Мини-реакторы набирают обороты в стремлении к более экологичным сетям

Новые конструкции было бы легче построить, чем традиционные установки, но все же они могут быть не дешевле, чем ветряные и солнечные.

Атомная промышленность уже много лет находится в тупике, борясь за конкуренцию с более дешевыми формами энергии и рассматриваясь как подозрительная еще со времен аварий на Фукусиме, Чернобыле и Три-Майл-Айленде. Только два реактора строятся в США, в Джорджии, и они на годы отстают от графика и отягощены перерасходом средств и политической оппозицией.

Но сейчас идет гонка за то, чтобы вывести ядерную энергетику в совершенно ином направлении, чтобы возродить отрасль. Компании по всему миру, включая NuScale Power LLC в США, China National Nuclear Corp.и российский Росатом, разрабатывают реакторы нового поколения, причем некоторые конструкции будут более чем на 90% меньше, чем громадные объекты, которые доминировали в отрасли в течение десятилетий. Одна модель может даже поместиться в доме на одну семью.

Эти электростанции спроектированы так, чтобы их было быстрее и проще строить, и могут сделать ядерную энергию доступным — и более чистым — вариантом в развивающихся странах, которые не нуждаются в огромных реакторах. Некоторые климатические активисты, хотя и приветствуют потенциал безуглеродного электричества, не совсем согласны с этим аргументом. Они все еще беспокоятся о своей безопасности. И, учитывая стоимость солнечной энергии и ветра, некоторые задаются вопросом, имеют ли малые реакторы экономический смысл даже с их более низкими ценниками.

Но по мере того, как правительства во всем мире ставят амбициозные планы, чтобы отучить себя от ископаемого топлива, растет осознание того, что закрытие угольных или газовых электростанций может привести к дефициту электроэнергии, как это было видно в Калифорнии в начале августа. Ядерная энергетика составляет 20% американской энергетики, и это число может вырасти, если будут созданы небольшие ядерные объекты, чтобы облегчить этот переход. Сторонники предполагают возрождение деления, которое может привлечь $5,9 трлн глобальных инвестиций до 2050 года.

«По крайней мере, сейчас и в обозримом будущем трудно представить себе энергетическую систему, основанную только на возобновляемых источниках энергии», — говорит Крис Колберт, главный стратегический директор компании NuScale в Портленде, штат Орегон.

Поперечное сечение здания реактора NuScale Power

Защитники говорят, что небольшие модульные реакторы, или SMR, как их обычно называют, могут быть построены на заводах, доставлены грузовиком или поездом, а затем собраны на месте, экономя время и деньги. Коммунальные службы могут установить только один или объединить несколько вместе, расширяя потенциальный рынок за счет включения стран, которым не нужна большая обычная атомная станция. Некоторые конструкции также будут обеспечивать промышленное тепло и электричество — одно из возможных применений — в отдаленных деревнях в далеких северных широтах, где необходимо и то, и другое.

China National Nuclear была первой, кто прошел проверку безопасности проекта SMR Международного агентства по атомной энергии. Он начал строить демонстрационную версию своей 125-мегаваттной установки Nimble Dragon в 2019 году. А в России Росатом в прошлом году ввел первую в мире действующую SMR, на корабле, который можно отправить по всему миру. Компании в Южной Корее, Канаде и Великобритании также разрабатывают аналогичные проекты.

В США NuScale работает над проектом реактора мощностью 60 мегаватт, достаточного для питания 48 000 американских домов, и его проект получил одобрение Комиссии по ядерному регулированию в августе. Цилиндрический генератор энергии будет около 65 футов в высоту и 9 футов в диаметре. Это очень мало по сравнению с большими обычными реакторами, которые обычно имеют мощность около 1000 мегаватт. И это дешевле. Одна электростанция с 12 реакторными модулями NuScale, соединенными вместе, будет стоить около 3 миллиардов долларов, по сравнению с некоторыми крупными проектами, которые превысили 20 миллиардов долларов для обычных атомных станций. Первый коммерческий завод NuScale будет введен в эксплуатацию в Айдахо в 2029 году, если все пойдет по плану.

Конструкция NuScale основана на реакторах с водой под давлением, которые в настоящее время широко используются на обычных атомных станциях, поэтому технология знакома регуляторам и разработчикам. Другие разработчики пробуют разные технологии.  Oklo Inc., базирующаяся в Саннивейле, штат Калифорния, работает над так называемым быстрым реактором, который мог бы использовать ядерные отходы существующих электростанций в качестве топлива и охлаждаться жидким щелочным металлом вместо воды. А миллиардер Билл Гейтс поддерживает компанию TerraPower LLC, которая работает над другим типом быстрого реактора, использующего жидкий натрий в качестве хладагента.

«Это гонка, вроде как на заре атомной энергетики», — говорит Тед Джонс, старший директор по национальной безопасности и международным программам Института ядерной энергии, отраслевой торговой ассоциации.

Небольшие заводы также безопаснее, говорят разработчики. Ключевой риск, связанный с ядерной установкой, заключается в том, что может произойти утечка радиации, но поскольку в ядрах меньших реакторов содержится меньше ядерного материала, потенциальный риск меньше. NuScale говорит, что его конструкции могут быть установлены в бассейнах с подземной водой, что минимизирует риск отказа, потому что им не понадобятся насосы для циркуляции воды для охлаждения.

