Rosatom: najnaprednija kompanija industrije. O izvozu, ambicijama, planovima i tehnologijama

Razgovarali smo sa predstavnicima državne korporacije Rosatom, kompanije koja se bavi razvojem nuklearnih tehnologija, i kompanijom koja se sa razlogom smatra najintegrisanijim industrijskim sistemom u svetu u nuklearnoj industriji. Pričali smo o izvoznim ambicijama, novim dizajnima i novim tehnologijama. Na naša pitanja je odgovarao čitav tim Rosatomovih stručnjaka iz čitavog niza odeljenja – pa nikoga poimence nećemo izdvajati. Inače, tekst smo na naš sajt postavili još pre nekoliko nedelja – ali nam je zbog preciziranja nekih pojmova i adekvatnih prevoda bilo potrebno malo vremena da ga do kraja sredimo. Dakle, danas veoma ekskluzivno: intervju sa Rosatomom o tehnologijama, ambicijama i planovima

Izvoz i pozicioniranje na tržištu

Rosatom trenutno učestvuje u izgradnji energetskih blokova u Rusiji i nizu inostranih zemalja. Kakvi su ključni strateški prioriteti Rosatoma u pogledu geografske ekspanzije i/ili razvoja tehnologija (osim reaktora VVER-1200) u sledećoj deceniji?

Rosatom sistematski sprovodi dugoročni program razvoja nuklearne energetike u Rusiji i inostranstvu, oslanjajući se na strateško planiranje, tehnološku kompetentnost i održivi međunarodni portfolio projekata.

U Rusiji se do 2042. godine planira izgradnja 38 energetskih blokova u skladu sa Generalnom šemom razvoja. Od toga 21 blok velike snage, 6 blokova srednje snage i 11 blokova male snage, uključujući 4 modernizovana plutajuća energetska bloka (MPEB). Trenutno se realizuje 20 energetskih blokova velike i male snage, pri čemu se MPEB računaju kao jedan blok. U realizaciji su: BREST-OD-300 u sastavu Ogledno-demonstracionog energetskog kompleksa, 4 bloka Kurske AE 2, 2 bloka Lenjingradske AE 2, BN-1200M na Belojarskoj AE, 2 bloka Primorske AE, 2 bloka Koljske AE 2, 2 bloka Smolenske AE 2, 2 bloka Jakutske ASMM, kao i 4 MPEB.

U inostranstvu portfolio kompanije obuhvata 41 projekat velike i male snage u 11 zemalja, uključujući blokove male snage u Uzbekistanu.  

U fazi realizacije u inostranstvu nalazi se 30 blokova velike i male snage u 9 zemalja, uključujući 4 bloka u Egiptu, 4 bloka u Turskoj, 4 bloka u Kini, 4 bloka u Indiji, 2 bloka u Bangladešu, 2 bloka u Mađarskoj, 2 bloka u Kazahstanu i blokove male snage u Uzbekistanu.

VVER-S

Ako smo pravilno razumeli iz dostupne literature, novi dizajn reaktora VVER-S predstavlja veoma zanimljivo rešenje: lakovodni reaktor sa termalnim spektrom, ali sa veoma visokim plutonijumskim potencijalom. Pošto VVER-S kontroliše reaktivnost bez upotrebe rastvorenog bora, želeli bismo da za čitaoce „Nuklearne perspektive“ objasnite princip rada i osnovne prednosti ovog pristupa u poređenju sa tradicionalnim reaktorima VVER, posebno sa stanovišta efikasnosti sagorevanja goriva i produžavanja ciklusa rada.

Osnovna filozofija dizajna VVER-S zasniva se na prelasku na spektralnu regulaciju kao ključni princip upravljanja reaktivnošću. U tradicionalnim lakovodnim reaktorima višak reaktivnosti na početku ciklusa goriva kompenzuje se bornom kiselinom u vodi, što dovodi do apsorpcije dela neutrona i, sa energetskog stanovišta, do gubitaka u neutronskom bilansu.

VVER-S nudi drugačiji pristup:

• Kontrolu bez uotrebe bora: umesto upotrebe borne kiseline u primarnom krugu, VVER-S primenjuje mehaničku promenu odnosa vode i goriva u aktivnoj zoni. Na početku ciklusa u zonu se uvode specijalni istiskivači šipki koji smanjuju količinu vode (moderatora). To pomera spektar neutrona ka bržim, povećavajući udeo brzih neutrona.

