МИНИ-АТОМНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ В КАЗАХСТАНЕ: ВОЗМОЖНОСТИ, ВЫЗОВЫ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ Текст научной статьи по специальности «Техника и технологии»

УДК 621

МИНИ-АТОМНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ В КАЗАХСТАНЕ: ВОЗМОЖНОСТИ, ВЫЗОВЫ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ

ГЕЛЬМАНОВА ЗОЯ САЛИХОВНА

Профессор, Карагандинский индустриальный университет, Темиртау, Казахстан

САУЛЬСКИЙ ЮРИЙ НИКОЛАЕВИЧ

Магистрант, Карагандинский индустриальный университет, Темиртау, Казахстан

FAYEZ WAZANI ABDUL WALID

Магистрант, Карагандинский индустриальный университет, Темиртау, Казахстан

Аннотация. В статье рассматриваются перспективы внедрения мини-атомных электростанций (мини-АЭС) в Казахстане, их преимущества и риски. Указано, что мини-АЭС способны решить ключевые энергетические задачи страны, включая диверсификацию энергобаланса, развитие удаленных регионов и снижение углеродных выбросов. Анализируется международный опыт использования мини-АЭС, включая проекты в России, США, Китае и других странах, которые могут быть адаптированы для Казахстана. Особое внимание уделено вопросам безопасности, управления радиоактивными отходами, общественного восприятия и регуляторных аспектов. Также выделены основные риски, такие как технические сложности, радиационная безопасность и экономическая окупаемость, с предложением стратегий их минимизации. В заключении подчеркивается, что мини-АЭС могут стать важным шагом в устойчивом развитии энергетического сектора Казахстана при условии комплексного подхода к их внедрению.

Ключевые слова: Мини-АЭС, Казахстан, атомная энергетика, низкоуглеродная энергетика, безопасность, экологическая устойчивость, инновации, диверсификация энергобаланса.

Ядерная энергетика (атомная энергетика) - это отрасль энергетики, продуктом которой является электрическая и тепловая энергия, полученная путём преобразования ядерной энергии. Основным источником получения ядерной энергии сегодня является цепная ядерная реакция деления ядер плутония-239 или урана-235. Ядра делятся при попадании в них нейтрона, при этом образуются новые нейтроны и осколки деления. Эти продукты цепной реакции обладают большой кинетической энергией. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в тепло. Впервые экспериментальная цепная реакция ядерного распада была осуществлена 2 декабря 1942 года в Чикагском университете с использованием урана в качестве топлива и графита в качестве замедлителя. А первая атомная электростанция была введена в эксплуатацию 27 июня 1954 года в СССР, в городе Обнинск (сегодня является научно-исследовательским и мемориальным комплексом, выведена из эксплуатации). С момента первых успехов в производстве энергии на основе цепных ядерных реакций количество атомных электростанций и доля атомной энергетики в мире неуклонно росла вплоть до середины 80-х годов прошлого века. Теперь же количество активных ядерных реакторов увеличивается не так часто, а реализуемые мощности АЭС по всему миру остаются в пределах до 300 гигаватт в год.

Состояние атомной энергетики на данный момент - одна из наиболее активно обсуждаемых тем в мировом сообществе. Причиной тому, среди прочего, является климатическая ситуация и длительный переход государств мира к более безопасной энергетике на основе возобновляемых ресурсов. Печальный опыт предыдущих лет (Аварии на Чернобыльской АЭС и на АЭС «Фукусима-1») оставляет свою тень на всех новых

ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"

разработках учёных по улучшению качества эксплуатации станций и реакторов, и заставляет сообщество пересматривать свои старые взгляды на этот источник электроэнергии. Риски новых аварий, техногенных катастроф, военных конфликтов, проблемы рентабельности и теплового загрязнения - всё это создаёт существенные предпосылки для потери атомной энергетикой её прежней репутацией. Тем не менее, технологический толчок, произошедший в середине двадцатого века, а также доказанные на опыте огромная энергоёмкость, возможность повторного использования материалов и фактор развития экономики определили вектор развития атомной энергетики на долгие годы вперёд, и потому она, возможно, ещё долго сможет оставаться на плаву.

