Автор: Дмитрий Горчаков. 15 апреля Германия закрыла последние три действующие блока АЭС. Страна завершила долгий процесс развития, а затем и отказа от атомной энергетики. Эта статья посвящена истории атомной промышленности и энергетики Германии и истории противостояния ей.

Это моя первая статья, написанная в соавторстве. Поскольку закрытие немецких АЭС планировалось давно, то мы задумали эту коллаборацию еще в прошлом году с инженером-энергетиком @energy_opinion, работающим в Германии, более известным под ником Энергетический батончик. Эта статья так же доступна в виде его большого треда в твиттере, а в других его тредах можно узнать много интересных деталей об энергетике Европы и Германии.

ЧАСТЬ 1. Развитие атомной энергетики в Германии

Предыстория. Наука и военный атом

В 1938 году именно немецкие радиохимики Отто Ган и Фриц Штрассман провели серию опытов и доказали, что при облучении урана нейтронами образуются новые химические элементы меньшей массы. Ничем иным, кроме как деление урана — неизвестной до этого реакцией, этого объяснить было нельзя. Расчеты их коллеги Лизы Мейтнер показали, что при этой реакции еще и выделяется огромное количество энергии, а так же дополнительные нейтроны, способные вызвать цепную реакцию.

Именно открытие немецкими химиками Отто Ханом и Фрицем Штрассманом в 1938 году и его теоретическое объяснение Лизой Мейтнер стало ключом к понимаю перспектив использования атомной энергии. К сожалению, время было такое, что использование это в первую очередь пошло по военному направлению.

Опасения по поводу возможности создания атомной бомбы в нацистской Германии стимулировали ответные меры и запуск американского Манхэттенского проекта. В Германии же действительно был запущен свой атомный проект. Под руководством нобелевского лауреата Вейнера Гейзенберга было построено два прототипа исследовательских ядерных реакторов — первых в Европе. Самый продвинутый из них был построен в 1945 году в поселке Хайгерлох. Кубики природного урана в нем помещались в емкость с тяжелой водой и графитом.

Но к счастью, нацистские лидеры не уделяли проекту достаточного внимания, а сама Германия к концу войны не имела необходимых ресурсов для его реализации. В апреле 1945 года американские войска вошли в Хайгерлох, захватив так никогда и не заработавший реактор. Сейчас на его месте создан музей.

Музей Atomkeller на месте строительства реактора в Хайгерлохе. На заднем фоне над круглой шахтой модель активной зоны реактора с имитаторами кубиков урана на цепях.

Становление и развитие атомной энергетики Германии

В начале 1950-х годов правительство Германии создало ряд научно-исследовательских институтов, занимающихся вопросами ядерной энергии, включая Институт физики Макса Планка и Центр ядерных исследований Карлсруэ. Эти учреждения сыграли ключевую роль в развитии фундаментальных и прикладных исследований в области ядерной физики.

В 1959 году в Центре ядерных исследований Карлсруэ был построен и запущен первый исследовательский реактор немецкой конструкции и дизайна.

Реактор FR 2 в Карлсруэ — первый немецкий реактор домашнего дизайна.

Первая экспериментальная АЭС Каль (Kahl) с американским кипящим реактором (BWR) мощностью всего 16 МВт была построена в Западной Германии General Electric и Siemens и подключена к сети в июне 1961-го. С пуском этой АЭС Германия стала пятой страной, имеющей атомные станции после СССР, США, Великобритании и Франции.

Первая немецкая АЭС Каль (Kahl). BWR, 16 МВт.

В это время в Восточной Германии Советский Союз уже строил свою АЭС Райнсберг, с одним реактором ВВЭР-70, которая была запущена в 1966 году. Она стала первой советской АЭС, построенной за пределами СССР. В том же году СССР утвердил программу строительства АЭС в странах СЭВ, включая ГДР, которая развернется в 1970-е.

Пульт управления АЭС Райнсберг — первой АЭС в ГДР и первой экспортной советской АЭС.

