Развитие арктических территорий Российской Федерации является важной государственной задачей. По информации Аналитического центра при Правительстве РФ, в арктических регионах России проживает до 4 млн человек и располагается более 1 ГВт установленной мощности электростанций [1, 2]. В качестве основного топлива для арктической зоны РФ выступает дорогое (из-за сложной логистики) и низкоэкологичное дизельное топливо. Проведённый в рамках исследовательской работы анализ береговой линии вдоль Северного морского пути (СМП, от Мурманска до Владивостока) показывает, что на протяжении трассы СМП расположено достаточно много крупных портов и объектов нефтегазовой отрасли. Данные объекты — крупные потребители энергии, для энергоснабжения которых целесообразно рассматривать в том числе мобильные плавучие атомные электростанции.

В настоящее время в портфеле наработок ГК «Росатом» есть компактные интегральные установки различной мощности (от 0,4 до 175 МВт) и различного исполнения (АТГОР, «Шельф», «Ритм»). Разрабатываются и новые конструкции модульных малых реакторов на основе свинцово-висмутового теплоносителя («СВЕТ-М») с полностью пассивным охлаждением, что повышает безопасность эксплуатации установки. Такими атомными электростанциями можно обеспечивать базовый уровень потребления электроэнергии и тепла от посёлка до крупного промышленного объекта.

В качестве одного из перспективных проектов для использования плавучей атомной теплоэлектростанции (ПАТЭС) можно рассматривать порт Дудинку, город районного подчинения, административный центр административно-территориальной единицы с особым статусом Таймырского Долгано-Ненецкого района Красноярского края (рис. 1).

 

  

В городе Дудинка проживает 19,5 тыс. человек. Через порт Дудинки происходит как отгрузка продукции ПАО «ГМК «Норильский никель», так и поставки большинства необходимых для компании и регионов товаров.

Сейчас Норильский регион более чем наполовину снабжается электроэнергией от ГЭС, оставшаяся электроэнергия вырабатывается на тепловых станциях (ТЭС), работающих на добываемом в регионе природном газе. Появление в Дудинке ПАТЭС (в исследовании будет рассматриваться «РИТМ-200М» с двумя реакторами по 55 МВт) позволяет выработать на ПАТЭС 850 тыс. МВт·ч электроэнергии и высвободить до 210 млн м³ природного газа. Ежегодное сокращение выбросов парниковых газов может составить до 380 тыс. тонн CO2-эквивалента.

Теплоснабжение Дудинки осуществляется за счёт котельной №7 (403 тыс. Гкал в 2022 году) и других котельных (46 тыс. Гкал), которые работают на природном газе, а в качестве резервного топлива используют мазут [3]. Котлоагрегаты котельной №7 сильно изношены (33–47 лет работы). Расход природного газа на котельных города при КПД, равном 90%, можно оценить в 50 млн м³, а выбросы парниковых газов от его сжигания можно оценить в 92,5 тыс. тонн CO2-эквивалента.

Освободившийся природный газ (260 млн м³ в год) можно пустить на производство СПГ (по нашим оценкам, речь идёт об СПГ заводе мощностью 20 тонн в час или 185 тыс. тонн в год). Сам завод станет одним из потребителей электроэнергии ПАТЭС.

Предприятия «Норникеля» характеризуются высоким объёмом потребления жидкого топлива — дизеля и бензина. Основным потребителем дизеля являются железнодорожные локомотивы Норильской железной дороги, которая перевозит более 80% всех грузов в регионе (62 единицы и примерно 300 тыс. тонн дизеля в год) и карьерная техника (68 единиц и 8 тыс. тонн дизеля в год) [4]. Учитывая отсутствие эффективно работающих технологий по переводу карьерной техники на двухтопливный режим (дизель/газ), этот сегмент обладает отложенным потенциалом. Расстояние между портом Дудинка и Норильском по железной дороге составляет 114 км, следовательно, при строительстве СПГ завода в Дудинке на СПГ можно частично перевести локомотивы железной дороги «Дудинка — Норильск» (потенциал — до 300 тыс. тонн в год. После появления ПАТЭС котельные Дудинки переходят в резерв, и на них отпадает необходимость держать резервное мазутное топливо.

В регионе, заинтересованном в снижении углеродного следа, ПАТЭС может заместить генерацию электроэнергии на природном газе. В свою очередь, замещаемый природный газ может стать сырьём для СПГ завода (ещё одного крупного потребителя электроэнергии ПАТЭС). Тепло ПАТЭС позволяет перевести в резерв котельные Дудинки и исключить в них обязательное наличие резервного топлива (мазута). Полученный СПГ может идти как на бункеровку судов, так и на перевод на СПГ локомотивы железной дороги «Дудинка — Норильск».

В результате возможен существенный экологический эффект за счёт снижения потребления неэкологичных дизельного топлива и мазута.

Одним из направлений использования уходящего с реактора тепла может быть производство «зелёного» водорода. Водород в Норильском регионе пока используется лишь в небольших объёмах для технологических нужд электростанций, однако возможно в перспективе рассмотреть частичный переход на него карьерной техники Норильского региона.

Экологический эффект от использования ПАТЭС может быть достигнут по трём направлениям: переход энергоснабжения с природного газа на энергию АЭС (ожидаемое снижение углеродного следа, по оценкам автора, составляет величину порядка 23,5 тыс. тонн при 50% загрузке ПАТЭС), перевод системы теплоснабжения Дудинки на тепло ПАТЭС (ожидаемое снижение углеродного следа оценивается в 87,9 тыс. тонн) и за счёт перевода железнодорожного транспорта с дизельного топлива на СПГ (потенциал снижения углеродного следа — 60 тыс. тонн).

Кроме того, на котельных Дудинки больше не будет мазута как резервного топлива, что устраняет риск его аварийных утечек.

В качестве направлений дальнейшего развития более глубокого анализа эффектов реализации комплексов атомно-водородной генерации в системах энергоснабжения удалённых территорий, в том числе портовых городов арктической зоны Российской Федерации, можно указать:

  • планирование масштабируемых решений в части транспортного комплекса на основе атомно-водородной генерации для прилегающих территорий (грузои пассажирские перевозки для наземного и водного транспорта);
  • обоснование снижения рисков и анализ возможности продления сроков эксплуатации с увеличением межремонтных интервалов для реакторной части энергетического комплекса за счёт уменьшения необходимости маневрирования при использовании балансирующих возможностей водородной системы компенсации;
  • обоснование оптимальных параметров для линейки типовых систем атомно-водородной генерации в изолированных районах на базе существующих технологических решений.