ММР: время новых подходов к безопасности

В последние 15 лет на мировых ядерно-­энергетических рынках происходят радикальные изменения, связанные с появлением инновационного ядерного топлива, новых реакторов, массовым использованием альтернативных источников энергии, требованиями устойчивого развития отрасли и повышением интереса к строительству ММР. Сооружение АЭС с такими реакторами действительно требует существенно меньших инвестиций (по сравнению с крупными АЭС) и обеспечивает гибкость энергосистем. Однако вопросы безопасности остаются актуальными. Регулировать их стало сложнее: количество и разнообразие внутренних и внешних факторов, влияющих на безопасность, значительно возросло, а сегодняшние подходы к регулированию безопасности были выработаны без учета этих кардинальных изменений.

Позиция МАГАТЭ по вопросам обеспечения безопасности ММР
МАГАТЭ провело много исследований в области применения управленческих инноваций для обеспечения безопасности АЭС; их темы: управление жизненным циклом ядерных установок, национальными программами развития ядерной энергетики, обращением знаний, а также развитие человеческих ресурсов и творческого потенциала. В 2021 году Комиссия МАГАТЭ по стандартам безопасности начала работу по совершенствованию структуры стандартов в целом и подготовке плана разработки стандартов МАГАТЭ на долгосрочную перспективу. Пока рамочные решения не приняты.

Большой вклад в анализ массовой разработки проектов АЭС с ММР и формулирование концепций их безопасности внесли Форум органов регулирования по вопросам безопасности ММР (SMR Regulatory Forum), созданный МАГАТЭ в 2014 году, и Консультативная группа INSAG (International Nuclear Safety Advisory Group) МАГАТЭ, которая более 30 лет назад, после аварии на Чернобыльской АЭС, сформулировала концептуальные основы безопасности, включая принцип глубокоэшелонированной защиты (ГЭЗ).

Эти группы экспертов предлагают разные подходы к регулированию безопасности, проверенные опытом эксплуатации крупных АЭС, но сегодня они не гарантируют приемлемого уровня безопасности в условиях кратного увеличения рисков массового внедрения проектов АЭС с ММР.

Форум органов регулирования по вопросам безопасности ММР предлагает при оценке безопасности использовать директивный/предписывающий и дифференцированный подходы для учета индивидуальных особенностей проектов «малых» АЭС. При этом он не предлагает методов сопоставительного анализа проектов «малых» АЭС, в основе которых лежат разные технологии получения энергии, и фактически оставляет без внимания внешние факторы, влияющие на безопасность.

Консультативная группа INSAG делает ставку на универсальную концепцию ГЭЗ и при оценке безопасности предлагает использовать директивный подход в комплексе с описывающим, основанным на эксплуатационных данных проектов АЭС с ММР, применявшимся на ранних стадиях развития атомной энергетики, в условиях незрелых технологий и недостаточного опыта эксплуатации АЭС для целей регулирования безопасности.

В то же время сегодня в мире широко используются технологии цифрового моделирования, способные принципиально изменить роль традиционных концепций обеспечения безопасности АЭС. Создание цифровых двой­ников АЭС с ММР на основе проектных данных и систем предсказательной аналитики с участием искусственного интеллекта позволит реализовать проспективный/опережающий подход к регулированию безопасности АЭС с ММР, который будет способствовать массовому внедрению последних.

Россия — ​один из мировых лидеров по количеству типов и степени готовности ММР. Для АО АСЭ неопределенность в вопросах регулирования безопасности АЭС с ММР критична, так как она носит не столько технический и маркетинговый характер, сколько политический и нормативный. Для преодоления этой ситуации России необходимо не только предложить понятные современные концепции регулирования безопасности АЭС с ММР, но и продемонстрировать их реализуемость.

ГЭЗ для малых реакторов
Концепция ГЭЗ изначально разрабатывалась Консультативной группой INSAG как универсальная для всех типов реакторов, в том числе для будущих АЭС.

Доклад INSAG‑10 предлагает два подхода к усовершенствованию конструкции и повышению безопасности будущих АЭС:

1. эволюционное совершенствование конструкций действующих АЭС;
2. внедрение технологических инноваций, для которых «до начала промышленного использования потребуется создание прототипа и которые будут реализованы позже эволюционных проектов». При этом, отмечают авторы, «глубокоэшелонированная защита должна оставаться основой обеспечения безопасности атомных станций», а для будущих АЭС «улучшения могут быть реализованы более системно и более полно».

