Поводження з ВЯП: Потужності з переробки скорочуються, але стає більше сховищ
28.01.2022
Одним з найпотужніших аргументів критиків атомної енергетики є необхідність переробки та захоронення відпрацьованого ядерного палива (ВЯП) та радіоактивних відходів (РАВ). Саме на проблемі поводження з ВЯП та РАВ будують свою риторику противники включення ядерної енергетики у Таксономію ЄС, яка визначає екологічно стійкі види економічної діяльності та покликана стати важливим фактором для нарощування інвестицій у такі види діяльності. Тож вирішення питання безпечного та ефективного поводження з радіоактивними матеріалами є ледь не ключовою умовою для подальшого розвитку атомної енергетики. Актуальності питанню додає кількість нових блоків, які наразі будуються у світі, а також плани з будівництва атомних енергоблоків, оголошені країнами, які раніше не мали власних АЕС. І все це відбувається на тлі скорочення світових потужностей з переробки ВЯП. Але водночас зростають потужності з виробництва систем для довгострокового та безпечного зберігання ВЯП. InfoAtom проаналізував останні світові тенденції у сфері поводження з відпрацьованим ядерним паливом.
Відкритий та закритий цикли
Нагадаємо, що у світі використовуються дві стратегії поводження з відпрацьованим ядерним паливом з енергетичних реакторів. Зі стратегії поводження походять такі поняття як «відкритий» (разомкнений) та «закритий» (замкнений) паливні цикли.
У «відкритому» циклі ВЯП розглядається як відходи і підлягає геологічному захороненню.
У «замкненому» паливному циклі (включаючи «частково замкнутий» цикл, який передбачає так зване відкладене рішення) відпрацьоване ядерне паливо розглядається як цінна вторинна сировина, що містить до 97 % ядерних матеріалів, які можуть бути ефективно використані в реакторах наступного покоління.
У варіанті відкритого циклу відпрацьоване паливо зберігається протягом кількох десятиліть, щоб зменшити теплоту розпаду, після чого воно інкапсулюється у міцний, стійкий до корозії контейнер для захоронення в глибокому геологічному сховищі.
У замкнутому циклі відпрацьоване паливо переробляється з метою відновлення цінних матеріалів (урану і плутонію).
Наразі країнами, які експлуатують великі переробні потужності, є Франція, Індія та Російська Федерація. Раніше два заводи з переробки ВЯП мала Велика Британія, але перший з них - NDA THORP зупинився у 2018 році, а завод NDA Magnox Reprocessing у британському Селлафілді припинив свою роботу кілька тижнів тому.
Натомість у Китаї вже функціонує пілотний завод з переробки ВЯП і планується розгортання промислової переробки відпрацьованого палива.
Японія планує ввести в експлуатацію свій завод з переробки ВЯП та виробництва MOX-палива Rokkasho Nuclear Fuel Reprocessing Facility у 2024 році.
Таким чином, країни, які експлуатують атомні електростанції, наразі можуть скористатись послугами з переробки палива, які надають Франція та Російська Федерація. До недавнього часу до таких країн належали Бельгія, Болгарія, Угорщина, Чеська Республіка, Німеччина, Італія, Японія, Нідерланди, Словаччина, Іспанія, Швеція та Швейцарія. При цьому радіоактивні відходи, які утворювались під час переробки ВЯП, відправлялись назад до країни, звідки походить відпрацьоване паливо.
Ще донедавна Україна також відправляла ВЯП на переробку до РФ, але, як повідомляв НАЕК «Енергоатом», з 2022 року наша країна почне відправляти відпрацьоване паливо з трьох своїх АЕС (Рівненської, Южно-Української та Хмельницької) на Централізоване сховище відпрацьованого ядерного палива. Докладніше про українське ЦСВЯП мова піде нижче.
Повертаючись до наявних у світі потужностей з переробки ВЯП слід зазначити, що за даними МАГАТЕ вони скоротились після закриття британських заводів більш ніж у двічі – з 4400 тон важких металів на рік до 2000 тисяч тонн. Наразі 1600 тонн важких металів можуть переробляти два французькі заводи у комуні Ла-Аг (La Hague) та 400 тонн на рік російське радіохімічне підприємство «Маяк» у Челябінській області.
Як зазначається в опублікованому на початку 2022 року звіті МАГАТЕ «Статус і тенденції у сфері поводження з відпрацьованим паливом та радіоактивними відходами», більшість країн, які експлуатують АЕС наразі зупинились на «відкритому» паливному циклі, і лише п’ять країни з потужними ядерними програми - Франція, Російська Федерація, Японія, Індія та Китай мають замкнений паливний цикл або рухаються у напрямку набуття відповідних можливостей. Проте, є й країни, які залишають свої можливості відкритими.
За даними МАГАТЕ, серед країн, які відправляють ВЯП зі своїх АЕС на переробку до інших держав, зараз залишаються лише Болгарія, Угорщина та Нідерланди.
