Теплоснабжение — социально значимый сектор экономики, на долю которого приходится свыше 40% потребляемого в стране топлива. Большая часть тепловой энергии – до 85% — и до 40% электроэнергии производятся в стране их комбинированной выработкой на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ). Как известно, этот способ экономически весьма эффективен при одновременном потреблении обоих видов энергии, вырабатываемых ТЭЦ.
Прогнозируя рост производства тепловой энергии к 2020 г. на 22-34% по отношению к 2000 г., Энергетическая стратегия России ставит задачу максимально возможного использования комбинированного производства электрической и тепловой энергии и технического перевооружения отрасли, в первую очередь за счет внедрения прогрессивных технологий генерации.
Как показывает анализ, большинство ТЭЦ до 2020 г. отработают свой ресурс, морально устареют и потребуют замены. Вместе с тем следует ожидать и существенного увеличения тарифов на электрическую и тепловую энергию, что определяется как непрерывным ростом цен на все виды органического топлива, так и увеличением стоимости строительства тепловых электростанций на органическом топливе в связи с ужесточением требований к охране окружающей среды.
Поэтому атомные энергоисточники, обладая существенными преимуществами, позволившими им успешно конкурировать в секторе электроэнергетики, могут и должны занять заметное место и в теплофикации.
Энергетическая стратегия России предписывает увеличение до 2020 г. годовой выработки тепловой энергии атомными энергоисточниками до 30 млн. Гкал при нынешней выработке менее 3 млн. Гкал. Для обеспечения этих требований НИКИЭТ совместно с рядом российских предприятий и региональных администраций сформулировал условия и разработал варианты реализации и внедрения атомных теплоэлектроцентралей (АТЭЦ).
Основное внимание было уделено анализу технических, экономических, экологических, социальных и правовых аспектов разработки и применения АТЭЦ, их конкурентоспособности, а также роли в обеспечении базовой части графика электрических нагрузок и экономии органического топлива.
Для конкретизации параметров будущих АТЭЦ был проведен технико-экономический анализ систем централизованного теплоснабжения Иваново, Ульяновска, Ярославля, Кургана, Архангельска, Вятки, Комсомольска-на-Амуре, Мурманска, Твери, Казани, Уфы, Ижевска и Хабаровска.
Определены их прогнозные характеристики и рост тепловых нагрузок до 2020 г., показатели работы оборудования на ТЭЦ и сроки их вывода из эксплуатации, технические решения и объемы капиталовложений для модернизации ТЭЦ, перспективные цены на органическое топливо и электроэнергию, экологические факторы, а также перспективность сооружения АТЭЦ и их экономическая эффективность.
Сейчас на разных стадиях разработки находятся реакторные установки ВК-300, ВБЭР-300, СВБР-75/100, предназначенные для теплофикационных энергоблоков. Они различаются по конструктивным принципам построения и обеспечения безопасности.
В наибольшей степени готова к промышленному производству разработанная по заказу Минатома РФ в НИКИЭТ совместно с ОКБ ГИДРОПРЕСС, ОКБ машиностроения и рядом других организаций реакторная установка ВК-300 с пассивным кипящим реактором и теплофикационный энергоблок на её основе. Установленная электрическая мощность установки в конденсационном режиме составит 250, а в теплофикационном режиме — 180 МВт, тепловая мощность оценивается до 400 Гкал/час.
Удельные капвложения оцениваются в 30 тыс. рублей в ценах 2005 года. Проектная себестоимость электроэнергии составит около 30 коп./кВт.ч, тепла — около 100 руб./Гкал, расчетный срок службы — 60 лет.
Высокие экономические показатели и практически гарантированная безопасность, обусловившие выбор реакторной установки ВК-300 и теплофикационного энергоблока на её основе, обеспечиваются предельным упрощением конструкции реактора, применением только пассивных систем безопасности, размещением реактора и турбоустановки в дополнительной защитной оболочке, а также базированием на используемом в отечественной атомной энергетике оборудовании.
Последствия всех возможных и нештатных ситуаций не выходят за пределы площадки станции, которая может располагаться на удалении 3 км от границ населенного пункта. Подключение энергоблока с ВК-300 к системе теплоснабжения — через контур теплообмена — не отличается от традиционных теплофикационных энергоблоков. Однако между этим контуром и точкой отбора пара от турбины имеется второй, промежуточный, водяной контур теплообмена. Давления в контурах подобраны таким образом, чтобы исключить попадание радиоактивности к потребителю тепла.