Но наряду с меньшими размерами эти новые конструкции могут также иметь меньшие и более слабые системы для контроля потенциальной утечки радиации, говорит Эдвин Лайман, директор по безопасности ядерной энергетики в Союзе заинтересованных ученых. Это вызывает беспокойство, потому что также был толчок к строительству SMR ближе к населенным пунктам, сказал он.

«Академик Ломоносов», баржа с двумя ядерными реакторами, в Мурманске в августе 2020 года

«Вы могли бы иметь меньший реактор, но более слабую защитную оболочку и меньшее расстояние до населенных пунктов», — сказал Лайман. — «Парадоксально, но маленький реактор может в конечном итоге выпустить больше материала, чем большой».

Малые реакторы рассматриваются как ключ к возрождению отрасли, которая сейчас далека от процветания. Строительство обычных атомных станций находится на 10-летнем минимуме. По данным BloombergNEF, в первом квартале в мире было построено 52 объекта, что является самым низким показателем за последние десять лет. И более 20% этих проектов сталкиваются с проблемами, которые могут их сорвать, включая финансовые проблемы и политическую оппозицию.

Единственный ядерный проект в США — это два реактора на станции Вогтл в Джорджии, которые сейчас отстают от графика на несколько лет и стоят вдвое дороже, чем 28 миллиардов долларов. Завод V. C. Summer стоимостью 21 миллиард долларов в Южной Каролине был заброшен в 2017 году после того, как ведущий подрядчик обанкротился.

Малые реакторы могут изменить уравнение, и катализатором будут усилия по обузданию изменения климата, по словам Бретта Рампала, менеджера ядерной группы исследователей Clean Air Task Force. Более десятка штатов и территорий США перешли на безуглеродные электрические сети, во главе с Калифорнийским планом по полной ликвидации углерода к 2045 году.

В то время как солнечные и ветровые установки набирают обороты, они не могут обеспечивать круглосуточное электроснабжение. Это было одной из причин того, что Калифорния, которая в последние годы вывела на пенсию 9 гигаватт газовых электростанций, испытывала нехватку электроэнергии и отключилась в начале августа, поскольку волна жары подняла спрос на электроэнергию. Закрытие базовых электростанций может создать разрыв, говорит Рампал. Эти усовершенствованные реакторы хотят заполнить его.

Реактор Oklo будет иметь мощность 1,5 мегаватта, будет достаточно мал, чтобы поместиться внутри дома, и будет иметь достаточную мощность, чтобы запустить около 1200 американских домов. NRC принял заявку компании на получение лицензии в марте, став первым, кто использовал новый процесс оценки, который агентство внедрило для ускорения процесса проверки. Джейкоб ДеВитт, главный исполнительный директор и соучредитель Oklo, говорит, что проект может получить одобрение в течение двух лет, и через год система может быть введена в эксплуатацию.

Рабочие на месте установки блока реактора высокого давления на АЭС «Фуцин» Китайской национальной ядерной корпорации в юго-восточной китайской провинции Фуцзянь в 2018 году

«Ядерная энергия — это действительно важная часть того, какими будут наши климатические решения», — говорит Девитт. «Вот к чему все идет».

Но есть вопросы о том, будут ли малые атомные станции экономически конкурентоспособны в эпоху возобновляемых источников энергии. NuScale, например, нацелена на электростанцию, которая может продавать электроэнергию по 55 долларов за мегаватт-час. Oklo ожидает, что более поздние версии ее систем мощностью от 10 до 15 мегаватт будут конкурентоспособны с мощностью по цене 70 долларов за мегаватт-час.

TerraPower разрабатывает реактор мощностью 345 мегаватт, который будет иметь выровненную стоимость электроэнергии в размере 50 долларов за мегаватт-час. Он может быть связан с системой, которая хранит тепло в расплавленной соли для производства дополнительной энергии в периоды высокого спроса. Генеральный директор Крис Левеск сообщил, что это увеличит мощность до 500 мегаватт и снизит стоимость до 40 долларов. Ожидается, что система TerraPower будет стоить 1 миллиард долларов, и Левеск утверждает, что демонстрационная установка может быть введена в эксплуатацию к 2028 году. Такая гибкость была бы очень полезна, когда в начале августа в Калифорнии не хватало электроэнергии.

«Мы считаем, что потребуется много таких электростанций», — сказал Левеск.

Тем не менее, энергия ветра в большей части мира сейчас стоит около 44 долларов за мегаватт-час, а солнечная энергия — 50 долларов. В некоторых регионах возобновляемые источники энергии к концу десятилетия будут стоить менее 20 долларов за мегаватт-час.

Сдвиг происходит по мере того, как США сильно отстают от других стран в строительстве больших реакторов. В настоящее время на большей части этого рынка доминируют Россия и Китай, в то время как США «полностью отсутствуют», согласно мартовскому отчету Министерства энергетики США, в котором такое развитие событий названо значительным ударом по стратегическим интересам США.

США предпринимают шаги для решения этой проблемы, в частности, отменяя запрет на предоставление государственного финансирования для ядерных проектов в других странах, особенно на развивающихся рынках. По словам Криса Гадомски, ядерного аналитика BloombergNEF, большая часть любого будущего ядерного экспорта будет представлять собой небольшие ядерные проекты.

«Мы больше не будем экспортировать большие реакторы», — сказал он. — «Маленькие страны не нуждаются в больших реакторах».

Елизавета Коробкова

Редактор ЭНЕРГОСМИ.РУ