На данный момент доля атомной энергетики в мире составляет 10% в мировой энергосистеме, и с годами это число, если тенденции рынка, ресурсов и технологий останутся прежними, будет постепенно снижаться. Число стран, которые реализуют на своей территории атомные электростанции, составляет 31, и большинство из них относится к категории развивающихся стран. Развитые же страны имеют тенденцию постепенно отказываться от атомной энергетики, по примеру США, Швейцарии и Германии [1]. Это объясняется действующей повесткой стран западного мира, заключающейся в совместном усилии по предотвращению ухудшения экологической ситуации в мире и повышения средней температуры по планете. Тем не менее, стоит обратить внимание, что пессимистичные взгляды на будущее энергии атома разделяют не все. Франция [2] выступает в защиту атомной энергетики как весомого вклада в борьбе с изменением климата и декарбонизацией. А Китайская Народная Республика в долгосрочном режиме планирует лишь расширять свой ядерный потенциал, без какого-либо намёка на смягчение темпов.

Перспективы атомной энергетики для Казахстана - вопрос, также стоящий не на последнем месте. Республика Казахстан сейчас относится к категории развивающихся стран, и говорить о широком развитии у нас энергетики на основе возобновляемых ресурсов пока ещё рано, поэтому стоит обратить внимание на наш ресурсный потенциал. Ведь наша страна является одним из главных лидеров по объёмам месторождений и бесспорным лидером по производству и экспорту урана в мире.

Таблица 1 - Производство ядерной энергии по странам. Данные: Всемирная ядерная ассоциация[3]_

Выработка

атомной

Государство Доля атомной энергия в электроэнергии(в %) электроэнергии (в миллиардах

киловатт-

часов)

2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2022 2023

Канада 14.6 14.9 14.9 14.6 14.3 12.9 13.7 81.7 83.5

Китай 3.9 4.2 4.9 4.9 5.0 5.0 4.9 395.4 406.5

Франция 71.6 71.7 70.6 70.6 69.0 62.5 64.8 282.1 323.8

Индия 3.2 3.1 3.2 3.3 3.2 3.1 3.1 42.0 44.6

Россия 17.8 17.9 19.7 20.6 20.0 19.6 18.4 209.5 204.0

США 20.0 19.3 19.7 19.7 19.6 18.2 18.6 772.2 779.2

Доля Казахстана в сравнительном анализе энергетических запасов мира по урану составляет 14% [4]. Однако можно заметить, что энергетический потенциал Казахстана реализован не в полной мере. Электроэнергетическая сфера сейчас поддерживается преимущественно угольной, газовой и нефтегазовой промышленностями. Несмотря на отсутствие в ближайшие 5 лет неблагоприятных прогнозов о будущем недостатке

электроэнергии в стране, она используется неравномерно в зависимости от региона страны (в северных регионах - избыток, экспортируемый даже в соседнюю Россию, а на юге -дефицит). Все эти пункты создают существенные предпосылки для возможности развития у нас своей собственной атомной сферы электроэнергетики. Положительными следствиями этого шага будут акселерация экономики и повышения уровня престижа нашей страны в глазах других держав. Появится благоприятная среда и мотивация к привлечению инвестиций, развитию институтов, научных баз, подготовке высококвалифицированных кадров, заинтересованных в работе в данной сфере деятельности, появлению новых рабочих мест и т.д. Нельзя забывать, что, благодаря атому, осуществится снижение роли угля в электроэнергетике страны, что будет поспособствовать постепенной декарбонизации промышленности.