При этом техническая мысль Западной Германии породила несколько новых прототипов реакторов и исследовательских установок, опередивших свое время. Например, в 1966 в центре ядерных исследований в г. Юлих был запущен первый высокотемпературный реактор AVR мощностью 15 МВт. Он стал прототипом для нового направления, которое в современной атомной энергетике считается весьма перспективным и относится к следующему, 4-му поколению реакторов. В качестве топлива в нем используются не стержни, а небольшие топливные шарики, а в качестве охладителя используется гелий, нагревающийся до более 900 градусов, чтобы было мировым рекордом по тем временам. Сейчас в этом направлении лидирует Китай, недавно запустивший два реактора HTR-PM. Но немцы были первыми и подали идею.

Высокотемпературный газовый реактор HTR-PM (даже два), запущенный в Китае в конце 2021 года. Он же первый китайский наземный SMR. Подробнее о нем в одной из моих прошлых статей.

Из других экспериментальных атомных проектов можно назвать запущенный в 1964 году атомоход «Отто Ган», названный в честь открывателя явления деления урана. “Отто Ган” стал третьим в мире гражданским судном с ядерной силовой установкой после советского ледокола “Ленин” (1959) и американского торгового судна “Саванна Ривер” (1962). Но как атомоход он проработал всего 10 лет, после чего реактор был демонтирован.

Грузовое судно с ядерной силовой установкой «Отто Ган»

В дальнейшем в Германии были построены интересные прототипы энергетических ядерных реакторов. Например, в 1977 г. заработал небольшой быстрый натриевый реактор KNK II мощностью 17 МВт. В 1985 построен уже более мощный быстрый реактор SNR-300, но из-за политических соображений он так и не заработал. В 1986 году был запущен высокотемпературный газоохлаждаемый ториевый реактор THTR-300.

Всего же в Германии было построено более 40 различных исследовательских реакторов, несколько из них продолжают работу. В том числе и мощнейший в мире стелларатор (альтернативная токамакам термоядерная установка) Wendelstein 7-X, запущенный в работу в 2016 году.

Канцлер Ангела Меркель (доктор наук и химик по образованию, кстати) на открытии Wendelstein 7-X в феврале 2016 г.

В 1970-е годы, рассчитывая на бурный рост атомной энергетики, промышленность Германии постепенно перешла от строительства крупных реакторов АЭС по американским лицензиям к собственным разработкам. Поначалу компания AEG строила кипящие реакторы по технологии General Electric, а Siemens строила реакторы с водой под давлением по лицензии Westinghouse.

АЭС Krummel (1983–2011) c кипящим реактором BWR мощностью 1346 МВт.

Позже активы немецкого атомного машиностроения были объединены внутри дочерней структуры Siemens — компании Kraftwerk Union (KWU). Объединенная KWU начала разработку линейки своих реакторов с водой под давлением (PWR) — основной технологии мировой атомной энергетики.

В 1974 году KWU построила блок АЭС Biblis A с самым мощным на тот момент PWR мощностью около 1200 МВт. В США PWR такой мощности появится лишь через 2 года, во Франции через 10 лет. В России только сейчас строят первые два блока ВВЭР-ТОИ на Курской АЭС-2, на 30 МВт превышающие по мощности закрытый 12 лет назад Biblis A.

АЭС Библис А. PWR, 1167 МВт электрической нетто-мощности.

Позже KWU разработала PWR под названием Конвой мощностью около 1300 МВт. Помимо технических новшеств, проект предполагал и высокую стандартизацию производства, что должно было упростить и ускорить строительство. Но к стандартизации пришли не сразу. Сначала, с 1982 по 1986 годы, построили четыре пред-Конвойных блока на АЭС Grafenrheinfeld, Philippsburg 2, Grohnde и Brokdorf.

АЭС Philippsburg 2 (1984–2019 гг) с пред-конвойным реактором PWR мощностью 1402 МВт.

Кстати, блок Grohnde мощностью 1360 МВт, закрытый в конце 2021 года, до сих пор является мировым рекордсменом по выработанной электроэнергии среди всех атомных блоков. Всего за 37 лет работы, что для АЭС не так уж много, он выработал более 386 млрд. кВт*ч. Немецкие АЭС вообще отличаются довольно высокими показателями эффективности. Для тех кто понимает — КИУМ у них около 90%. Грубо говоря, немцы почти в полтора раза более эффективно эксплуатируют АЭС чем их атомные соседи французы… Точнее эксплуатировали.