Роль ядерной энергетики в мире в контексте достижения углеродной нейтральности электрогенерации и её вклад в производство электроэнергии к 2050 году

Статья касается развития ядерной энергетики в контексте достижения углеродной нейтральности генерации электроэнергии на среднесрочную перспективу. Исследуется доля ядерной энергетики к 2050 в сценариях по удержанию прироста глобальной средней температуры в соответствии с температурной целью Парижского соглашения. Дается анализ прогнозам доли ядерной энергетики в мире к 2050-му году и оценивается возможный вклад ядерной энергетики в мировую электрогенерацию в 2050 г.

Ключевые слова: изменение климата, углеродная нейтральность, ядерная энергетика, Парижское соглашение по изменению климата, генерация электроэнергии, энергоблок, климатические сценарии.

Изменение климата — глобальная проблема, решением которой занимаются государства на международном уровне. Ущерб от климатических изменений в будущем может стать проблемой для развития мировой хозяйственной системы. Это коснется как развитых стран, так и тех, где современная экономика находится только на этапе формирования. В июне 2021 года во время прямой линии с президентом России Владимиру Путину был задан вопрос о том, «почему природа сошла с ума». Президентом подчеркнуто, что современная научная общественность не может ни подтвердить, ни опровергнуть роль вклада человеческой деятельности в климатические явления, но в любом случае следует минимизировать его влияние на окружающую среду [2].

В настоящее время в рамках Парижского соглашения принята политическая договоренность о поэтапном отказе от ископаемого топлива в энергетических системах и переход на низкоуглеродные источники энергии, чтобы к 2050 удержать прирост глобальной средней температуры до 1,5 ^о С, что также подразумевает достижение углеродной нейтральности, то есть чистых нулевых выбросов парниковых газов. В связи с этим в мире среди стран появилось движение за углеродную нейтральность. Более 110 стран выразили свою приверженность цели достижения углеродной нейтральности.

Для достижения углеродной нейтральности электрогенерации нужно использовать низкоуглеродные источники энергии. По данным МГЭИК (Межправительственная группа экспертов по изменению климата при ООН), такими источниками являются — ядерная энергия, ветер, солнце, вода. В течение жизненного цикла атомная энергетика производит 12 г СО2-экв. на кВтч, как и ветер, вода — 24 г СО2-экв. на кВтч, а солнце (солнечные модули) — 48 г СО2-экв. на кВтч, в то время как у угля — 820 г СО2-экв. на кВтч [5]. Исходя из этого, путь достижения углеродной нейтральности электроэнергетического сектора проходит через существенное увеличение доли атомной энергетики, а также возобновляемых источников.

Ядерная энергетика в 2022 году обеспечивала 9,2 % мировой электроэнергии, вырабатываемой 411 реакторами [7] (на июнь 2024 года в мире действует 416 реакторов, по данным базы PRIS (Power Reactor Information System), разработанной и поддерживаемой МАГАТЭ) [9]. Уголь занимает самую большую долю в 35,8 %, а вместе углеводородные источники составляют 61 % от всего производства электроэнергии в мире. Возобновляемая же энергетика составляет порядка 29,8 %.

Ядерная энергетика, как низкоуглеродный источник энергии, соответствует цели Парижского соглашения, однако ее роль в различных прогнозах и оценках очень разная. Существуют климатические сценарии, которые сделаны разными экспертными группами, институтами и др. и которые были проанализированы и отобраны МГЭИК. Сценарии изменения климата учитывают прогнозирования путей выбросов парниковых газов, которые создаются с помощью моделей комплексной оценки (IAM), которые изучают энергетические технологии, варианты использования энергии, изменения в землепользовании и социальные тенденции, которые вызывают или предотвращают выбросы парниковых газов. В сценариях есть возможные доли ядерной энергетики в мировой электрогенерации в 2050 году. Доля ядерной энергетики варьируется от 2 до 50 % в 2050 году (в основном сценарии сконцентрированы в диапазоне от 2 до 30 %) [6].

На основе сценариев и текущей политики стран создаются прогнозы доли определенных источников энергии в электрогенерации. В статье за основу взяты прогнозы МАГАТЭ и МЭА (Международного энергетического агентства). Прогнозы МАГАТЭ можно разделить на уровни — низкий подразумевает «низкий уровень» развития ядерной энергетики в будущем, а высокий подразумевает «высокий темп» или уровень развития ядерной энергетики в мире. В расчетах также использовались прогнозы различных организаций: IRENA (Международное агентство по возобновляемым источникам энергии), французской нефтегазовой компании TotalEnergies, британской нефтегазовая компания BP и DNV (Det Norske Veritas), норвежская компания, оказывающая услуги консалтинга и менеджмента риска, в том числе консалтинговые услуги в области энергоэффективности и возобновляемых источников энергии.