• Povećani plutonijumski potencijal: brzi neutroni, umesto da se apsorbuju borom, u većoj meri interaguju sa izotopom uran-238, stvarajući plutonijum-239 kao novo fisibilno materijal. Tako reaktor, pored potrošnje postojećeg goriva, doprinosi stvaranju dodatnog fisibilnog materijala u okviru istog ciklusa goriva.

• Efikasnost sagorevanja: kako ciklus napreduje i gorivo se troši, istiskivačke šipke se postepeno izvlače, povećava se količina vode u zoni, a spektar neutrona postaje termalni. Na ovoj etapi obezbeđuje se efikasnije sagorevanje prethodno stvorenog plutonijuma, optimizujući upotrebu energetskog potencijala goriva.

Među prednosti ovog dizajna izdvajamo: ušteda prirodnog urana – potrebno je do 30 % manje “svežeg” urana u poređenju sa standardnim VVER-1200; produženi ciklus goriva: omogućava rad od 24 meseca i više bez zaustavljanja za zamenu goriva; ekološki aspekt: značajno se smanjuje količina radioaktivnih tečnih otpada, jer se eliminiše potreba za hemijskom regulacijom reaktivnosti pomoću borne kiseline u primarnom sistemu hlađenja.  

Ovaj dizajn omogućava maksimalno korišćenje energetskog potencijala urana u okviru proverene i bezbedne tehnologije lakovodnih reaktora, povećavajući efikasnost i smanjujući eksploatacione i ekološke opterećenja.

U kojoj fazi razvoja se nalazi tehnologija VVER-S i kada se planira početak njene primene?

Projekat VVER-S trenutno se nalazi u fazi detaljnog inženjerskog projektovanja (General Design Stage). Većina ključnih komponenti, uključujući mehanizme spektralne regulacije, prošla je ispitivanja na eksperimentalnim modelima u istraživačkim centrima kompanije.

Planira se da kompletan paket tehničke dokumentacije bude završen do 2027. godine dok je izgradnja prvog pilot-bloka predviđena u okviru ruske atomske programa početkom 2030-ih godina. Nakon potvrde projektnih i eksploatacionih parametara u realnim uslovima, VVER-S se planira kao jedan od ključnih izvoznih proizvoda za partnere koji teže maksimalnoj efikasnosti upotrebe nuklearnog goriva.

Kako jedinstveni mehanizam kontrole reaktivnosti u reaktorima VVER-S utiče na ukupni sistem bezbednosti i kakve regulatorne izazove očekuje Rosatom pri licenciranju ove inovativne tehnologije?

Paradoksalno, eliminacija borne kiseline pojednostavljuje određene aspekte bezbednosti, ali istovremeno postavlja nove zadatke pred regulatorne organe. Svakako, eliminacija borne kiseline smanjuje rizik od korozije opreme, produžavajući vek trajanja reaktorskog suda i pridruženih cevovoda. Pritom VVER-S zadržava sve pasivne sisteme bezbednosti VVER-1200, uključujući hlađenje nakon zaustavljanja reaktora bez spoljnog napajanja.

Glavni izazov u licenciranju je dokazati stabilnost reaktora pri brzim promenama spektralnih šipki. Kompanija mora ubediti regulatore da je prelazak iz „brzog“ u „termalni“ režim potpuno kontrolisan i predvidiv u svakoj milisekundi.

Stoga Rosatom primenjuje napredne softverske simulacije – takozvane digitalne blizance, koji omogućavaju regulatorima virtuelno testiranje svih mogućih scenarija pre fizičke instalacije prvih šipki u aktivnu zonu.

Da li treba kvalifikovati VVER-S kao reaktor IV generacije i/ili kao „napredni reaktor“?

VVER-S se može okarakterisati kao napredni reaktor generacije III+ sa elementima tehnologija četvrte generacije. Da preciziramo zašto ovaj dizajn nije čista IV generacija: tehnologije IV generacije obično podrazumevaju radikalno nove rashladne tečnosti, poput tečnih metala, gasova ili soli. VVER-S i dalje koristi vodu pod pritiskom, što ga čini pouzdanim i pogodnim za komercijalnu primenu u okviru postojećih regulatornih normi i industrijskih standarda.