Исторический опыт выработки электрической энергии на ядерных процессах у нас есть. С 1973 по 1997 годы, до принятия правительством решения о выводе из эксплуатации, стабильно работал ядерный реактор БН-350, имевший фактическую мощность в 150 МВт. Мангистауский атомный энергокомбинат (бывшее название - Мангышлакский энергозавод) на основе работы реактора давал тепло, электроэнергию, опреснял воду. После вывода реактора из эксплуатации, который будет длиться ещё около 50 лет, за него эту работу выполняют три тепловые электростанции, работающие на сухом газе.

Сегодня также активно обсуждается возможность строительства новой атомной электростанции на территории Казахстана.

По данным на 2024 год, Россия занимает лидирующую позицию в экспорте ядерных технологий. Госкорпорация «Росатом» заявляет, что ее доля в мировом экспорте сооружения атомных электростанций составляет 88%. Из 25 энергоблоков, строящихся за рубежом, 22 возводятся с участием «Росатома»[3].

Кроме того, в 2024 году на Международном форуме «АТОМЭКСПО-2024» было подписано более 80 различных соглашений, что почти вдвое больше, чем в предыдущем мероприятии, что демонстрирует высокий интерес к сотрудничеству с Россией в ядерной сфере. Что касается производства атомной электроэнергии, в 2017 году на долю «большой пятерки» стран — США, Франции, Китая, России и Южной Кореи — приходилось 70% всей атомной генерации в мире. Таким образом, Россия является ведущим экспортером ядерных технологий и услуг, активно участвуя в строительстве атомных электростанций за рубежом.

Развитие атомной энергетики становится всё более важным в условиях стремления Казахстана к декарбонизации экономики и диверсификации источников энергии [5]. Мини-атомные электростанции (мини-АЭС) представляют собой инновационное решение, способное удовлетворить потребности в энергообеспечении удалённых регионов, малых промышленных предприятий и социальной инфраструктуры [6]. Однако вопросы безопасности, экологических рисков, общественного восприятия и экономической эффективности вызывают дискуссии [6-8]. Рассмотрение перспектив и рисков внедрения мини-АЭС является необходимым для формирования сбалансированной энергетической политики страны.

Казахстан, обладая значительными запасами урана, играет ключевую роль в мировой ядерной промышленности. Однако энергетический сектор страны остается зависимым от углеводородов, что создает вызовы в контексте экологической устойчивости и глобальных трендов декарбонизации. В этом контексте мини-атомные электростанции (мини-АЭС) представляют собой перспективное решение для удовлетворения растущих энергетических потребностей и перехода к низкоуглеродной энергетике [9,10].

Казахстан обладает уникальными возможностями для внедрения мини-АЭС благодаря сочетанию географических, экономических и энергетических факторов.

Мини-АЭС могут способствовать снижению зависимости от традиционных углеводородов, особенно в удаленных регионах с ограниченным доступом к энергосетям.

Такие станции обеспечат стабильное энергоснабжение даже в экстремальных климатических условиях.

Современные мини-АЭС обладают сравнительно низкими капитальными затратами и короткими сроками строительства (3-5 лет). Это делает их более доступными для финансирования и реализации в сравнении с традиционными крупными АЭС[10].

Большая часть Казахстана покрыта степями и пустынями, где отсутствует развитая энергетическая инфраструктура. Мини-АЭС способны стать основой для энергоснабжения малых городов, сельских населенных пунктов, горнодобывающих предприятий и военных объектов.

Казахстан является мировым лидером по добыче урана, что позволяет обеспечить доступность топлива для мини-АЭС. Локализация производства компонентов мини-АЭС может укрепить экономику страны, открыть новые рабочие места и стать основой для экспорта технологий в соседние страны Центральной Азии.

Переход на мини-АЭС поможет Казахстану сократить выбросы парниковых газов, соответствуя международным обязательствам по борьбе с изменением климата, включая Парижское соглашение. Кроме того, атомная энергетика оказывает меньшее воздействие на окружающую среду в сравнении с угольной и газовой энергетикой[11,12].

