Атомная энергетика переживает свой ренессанс во всем мире: о причинах

Основным трендом, упорно продвигаемым в глобальной экономике в последние десятилетия, было ее «озеленение» за счет последовательного отказа от использования ископаемого топлива и атомной генерации, которые были объявлены экологически вредными и опасными. Однако, если судить по общему количеству стартапов в этой сфере по всему миру, атомная энергетика, напротив, переживает свой ренессанс.

Молодо-«зелено»

Почему так происходит, догадаться нетрудно. «Зеленая» повестка и борьба за экологию – это, конечно, хорошо, но есть и объективные экономические реалии, которые просто нельзя игнорировать. Топливная составляющая в себестоимости электроэнергии, вырабатываемой на АЭС, больших и малых, находится в диапазоне от 3% до 5%. В газовой же энергогенерации стоимость топливной составляющей достигает уровня от 70% до 80%. Когда стоимость природного газа за год-полтора скакнула в разы, это сделало убыточным промышленное производство даже в развитой Германии, откуда теперь многие технологические компании засобирались в бизнес-эмиграцию. Если же стоимость урана для АЭС подскочит в несколько раз, для конечного потребителя электроэнергии изменение тарифов окажется не столь критическим.

Иначе говоря, именно атомная энергетика оказалась наиболее соответствующей новым экономическим реалиям. Она дает малый углеродный след, не зависит от капризов природы, как возобновляемые «зеленые» источники, ее стоимость адекватна и предсказуема, что и требуется. К ее минусам можно отнести достаточно высокий порог входа: АЭС строятся достаточно долго и стоят дорого. Неудивительно, что по всему миру в настоящее время активно разрабатываются проекты мини-АЭС, или атомных станций малой мощности (АСММ).

АСММ/SMR

По состоянию на 2020 год в мире насчитывалось свыше 70 проектов в области мини-АЭС (SMR - Small Modular Reactor, по западной классификации), причем, 17 приходилось на Россию. Современный энергоблок АЭС имеет мощность в среднем на уровне в 1100-1600 МВт. Это огромные дорогостоящие сооружения, однако они позволяют генерировать самую дешевую и экологически чистую с точки зрения выбросов углерода электроэнергию. Но позволить себе заказать у какого-нибудь «Росатома» строительство такой АЭС могут не только лишь все. Именно поэтому чрезвычайно перспективным направлением считается малая атомная энергетика, к которой по классификации МАГАТЭ относятся станции электрической мощностью до 300 МВт. Кроме того, выделяются еще и так называемые микро-АЭС с мощностью до 10 МВт.

К конструктивным особенностям SMR относится их модульность, которая позволяет не строить гигантскую АЭС прямо на месте, а производить большую часть оборудования серийно на заводе и в виде модулей доставлять на площадку. Сроки строительства мини-АЭС должны сократиться до 2-3 лет по сравнению с 5-10 годами у традиционных АЭС. Компактные размеры позволят даже размещать малые атомные электростанции под землей, что снизит риски радиационных аварий и утечек. Современная автоматика даст возможность эксплуатировать такую мини-АЭС с меньшим персоналом, что также приведет к сокращению расходов. Атомные электростанции малой мощности можно построить, используя различные технологии и в разных конфигурациях: водо-водяные реакторы наземного базирования, SMR морского базирования, быстрые реакторы, реакторы на расплавах солей и микрореакторы.

Более половины стартапов используют водо-водяные реакторы, которые применяются на 80% больших АЭС. Отличие состоит в меньших размерах и интегральной компоновке: большинство компонентов первого контура, включая парогенераторы, находится прямо внутри корпуса реактора. По такому принципу реализован, в частности, проект NuScale от одноименной американской компании, которая разработала энергоблок мощностью от 60 МВт до 77 МВт. В общем бассейне мини-АЭС, обеспечивающем безопасность при расхолаживании и операциях перегрузки топлива, смогут разместиться, на выбор, 4, 6 или 12 модулей суммарной мощностью 308, 462 и 924 МВ, соответственно. Перегрузка 1/3 ядерного топлива должна осуществляться раз в два года. Компания-разработчик обещает стоимость электроэнергии на уровне $40-$65 за МВт*ч.

Интегральную компоновку также имеют китайский реактор ACP100 и аргентинский CAREM. В КНР два первых малых энергоблока мощностью в 125 МВт размещены на площадке действующей АЭС «Чанцзян» на острове Хайнань, под землей. На основе данной технологии предполагается создать целую линейку многофункциональных реакторов мощностью от 25 до 200 МВт, включая плавучие АЭС. В Аргентине работы в данном направлении начались еще 30 лет назад, а строительство первого энергоблока CAREM мощностью чуть более 30 МВт стартовало в 2014 году. На основе данной технологии предполагается создать серию аргентинских мини-реакторов мощностью в 100-200 МВт. В Канаде планируют к 2028 году построить кипящий реактор BWRX-300 и тяжеловодный CANDU SMR. В Чехии есть свой проект тяжеловодного реактора для мини-АЭС под названием TEPLATOR.