Da pojasnimo i zašto bi se mogao nazivati „naprednim“: zahvaljujući mogućnosti rada u zatvorenom ciklusu goriva, uključujući upotrebu MOX-goriva, i primeni spektralne regulacije, VVER-S omogućava efikasnije korišćenje nuklearnog goriva. Ova tehnologija nudi nivoe korišćenja resursa koji su ranije bili dostupni uglavnom brzim reaktorima IV generacije. VVER-S predstavlja tehnološki most ka održivoj atomskoj energetici uz očuvanje proverenih principa lakovodnog reaktora.

Da li Rosatom planira da ponudi reaktore VVER-S na međunarodnom tržištu, i da li se oni razmatraju kao zamena standardnim VVER-1200 ili kao dodatno rešenje za specifične energetske potrebe?

Rosatom planira da VVER-S učini zastavom svoje međunarodne linije, pri čemu se on ne razmatra kao direktna zamena VVER-1200, već kao “premium rešenje” u portfoliju kompanije.

VVER-s je zapravo dodatno rešenje: VVER-1200 ostaje provereni i masovno korišćeni model, idealno pogodan za zemlje koje započinju svoje nuklearne programe dok je VVER-S predvišen za napredne korisnike: ovaj reaktor namenjen je zemljama sa razvijenom energetskom mrežom i ambicijama ka zatvorenom ciklusu goriva. Cilj VVER-S je minimizacija troškova svežeg urana i smanjenje količine istrošenog goriva uz povećanu efikasnost korišćenja resursa.

Očekuje se da VVER-S postepeno postane novi standard na tržištu nuklearnih reaktora posle 2035. godine, slično prelasku sa VVER-1000 na VVER-1200.

Kakve ekonomske prednosti (npr. kraći ciklus goriva, manji operativni troškovi) se očekuju za potencijalne kupce?  (na ovo pitanje je odgovarao posebno izdvojeni tim Gorivnog Diviziona kompanije)

Ovde je važno napomenuti da u nuklearnoj energetici ekonomska prednost nije u kraćim, već u dužim gorivnim ciklusima. Ekonomska atraktivnost dizajna VVER-S zasniva se na značajnom smanjenju varijabilnih troškova, što ga čini jednim od konkurentnih rešenja na međunarodnom tržištu nuklearne energije.

Zahvaljujući spektralnoj regulaciji potrošnja prirodnog urana smanjuje se do 30 %, što u  uslovima volatilnih cena sirovina to direktno štiti operatere od inflacionog pritiska.

Takođe, ovaj dizajn omogućava i produženi radni ciklus: VVER-S potencijalno obezbeđuje stabilan rad od 24 meseca bez zaustavljanja zbog zamene goriva, što smanjuje broj planiranih zastoja i povećava koeficijent iskorišćenja snage (Capacity Factor), što u praksi dovodi do veće količine prodatih megavat-sati godišnje. 

Takođe, on omogućava smanjenje operativnih troškova (OPEX): eiminisanje sistema borne regulacije – uključujući pumpe, rezervoare i čišćenje borne kiseline – značajno smanjuje troškove održavanja. Borna kiselina je korozivno agresivna i njeno uklanjanje smanjuje habanje opreme i potrebu za skupim popravkama.

Dodajmo još i smanjenje proizvodnje nuklearnog otpada: efikasnije sagorevanje goriva dovodi do manjeg obima istrošenog goriva po proizvedenom megavat-satu, što direktno smanjuje troškove dugoročnog skladištenja i upravljanja otpadom – jednu od najskupljih stavki budžeta atomskih elektrana.

O zatvorenom ciklusu uranskog goriva („Proryv“)

Kakav je ključni ekonomski argument za prelazak sa otvorenog na zatvoreni nuklearni ciklus goriva? Predviđa li Rosatom da će električna energija proizvedena u reaktorima tipa BREST-OD-300 i serije BN na kraju postati jednaka po ceni ili konkurentnija u odnosu na obične reaktore VVER, i kada se to može očekivati?