Раніше відправляли на переробку до інших країн або переробляли самі, але зараз припинили це робити: Бельгія, Велика Британія, Чехія, Фінляндія, Німеччина, Україна, Словаччина, Іспанія, Швеція, Швейцарія, а також США.
Планують довгострокове зберігання відпрацьованого ядерного палива у сховищах різного типу: Бельгія, Велика Британія, Канада, Китай, Чеська Республіка, Німеччина, Угорщина, Румунія, Словаччина, Словенія, Іспанія, Україна, Швейцарія, Туреччина, США.
Фінляндія та Швеція використовують концепцію утилізації ВЯП «KBS-3», яка була розроблена Шведською компанією з управління ядерним паливом і відходами (SKB) у тісній співпраці з фінською компанією Posiva. Метод KBS-3 полягає в інкапсуляції відпрацьованого палива в корозійно-стійких мідних каністрах і закладенні їх у глину в тунелях геологічного сховища на глибині до 500 метрів нижче рівня землі.
Таким чином Україна опинилась серед більшості, країн, які експлуатуючи АЕС обрали так зване «відкладене рішення», яке передбачає тривале безпечне зберігання відпрацьованого палива у проміжних сховищах без захоронення або переробки.
При цьому залишають питання поводження з ВЯП відкритими або не виключають перегляду стратегії поводження наступні країни: Аргентина, Бразилія, Бельгія, Нідерланди, Мексика, Південна Корея.
«Мокре» та «сухе» зберігання
Як зазначають експерти МАГАТЕ, краща стратегія поводження з усіма радіоактивними відходами полягає в тому, щоб утримувати (обмежувати радіонукліди у межах матриці відходів, упаковки та сховища) та ізолювати їх від навколишнього середовища. При цьому утилізація визначається як розміщення радіоактивних відходів (до яких окремі країни відносять і ВЯП) в об'єкті зберігання без планів подальшого вилучення.
Що стосується погляду на ВЯП, як на сировину для подальшої переробки, то відсутність достатніх потужностей з переробки та утилізації відпрацьованого ядерного палива сформували попит на додаткові тимчасові сховища ВЯП по усьому світу.
Оператори АЕС у різних країнах довели, що з відпрацьованим ядерним паливом та радіоактивними відходами можна безпечно та надійно поводитися за допомогою перевірених рішень для тимчасового зберігання. Частина країн, які експлуатують атомні енергоблоки, вирішують проблему тимчасового зберігання будуючи нові сховища безпосередньо на майданчиках АЕС, частина створює окремі об’єкти для зберігання ВЯП або будують централізовані сховища. До речі, Україна комбінує ці два підходи, адже на Запорізькій АЕС з початку нульових років функціонує пристанційне сховище ВЯП, а для інших трьох АЕС побудовано Централізоване сховище відпрацьованого ядерного палива.
Раніше найбільш розповсюдженою була «мокра» технологія зберігання ВЯП у сховищах типу AFR, тобто розташованих поза межами атомного енергоблока (AFR – away from reactor), але згодом були розроблені різні види «сухого» зберігання, які наразі мають широке розповсюдження.
Зупинимось детальніше на типах сховищ для ВЯП, які наразі використовуються у світі.
Аргентина експлуатує «мокре» сховище ВЯП типу AFR.
Бельгія використовує як «мокру», так і «суху» технології на двох пристанційних сховищах ВЯП.
Бразилія - сухе зберігання в контейнерах на пристанційному сховищі.
Болгарія – «мокре» сховище типу AFR експлуатується, «сухе» - на стадії будівництва.
Канада має «сухі» сховища ВЯП на кожній АЕС.
Чехія – «сухе» зберігання на АЕС.
Франція - «мокре» зберігання на АЕС, «мокре» зберігання на переробних заводах перед переробкою.
Німеччина - «сухі» пристанційні сховища на АЕС і одне центральне «мокре» сховище.
Угорщина - модульне сховище сухого типу поблизу АЕС «Пакш».
Японія - «сухе» зберігання на пристанційних сховищах АЕС та центральне «сухе» сховище, планується «вологе» зберігання на переробному заводі.
Південна Корея – «сухе» сховище на одній з АЕС.
Нідерланди - «мокре» зберігання на АЕС перед транспортуванням до Франції на переробку.
Фінляндія – «мокре» зберігання на АЕС перед утилізацією у геологічному сховищі.
Російська Федерація - «мокре» зберігання на переробних підприємствах перед переробкою, для реакторів типу РБМК є сховища для «мокрого» та «сухого» зберігання.
Словаччина – «мокре» зберігання на пристанційному сховищі АЕС.
Іспанія – «сухе» зберігання на пристанційних сховищах АЕС, будується Централізоване сухе сховище за технологією компанії Holtec International.