Прогноз также делается на общее количество выработки электроэнергии в мире, цифры которого очень разнятся. Например, в исследованных прогнозах диапазон составляет 50 000–89 800 тераватт-часов, а цифры выработанной с помощью ядерной энергетики электроэнергии находятся в диапазоне 2500–7158 тераватт-часов для 2050 года. В таблице 1 представлены 5 прогнозов (BP, низкий и высокий уровень развития ядерной энергетики МАГАТЭ, МЭА и IRENA) из 12 и медиана по всем исследуемым прогнозам [8].

Таблица 1

Самая высокая доля ядерной энергетики прослеживается только в прогнозах МАГАТЭ. В прогнозах МЭА на 2050 год доля ядерной энергетики составляет около 8 %. В прогнозах ожидается, что общий объем производства электроэнергии увеличится, по сравнению с уровнем 2022 г. То есть спрос на электроэнергию увеличится. В прогнозе New Momentum (NM) британской нефтегазовой компании «BP» доля ядерной энергетики уменьшается (до 4 %) и количество электроэнергии, выработанной при помощи ядерной энергии. Во всех остальных прогнозах количество выработанной электроэнергии с помощью ядерной энергии растет. Тем не менее, рост количества выработки не значит рост доли ядерной энергетики в мировой генерации электроэнергии. Диапазон доли ядерной энергетики в 2050 году варьируется от 4 % до 14,3 %. Медианное значение — 8,6 %.

По данным базы PRIS на май 2024 в мире 416 действующих энергетических реактора. 59 реакторов в данный момент строятся, а 25 реакторов приостановлены (в Японии и Индии). Будем считать, что никакие реакторы не будут выводить из эксплуатации, тогда к 2030 году в мире будет 500 реакторов. По данным Всемирной ядерной ассоциации, к 2040 году выведут из эксплуатации 66 реакторов [10], остается 434 реактора, также планируемые реакторы должны быть подключены к сети в течение 15 лет, то есть итого к 2040–2050 в мире будут эксплуатироваться 526 реакторов. По данным Всемирной ядерной ассоциации, предполагаемые 343 реактора не имеют точного периода строительства, но предположим, что к 2050 году эти реакторы подключены к сети и больше реакторов не выведено из эксплуатации, тогда на 2050 год в мире будет около 870 реакторов. Однако это очень оптимистичный подход, поскольку прогнозируемые реакторы не имеют конечного и начального срока строительства, как и подтверждения начала каких-либо работ. Поэтому в итоге, если считать без предполагаемых, то получается 526 реакторов.

Оцененное потенциальное количество реакторов к 2050 году может составить 870 энергоблоков. Если предположить, что мощность каждого составляет 1ГВт(э) (мощности варьируются, но взято среднее значение). «GE (General Electric) отмечает, что типичный атомный блок мощностью 1000 МВт (1ГВт(э)) обеспечивает 8 тераватт-часов электроэнергии в год» [4]. По данным же МАГАТЭ, в 2022 году 411 реакторов выработали 2545 тераватт-часов электроэнергии, что дает 6,2 тераватт-часов в год на один реактор. Таким образом, средний результат будет порядка 7 тераватт-часов в год на один энергоблок мощностью 1ГВт(э).

Исходя из этого, 870 атомных энергоблоков могут произвести около 6000 тераватт-часов в год в 2050 году, что составит 11 % от общего объема электроэнергии в мире (56 404,5 тераватт-часов). Если рассматривать реакторы без «прогнозируемых», то будет 526 реакторов, что дает 3661 тераватт-часов выработки, что коррелирует с прогнозом МАГАТЭ, где выработка ядерной энергетики составляет 3901 тераватт-час и составляет 7,8 % от общего объема электроэнергии.

Сценарии с увеличением температуры до 1,5°C в основном сконцентрированы в диапазоне в 80–90 % возобновляемых источников и 5–10 % ядерной энергетики. Еще отмечены сценарии до 1,5°C, где доля ядерной энергетики находится в диапазоне 25–30 %, а доля возобновляемых источников — 35–40 % [6]. Если рассматривать сценарий до 1,5°C, где доля ядерной энергетики составляет 25 %, то для этого потребуется порядка 2014 реакторов установленной мощностью 1 ГВт(э) каждый, что маловероятно в нынешних условиях.

На конференции СОР28 в декабре 2023 года была подписана Декларация, цель которой состоит в трехкратном увеличении мировых ядерных генерирующих мощностей к 2050 году. Декларацию подписали 22 страны. Россия и Китай декларацию не подписали, однако «Росатом» заявил о присоединении к инициативе по трехкратному увеличению мировых ядерных генерирующих мощностей [3].

Трехкратное увеличение (если брать медианные показатели) равно 7840 тераватт-часам в 2050 году, что составляет порядка 14 % доли ядерной энергетики в мире и соответствует прогнозу высокого развития МАГАТЭ, где доля ядерной энергетики составляет 14,3 %. Для реализации Декларации понадобится порядка 1120 энергоблоков установленной мощностью в 1 ГВт(э) к 2050. Пока по самым оптимистичным прогнозам в 2050 году может эксплуатироваться только 870 реакторов, поэтому в нынешних условиях доля ядерной энергетики будет меньше 14 %.