Ključni ekonomski argument za prelazak na zatvoreni ciklus goriva zasniva se na eliminaciji spoljnih troškova koji su decenijama opterećivali nuklearnu energetiku. U okviru otvorenog ciklusa koristi se manje od 1 % energetskog potencijala iskopanog urana. Zatvoreni ciklus omogućava korišćenje izotopa uran-238, povećavajući energetsku bazu 50–100 puta. Na praktičnom nivou sirovina za gorivo postaje ono što se danas smatra nuklearnim otpadom, uključujući osiromašeni uran i istrošeno gorivo.

Najveći skriveni troškovi atomskih elektrana predstavljaju „nasledne troškove“ skladištenja radioaktivnog otpada potencijalno i hiljadama godina. A brzi reaktori, poput BREST i serije BN, mogu „sagoreti“ najopasnije transuranijske elemente, skraćujući period opasnosti radioaktivnog otpada sa desetina hiljada godina na nekoliko stotina, što značajno smanjuje troškove njihovog dugoročnog skladištenja.

Trenutno pilot-projekti, uključujući BREST-OD-300, imaju više troškove zbog razvoja i izgradnje specijalizovane pomoćne infrastrukture, poput modula za proizvodnju i preradu goriva na licu mesta. Energetski blok snage 300 megavata je naučni projekat koji pre svega treba da pokaže principijelnu mogućnost održivog rada nove tehnološke platforme. Ekonomsku efikasnost moći ćemo da uporedimo tek na serijskim energetskim blokovima na bazi reaktora BR-1200 snage po 1200 MW.  

U budućnosti Rosatom predviđa da će cena električne energije iz komercijalnih brzih reaktora (serija BN-1200M) postati jednaka reaktorima VVER do sredine 2030-ih godina.  Važno je napomenuti da Rosatom ove projekte već realizuje u metalu: BREST-OD-300 u Tomsku (Seversk), a BN-1200M na Belojarskoj atomskoj elektrani.

A nakon prelaska na serijsku izgradnju, planiranu posle 2035. godine, očekujemo da će brzi reaktori postati konkurentniji zahvaljujući nižim troškovima ciklusa goriva i minimalnim troškovima upravljanja otpadom, što kompenzuje nešto više početne kapitalne troškove izgradnje.

Reaktor BREST-OD-300 jedinstven je upotrebom tečnog olova kao rashladnog sredstva. Kakve su osnovne prednosti (po bezbednosti i eksploataciji) koje se postižu ovom kombinacijom u poređenju sa postojećim ruskim brzim reaktorima (BN-600/800)?

Prelazak na tečno olovo u brzim reaktorima, poput BREST-OD-300, unosi fundamentalne promene koje Rosatom definiše kao koncept „prirodne bezbednosti“. 

Na prvom mestu tu je hemijska inertnost: za razliku od natrijuma koji se koristi u seriji brzih reaktora BN, olovo je hemijski inertno i ne reaguje burno sa vodom ili vazduhom. Ovo svojstvo isključuje rizik od požara ili eksplozije pri curenju rashladnog sredstva, što je glavni problem natrijumskih reaktora.

Zatim je tu visoka temperatura ključanja: olovo ključa približno na 1745 °C, dok je radna temperatura reaktora oko 500 °C. To znači da je praktično nemoguće da rashladno sredstvo proključa i ispari, što značajno smanjuje rizik od topljenja aktivne zone čak i pri ekstremnim havarijama.

Tu je i pasivno hlađenje: zahvaljujući visokoj gustini i toplotnoj provodljivosti olova, reaktor se može hladiti prirodnom cirkulacijom bez potrebe za pumpama ili električnom energijom u havarijskim situacijama, povećavajući bezbednost eksploatacije.

I na kraju izdvajamo kompaktnost i rad ne niskom pritisku: sistem radi pri atmosferskom pritisku, što oštro smanjuje rizik mehaničkog oštećenja reaktorskog suda i pojednostavljuje inženjerski dizajn celog reaktorskog kompleksa.

Kada Rosatom očekuje da reaktor BREST-OD-300 zajedno sa modulom prerade goriva pokaže potpuno autonomno funkcionisanje – tj. proizvodnju i upotrebu goriva proizvedenog od istrošenog goriva istog reaktora?

Koncepcija „PDK“ (pilotno-demonstracioni kompleks) u Severasku razvijena je kao zatvoreni ciklus na jednoj lokaciji.