Мини-АЭС обеспечивают долгосрочную экономическую выгоду за счет низкой себестоимости производства энергии после первоначальных инвестиций. Это особенно важно для развития энергоемких отраслей, таких как металлургия и химическая промышленность[ 10].

Разработка и эксплуатация мини-АЭС могут способствовать развитию научного и образовательного потенциала Казахстана в ядерных технологиях. Это включает подготовку квалифицированных специалистов, создание исследовательских центров и проведение международных конференций.

Благодаря компактности и высокой безопасности мини-АЭС могут быть применены в стратегических объектах, обеспечивая стабильное энергоснабжение в чрезвычайных ситуациях.

Мини-АЭС могут быть использованы для создания микроэнергосетей, что обеспечит малый и средний бизнес недорогой электроэнергией в труднодоступных регионах.

Современные мини-АЭС используют инновационные технологии, такие как реакторы с жидкометаллическим теплоносителем и модульные конструкции, которые минимизируют риск аварий. Некоторые проекты предусматривают пассивные системы охлаждения, работающие без внешних источников энергии [10].

Примеры использования: энергоснабжение крупных горнодобывающих предприятий (Караганда, Жезказган, Алтайский регион); создание автономных энергосистем для сельскохозяйственных зон; обеспечение электроэнергией военных и стратегических объектов; использование для развития туристической инфраструктуры в труднодоступных регионах (например, Алаколь, Чарын).

Внедрение мини-АЭС в Казахстане представляет собой стратегическое направление для повышения энергетической безопасности, экологической устойчивости и технологического прогресса [8,12]. Этот шаг требует комплексного подхода, включая государственную поддержку, международное сотрудничество и работу с общественностью, но может стать значимым фактором в развитии энергетического сектора страны.

Внедрение мини-АЭС в Казахстане также связано с рядом рисков, которые необходимо учитывать и минимизировать на этапе проектирования и реализации.

Большинство мини-АЭС базируются на относительно новых и недостаточно протестированных в масштабах реальных условий технологиях. Это увеличивает вероятность технических неисправностей и требует значительных инвестиций в тестирование.

Мини-АЭС требуют высококвалифицированного персонала для управления, что может стать вызовом в регионах с ограниченной доступностью таких специалистов.

Несмотря на улучшенные системы безопасности, риск утечек радиации или аварий остается, особенно при ошибках эксплуатации или в условиях экстремальных природных явлений (землетрясения, наводнения).

Мини-АЭС, оснащенные современными автоматизированными системами управления, подвержены риску кибератак, что может привести к сбоям в их работе.

Хотя объем отходов от мини-АЭС меньше, чем от крупных станций, их утилизация и долгосрочное хранение остаются сложными задачами. Казахстану потребуется развитие соответствующей инфраструктуры для управления отходами.

Вода часто используется в системах охлаждения реакторов. В регионах с ограниченными водными ресурсами, таких как южные и центральные районы Казахстана, это может создать дополнительные экологические нагрузки.

Несмотря на то, что мини-АЭС дешевле в строительстве, чем крупные АЭС, они требуют значительных начальных инвестиций, которые могут оказаться неподъемными без государственной поддержки или международного финансирования. Долгий срок окупаемости таких проектов может стать препятствием для привлечения частных инвесторов.

Исторические аварии на атомных станциях, такие как Чернобыль и Фукусима, вызывают опасения у населения. Недостаток информации о безопасности мини-АЭС может привести к сопротивлению со стороны общественности.

Любые изменения в государственной политике или международной обстановке могут повлиять на финансирование и реализацию проектов.

Казахстан должен соблюдать строгие правила нераспространения ядерных материалов, что может усложнить процессы импорта оборудования или технологий.

Казахстан подвержен землетрясениям в некоторых регионах, особенно в юго-восточной части страны. Это может повлиять на безопасность мини-АЭС в таких зонах.