К 2050 году для ядерной энергетики спрогнозирована доля максимум в 14,3 % в очень оптимистичных подходах, а в среднем составит около 8 %, что меньше показателя 2022 года (9,2 %). Роль ядерной энергетики в достижении углеродной нейтральности к 2050 году будет весьма умеренной. Подписание Декларации 22 странами в декабре 2023 года в рамках COP28 об утроении мировых генерирующих мощностей атомной энергетики и её реализация, может позволить ядерной энергетике внести существенный вклад в борьбу с изменением климата.

Исходя из сценариев и прогнозов, возобновляемые источники точно будут развиваться, поскольку нужно будет заменить освободившиеся от углеводородов мощности и удовлетворить спрос. Чтобы ядерная энергетика внесла существенный вклад в изменение климата нужно, чтобы ее вклад в мировую электрогенерацию увеличился в три раза. Однако у ядерной энергетики есть некоторые сложности: невозобновляемый источник энергии при открытом ядерном топливном цикле, негативное общественное мнение в связи радиофобией, проблема накопления радиоактивных отходов, озабоченность возможным перерастанием «мирного атома» в создание ядерного оружия и высокие капитальные затраты при строительстве АЭС и длительные сроки возврата инвестиций окупаемости АЭС.

При решении сложностей предполагаются определенные перспективы ядерной энергетики: увеличение числа реакторов на быстрых нейтронах и замыкание ядерного топливного цикла, увеличение количества ядерных энергоблоков малой мощности, достижение синергии между ядерной и возобновляемой энергетикой и вклад ядерной энергетики в мировую электрогенерацию около 14 %. При условии преодоления отмеченных в статье сложностей ядерная энергетика может внести существенный вклад в борьбу с изменением климата и в достижение углеродной нейтральности электрогенерации.

1. Парижское соглашение // United Nations Framework Convention on Climate Change, 11.2015. [Электронный ресурс]. URL:https://unfccc.int/files/meetings/paris_nov_2015/application/pdf/paris_agreement_russian_.pdf
2. Путин объяснил, почему природа «сошла с ума» // РБК, 30.06.2021. [Электронный ресурс]. URL: https://www.rbc.ru/politics/30/06/2021/60dc5f4d9a7947e9e3860da4
3. Росатом присоединился к Заявлению представителей мировой атомной отрасли Net Zero Nuclear Industry Pledge // Росатом, 06.12.2023. [Электронный ресурс] URL: https://rosatom.ru/journalist/news/rosatom-prisoedinilsya-k-zayavleniyu-predstaviteley-mirovoy-atomnoy-otrasli-net-zero-nuclear-industr/
4. General Electric выпустила позиционный доклад «Атомная энергия — важнейший столп безуглеродного будущего» // Атомная Энергия 2.0., 25.06.2021. [Электронный ресурс]. URL: https://www.atomic-energy.ru/news/2021/06/25/114971
5. Carbon Dioxide Emissions From Electricity // World Nuclear Organization, 2022. [Электронный ресурс]. URL: https://www.world-nuclear.org/information-library/energy-and-the-environment/carbon-dioxide-emissions-from-electricity.aspx
6. Climate Change and Nuclear Power report // International Atomic Energy Agency, 2022. [Электронный ресурс]. URL: https://www.iaea.org/topics/nuclear-power-and-climate-change/climate-change-and-nuclear-power-2022
7. Energy, Electricity and Nuclear Power Estimates for the Period up to 2050 // International Atomic Energy Agency, 2023. [Электронный ресурс]. URL: https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/RDS-1–43_web.pdf
8. Energy, Electricity and Nuclear Power Estimates for the Period up to 2050 // International Atomic Energy Agency, 2023. [Электронный ресурс]. URL: https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/RDS-1–43_web.pdf; Analysis_by_sector_scenario.pdf; World Energy Transition Outlook 2023 // IRENA, 06/2023. [Электронный ресурс]. URL: https://www.irena.org/Publications/2023/Jun/World-Energy-Transitions-Outlook-2023; Bp Energy Outlook 2023 Edition // BP p. l.c., 2023. [Электронный ресурс]. URL: https://www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/pdfs/energy-economics/energy-outlook/bp-energy-outlook-2023.pdf; World Energy Outlook 2023 // International Energy Agency, 10.2023. P. 279–289. [Электронный ресурс]. URL: https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2023
9. The Database on Nuclear Power Reactors // The Power Reactor Information System (PRIS), 2024. [Электронный ресурс]. URL: https://pris.iaea.org/pris/home.aspx
10. World Nuclear Power Reactors & Uranium Requirements // World Nuclear Association, 2024. [Электронный ресурс]. URL: https://world-nuclear.org/information-library/facts-and-figures/world-nuclear-power-reactors-and-uranium-requireme.aspx