Ядерное взросление Южной Кореи

Лишенная серьезных ресурсов энергоносителей, Южная Корея в полной мере испытала на себе энергетический кризис, последовавший за объявлением в 1973 году нефтяного эмбарго арабскими странами. Энергетический голод, который затормозил рост южнокорейского экспорта и развитие экономики, стал стимулом для развития ядерной энергетики. Первоочередной задачей правительства было добиться частичной независимости от мирового рынка углеводородов, о превращении же Республики Корея в мирового поставщика ядерных технологий в то время могли помышлять лишь мечтатели.

Первой атомной станцией в Южной Корее стала АЭС «Кори», энергоблок № 1 которой был принят в эксплуатацию весной 1978 года. В течение 1980-х годов было пущено еще восемь блоков на четырех площадках, на кото­рых до сих пор строятся все ядерно-­энергетические мощности в этом государстве. За последовавшие два десятилетия в стране было принято в эксплуатацию еще 11 блоков. На фоне количественного наращивания потенциала происходило его качественное развитие: стартовав с реакторов исключительно зарубежных конструкции, в 1990-е годы Корея начала внедрять собственные, а в 21 веке (плюс 3 блока) перешла полностью на отечественные разработки.

Подобная же эволюция наблюдается в развитии атомного энергомашиностроения: первые в стране реакторы строились целиком «под ключ» западными компаниями, затем началась постепенная локализация производства, а уже с 1990-х годов большая часть поставок основного оборудования осуществляется южнокорейскими компаниями.

Особая история – с локализацией прав на использование технологий. Опробовав на первом этапе сразу нескольких западных технологий, Южная Корея решила локализовать и доработать один из дизайнов внутри страны. В результате в начале 1980-х годов корейцы, набившие к тому времени руку на копировании и последующем экспорте западных потребительских товаров, начали переговоры с иностранными поставщиками. В обмен на передачу интеллектуальной собственности на ядерные технологии Сеул был готов платить роялти в случае продажи проекта в другие страны под южнокорейским брендом.

Такое предложение в то время вызвало шутки, смысл которых сводился к тому, что корейцы, видимо, не совсем поняли разницу между атомными реакторами и ширпотребом, которым Южная Корея начала тогда заваливать западные рынки. Однако после аварии в Чернобыле в большинстве стран-импортеров ядерных технологий прекратилось строительство АЭС, и Южная Корея осталась, по сути, крупнейшим покупателем на этом рынке, благодаря чему в 1987 году республике удалось заключить 10-летнее соглашение о поэтапном акцепте одной из самых передовых на тот момент реакторных установок – «System 80», разработанных американской компанией Combustion Engineering.

Наряду с освоением реакторных технологий, республика оказалась весьма успешна в выработке собственной практики эксплуатации АЭС. В последние годы средний КИУМ на АЭС в Южной Корее составляет свыше 96 % – один из высочайших показателей в мире.(КИУМ 92% достигнут  Росатомом в 2015г. на некоторых блоках)

Однако победоносному шествию по всей цепочке ядерно-топливного цикла Корее мешает соглашение о сотрудничестве в атомной сфере, заключенное в начале 1970-х годов на заре строительства АЭС в республике. Этот документ предусматривает ряд ограничений на развитие ядерно-топливого цикла, и прежде всего запрет на обогащение урана и переработку ОЯТ. Данные ограничения, не имевшие особого значения четыре десятилетия назад, постепенно превратились в нарастающую обузу для Южной Кореи.

Первые шаги и начальная школа

Первоначально корейцы начали осваивать весьма широкий спектр технологий: в первое десятилетие ядерной генерации Южная Корея начала эксплуатировать реакторы Westinghouse мощностью около 600 МВт, энергоблоки гигаваттного класса той же фирмы, серийные реакторы Framatome (ныне AREVA) мощностью около 940 МВт и, наконец, тяжеловодные реакторные установки CANDU-6 канадской AECL, первая из которых производительностью около 600 МВт была введена в строй на АЭС «Вольсон» в 1983 году.

