Н.С. Хлопкін, академік РАН (РНЦ «Курчатовський інститут»)
Атомну енергетику відрізняють від енергетики на органічному паливі два найважливіших властивості: дуже висока концентрація енергії і виділення її без споживання кисню.
Ці її властивості дозволяють мати надводним і підводним морських кораблів і суден з атомними енергетичними установками характеристики, не досяжні при використанні органічного палива, а саме: можливість довго працювати на великих рівнях потужності без дозаправки паливом і заходу в порти, а також працювати під водою не спливаючи на поверхню.
У зв'язку з цим наприкінці п'ятдесятих - початку шістдесятих років минулого сторіччя у всьому світі почалося проектування атомних контейнеровозів, супертанкерів, криголамів, вантажних, пасажирських, дослідних суден. Здавалося, настає ера атомного флоту, що володіє видатними якостями.
Суть пріоритету ядерних суден була не в економії органічного палива. Весь морський флот споживає його значно менше, ніж автомобільний транспорт, і практично не робить скільки-небудь помітного впливу на загальне споживання органічного палива.
Суть пріоритету ядерних судів - їх нові якості.
У нашій країні після проведення грунтовних досліджень було встановлено, що переваги морської атомної енергетики реалізуються кращим чином у двох типах надводних суден, які тривалий час працюють у відриві від портів - на криголамах і кітобазах. Наприкінці 1953 р. було прийнято постанову Уряду про розгортання робіт з будівництва атомного криголама, а в наступному - атомної кітобази. Але через кілька років проектування кітобази було зупинено. У цей час холодної війни випробування ядерної зброї в атмосфері приводили до випадання радіоактивних опадів практично по всій земній кулі, в тому числі поблизу берегів Антарктиди, де вівся основний промисел китів. Китів обробляли на відкритих палубах, де їх м'ясо і жир могли бути забруднені випадають з атмосфери радіонуклідами. Не всі повірять, що забруднення китів на атомному судні не пов'язано з реакторною установкою, до того ж незабаром були скорочені квоти видобутку китів, потім їх здобич була повністю заборонена у водах Антарктики. Так що згортання робіт з атомної кітобазе було правильним.
Першим у світі цивільним атомним судном, введеним в експлуатацію в 1959 р., був криголам «Ленін», який представлений на рис. 1.
Криголам відразу ж був направлений на найважчі ділянки Північного морського шляху для проводки караванів суден. Завдяки небаченою для криголамів потужності - 44000 к.с. терміни навігації в Арктиці були розширені більш ніж в 2 рази, підвищено швидкості проводки суден та безпеку їх плавання, розгорнуті нові способи доставки вантажів на необладнані причали (вивантаження вантажів на пріпайний лід з наступною доставкою їх споживачам автотранспортом). За кордоном цивільні атомні суду були введені пізніше: в 1962 р. американське вантажно-пасажирське судно «Саванна»; в 1968 г.немецкое вантажне судно «Отто Ган»; в 1974 р. японське дослідне судно «Муцу».
Усі зарубіжні атомні суду були демонстраційними. При їх експлуатації не ставилося завдання досягти конкурентоспроможності з аналогічними судами на органічному паливі. Головною метою було накопичення досвіду у вирішенні проблем атомного судна - надійності та безпеки енергоджерела, ресурсу обладнання та визначення фактичних витрат на всіх стадіях життєвого циклу судна, включаючи і ремонт.
Ці завдання були вирішені. Після цього в Німеччині та Японії розроблялися проекти атомних суден комерційного призначення, але будівництво атомних суден другого покоління було здійснено тільки в нашій країні.
Каменем спотикання подальшого розвитку цивільних атомних суден виявилася, головним чином, процедура заходу їх в іноземні порти. В основному вона була сформована в процесі експлуатації американського судна «Саванна» і закріплена надалі в міжнародних угодах.
Процедура передбачала захід в іноземні порти за двосторонніми угодами. Вона включала необхідність завчасного, за кілька місяців до заходу в порт, подання приймаючій стороні інформації про атомний судні в обсязі, достатньому для того, щоб портові власті могли переконатися в безпеці для порту, а в самому порту створити особливу інфраструктуру - спеціальний причал, безперервне чергування буксирних засобів, здатних видалити з порту аварійне судно, підготувати засоби для радіаційного обстеження судна перед заходом в порт.