Опираясь на эти рекомендации доклада INSAG‑10 и исходя из сложившихся представлений о высокой эффективности стандартизированного серийного производства, международные организации после 2000 года в основном занимались сбором и обобщением информации о проектах создания ММР, а также стандартизацией узлов и материалов для них. Примеры такой работы: Международная программа оценки проектирования новых реакторов (MDEP) АЯЭ ОЭСР, рекомендации пилотного проекта Форума органов регулирования по вопросам безопасности ММР по приоритетному усилению 1‑го и 2‑го уровней ГЭЗ для ММР.

Согласно данным МАГАТЭ 2024 года, сегодня в мире реализуются более 68 проектов ММР в 19 странах, и некоторые из них, как утверждается, могут быть внедрены уже в ближайшем будущем. Более 40 стран заинтересованы в строительстве «малых» АЭС. При этом только пятая часть таких проектов — ​это уменьшенные версии эксплуатируемых «больших» АЭС с водо-водяными реакторами. Остальные технологии — ​инновационные. Множество технологических и управленческих инноваций в проектах ММР затрудняют стандартизацию узлов и материалов, а также формулирование международных стандартов безопасности АЭС с ММР. Поэтому политику стандартизации сменила политика гармонизации инноваций и стандартизации отдельных узлов и материалов. Сейчас МАГАТЭ реализует Инициативу по ядерной гармонизации и стандартизации (NHSI).

В рамках пилотного проекта 2015−2017 годов Форум органов регулирования по вопросам безопасности ММР изучил применение принципов дифференцированного подхода и ГЭЗ к АЭС с ММР. Были сделаны следующие выводы:

• невозможно сформулировать подробные требования к обеспечению безопасности ММР и реализации принципа ГЭЗ, поскольку спектр технологий ММР очень велик. Также отсутствует необходимая информация о ММР, особенно в части инновационного ядерного топлива и реакторов, представляющих наибольший интерес в плане регулирования безопасности, к которым нельзя непосредственно применять требования, выработанные на опыте эксплуатации «больших» ­реакторов;
• использование дифференцированного подхода может повысить эффективность регулирования общей безопасности; необходимо разработать документ МАГАТЭ о применении дифференцированного подхода к АЭС, который охватывал бы ММР.

Консультативная группа INSAG проработала эти выводы, но главной темой своего доклада INSAG‑28 выбрала не дифференцированный подход, а принцип ГЭЗ. Дифференцированный подход в этом докладе был представлен как опасный элемент применения принципа ГЭЗ для ММР, который может привести к его некорректной реализации. В заключительном разделе доклада INSAG‑28 предлагается отойти от традиционного «предписывающего» подхода к регулированию безопасности и применять его в комплексе с "описывающим" подходом, то есть на основании эксплуатационных данных для пилотных проектов АЭС с ММР.

Подробно два этих похода к регулированию безопасности АЭС были описаны в специальном докладе МАГАТЭ серии PDRP, опубликованном в 1996 году; в 2021 году описание подходов было незначительно дополнено. Применение двух подходов к АЭС с ММР требует более подробного комментария группы INSAG, но в докладе INSAG‑28 его нет. Возможно, потому, что эффективность применения этих подходов не может быть сегодня подтверждена, так как реализуемые пилотные проекты АЭС с различными типами ММР обладают недостаточным уровнем зрелости технологий.

Переход к логике управления жизненными циклами
Уровень зрелости технологий пилотных проектов может быть существенно повышен, если все компоненты АЭС и станция в целом будут рассмотрены на протяжении их жизненных циклов. Современные средства моделирования это позволяют.

В 1999 году Консультативная группа INSAG изложила свое видение реализации концепции ГЭЗ на ЖЦ АЭС в докладе INSAG‑12. В дополнение к шести основополагающим принципам безопасности (один из которых — ​принцип ГЭЗ) и девяти общим техническим представлены восемь конкретных принципов безопасности, обеспечивающих применимость указанных основополагающих и общих принципов на различных этапах реализации проекта АЭС.