Однако в выборе прототипа для отечественного реактора Южная Корея остановилась на реакторе «System 80», разработанном компанией Combustion Engineering. «System 80» представляет собой РУ с водой под давлением мощностью 1335 МВт брутто с двумя петлями первого контура, двумя парогенераторами, четырьмя главными циркуляционными насосами, одинарным монолитным контайнментом из предварительно напряженного железобетона.

Эта установка была создана в 1970-е годы и впервые введена в эксплуатацию в 1986 – 1988 годах в США в составе трех энергоблоков на АЭС «Пало-­Верде» в штате Аризона. В 1995 – 1996 годах два реактора этого типа были введены в эксплуатацию в составе энергоблоков № № 3 – 4 южнокорейской АЭС «Енгван».

На базе «System 80» в 1990-е годы в Южной Корее был разработан типовой реактор Поколения II гигаваттного класса, первоначально получивший название «Стандартный корейский ядерный энергоблок», а позже, после ряда доработок, переименованный в «Оптимизированный энергетический реактор», известный под брендом OPR-1000 – Optimised Power Reactor 1000. Строительство первых двух РУ этой серии началось в 1993 году на АЭС «Ульчин»; в 1998–1999 годах они были приняты в эксплуатацию, что стало условным началом процесса достижения самостоятельности корейской ядерной индустрии. К настоящему времени введены в эксплуатацию девять реакторов OPR-1000, последний – десятый планируемый реактор этого типа – предполагается к промышленному пуску на АЭС «Вольсон-2» осенью текущего года.

Начиная с октября 2008 года, в Республике Корея закладываются в строительство только реакторы следующего, третьего поколения, созданные на базе усовершенствованной конструкции «System 80», получившей название «System 80+».

Проект «System 80+» был сертифицирован Комиссией по ядерному регулированию (NRC) США в 1997 году в соответствии с требованиями, которые предъявлялись к реакторам третьего поколения. Согласно заключению регулирующего органа эта конструкция «превосходит установленные [на тот момент] стандарты безопасности на несколько порядков». «System 80+» является реактором с водой под давлением тепловой мощностью 3914 МВт и электрической свыше 1300 МВт. Как и его предшественник «System 80», этот реактор имеет две петли с двумя парогенераторами, два выходных и четыре входных патрубка главного циркуляционного трубопровода с четырьмя ГЦН.

В то же время «System 80+» имеет ряд особенностей, отличающих эту конструкцию от реакторов предыдущих поколений. К ним относятся: внутренняя стальная гермооболочка реакторной установки в форме сферы; зеркальная компоновка РУ; четырехканальная система безопасности; верхний блок реактора; дополнительный резервный источник переменного тока (газовая турбина); фильтруемая вентиляция контайнмента; рекомбинаторы водорода; усовершенствованная цифровая система КИПиА; спринклерная система; цельнокованые обечайки реактора; более долговечные конструкционные материалы некоторых видов основного оборудования, что позволяет продлить проектный срок его службы до 60 лет (например, сплав Inconel 690 для труб парогенератора или титановый сплав для конденсатора); регулирующие стержни из сплава серебра, индия и кадмия, обеспечивающие бóльшую маневренность энергоблока; система непосредственного залива реактора с использованием специального резервуара тороидальной формы, размещаемого в основании реакторной установки, который применяется как в случае аварии, так и в процессе штатной перегрузки топлива. Некоторые из этих решений (в том или ином их виде) сегодня уже не являются экзотикой в ядерной энергетике, но на момент создания «System 80+» они были весьма передовыми.

Путь к самостоятельности

В 1997 году KEPCO, крупнейшая энергокомпания страны, продлила десятилетнее соглашение с Combustion Engineering о передаче технологий; на это же в итоге согласились поставщик неядерной части (General Electric) и проектировщик (Sargent & Lundy). Новые документы открывали возможность для Сеула внедрить новации, примененные в «System 80+», в проект Корейского реактора следующего поколения, который разрабатывался с начала 1990-х годов. Создание новой конструкции в основных чертах завершилось к 2000 году, а к 2003 году она была сертифицирована надзорными органами Республики Корея и получила международное название APR1400 (Advanced Pressurised Reactor, усовершенствованный реактор с водой под давлением).

