За пределами энергосистемы: как небольшие модульные ядерные реакторы могли бы поставлять прямую энергию

Небольшие модульные реакторы нашли свою нишу для непосредственного питания промышленного оборудования, а не для подачи энергии в национальную энергосистему. Мы смотрим на то, как небольшие модульные реакторы можно использовать в большем количестве способов, чем считалось ранее, от опреснения морской воды до привода горнодобывающих машин.

Малые модульные реакторы (SMR) завоевывают все большую популярность благодаря своей гибкости и доступной выработке электроэнергии для широкого спектра применений, включая возможность работы в сочетании с другими методами чистой энергетики.

В последнее время интерес в основном вызван стремлением сократить общие капитальные затраты, связанные с атомными электростанциями.

Исследование агентства по атомной энергии, проведенное в 2016 году под названием «Малые модульные реакторы: потенциал рынка ядерной энергии для краткосрочного развертывания», показало, что в лучшем случае к 2035 году во всем мире может быть добавлено до 21 ГВт SMR, что составляет примерно 3% от общей установленной ядерной мощности.

В дополнение к этому недавно представленный правительством Великобритании план из 10 пунктов по достижению чистого нуля выбросов к 2050 году затронул важность ядерной энергетики, пообещав выделить 700 миллионов долларов на строительство новых электростанций, включая SMR.

Хотя SMR еще не получили широкого распространения, они обещают оказать значительное влияние на производство энергии, а их потенциал еще предстоит полностью изучить.

На научном форуме Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) 2020 года в сентябре Джеффри Гриффин из канадской ядерной научно-технической организации Canadian Nuclear Laboratories обсудил важность повышения осведомленности о маломасштабном и прямом подходе к ядерной энергетике и потенциале SMR работать в качестве автономных источников энергии, отдельно от электросетей.

Он сказал: «Продвигаясь вперед с SMR, мы все понимаем, что должны привести с собой наши заинтересованные стороны, мы должны стремиться укрепить доверие к нашим соседям и к нашим общинам, принимающим эти SMR, к финансовым сторонникам, [а также] политическим и региональным заинтересованным сторонам».

Сильные стороны малых модульных ядерных реакторов

SMR — это усовершенствованные реакторы с выходной мощностью не более 300 МВт. Хотя считалось, что ядерная энергетика пригодна только для производства электроэнергии в странах с небольшими электрическими сетями, это стало лишь частью уравнения.

Представитель МАГАТЭ считает: «SMR могут сыграть ключевую роль в смягчении последствий изменения климата не только благодаря своей способности декарбонизировать электрические сети, благодаря быстрой масштабируемости и развертыванию дополнительных модулей по мере необходимости, но и благодаря своей потенциальной полезности для неэлектрических применений, таких как опреснение морской воды и производство тепла и водорода, процессы, которые до сих пор были обусловлены главным образом ископаемым топливом».

Они могут быть развернуты как в виде отдельных блоков, так и в виде многомодульной установки и хорошо подходят для интеграции в гибридные системы вместе с переменными возобновляемыми источниками энергии и другими источниками чистой энергии.

Проекты SMR должны легко привлекать инвестиции, поскольку они проектируются для строительства на заводах и отгрузки коммунальным предприятиям для установки по мере возникновения спроса, что позволяет централизованно производить основные компоненты и стандартизировать как компоненты, так и конструкцию, способствуя значительной экономии при массовом производстве.

Российская плавучая SMR для опреснения воды

Успешно развернутая в 2019 году плавучая атомная электростанция SMR «Академик Ломоносов» обеспечивает теплом жителей Чаун-Билибинского района России, а также обеспечивает энергией опреснение воды.

Уникальная атомная станция, вырабатывающая до 50 Гкал тепла в час, способна ежедневно опреснять до 240 000 кубометров питьевой воды, сообщает ее разработчик – государственная корпорация по атомной энергии «Росатом».

Несмотря на опасения оппонентов по поводу безопасности и возможности загрязнения Арктического региона ядерными отходами, «Академик Ломоносов» успешно работает. В настоящее время «Росатом» работает над оптимизированными по проекту плавучими энергоблоками второго поколения, которые будут строиться серийно и поступать на экспорт.

Будущие заводы могут быть напрямую подключены к опреснительным установкам, что позволит будущим островным государствам извлекать выгоду из производства пресной воды.

По мнению МАГАТЭ, ядерное опреснение является жизнеспособным вариантом удовлетворения растущего спроса на пресную воду, особенно в отдаленных регионах.