Стратегии минимизации рисков: инвестиции в исследования и тестирование технологий; создание центра подготовки специалистов в области ядерной энергетики; развитие нормативно-правовой базы с учетом международных стандартов; организация информационно-просветительских кампаний для повышения уровня доверия населения; использование международного опыта и сотрудничество с ведущими странами в области мини-АЭС [13,14].

Внедрение мини-АЭС в Казахстане связано с определенными рисками, однако их грамотное управление может значительно снизить потенциальные угрозы. Успешная реализация таких проектов требует интеграции технологий, государственного регулирования, международного сотрудничества и вовлечения населения в процесс принятия решений.

Мини-АЭС стали актуальным направлением в атомной энергетике, и их внедрение активно продвигается в ряде стран, демонстрируя успешные примеры применения. Рассмотрим ключевые международные проекты:

Реактор РИТМ-200 Россия является лидером в разработке мини-АЭС. Реактор РИТМ-200 используется на ледоколах и проектируется для наземных станций. Компактность и высокая степень автоматизации делают его безопасным и эффективным. Важным проектом является плавучая атомная станция «Академик Ломоносов», обеспечивающая энергоснабжение удаленных регионов.

США: NuScale PowerКомпания NuScale Power разработала модульный реактор, одобренный Комиссией по ядерному регулированию США. Этот реактор способен генерировать до 77 МВт электроэнергии, что достаточно для небольших городов или промышленных объектов. Главным преимуществом является модульный подход, позволяющий быстро строить станции.

ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"

Проект SMR Канада активно разрабатывает проекты малых модульных реакторов (SMR) для отдаленных районов и добывающих предприятий. Реакторы проектируются с учетом жестких климатических условий и минимальных затрат на эксплуатацию.

HTR-PM Китай реализовал проект высокотемпературного газоохлаждаемого реактора (HTR-PM), построенного на модульной основе. В 2021 году станция начала работу, став важным шагом в применении безопасных технологий, предотвращающих плавление ядра.

Международное сотрудничество EDF (Франция) и Rolls-Royce (Великобритания) активно инвестируют в разработку мини-АЭС. Франция нацелена на внедрение этих технологий для замены устаревших угольных станций, а Великобритания рассматривает их как способ достижения углеродной нейтральности к 2050 году.

Южная Корея разработала SMART-реактор для экспортного применения. Компактные размеры и высокая безопасность делают его привлекательным для стран с ограниченными энергетическими ресурсами.

В Аргентине строится первый южноамериканский малый модульный реактор CAREM-25. Этот проект демонстрирует возможность создания независимых энергетических решений в развивающихся странах.

Мини-АЭС открывают перед Казахстаном уникальные возможности для устойчивого энергетического развития. Их внедрение позволит снизить углеродный след, обеспечить энергией удаленные регионы и укрепить технологический потенциал страны. Однако успешная реализация этой инициативы требует внимательного подхода к вопросам безопасности, управления отходами и общественного восприятия.

Российский проект плавучей атомной станции "Академик Ломоносов", который демонстрирует практическую реализацию концепции мини-АЭС.

Основные характеристики "Академика Ломоносова": Станция расположена на платформе, способной перемещаться к удалённым регионам, что позволяет обеспечивать электроэнергией труднодоступные районы, где строительство традиционных АЭС затруднительно. Станция оснащена двумя реакторами РИТМ-200 мощностью по 35 МВт каждый. Это достаточно для обеспечения электричеством города с населением около 100 тысяч человек или промышленных объектов. "Академик Ломоносов" используется для энергоснабжения Певека (Чукотка), заменив устаревшую угольную электростанцию. Аналогично, такие решения могут применяться в Казахстане, например, для энергоснабжения удалённых горнодобывающих предприятий (Караганда, Жезказган) или стратегических объектов. Станция значительно снижает выбросы углекислого газа, заменяя традиционные угольные и дизельные электростанции, что соответствует климатическим целям Казахстана. Проект включает системы пассивного охлаждения и высокую степень защиты от радиационных инцидентов, что минимизирует риски аварий. Это особенно важно для Казахстана, учитывая общественные опасения, связанные с радиацией.