В период создания и утверждения в США прототипа APR1400 – реактора «System 80+», Combustion Engineering принадлежала международной группе ABB со штаб-квартирой в Швейцарии. Однако в 2000 году реакторостроительный бизнес ABB перешел под контроль компании Westinghouse. Новый владелец не стал внедрять конструкцию «System 80+» (равно как и ряд других разработок фирмы), сосредоточившись на несколько иной технологической концепции пассивных реакторов (две такие конструкции – AP-600 и AP-1000 были сертифицированы в США в 1999 и 2011 годах соответственно). В итоге APR1400 стал единственным в мире практическим воплощением «System 80+».

APR1400 наследовал основные черты американского прототипа. Это РУ с аналогичным «System 80+» размером активной зоны (длиной 381 сантиметр, диаметром 365 сантимет­‑ ров), конструкцией тепловыделяющих сборок (241 ТВС 16 × 16 с 236 твэлами) и близкой мощностью (около 4000 МВт тепловой и 1340 МВт нетто электрической). Как и «System 80+», APR1400 является двухпетлевой конструкцией (самой мощной в мире среди действующих и строящихся реакторов с водой под давлением) с двумя парогенераторами увеличенного размера (их вес у APR1400 – 775 тонн), аналогичными температурными характеристиками (температура теплоносителя на входе около 291 °C, на выходе – 324 °C), компенсатором давления увеличенного объема (68 кубометров), четырехканальной системой расхолаживания реактора и прочими «родовыми чертами» дизайна Combustion Engineering.

К отличиям APR1400 от базового американского прототипа относятся одинарный монолитный контайнмент с внутренней стальной облицовкой (в экспортном исполнении предусмотрена возможность двойного), более широкое внедрение электронных систем контроля и управления, измененная конфигурация верхнего блока реактора, иные углы некоторых патрубков, возможность использования ловушки расплава и так далее. Основные характеристики APR1400 укладываются в требования, предъявляемые к реакторам третьего поколения в США и Европе. В частности, проектный срок службы для этой РУ составляет 60 лет, КПД свыше 35 %, топливный цикл – 18 месяцев, частота повреждения активной зоны – 10–5 – 10–6 лет. Установка этого типа рассчитана на землетрясение магнитудой 6,9 и предельное ускорение на грунте 0,3 g. Срок сооружения головных энергоблоков APR1400 по плану должен составить 51 месяц, а последующих установок этой серии – 48 месяцев. Как ранее заявляли в Сеуле, стоимость строительства первых APR1400 в Корее превысит $ 2300/кВт, а в последующем она может опуститься ниже $ 1800/кВт.( стоимость строительства первого блока Нововоронежская АЭС-2  с реактором ВВЭР1200 примерно составляет $1500/кВт с учетом девальвации рубля на март 2016г. )

В настоящее время в Южной Корее строится три реактора APR1400, в ближайшие годы планируется приступить к сооружению еще пяти. (в январе 2016г. состоялся энергетический пуск первого реактора на АЭС Шан-Кори) Кроме того, четыре APR1400 предполагается пустить на планируемой в ОАЭ атомной станции «Барака». С лета 2012 года консорциум во главе с KEPCO ведет строительство первой очереди этой станции.(завершение строительства по планам 2017-2020 гг.) Кроме того, KEPCO предлагает APR1400 на других зарубежных рынках (пожалуй, ближе всех к рассмотрению предложение для планируемого в Финляндии четвертого энергоблока АЭС «Олкилуото»), а также предполагает в нынешнем году подать заявку на сертификацию APR1400 в США (подача документов планировалась в 2012 году, но была отложена). Пока в мире нет ни одного действующего реактора этого типа. Согласно планам первый из них будет пущен в конце текущего года на южнокорейской АЭС «Кори-2».