В докладе INSAG‑12 конечные этапы ЖЦ АЭС (вывод из эксплуатации и обращение с отработавшим ядерным топливом) только обозначены на шкале этапов реализации проекта АЭС. Отсутствует их развертка по уровням защиты и не показана их взаимосвязь с различными аспектами безопасности предыдущих этапов проекта АЭС. Таким образом, в INSAG‑12 отсутствуют описания конечных этапов ЖЦ АЭС и не отмечена их особая, замыкающая роль для практической реализации логики управления ЖЦ АЭС. Этот факт сегодня становится критическим при разработке и реализации национальных программ развития ядерной энергетики: для них «замкнутость» технологических циклов — ​базовое требование, позволяющее не перекладывать решение сегодняшних проблем на будущие поколения.

С одной стороны, логика управления ЖЦ отдельной АЭС предполагает, что управленческие решения в любой момент ее жизненного цикла принимаются на основе баланса возможных последствий для всех стадий ЖЦ: от начальных (проектирование, строительство и эксплуатация АЭС) до конечных (вывод из эксплуатации и обращение с ОЯТ). Поэтому для практической реализации концепции ГЭЗ на ЖЦ отдельной АЭС дополнительно к докладу INSAG‑12 необходимо:

• расширить представления о применимости принципов безопасности на конечные этапы ЖЦ АЭС, а также на процесс обращения со всеми радиоактивными отходами (РАО), включая их захоронение;
• дополнить перечень общих технических принципов требованием своевременного решения выявленных проблем, а также запретом переносить эти решения на последующие этапы, включая вывод АЭС из эксплуатации и обращение с ОЯТ и РАО.

С другой стороны, логика управления ЖЦ национальной программы развития ядерной энергетики предполагает, что решения в отношении отдельной АЭС принимаются с учетом последствий для национальной энергетической программы в целом (принцип «действуй локально, но думай глобально»). Поэтому знания, получаемые на ЖЦ отдельных АЭС, должны систематизироваться: это необходимо как для совершенствования систем безопасности действующих АЭС, так и при сооружении новых. Кроме того, логика управления ЖЦ национальной программы предполагает дополнительный учет ЖЦ ядерной инфраструктуры, включая захоронение РАО.

Переход к рассмотрению национальных программ был связан с ренессансом ядерной энергетики в начале 2000‑х годов и необходимостью обосновывать устойчивость национальной энергосистемы при принятии решений о строительстве первой АЭС (для стран-­новичков) и развитии парка АЭС (для ядерных стран). Первые документы МАГАТЭ по методологии оценки устойчивости ядерно-­энергетических систем были опубликованы в 2003−2008 годах в рамках Международного проекта по инновационным ядерным реакторам и топливным циклам (ИНПРО). Было введено понятие ядерной инфраструктуры, и в 2008 году создана служба ее экспертной ревизии INIR.

Одновременно Европейский Союз разработал систему «содействия устойчивому инвестированию», включавшую требование к инвесторам считать экономическую деятельность экологически устойчивой (Таксономия ЕС). Ядерная энергетика туда изначально не попала из-за нерешенных вопросов в области обращения с ОЯТ и РАО. Однако летом 2022 года ее туда включили как «переходный» вид генерации, «способствующий смягчению последствий изменения климата и способный сыграть важную роль в переходе к климатически нейтральной экономике».

Таким образом, проблемы обеспечения безопасности на конечных стадиях ЖЦ АЭС и реализации принципов ГЭЗ на ЖЦ АЭС становятся сегодня основным препятствием для реализации национальных программ развития ядерной энергетики.

Роль культуры безопасности
Особую роль в реализации концепции ГЭЗ играет культура безопасности. Согласно INSAG‑12, «культура безопасности и глубокоэшелонированная защита — ​два важных основополагающих принципа безопасности». По сути, культура безопасности — ​рамочное условие реализации концепции ГЭЗ как на ЖЦ отдельной АЭС, так и на уровне национальной программы.

Обеспечение безопасности АЭС с инновационными ММР на всех стадиях их жизненного цикла требует принципиального смещения фокуса внимания в общей концепции культуры безопасности: от совершенствования навыков безопасного поведения к совершенствованию процессов обращения знаний. Аналогичное смещение фокуса внимания необходимо и для «малых» АЭС с водо-водяными реакторными технологиями в связи с кардинальным увеличением количества внешних факторов общественной приемлемости ядерных технологий.