Незважаючи на відповідність атомних суден стандартам та рекомендаціям найбільш престижних класифікаційних товариств, часто переговори перед заходом у порт були тривалими і втомливими. По суті справи, проводилося ліцензування заходу в кожен порт.
Плавання по двостороннім угодам виявилося важко сумісним з комерційною експлуатацією атомних суден. У будь-яких справах вигода і ризик повинні бути збалансовані. У процедурі заходу в порт ризику піддається в основному сторона, що приймає, а вигода дістається, головним чином, оператору атомного судна. Звичайно, вантажні операції приносять прибуток і порту, проте завчасно оцінити їх важко. Треба також враховувати, що і величини допустимого ризику можуть значно відрізнятися для країни прапора та приймаючої сторони.
На конкурентоспроможність атомних судів також впливає необхідність мати особливу інфраструктуру, що включає їх базове обслуговування та підготовку кадрів, аналогічну підприємству «Атомфлот» в Мурманську. У міру зростання числа атомних суден значимість цих факторів знижується, і в процесі становлення громадянського атомного флоту багато проблем легше вирішуються в країнах, що мають атомний військово-морський флот (як це було з американським судном «Саванна») або атомні електростанції на узбережжях.
Зараз уже в усьому світі визнано, що атомна енергетика суднова реалізує свої переваги найкраще на криголамному флоті. Наша країна усвідомила це раніше за інших. Криголами довгостроково працюють у відриві від портів. Для роботи в льодах потрібні значні потужності, не завжди досяжні на звичайній енергетиці. Відхід з траси для дозаправки паливом пов'язане зі значними збитками.
Атомний криголам «Ленін» практично з перших кроків добре зарекомендував себе на трасах Північного морського шляху як надійний засіб забезпечення проводки караванів суден в льодах. Він колов не тільки льоди, але й недовіру людей до нового виду морської енергетики. У 1964 р. було розпочато проектування ядерної енергетичної установки другого покоління. Першим з нової ядерної енергетичної установкою почав експлуатуватися а / л «Ленін» з 1970 р., а з 1975 р. а / л «Арктика», потужність машин якого була підвищена до 75 тис. к.с. Таких криголамів було побудовано ще чотири. Всі вони двухреакторние. Пізніше було збудовано ще два однореакторних атомних криголама з обмеженою осадкою для роботи в гирлах сибірських річок. У загальній складності було побудовано 8 атомних криголамів.
На додаток до криголама в 1988 р. було введено в експлуатацію лихтеровоз льодового класу водотоннажністю 61 тис. т і потужністю машин 40 тис. к.с. Йому необов'язково заходити в порт, він призначений доставляти вантажі в ліхтерах - несамохідних баржах. Ліхтери зазвичай вивантажуються на рейді, і до споживачів доставляються буксирами. Передбачалося, що лихтеровоз можна буде вивести на міжнародні траси.
Атомні криголами перетворили Північний морський шлях до нормально діючу магістраль із загальним потоком вантажів 6.8 млн. т на рік. У західному секторі Арктики навігація стала цілорічної. Були підвищені і швидкості проводки суден та безпеку, виключені випадки зимівлі суден в льодах. Можливості атомних криголамів демонструються щорічними круїзами туристів на криголамах до Північного полюса.
Ще не отримали розвитку транзитні перевезення вантажів з Європи до Азії в два рази коротшим шляхом в порівнянні з південними морями. Тут з-за зміни льодової обстановки коливання в доставці вантажів могли досягати двох тижнів, що виявилося неприйнятним з комерційних міркувань.
В даний час ядерні енергетичні установки на 5 криголамах виробили призначений ресурс 100000 годин роботи на потужності. У тому числі на а / л «Ленін», який після 30 років експлуатації виведений зі складу флоту. У криголамів передбачається продовження ресурсу ЯЕУ до 150000 годин. Мурманське морське пароплавство підійшло до вирішення цього завдання дуже розумно. У прискорену експлуатацію був введений а / л «Арктика». Успішна робота його ЯЕУ протягом 160 000 годин підтверджує реальність ресурсу установок 150 000 годин всіх криголамів, а для а / т «Арктика» встановлено новий рубіж - 175000 годин При встановленому ресурсі ЯЕУ 150000 годин число діючих криголамів буде знижуватися починаючи з 2011 р., а в 2015 р. їх залишиться всього два - «Ямал» і «50 років Перемоги». Можливо залишити 3, якщо відремонтують а / л «Сибір». За умови продовження ресурсу до 175000 годин після 2019 р. залишиться в строю лише 2 атомних криголама.