Što se tiče trenutnog statusa, modul proizvodnje goriva (gde se proizvodi inovativno nitridno uran-plutonijumsko gorivo) već se nalazi u fazi puštanja u rad. Sam reaktor BREST-OD-300 nalazi se u završnoj fazi izgradnje (očekivani energetski start 2026/2027. godine) i planira se da do 2030. godine ciklus bude potpuno zatvoren što znači da će gorivo koje je odradilo u BREST-u biti izvađeno, prerađeno u modulu prerade na istoj lokaciji, upućeno na refabrikaciju i ponovo utovareno u reaktor. I to će biti prvi slučaj u istoriji kada atomska elektrana funkcioniše kao „perpetuum mobile“ (zatvoreni ciklus goriva) u pogledu goriva, koristeći sopstvene otpade i regenerišući ih bez spoljnog snabdevanja uranom.

Reaktori BN-600 i BN-800 sa natrijumskim rashladnim sredstvom uspešno rade već duže vreme. Kakve ključne lekcije i eksploatacioni iskustvo rada serije BN, posebno u delu rukovanja natrijumom i upotrebe MOX-goriva, direktno se prenose i primenjuju pri razvoju i puštanju u rad reaktora BREST-OD-300?

Iako će reaktor BREST-OD-300 koristiti tečno olovo umesto natrijuma, iskustvo stečeno u seriji brzih reaktora BN ima neprocenjivu vrednost, jer je potvrdilo da brzi neutroni nisu samo laboratorijska teorija, već i industrijska realnost.

Ključne lekcije koje Rosatom prenosi na BREST uključuje upravljanje plutonijumskim ciklusom: BN-800 je prvi reaktor u Rusiji potpuno napunjen uran-plutonijumskim MOX-gorivom (mešavina oksida urana i plutonijuma). To je obezbedilo kritično važna znanja o ponašanju plutonijuma u reaktoru, promenama reaktivnosti i bezbednom transportu i preradi goriva sa plutonijumom.

Takođe, izdvajamo zapažanje o eksploatacionoj pouzdanosti brzih sistema: BN-600 radi više od 40 godina sa koeficijentom iskorišćenja snage preko 80 %. To dokazuje da komponente brzih reaktora – uključujući pumpe, toplotne razmenjivače i sisteme rukovanja gorivom – mogu funkcionisati duže vreme u agresivnim uslovima visokih temperatura.

Serija BN omogućila je razvoj sistema daljinskog upravljanja gorivom. Pošto je istrošeno gorivo iz brzih reaktora veoma radioaktivno, Rosatom je razvio robotizovane procese koji se sada primenjuju u Modulu proizvodnje i prerade goriva u okviru projekta BREST-OD-300.

Što se tiče evolucije goriva (od oksidnog MOX do nitridnog SNUP) napominjemo da reaktori BN koriste okside (MOX), i da je iskustvo u stabilnosti goriva pri visokim neutronskim fluksovima direktno pomoglo u razvoju nitridnog SNUP-goriva za BREST. Nitridno gorivo je gušće i ima bolju toplotnu provodljivost, obezbeđujući efikasnije „razmnožavanje“ (oplodnju, Eng: breeding coeficient. Prim Prev) goriva.

Ukratko, serija BN daje Rosatomu „nuklearne mišiće“ u pogledu tehnologija i inženjerske sigurnosti, dok BREST predstavlja „nuklearni mozak“ novog pokolenja, koristeći olovo za postizanje višeg nivoa prirodne bezbednosti.

A Rosatom razvija i tehnologije koje isključuju mogućnost odvajanja plutonijuma za vojne svrhe, obezbeđujući strogo civilni ciklus goriva.

Za eventualni izvoz modela poput BN-1200M neophodno je proći proces međunarodnog licenciranja projekta. To podrazumeva usklađivanje ruskih federalnih normi (NP) sa standardima bezbednosti Međunarodne agencije za atomsku energiju (IAEA, SSR-2/1).

Rosatom predviđa da će prvi kupci verovatno biti zemlje sa već razvijenim atomskim programima, poput Kine i Indije, koje žele da reše pitanje upravljanja istrošenim gorivom. Kompanija prodaje ne samo reaktor, već i kompletan „Sistemski paket nuklearne energije“, koji uključuje reaktore, postrojenja za preradu goriva i tehnologije upravljanja nuklearnim otpadom.

S.A.