце- сів на реакторних установках з ВВЕР-1000 на ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 4 61 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ АЕС України можна додатково виробляти до 15 млрд кВт·г електроенергії на рік, що зіставне з річним виробництвом електроенергії на двох нових енергоблоках потужністю 1000 МВт. На основі порівняльного аналізу основних техніко-економічних показників сучасних ре- акторних технологій, які належать до поколін- ня ІІІ+ і вже перебувають у стадії експлуатації, а саме АР1000, EPR-1750, APR-1400, ВВЕР- 1200, перевагу віддано технології АР1000. Вибір технології АР1000 як пріоритетної для подальшого врахування при формуванні стратегії розвитку ядерної енергетики Украї- ни є прийнятним, але цей вибір потребує під- твердження з боку експлуатуючої організації з проведенням необхідних процедур узгоджен- ня відповідного ТЕО та інших заходів згідно з чинним законодавством України. При обґрунтуванні рішення щодо вибору АР1000 необхідно звернути увагу на вже відо- мі проблемні питання, які виникли в процесі впровадження цієї технології Westinghouse, а також на досвід Китаю з будівництва АР1000. Станом на 2023 р. прийняття рішень щодо вибору для впровадження в Україні будь-якого з проєктів малих модульних реакторів є перед- часним і науково не обґрунтованим. При формуванні тематики фундаменталь- них і прикладних наукових досліджень варто передбачати пріоритетні завдання, спрямовані на вирішення питань, пов’язаних з розвитком ядерної енергетики. Крім того, слід забезпе- чити подальше виконання прикладних дослі- джень з розроблення наукової і техніко-еконо- мічної основи оптимального вибору перспек- тивних ядерних установок для України. REFERENCES [СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ] 1. Energy strategy of Ukraine until 2035 “Safety, energy efficiency, competitiveness”. Order of the Cabinet of Ministers of Ukraine No. 605 of 18.08.2017 (in Ukrainian). https://bit.ly/3LfdCWq [Енергетична стратегія України на період до 2035 року «Безпека, енергоефективність, конкурентоспромож- ність». Розпорядження КМУ № 605-р від 18.08.2017.] 2. The Database on Nuclear Power Reactors. https://pris.iaea.org/pris/ 3. Ramana M.V. Eyes Wide Shut: Problems with the Utah Associated Municipal Power Systems Proposal to Construct NuScale Small Modular Nuclear Reactors. Oregon Physicians for Social Responsibility. Oregon PSR, 2020. https:// bit.ly/401HXf4 4. Krall L.M., Macfarlaneb A.M., Ewing R.C. Nuclear waste from small modular reactors. PNAS. 2022. 119(23): 1—12. https://doi.org/10.1073/pnas.2111833119 Volodymyr I. Borysenko Institute for Safety Problems of Nuclear Power Plants of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3035-0760 PROSPECTIVE DIRECTIONS OF DEVELOPMENT OF THE NUCLEAR ENERGY INDUSTRY OF UKRAINE According to the materials of scientific report at the meeting of the Presidium of NAS of Ukraine, February 8, 2023 The report provides information on the current state of nuclear energy in Ukraine and the world, analyzes the general trends that are observed in the electric power industry. Currently, 12 out of 15 power units of Ukrainian NPPs are al- ready operating beyond design life, so in 10–20 years the time will come for their decommissioning, therefore the ques- tion of a reasonable choice of promising reactor technology for its further implementation in Ukraine is relevant. The technical and economic parameters of modern reactor units, both already implemented at nuclear power plants in the world, and those under development, which can be competitive if they are successfully implemented, are considered. Such projects include innovative fourth-generation reactor units and small modular reactors. The problematic issues of the prospects for the introduction in Ukraine of not yet tested reactor technologies are discussed. Keywords: reactor technologies, innovative nuclear reactors, generation IV nuclear reactors, small modular reactors. Cite this article: Borysenko V.I. Prospective directions of development of the nuclear energy industry of Ukraine. Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2023. (4): 51—61. https://doi.org/10.15407/visn2023.04.051

Схожі ресурси