Навіть якщо зараз почнеться проектування нових атомних криголамів (на рівні міністерств рішення про це вже приймалися, але коштів не виділялося), то нові криголами увійдуть до складу флоту не раніше 2015 р.
Зараз вантажообіг по Північному морському шляху в результаті перебудови впав в 2-3 рази. Для забезпечення перевезення норильської руди, Ігарський лісу, вантажів Північного завезення достатньо 2-3 атомних криголамів. Але в Західному секторі Арктики очікується значне збільшення нафтоперевезень, для чого буде потрібно ще 3-4 атомних криголама.
Минулі 10-15 років льодова обстановка в Арктиці покращилася. Але ніхто не знає, в якій мірі посилення танення льодів викликаний природними циклами, і в якій - парниковим ефектом. Чи це тимчасове явище чи воно буде продовжуватися і приведе до істотної зміни температур та клімату в Арктиці. На цей рахунок немає єдиної думки. Багато хто не погоджуються з твердженням, що ми маємо справу з необоротними процесами. Впродовж тривалих періодів кліматичні та льодові умови в Арктиці не зазнавали докорінних змін, хоча їх коливання часом виявлялися дуже вражаючими.
Пропонований ООН розділ простору Арктики.
Незважаючи на цю неясність, вже сьогодні відбувається справжня гонка за просторами і величезними ресурсами Арктики. Інвестори, спокушені підводними родовищами нафти і газу, і натхнені прогресом техніки, поспішають освоїти все більш північні родовища. Наближається великий переділ Арктики між прибережними державами, один з варіантів цього переділу наведено на рис. 5.
Тануть полярні льоди відкриють доступ не тільки до величезних родовищ органічного палива, але і до інших скарбів - зручним морськими шляхами, новим великим маршрутами, новим можливостям для рибальства. Світ отримає літнє сезонне судноплавне простір майже в 5 разів більше, ніж у Середземному морі.
Але дрейфуючі крижані поля збережуться навіть влітку. Необхідно буде забезпечувати безпеку і планомірну доставку до заданого терміну зростаючого потоку вантажів і зростаючої кількості караванів судів. На цих маршрутах зросте потреба в криголамному забезпеченні і для облаштування промислів, їх захист від дрейфуючих льодів і айсбергів.
Коли за багатства Арктики почнуться неабиякі суперечки, наша присутність на великому просторі буде незаперечним і очевидним, якщо ми будемо мати атомний криголамний флот. Для цього, мабуть, буде достатньо мати 5-7 атомних криголамів.
Для вирішення складних інженерних проблем освоєння родовищ запропоновані і нетрадиційні технічні рішення. Глибини моря в районах найбільших родовищ - Русанівського, Ленінградського перевищують 100 м, а в районі Штокманівського родовища 300м.
Значні глибини, складна льодова обстановка, несприятливий вітрової, хвильової, світловий і температурний режими сильно ускладнюють освоєння родовищ з звичайних платформ, маса яких досягає 1.5 млн. т. Є пропозиції створити тут підводний підлідну систему видобутку вуглеводнів, обладнану атомними енергетичними установками, що працюють цілий рік, незалежно від льодової обстановки. Вона грунтується на технології, відпрацьованої при створенні вітчизняного атомного підводного флоту, а також на досвіді газового і нафтового машинобудування. Потужність ЯЕУ бурових установок складе 15-20 МВт, судів промислової обробки газу і конденсату - 20-30 МВт, забезпечення - 15 - 20 МВт, енергетичних судів - 12 МВт.
При облаштуванні комплексу велику роль можуть зіграти наявні атомні криголами. Схема комплексу представлена на рис. 6.
Транспортування вантажів може також здійснюватися підводним транспортом з ЯЕУ. Можливість вибрати найкоротший шлях незалежно від стану водної поверхні, висока швидкість руху відкривають широкі можливості для транзитних перевезень з Європи до Азії і назад. Для проходу мілководного Берингової протоки можливо доведеться мати підводні танкери льодового класу, що мають прохідність в льодах товщиною 1-1,5 м. Одночасно були запропоновані і підводні контейнеровози.