Благодаря этому проекту Россия пополнила список стран, наряду с Саудовской Аравией, Аргентиной, Китаем, Южной Кореей и Египтом, которые построили атомные опреснительные установки.

Проект централизованного теплоснабжения Финляндии SMR

В феврале 2020 года государственная компания VTT Technical Research Centre в Финляндии объявила о запуске проекта по разработке небольшого модульного реактора для централизованного теплоснабжения, поскольку страна планирует постепенно отказаться от использования угля в производстве энергии к 2029 году.

VTT заявил, что он будет полагаться на собственные расчетные инструменты для разработки SMR и моделирования активной зоны реактора. Компания также будет применять высокоточные методы численного моделирования, поддерживаемые достижениями в области высокопроизводительных параллельных вычислений.

Модель для этого тематического исследования, проведенного в Хельсинки, состоит из будущего годового использования энергии в централизованном отоплении при 8 ТВтч, электроэнергии при 12 ТВтч и 4 ТВтч водорода для транспортного топлива. Выбранные для рассмотрения модели реакторов включают в себя реактор с каменным слоем HTR-PM, который в настоящее время строится в Китае, и интегральный реактор расплавленной соли земной энергии, разработанный в Канаде.

VTT недавно участвовала в проектах по исследованию и развертыванию SMR и координировала европейский проект лицензирования малых модульных реакторов в 2019 году; она также возглавила один из рабочих пакетов Европейского научно-инновационного проекта McSAFE в 2017 году.

Rolls-Royce обеспечит Великобританию SMR

В феврале компания Rolls-Royce в рамках локализованного частного совместного предприятия объявила о планах установить и эксплуатировать SMR, построенные в Великобритании, к 2029 году.

Rolls-Royce возглавляет консорциум по британскому проекту SMR, в который также входят Assystem, Atkins, BAM Nuttall, Laing O’Rourke, National Nuclear Laboratory, Nuclear AMRC, Wood и Институт сварки. 

В то время как конструкции SMR намного меньше, чем традиционные ядерные реакторы, ожидается, что они будут производить около 450 МВт, по сравнению с 600 МВт на каждом из двух реакторов на станции Dungeness B в Кенте, Англия.

Консорциум планирует выпустить 10-15 SMR при планировании экспортного рынка, который, по данным компании, оценивается в $328 млрд.

Наряду с инвестициями членов консорциума и 18 млн фунтов стерлингов, подписанных в ноябре 2019 года правительством Великобритании, интерес проявили и частные акции. В связи с тем, что восемь крупных атомных электростанций Великобритании подходят к концу своего общего срока службы, и большинство из них должны быть выведены из эксплуатации после 2030 года, Rolls-Royce присоединяется к амбициям по сокращению энергетического следа Великобритании и повышению безопасности ядерной энергетики.

Канада будет оснащать шахты SMR

Канадские ядерные лаборатории недавно выделили команду для продолжения разработки SMR. В основе канадского предприятия лежит идея внедрения SMR в горнодобывающую промышленность.

Компания представила идею модульных реакторов в качестве чистого энергетического решения для горнодобывающей промышленности во время конференции Ассоциации старателей и разработчиков Канады 2019 года в Торонто. Поскольку промышленные горнодобывающие предприятия в отдаленных районах обычно полагаются на дизельное топливо, модульный подход к строительству, развертыванию и выводу из эксплуатации технологий SMR может обеспечить свободную от выбросов альтернативу для горнодобывающего сектора и сектора добычи ресурсов.

Считается, что малые модульные ядерные технологии также обеспечивают Канаде экономические преимущества в дополнение к экологическим выгодам. Например, отчет «Дорожная карта SMR Канады», который включал вклад заинтересованных сторон и отраслей промышленности со всей Канады, указывает на то, что SMR может обеспечить значительную экономию затрат по сравнению с дизельной генерацией, особенно для удаленных промышленных операций.

Поскольку 40% энергопотребления шахты связано с отоплением и вентиляцией, применение SMR может изменить ситуацию, обеспечив электроэнергию, необходимую для питания оборудования и транспортных средств, снизить требования к вентиляции и обеспечить пассивное локальное отопление шахтных работ.

«Есть много возможных применений, которые выходят за рамки простого производства энергии. Важно признать, что ядерная энергетика предлагает мощное гибкое решение проблемы сокращения выбросов парниковых газов до чистого нуля», — сказал Гриффин.

Елизавета Коробкова

Редактор ЭНЕРГОСМИ.РУ