В Южной Корее также создается усовершенствованная версия APR1400 (известная как APR+), которая сохранит основные черты «System 80+», но будет иметь несколько увеличенную активную зону и большую мощность (порядка 1550 брутто и 1500 нетто). Принципиальным отличием этой конструкции станет применение пассивных систем безопасности, обеспечивающих в течение некоторого времени аварийное расхолаживание в отсутствии внешних источников энергии. В случае одобрения конструкции первые два таких реактора могут быть построены в составе энергоблоков №№ 7 – 8 АЭС «Кори-2».

Материальная независимость

В рамках освоения западных ядерных технологий происходит и локализации изготовления оборудования для атомных станций, а также подрядов на их строительство. С 1990-х годов корейские компании производят большую часть оборудования для строящихся в стране АЭС, включая зарубежные конструкции. Однако к полной локализации производства и прав интеллектуальной собственности они подошли только сегодня. Первые проекты с APR1400 предусматривали изрядную долю зарубежного участия, прежде всего Westinghouse – правопреемника компании-разработчика прототипной технологии. Так, в рамках ряда основных контрактов на строительство первых РУ этого типа – в составе энергоблоков №№ 3 – 4 АЭС «Кори-2», Westinghouse получила около четверти объема заказов. Другой пример – проект строительства АЭС «Барака», в ходе реализации которого американские компании могут получить заказы на сумму до $ 2 млрд. Первым проектом с APR1400, в рамках которого KEPCO практически не будет связана обязательствами по правам интеллектуальной собственности с Westinghouse, похоже, станет сооружение блоков № № 1–2 АЭС «Ульчин-2». Строительство первого из них началось в середине прошлого года.

Сеул, локализуя технологии, будет обеспечивать не только собственные проекты в ядерной отрасли, но отчасти и зарубежные рынки, учитывая унификацию этих технологий. К примеру, в конце 2011 года на одной из площадок в Тэджоне (на совместном предприятии Westinghouse и «дочки» KEPCO) стартовало производство элементов СУЗ для реакторов разработки Combustion Engineering. Производственные мощности завода рассчитаны на обеспечение энергоблоков с этими реакторами в Корее и за ее пределами. При этом, скажем, в США действует 18 блоков с конструкциями группы ABB – Combustion Engineering.

Неудачный брак

На фоне достаточно успешного освоения реакторных технологий с главной проблемой на пути создания самодостаточной ядерной индустрии республика столкнулась в сфере ЯТЦ. Дело в том, что еще на заре развития атомной энергетики в начале 1970-х годов Южная Корея заключила соглашение с США о сотрудничестве в ядерной сфере – так называемое «соглашение 123». Этот документ, получивший окончательную редакцию в 1973 году, предусматривает ряд ограничений на развитие атомной энергетики, прежде всего запрет на обогащение урана и переработку ОЯТ. Это соглашение стало настоящей головной болью для корейцев в силу ряда причин.

Прежде всего, с ростом масштабов ядерной генерации в Южной Корее стала актуальной проблема обращения с ОЯТ. Правительство уже одобрило строительство централизованного промежуточного хранилища, однако процесс реализации проекта длительный и этот объект может быть построен не раньше середины 2020 года. Тем временем мощности основных действующих пристанционных хранилищ, по некоторым прогнозам, будут исчерпаны уже к 2016 году, и решением проблемы могла бы стать переработка ОЯТ.

С учетом расширения ядерной энергетики немаловажны и вопросы издержек на топливо. Снятие запрета на переработку ОЯТ позволило бы увеличить эффективность использования импортного урана примерно на треть. Отмена ограничений на обогащение также сократила бы в конечном счете топливную составляющую.