Швеція - центральне «мокре» сховище на одній АЕС.
Швейцарія - «мокре» та «сухе» зберігання на АЕС, а також «сухого» зберігання в контейнерах на централізованому сховищі ZWILAG.
Україна – «сухе» сховище на ЧАЕС (СВЯП-2 за технологією Holtec International), «сухе» пристанційне сховище на Запорізькій АЕС та Централізоване сховище відпрацьованого ядерного палива з Рівненської, Южно-Української та Хмельницької атомних електростанцій.
Велика Британія - «мокре» зберігання в централізованому сховищі перед переробкою, «сухе» пристанційне сховище на АЕС.
США – «сухі» пристанційні сховища та «сухі» сховища на окремих майданчиках, одне «мокре» сховище, у планах будівництво двох централізованих сховищ ВЯП за «сухою» технологією.
Експерти МАГАТЕ наголошують, що для того, щоб адекватно планувати довгострокове поводження з ВЯП та РАО вкрай важливим є прогнозування їхньої кількості у майбутньому. Це завдання, яке потребує пильної уваги, особливо для держав з численними і різноманітними видами діяльності, які призводять до створення РАВ, і з багатьма різними організації, які займаються його виробництвом та управлінням. Важливо робити прогнози щодо майбутніх відходів і оновлювати їх через регулярні проміжки часу.
Також в МАГАТЕ наголошують, що потенційне впровадження нових типів реакторів і передових паливних циклів може вплинути на поводження з відходами в країнах, які впроваджують такі технології. Наприклад, ширше розгортання реакторів на швидких нейтронах і пов’язаних із ними замкнутих паливних циклів могло б значно зменшити обсяг і токсичність ВЯП та РАО, тим самим зменшивши необхідну площу майбутніх глибоких геологічних сховищ (deep geological repository - DGR) для РАО, які утворяться після переробки ВЯП.
Варто також зазначити, що наразі експерти у сфері розробки систем для зберігання ВЯП працюють над вирішенням проблем зберігання нових видів тепловиділяючих збірок, адже конструкція ядерного палива постійно еволюціонує, і у ньому використовуються нові матеріали.
У своєму звіті МАГАТЕ наголошує, що у світі досягнуто значного прогресу в безпечному та ефективному поводженні з ВЯП та радіоактивними відходами. Цей висновок безпосередньо стосується і нашої країни.
Досвід США та українське ЦСВЯП
Як повідомляється у звіті однієї з провідних компаній з дослідження та аналізу ринку ядерної промисловості США - UxC LLC, станом на кінець 2021 року у Сполучених Штатах в експлуатації перебували 3600 систем «сухого» зберігання ВЯП. Це на 229 систем зберігання більше, ніж на кінець 2020 року. В цих системах (контейнерах) зберігається понад 156 600 одиниць ВЯП та деякі РАО.
За даними UxC LLC, тільки у США протягом минулого року було введено в експлуатацію 185 систем зберігання, розроблених та виготовлених компанією Holtec International. Підкреслимо – 185 з 229 систем, введених у країні протягом минулого року. Станом на січень 2022 року ВЯП з 42 атомних енергоблоків США зберігається у системах Holtec.
Загалом, на початок 2022 року у США в експлуатації перебували 1611 систем зберігання відпрацьованого палива виробництва Holtec, у яких зберігались понад 82,5 тис. відпрацьованих паливних збірок з американських АЕС.
Очевидно, що компанія Holtec є беззаперечним лідером у США в сфері розробки та виробництва систем зберігання ВЯП. І це ще раз доводить: Україна прийняла обґрунтоване та зважене рішення при виборі технології для Централізованого сховища відпрацьованого ядерного палива з українських АЕС, яке побудовано за технологією саме цієї компанії.
Як повідомляв InfoAtom, 24 січня 2022 року було завершено автономні випробування систем ЦСВЯП у холодному режимі, які тривали майже два місяці. І з 26 січня до 4 лютого цього року на Централізованому сховищі відпрацьованого ядерного палива проводяться комплексні холодні випробування – без палива. В «Енергоатомі» очікують, що перші контейнери з ВЯП з Южно-Української АЕС будуть доставлені на ЦСВЯП у квітні поточного року.
Holtec розробила для українського ЦСВЯП системи зберігання та транспортування відпрацьованого ядерного палива з реакторов типу ВВЕР, інноваційну систему транспортування контейнерів і низку допоміжних засобів з перевіреними характеристиками глибокого захисту. Проєктний термін експлуатації ЦСВЯП становить 100 років, проте він може бути в рази довшим.
Початкова угода між Holtec та «Енергоатом» передбачає постачання 90 систем зберігання, п’ять транспортних контейнерів, три перевантажувальні контейнери, п’ять залізничних вагонів та низку допоміжного обладнання. Все обладнання, необхідне для завершення першого завантаження, наразі вже доставлено в Україну.