В указанных выше городах можно построить не менее 34 атомных теплофикационных энергоблоков с реакторной установкой ВК-300, которые будут эффективны по совокупности технико-экономических и коммерческих показателей. Средний срок их окупаемости с учетом дисконта в 5% составит в среднем около 10 лет. В частности, при сооружении двухблочной АТЭЦ с ВК-300 в Твери при прогнозируемых тарифах на электроэнергию и тепло и при указанной выше норме дисконта внутренняя норма доходности составит 19%.
Если в качестве альтернативного энергоисточника рассмотреть ТЭЦ на природном газе, то даже при его цене $60 за 1000 м3 себестоимость отпускаемой электроэнергии будет в 1,42 раза, а тепла в 1,67 раза больше, чем на АТЭЦ.
Если к 2020 году построить АТЭЦ в Архангельске и Казани (по 4 блока), а также в Воронеже, Иваново, Твери и Ульяновске (по 2 блока), то это позволит за счет вытеснения ТЭЦ, занимающих основную (более 50% в европейской части России) нишу в базовой части графика электронагрузок, на 24 млрд. кВт.ч в год расширить участие в электроснабжении атомных энергоисточников.
При этом будет ежегодно экономиться до 16 млрд. куб. м газа. Экспортный потенциал вытесненного за счет АТЭЦ газа при цене $240 за 1000 м3 газа составит до 3,8 млрд. долл. в год. Потенциал от продажи квот на выбросы углекислого газа даже при цене 10 долл. за тонну составит до 300 млн. долл. в год.
При соизмеримых капитальных вложениях и эксплуатационных затратах товарная продукция четырехблочной АТЭЦ с ВК-300 по сравнению с АЭС с ВВЭР-1000 будет на 60-70% больше.
Выполненный анализ позволяет прогнозировать целесообразность сооружения к 2030 году около 27 энергоблоков АТЭЦ с ВК-300. При этом ежегодное суммарное вытеснение газа к 2030 году достигнет 43 млрд. куб. м.
Финансирование сооружения АТЭЦ как объектов федеральной собственности, решающих важные социальные задачи, целесообразно осуществлять на основе государственно-частного партнерства.
В Федеральной целевой программе «Развитие атомного энергопромышленного комплекса России на 2007-2010 годы и на перспективу до 2015 года» предусмотрено широкое внедрение атомной теплофикации. Весьма важным при этом станет сооружение головной АТЭЦ.
В качестве головной наиболее перспективным представляется сооружение АТЭЦ в Архангельской области, где высока степень износа действующих ТЭЦ, работающих на дальнепривозном прогрессивно дорожающем топливе – это в основном мазут, энергосистема области изолирована от ЕЭС, а тарифы на тепло и электроэнергию для населения одни из самых высоких в стране. Кроме того, там сложная экологическая обстановка. Существенным обстоятельством является и положительное отношение населения к сооружению АТЭЦ.
Следует отметить, что Архангельская область является первопроходцем в освоении автономных атомных теплоэлектростанций. Сооружаемая в настоящее время на заводе Севмаш в Северодвинске плавучая атомная электростанция на базе судовых реакторных установок КЛТ-40с предназначена главным образом для электроснабжения завода и будет служить головной в серии малых плавучих автономных АТЭЦ, предназначенных для энергоснабжения прибрежных населенных пунктов в отдаленных северных и восточных районах.
Ее установленная электрическая мощность составит 7% от мощности будущей Архангельской АТЭЦ. Вполне очевидно, что эти два типа АТЭЦ, занимая каждый свою нишу, не конкуренты друг другу. Поэтому аргумент о нецелесообразности строительства региональных АТЭЦ только потому, что уже строится плавучая АТЭЦ с реакторной установкой КЛТ-40с для изолированных населенных пунктов, представляется несостоятельным.
К настоящему времени разработано обоснование инвестиций в сооружение в области четырехблочной АТЭЦ с ВК-300 с установленной электрической мощностью 1000 МВт и тепловой мощностью 1600 Гкал/ч. Предельная простота реакторной установки и энергоблока обеспечат достаточно быструю окупаемость затрат — 8 лет без учета дисконта и около 10 лет при норме дисконта 5%.
Базирование на освоенном промышленностью основном оборудовании и на производственных возможностях завода Севмаш по заводской сборке и испытаниям реакторной установки ВК-300 обеспечивает высокую готовность к сооружению Архангельской АТЭЦ.
Б. А. Габараев, Ю. Н. Кузнецов Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. Н. А. Доллежаля (НИКИЭТ)