Наконец, условия американо-корейского соглашения снижают конкурентоспособность Южной Кореи на международных рынках ядерных технологий. Скажем, проект строительства атомной станции в ОАЭ предусматривает поставку топлива для первых загрузок. Выполнение обязательств перед США требует дополнительных издержек на привлечение зарубежных поставщиков, учитывая отсутствие в Южной Корее ключевых переделов ЯТЦ. По данным ряда корейских источников, ежегодные дополнительные издержки KEPCO на обогащение урана за пределами Кореи составляют $300 млн. И эта проблема лишь частично снимается за счет международной кооперации: KEPCO имеет миноритарную долю в разделительных мощностях за рубежом (2,5 % во второй очереди завода Жорж-Бесс во Франции), а также долгосрочные соглашения на поставки услуг по обогащению. В результате покупатели корейских ядерных технологий активно играют на несамостоятельности страны в вопросах ЯТЦ, диверсифицируя поставки и тем самым отнимая у Южной Кореи часть потенциального рынка. Например, ОАЭ распределяют долгосрочные контракты по топливной составляющей среди разных зарубежных поставщиков.(Росатом должен начать поставки НОУ в Корею для изготовления топлива для ОАЭ в 2016г.)

К этому следует добавить, что практически весь потребляемый Южной Кореей уран покупается за рубежом. Нынешний уровень потребности Южной Кореи в уране (около 5 тыс. тонн в год) к началу следующего десятилетия увеличится примерно на 40 %. Единственная стадия ЯТЦ, по которой Республика Корея достигла самообеспечения, это фабрикация ядерного топлива как для легководных, так и для тяжеловодных реакторов.

В таком контексте Сеул уже несколько лет добивается от Вашингтона пересмотра условий старого соглашения, срок действия которого истекает в 2014 году. Однако, по данным корейских и американских СМИ, к весне нынешнего года переговоры по ключевым вопросам этого соглашения остаются по большому счету безрезультатными. США опасаются, что отступление от ограничений станет негативным прецедентом. Южная Корея, в свою очередь, упирает на то, что при пирохимической переработке ОЯТ, над которой уже давно активно работают корейские ученые совместно с американскими, выделение плутония в чистом виде затруднено, что снижает угрозу режиму нераспространения.

Перспективные наработки

Ангелы и демоны

Взгляд в будущее: зрелый оптимизм

Себестоимость производства электроэнергии на реакторах APR1400 ожидается на уровне 3 центов/кВт.ч, что примерно соответствует текущему значению по АЭС Южной Кореи в среднем. Такой ценовой уровень позволит атомным станциям сохранять статус самого дешевого в стране источника электроэнергии: выработка на угле обходится на 35 – 40 % дороже, на сжиженном природном газе – более чем в 3,5 раза, гидрогенерация (ГАЭС) – более чем в 4 раза. На этом фоне не удивительно, что Южная Корея планирует и дальше усиливать роль ядерной энергетики, причем эта стратегическая линия осталась неизменной после смены власти в стране в 2013 году.

В настоящее время на атомные станции приходится около четверти мощности южнокорейской электроэнергетики и треть объема производства электроэнергии. К началу 2020-х годов мощность АЭС, по планам государства, должна увеличиться с текущего уровня в 20,7 ГВт до более чем 30 ГВт, а их удельный вес в выработке – составить около 50 %. Согласно стратегии к 2030 году атомные станции станут преобладать в балансе генерации (около 60 %), при этом на 40 действующих к тому времени энергоблоков должно приходиться свыше 40 % (43 ГВт) мощности энергосистемы.

При этом Южная Корея рассматривает ядерную энергетику не только как основное средство обеспечения энергетической независимости страны, но и в качестве одной из ключевых экспортных отраслей на перспективу. В 2010 году правительство озвучило планы: заключить к 2030 году контракты на экспорт 80 реакторов, заняв примерно пятую часть соответствующего мирового рынка. Таким образом, Южная Корея, которая уже вошла в пятерку стран с крупнейшей ядерной генерацией, последовательно трансформируется из импортера в глобального поставщика ядерных технологий.

Ингард ШУЛЬГА