Атомные компакты Малые ректоры как перспектива энергетики

На протяжении всей своей истории ядерная энергетика наращивала мощности — ​больше энергоблоков, больше мегаватт. У реактора первой АЭС в Обнинске было всего 5 МВт, а у построенного в 2018 году блока китайской АЭС «Тайшань» — ​1660 МВт. Людям надо все больше энергии, и атомные станции готовы ее дать. Однако все имеет и свою обратную сторону — АЭС огромны, очень дороги, их строительство длится десятилетия, они занимают большие территории и требуют развитой инфраструктуры, от дорог до кадровых ресурсов.

Современная атомная электрическая станция — не только энергоблок, где находятся реакторная установка и турбогенератор. Это масштабное скопление цехов и производств, служащих для обеспечения работы, безопасности, резервирования и так далее. Кроме того, обычно на территории АЭС размещаются комплекс по переработке, отдельное хранилище отработавшего топлива или даже опреснительная станция. Численность персонала — около 1000 человек на энергоблок. Это комплекс размером и населенностью с большой поселок, так что возвести его можно далеко не везде.

Отдельная проблема ждет владельцев АЭС после окончания срока эксплуатации, когда станцию нужно разбирать, перерабатывать и утилизовать отходы — это астрономические расходы, которые тоже надо учитывать при расчете рентабельности атомной генерации.

Получается, что на территориях с небольшим потреблением электроэнергии атомные электрические станции экономически невыгодны, причем в качестве таких территорий выступают целые страны, не имеющие тяжелой промышленности, которая окупает работу АЭС. Однако лишать их преимуществ атомной генерации было бы обидно, поэтому новый тренд в энергетике – компактные ​АЭС малой мощности.

Модульные и небольшие

Ничего принципиально нового атомщикам изобретать не пришлось, ведь одновременно с АЭС развивались реакторы для подводных лодок, ледоколов, исследовательские реакторы небольшой мощности. Надо было только их доработать.

В определении МАГАТЭ, «малые» — это реакторы электрической мощностью до 300 МВт, «средние» — до 700 МВт. Основная идея «малой атомной генерации» сейчас состоит в ММР («SMR», small modular reactors ) — малых модульных реакторах, которые можно не строить в чистом поле, как города, а выпускать на заводах, как машины. Такой модуль, в идеале, можно просто привезти и поставить. Если мало одного – поставить несколько, соединив в одну систему.

При этом поставить их можно куда угодно — есть проекты подземного и даже подводного размещения, не занимающие места там, где земля в дефиците.

Преимущества ММР

ММР считаются более безопасными, чем большие реакторы, хотя бы с точки зрения энергонапряженности. Чем меньше мощность, тем меньшее остаточное тепловыделение после останова. Кроме того, они имеют большое количество пассивных систем безопасности.

Они менее требовательны к месту установки, например, не требуют огромных объемов пресной воды для охлаждения. Это позволяет строить их в удаленных регионах с не лучшими климатическими условиями.

Плюс — минимум технически сложных строительно-монтажных работ, в идеале, «привезли — поставили — работает».

Малые АЭС высокоманевренны. В отличие от своих больших собратьев они могут оперативно снижать и наращивать генерацию, дополняя и буферизируя возобновляемые источники энергии — ветер и солнце.

Еще одно преимущество ММР — в сравнении с большими реакторами они малообслуживаемы. Это и длительный интервал между перегрузками топлива (от 2 до 10 лет), и совсем небольшое количество персонала.

И главное, они значительно (на порядки) дешевле, чем большие АЭС, и могут наращивать мощность последовательно, путем строительства новых модулей, что сильно упрощает поиск инвестиций.

Проекты и технологии

Технологически ММР делятся на две группы. Первая — водо-водяные реакторы, использующие в качестве топлива диоксид урана. Проверенная, отработанная технология. К ним относятся проекты Westinghouse SMR, корейский KAERI SMART, китайский ACP100, отечественный КЛТ-40С и РИТМ-200 или французский подводный Flexblue.

Вторая группа — это реакторы инновационных конструкций, использующие новые виды топлива. Относительно небольшие размеры и капиталовложения при строительстве опытного блока позволяют доводить до практики многие идеи конструкций и технологий ядерных реакторов, проигравших в свое время соревнование традиционным.

Так, среди АСММ (атомные станции малой мощности) можно найти быстрые натриевые реакторы (проект Toshiba 4S и General Electric PRISM), реакторы, использующие в качестве топлива расплав урановой или ториевой соли (американско-канадский проект IMSR от Terrestrial Energy, LTFR от Flibe Energy). Представлены в этой категории и отечественные свинцово-висмутовые и свинцовые проекты СВБР-100 и БРЕСТ-300-ОД. Есть и совсем революционные идеи вроде «реактора-свечи» от стартапа TerraPower, финансировавшегося Биллом Гейтсом.

Большая часть проектов пока на стадии концепции. А те, что уже получили лицензии (свидетельства о безопасности конструкции) от национальных регуляторов, относительно немногочисленны.

Российские АСММ

«Росатом», являясь одним из мировых лидеров в атомной энергетике, делает ставку на строительство АСММ здесь и сейчас на основе отработанных технологий. Это, например, ледокольные реакторы КЛТ-40С и РИТМ-200.

Ну и, разумеется, все слышали про плавучий энергетический блок «Академик Ломоносов» (ПЭБ «Академик Ломоносов») — головной проект серии мобильных транспортабельных энергоблоков малой мощности.

Ведется также разработка новых типов малых реакторов. Это проекты «Шельф», «Витязь», АТГОР, СВБР-100, БРЕСТ-300 и другие. Большинство этих реакторов остаются в стадиях технического предложения или эскизного проекта, но в прошлом году стартовало строительство первого в мире энергоблока четвертого поколения с быстрым реактором естественной безопасности БРЕСТ-ОД-300. Это прорывной проект, который в случае успеха может стать новой вехой для ядерной энергетики.

Недостатки ММР

Главный недостаток АСММ — генерируемое малыми реакторами электричество обходится заметно дороже, чем на больших АЭС. Так, в проекте строительства реакторного модуля Toshiba 4S (10 МВт) в городке Галена (штат Аляска) стоимость электроэнергии получалась на уровне 56 центов за кВт·ч — дороже даже электроэнергии с дизель-генераторов. АЭС (ПАТЭС) «Академик Ломоносов» в бездотационном варианте имел бы стоимость электроэнергии в районе 60 рублей за кВт·ч, уступая угольной ТЭС, которая работала ранее в месте его дислокации. Это следствие как малосерийности новых технологий, так и отношения государственных регуляторов, которые спрашивают с малых, как с больших, хотя они куда менее опасны.

Перспективы

На сегодня рынка АЭС малой мощности в мире пока нет. Однако экологическое давление на традиционную энергетику и врожденные недостатки «нетрадиционной» создают перспективную нишу для АСММ. Кто первым ее захватит, тот и определит объем рынка и его возможную роль для мировой атомной промышленности.

По оценкам МАГАТЭ, мировая потребность в маломощных реакторах до 2040 года составляет ​от 0,5 до 1 тыс. блоков. По данным британской Национальной ядерной лаборатории, к 2035 году рынок малых модульных реакторов гражданского назначения достигнет 400 млрд фунтов стерлингов (около 517,5 млрд долларов).