Использование модульных технологий, подобных РИТМ-200, может быть адаптировано для компактных наземных или даже плавучих станций на крупных реках, таких как Иртыш.

"Академик Ломоносов" представляет успешный пример использования мини-АЭС для решения энергетических проблем в удалённых регионах. Его опыт можно частично перенять в Казахстане для развития инфраструктуры, снижения углеродного следа и укрепления энергетической безопасности.

Выводы. Мини-АЭС могут способствовать энергоснабжению удалённых регионов и интеграции в энергосистему возобновляемых источников энергии. Их компактность и модульный подход позволяют сократить сроки строительства и затраты. Необходимость строгого соблюдения международных норм безопасности, чтобы минимизировать риск аварий и негативное воздействие на окружающую среду. Высокие затраты на начальные инвестиции и необходимость развития квалифицированного персонала. Общественное

мнение и недоверие к атомной энергетике требуют прозрачной коммуникации и разъяснительной работы.

Рекомендации: разработка национальной программы по развитию мини-АЭС с учётом опыта других стран; внедрение инновационных технологий, таких как системы пассивной безопасности, для снижения аварийных рисков; укрепление нормативно-правовой базы и международного сотрудничества.

ЛИТЕРАТУРА

1. Как авария на «Фукусиме» заставила Германию отказаться от АЭС. URL:https://www.dw.com/m/kak-avarija-na-fukusime-zastavila-germaniju-otkazatsja-ot-^^-56826930(дата обращения 03.01.2025)

2. Франция выступила в защиту использования ядерной энергии. Германия против.URL: https://rossaprimavera.щ/news^2660e9b(дата обращения 03.01.2025)

3. Nuclear shares of electricity generation.URL: https://www.world-nuclear.org/information-library/facts-and-:figures/nuclear-generation-by-country.aspx(дата обращения 03.01.2025)

4. World Uranium Mining Production.URL:https://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/mining-of-uranium/world-uranium-mining-production.aspx, (дата обращения 03.01.2025)

5. Абдуллаев К.А. Атомная энергетика Казахстана: проблемы и перспективы развития. Астана, 2023.

6. Адилов Д.М. Инновационные технологии в обеспечении безопасности атомной энергетики. //Национальный ядерный центр, Курчатов, 2023.

7. Нурмагамбетов Б.Ш., Жусупов А.М. Безопасность и устойчивость ядерной энергетики в Казахстане. Алматы, 2022.

8. Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ). Отчеты о безопасности мини-АЭС.

9. Сейдахметов А.К. Малые модульные реакторы: потенциал для энергетической независимости. //Вестник Назарбаев Университета, 2023.

10. Байкенов Р.Е. Оценка экономической эффективности внедрения мини-АЭС в Казахстане. Караганда, 2024.

11. Исатаев М.А., Кусманов Б.Т. Анализ рисков и преимуществ атомной энергетики для Казахстана. //Энергетическая политика, 2021.

12. Концепция по переходу РК к зеленой экономике.Указ Президента РК от 30 мая 2013г.№ 577.

13. 13.Gelmanova Z., Pak O., Sivyakova G., Lelikova O., Onischenko O.

14. The scenario of development of electric power industry in the Republic of Kazakhstan Conference Paper Open Access. E3S Web of Conferences, 2019, 124, 04002

15. 14.Гельманова З.С., Петровская А.С., Конакбаева А.Н., Мезенцева А.В.

Процесс управления энергосберегающей деятельностью Модернизация и инновационное развитие топливно-энергетического комплекса: Материалы международной научно-практической конференции. - Санкт-Петербург: СПбФ НИЦ МС, 2019. - №2. С.70-76