У зв'язку з проблемами заходу атомних суден в порти з'явилися пропозиції про розташування ЯЕУ в окремому кормовому модулі, який може відділятися від решти частини судна перед заходом в порт і у випадку аварії судна або ЯЕУ.
Звичайно, подібна структура видобутку і транспортування вуглеводнів вимагає значної наукової та інженерної відпрацювання. Можливо, до цього часу знайдуться прийнятні рішення видобутку вуглеводнів і на суші з великих глибин - 10-12 км, де на думку деяких геологів, зосереджені запаси вуглеводнів, у багато разів перевищують запаси в поверхневих шарах землі. А що буде економічніше - покаже час.
Є ще одна сфера застосування атомної енергетики - видобуток твердих корисних копалин з морського дна. Морське дно - комора скарбів, в якій зберігаються запаси мінеральної сировини, істотно перевищують подібні запаси на суші. На дні океану вже відкриті величезні родовища залізних, марганцевих, нікелевих, мідних, кобальтових руд з великим вмістом кольорових рідкісних металів.
Звичайно, підводний видобуток дорожче, ніж на суші. Але завдяки більш високому вмісту металів у руді, вона вже економічно доцільна на шельфі (олово в Ванькіной губі у Східно-Сибірському морі, залізна руда Ньюфаундленду, мідь в Атлантичному океані).
Але головні багатства - на великих глибинах 4-7 км. Для їх освоєння потрібно споруда можуть довго перебувати на дні атомних енергетичних промислових комплексів, подібних комплексів для підводної і підлідної видобутку нафти і газу. Створити їх набагато складніше, це техніка завтрашнього дня.
Спочатку можна очікувати такого ж переділу океанських територій, до якого зараз приступають в Арктиці. Деякі країни, зокрема Японія, зважаючи гострого дефіциту сировинних ресурсів на суші, почала пошукові розробки глибоководних апаратів з атомною енергетикою, здатних працювати на глибині 6.5 км.
Зараз починає вимальовуватися перспектива ренесансу атомної енергетики на суші і на морі. Великотоннажні судна, на яких атомна енергетика більш конкурентоспроможна у порівнянні з суднами на органічному паливі навряд чи будуть регулярно допускатися в порти, великих міст, незважаючи на безпеку їх енергетичних установок.
Можливо, їх прийматимуть на віддалених від міст терміналах, обладнаних відповідними під'їзними шляхами, як це зроблено було для японського атомного дослідницького судна «Муцу». Не виключена й рейдова розвантаження атомних суден, подібна до тієї, що застосовується для супертанкерів і ліхтеровозів.
Відпрацьована технологія морських ядерних енергетичних установок може знайти застосування і в інших областях. У Росії є затверджені технічні проекти плавучих атомних енергетичних станцій потужністю 6 МВт (е) і 70 МВт (е). Вони можуть також забезпечувати теплопостачання віддалених селищ і використовуватися для опріснення води.
Можливе застосування морських атомних установок модульного типу для електро-і теплопостачання віддалених населених пунктів і на суші.
Висновок
Судна з атомними енергетичними установками добре себе зарекомендували в Арктиці, де потрібна тривала робота на великих потужностях у відриві від портів.
Навіть в умовах передбачуваного потепління в Арктиці, що відкриває доступ до найбільших родовищ вуглеводнів, необхідність криголамного забезпечення на нововідкритих трасах зберігається.
Атомна енергетика відкриває і нетрадиційні технічні рішення видобутку вуглеводнів - підводними і підлідними комплексами.
Вона дозволяє також приступити до детальної розвідки мінеральних багатств з високим вмістом металів у руді у вигляді різного виду конкрецій і корок і освоєння способів їх видобутку на глибинах 4-7 км комплексами, які використовують ядерні енергетичні установки.
Великотоннажні й високошвидкісні атомні суду отримають поширення тільки після того, як буде знайдено більш просте рішення проблеми заходу в порти: розвантаження на рейді або на віддалених від порту, що є як правило, великим містом, терміналах, пов'язаних під'їзними шляхами з основними транспортними магістралями.