Сегодня эта сложность может быть преодолена путем создания открытой системы обращения знаний как инфраструктуры процесса поддержания и совершенствования культуры безопасности и технологий управления, основанных на знаниях (knowledge based management, knowledge based governance). Такое решение соответствует требованиям обновленной концепции культуры безопасности, разработанной после аварии на АЭС «Фукусима‑1» в 2011 году и опубликованной в 2016 году в составе Общих требований безопасности МАГАТЭ GSR Part 2.

Таким образом, в целях реализации концепции ГЭЗ в рамках национальной программы развития ядерной энергетики было бы необходимо:

1. обеспечить обращение знаний между всеми участниками национальной программы на ее ЖЦ, включая проектировщиков, строителей, эксплуатирующие организации, владельцев ядерной инфраструктуры, органы управления, регуляторов и организации научно-­технической поддержки;
2. дополнить раздел 3.1 «Ответственность управления» доклада INSAG‑12 требованиями на уровне политики в отношении национального базиса культуры безопасности, включив в него требования к ядерной инфраструктуре и системам обращения знаний на ЖЦ отдельной АЭС, а также на ЖЦ национальной программы развития ядерной энергетики.

Сегодня глобальная конкуренция в атомной отрасли перерастает в открытую конфронтацию, а искажение данных об инновационных разработках и реальных причинах аварийных ситуаций на АЭС (даже со стороны МАГАТЭ) становится нормой. Поэтому российской атомной отрасли в части разработок по ММР необходимо, во‑первых, разобраться с механизмами реализации инноваций в культуре, в том числе в области культуры безопасности. Во-вторых, уточнить концепцию ГЭЗ и требования к ядерной инфраструктуре на уровне национальной программы развития ядерной энергетики. В-третьих, разработать требования к системам обращения знаний на ЖЦ отдельной АЭС и на ЖЦ национальной программы развития энергетики с использованием ММР.

Специфика обеспечения безопасности для модульных реакторов
Исторически термин «модульный» используется при серийном производстве сложных продуктов, в том числе компонентов для «больших» АЭС. В области использования ММР модульность означает производство нескольких реакторных модулей по шаблону проектирования. Это позволяет заказчикам для достижения желаемой мощности АЭС в мегаваттах просто добавлять модули, а остальные компоненты АЭС определяются на этапе проектирования и не обязательно являются модульными.

Экономичность производства реакторных модулей очевидна, но малый размер реактора не означает существенного ослабления требований к ядерной и радиационной безопасности и соответственно пропорционального уменьшения инфраструктуры. Наоборот, удельный вес задач по обеспечению безопасности и возведению объектов инфраструктуры при реализации национальной программы развития АЭС с ММР существенно увеличился. Это связано с необходимостью создания для каждого типа инновационных ММР особых инфраструктур по обращению с РАО и установления нормативных критериев приемлемости для их захоронения, а на глобальном уровне — ​полного обновления архитектуры систем обращения с ОЯТ и РАО.

Перспективными инновациями можно назвать применение принципа модульности к средствам обеспечения безопасности (встроенная безопасность при использовании АЭС с ММР), а также создание гибкой инфраструктуры безопасности. Это требует системного подхода к работе с инновациями, обеспечивающего долгосрочную конкурентоспособность как АЭС с ММР, так и ядерной энергетики в целом.

В англоязычных странах доминирует концепция интегрированного менеджмента (механическое внедрение любых полезных управленческих инноваций, без уточнения структуры функциональных блоков в системе управления и связей между ними), а также дифференцированного подхода (для детального анализа безопасности, то есть эффектов и рисков использования каждой инновации). Эти концепции позволяют оперативно использовать инновации, но при этом система управления все более усложняется, а механизмы своевременного ее «сжатия» отсутствуют. Если повезет, компания получит прибыль от инноваций, если нет — ​разорится.

Кроме того, в концепции интегрированной системы менеджмента отсутствует фундаментальный уровень онтологического анализа, без которого невозможно эффективно использовать цифровой потенциал Больших данных. Это критично для применения интегрированного подхода, так как типологический анализ существующих и проектируемых ММР как раз и задает образец такого онтологического анализа, если его проводить последовательно и аккуратно.

