Атомные электростанции: много маленьких вместо одной большой

Многие эксперты сходятся во мнении, что нынешние атомные электростанции очень дороги. Например, американская консалтинговая компания Lazard заявляет в своем отчете «Анализ приведенных затрат на энергию», что стоимость ядерной энергии более чем в три раза превышает стоимость других источников (включая альтернативные).

Строительство многих крупных электростанций за рубежом сталкивается с технологическими проблемами, многолетними срывами графика и многократным превышением и без того огромных запланированных затрат — несмотря на нерешенную проблему захоронения радиоактивных отходов.

Отход от атомной энергетики во многих странах был вызван трагедиями в Черно б ыл е и на Фукусиме.

Вместо крупных ядерных блоков ученые предлагают использовать небольшие модульные блоки. Это не непроверенная революционная инновация, ведь их разработка началась в середине прошлого века, когда возникла необходимость втиснуть ядерную двигательную установку в тесные пространства подводных лодок. В последнее время к этим решениям обратились и частные производители.

Небольшой модульный реактор, как следует из названия, представляет собой небольшую установку, которая использует ядерное деление для производства энергии, как и обычный большой ядерный реактор. По сравнению с ним он производит меньшее количество энергии.

Визуализация небольшого реактора британской компании Rolls-Royce

«Малые ядерные реакторы могут полностью изменить экономику», — сказал Роберт Рознер, физик из Чикагского университета в Иллинойсе. По данным Международного агентства по атомной энергии, это блоки с различными конструктивными решениями, которые имеют общую только электрическую мощность менее 300 МВт.

Эта концепция технически называется малыми модульными реакторами (Small modular reactors , SMR). NuScale Power, Rolls-Royce, Oklo и десятки других компаний в настоящее время начали разработку этой технологии. Большинство из них заявляют, что их системы появятся на рынке во второй половине 2020-х годов.

Например, реактор «Аврора» из Окло должен стать самым маленьким реактором в мире и, как говорят, вместе с генератором сможет обеспечить снабжение 1000 домов в течение 20 лет без необходимости технического обслуживания и замены топлива.

На одной из конференций представители корейской компании KHNP представили проект реактора SMART, который должен найти применение в Саудовской Аравии.

Британская компания Rolls-Royce представила проект PWR 400 MW — очень интересную концепцию небольшой атомной электростанции, которая интересна не только техническими решениями, но и эстетически благодаря грамотной интеграции в окружающую среду.

Компания Rolls-Royce является пионером передовых технологий, обеспечивающих чистые, безопасные и конкурентоспособные решения для удовлетворения жизненно важных потребностей нашей планеты в электроэнергии.

Малый модульный ядерный реактор Rolls-Royce

На слуху также интересный чешский проект реактора Energy Well, цель которого — разработать действительно небольшой модульный реактор с тепловой мощностью около 20 МВт. Такое устройство можно использовать везде, где требуется стабильный источник энергии, но требования к мощности не слишком высоки — например, удаленные промышленные комплексы, небольшие города и базы.

Принцип работы Energy Well спроектирован так, что реактор в целом будет сменным («ядерная батарея»). В то время как в обычном большом энергетическом реакторе необходимо постоянно менять ядерное топливо, небольшой реактор Energy Well и после «остывания» будет транспортироваться обратно на производственный объект для переработки.

Концепция ядерного реактора размером с Energy Well ставит новые технологические задачи для исследований и разработок. Чтобы такое устройство могло генерировать необходимое количество энергии, необходимо, чтобы оно работало при значительно более высоких перепадах температур, чем обычный ядерный реактор.

В то время как в больших реакторах пара достаточно для работы при рабочих температурах от 300 до 400 градусов Цельсия, для достижения требуемой мощности небольшого реактора необходимо достичь температуры в первичном диапазоне около 600 градусов Цельсия.

Однако эксплуатировать водяной контур при таких температурах уже невозможно — поэтому концепция предусматривает использование расплавов солей, особенно фторидов. Таким образом, их использование для охлаждения ядерной реакции требует существенно иной технологической концепции, которая является предметом независимых исследований и разработок.

При применении малые модульные реакторы будут строится не на месте электростанции, как сегодня, а на предприятии, специализирующемся на их серийном производстве. Их доставят на место на обычных автоприцепах, где специалисты их соберут и запустят — и на этом отпадет необходимость в обслуживании.

Поскольку одного заряда топливных элементов хватит на многие годы, они не будут заменены на месте, а весь реактор будет доставлен на завод-изготовитель, где необходимые операции будут выполняться промышленными роботами. Только тогда реактор будет перевезен обратно на место (или в другое место, где он будет интересен). Это исключает риск радиоактивного заражения.

Ядерная энергетика меняется. Строительство атомных электростанций — дело дорогостоящее, сложное и требует времени. Малые модульные ядерные реакторы — это недорогая альтернатива для глобального рынка. Благодаря модульной конструкции, построенной на заводе, они могут повысить надежность доставки, снизить сложность и оптимизировать безопасность.

Поскольку эти объекты намного меньше, чем сегодняшние атомные электростанции, основным преимуществом должна быть лучшая экономическая доступность таких источников энергии. Небольшой агрегат в целом будет более доступным для инвестиций — ожидается, что он будет стоить десятки миллионов долларов.

Инвестиции в приобретение будут лучше распределены по времени, а ввод в эксплуатацию сократится до доли сегодняшних сроков, поэтому в конечном итоге окупаемость будет быстрее.

Цена на энергию, произведенную таким образом, также не будет зависеть от колебаний цен на нефть и другие углеводороды на мировом рынке из-за политических кризисов и других непредсказуемых факторов. Его реализация на практике может ускорить политическую борьбу с выбросами парниковых газов.

Интерес к разработке небольших модульных реакторов проистекает из стремления снизить затраты, а также предложить потребителям электроэнергию независимо от крупных распределительных сетей. Поэтому его в основном поддерживают крупные государства с необитаемыми территориями, такие как Канада или Китай. Но Великобритания, Япония и другие страны тоже заинтересованы.

Однако есть и критики, которых в основном беспокоят конструктивные дефекты и риски безопасности при децентрализованном серийном производстве ядерных установок.

Брошюра о малых модульных реакторах ( в PDF)