Системное видение и цифровое моделирование как управленческих, так и потенциальных культурных инноваций позволит формировать новые рынки — ​а именно эта задача сегодня должна быть решена при массовом использовании АЭС с ММР. Для «Росатома» открывается возможность создания альтернативной концепции управления атомной энергетикой (на основе знаний), включая: разработку новых прикладных онтологий; посильное обновление международных стандартов системной инженерии и качества; формулирование уникальных коммерческих предложений сразу по нескольким видам АЭС с ММР с опорой на собственные разработки и имеющиеся референции.

У "Росатома" есть уникальный опыт сооружения и долгосрочной эксплуатации ММР для российского атомного флота. А с учетом развития российской инфраструктуры Северного морского пути и его встраивания в мировую транспортную логистику этот опыт приобретает макрорегиональный и системный характер.

«Думать о немыслимом»
В связи с интенсивным технологическим прогрессом постоянно растет сложность инженерных объектов, а также мер по обеспечению их безопасности и управлению ими. Это приводит к повышению уровня рисков, носящих в сфере атомной энергетики глобальный характер. В связи с этим критически важными становятся заблаговременное выявление рисков и управление ими.

Более того, как показали уроки аварии на АЭС «Фукусима‑1», нужно придерживаться принципа «думать о немыслимом» (англ. thinking the unthinkable). Все возникающие и потенциальные сложности и проблемы должны выявляться, анализироваться и преодолеваться/решаться безотлагательно. Найденным и апробированным решениям должны быть определены функциональные места в существующей или обновленной системе управления, чтобы не допускать ее дальнейшего усложнения. Такая конструктивная работа возможна в условиях специально организованной системы обращения знаний между всеми участниками деятельности (включая регуляторов) и на всех уровнях управления — ​от АЭС до энергосистемы в целом.

Уже сменилось несколько поколений систем обращения знаний, начиная с достижений в области использования экспертных систем. Но в МАГАТЭ продолжается продвижение технологий предыдущих поколений (knowledge management, knowledge engineering), направленных на сохранение и накопление знаний, развитие личных компетенций. В то время как масштаб и сложность проблем, возникающих сегодня, требуют их коллективного анализа, сетевого взаимодействия специалистов для выработки согласованных решений, совместного мониторинга хода работ, а также освоения платформенных технологий управления, основанного на знаниях.

Еще в докладе INSAG‑4 1991 года был заявлен наивысший приоритет проблем безопасности АЭС, в том числе на уровне деятельности организации. В докладе INSAG‑10 1996 года были определены основные требования к эксплуатирующей организации. В их основе — ​представления о потоках информации, средствах внутреннего обмена информацией и обратной связи, но не было требований к знаниям сотрудников. Между тем знающий работник, в отличие от хорошо информированного, способен в самой сложной ситуации находить выверенные решения.

Управление на основе знаний эффективно потому, что использует фундаментальные модельные представления о деятельности и управлении: любая проблемная ситуация рассматривается посредством критического междисциплинарного анализа используемых моделей, их доработки и апробирования специалистами разных предметных областей. Последствия предлагаемых решений моделируются, поэтому можно формулировать требования к безопасности, работая на опережение. Такая работа требует партнерской организационной культуры и коллективного взаимодействия.

Что необходимо делать?
Необходим переход к проспективному/опережающему регулированию безопасности на основе моделирования деятельности эксплуатирующей организации и предсказательной аналитики, основанной, в свою очередь, на Больших данных, однако этого вывода в докладе INSAG‑28 нет.

Современные технологии обращения знаний кардинально трансформируют процессы деятельности, управления и подходы к регулированию безопасности. Их применение позволило бы реализовать концепцию «культуры в целях безопасности» при внедрении ММР, но этот вывод в докладе INSAG‑28 также не представлен.

Для «Росатома» как потенциального глобального технологического лидера внедрения АЭС с ММР целесообразно разработать собственную версию концепции управления в целях безопасности, в опережающем режиме доработать цифровые двой­ники российских АЭС с ММР, обеспечить накопление Больших данных и разработку инструментов предсказательной аналитики с их использованием.

В условиях, когда процесс коммерческого продвижения АЭС с ММР искусственно тормозится, Россия может выступить с международной инициативой в рамках СНГ или БРИКС в целях гармонизации процессов обновления национальных концепций регулирования безопасности с учетом российских технологий производства ММР и опыта эксплуатации АЭС с ММР.