Заметим, что Россия является одной из немногих стран, которые имеют реально работающие мини-АЭС. Первыми водо-водяные реакторы малой мощности спроектировали США и СССР для нужд своего флота, подводного и надводного. С середины прошлого века в нашей стране малые ядерные реакторы устанавливались на атомных ледоколах, и к настоящему времени сменилось уже четыре поколения - ОК-150 (а/л «Ленин», 1957 г), ОК-900А (а/л «Арктика» проект 10520), КЛТ-40 (а/л «Таймыр» проект 10580) и РИТМ-200 (УАЛы проект 22220). На их основе и была создана российская плавучая атомная теплоэлектростанция (ПАТЭС), которая направлена на Чукотку для замены старой Билибинской АЭС и угольной ТЭС. Плавучие АЭС следующего поколения строятся с реакторными установками РИТМ-200 мощностью по 55 МВт и сроком службы до 60 лет, перегрузка топлива в которых нужна будет всего раз в 10 лет.

По факту, российский РИТМ-200 на текущий момент самый массовый и освоенный реактор для малых АЭС. Свою морскую версию компактного ВВР ACPR50S электрической мощностью 50 МВт в настоящее время строят в Китае. Датская компания Seaborg совместно с южнокорейской судостроительной компанией Samsung Heavy Industry разрабатывает плавучую АЭС с жидко-солевым быстрым реактором мощностью от 200 до 800 МВт и сроком службы в 24 года.

Помимо водных реакторов, многие перспективные мини-АЭС используют быстрые реакторы с жидкометаллическим теплоносителем (ЖМТ). Например, это реактор Natrium, совместная разработка компании TerraPower Билла Гейтса и GE Hitachi Nuclear Energy. Стартап представляет собой энергоблок с быстрым натриевым реактором электрической мощностью 345 МВт в комбинации с системой накопления тепла в виде емкостей с расплавами солей, которая позволит ему временно повышать мощность до 500 МВт и работать таким образом в маневренном режиме. В нашей стране давно существуют быстрые натриевые реакторы, работающие на энергоблоках БН-600 и БН-800 на Белоярской АЭС. В Димитровграде ведется строительство исследовательского натриевого реактора МБИР нового поколения.

Перспективным направлением в области малых АЭС считаются газоохлаждаемые реакторы, использующие в качестве теплоносителя гелий, который может разогреваться до 700-900 градусов. В КНР первый такой энергоблок начал работать в 2021 году на АЭС SHIDAO BAY. В США существует его аналог под названием Xe-100 от компании X-Enegry, а вот в России такие проекты пока есть только на бумаге. Также к SMR относятся жидкосолевые реакторы, или реакторы на расплавах солей, которые разрабатываются в рамках нескольких стартапов. Это жидкосолевой реактор KP-FHR электрической мощностью 140 МВт и КПД 45% от американской компании Kairos Power, а также жидкосолевой реактор SSR-W от канадо-британской компании Moltex Energy. Отечественный ЖСР предполагается построить на Горно-химическом комбинате в Железногорске.

Одно из самых интересных направлений в атомной энергетике – это перспективные микро-АЭС с мощностью до 10 МВт. В Соединенных Штатах компанией BWXT для нужд американской армии разрабатывается газоохлаждаемый реактор Pele с TRISO-топливом мощностью до 5 МВт. В России есть свои аналогичные по сути проекты «Шельф-М» и «Елена АМ». «Шельф-М» — это водо-водяной реактор интегральной компоновки тепловой мощностью около 30 МВт и электрической до 10 МВт, где топливо обогащением 19,7% рассчитано на 8 лет работы без перегрузки. Первая микро-АЭС с реактором данного типа может появиться в Якутии к 2030 году. «Елена АМ» — это водо-водяной реактор тепловой мощностью 3 МВт с прямым термоэлектрическим преобразователем для выдачи до 400 кВт электроэнергии, в котором топливо с 15% обогащением рассчитано на 25 лет работы установки.

Таким образом, несмотря на все попытки «зеленых» ее похоронить, атомная энергетика живее всех живых и имеет прекрасные рыночные перспективы. Современные экономические условия требуют надежного источника недорогой и экологически чистой электроэнергии, и дать ее может именно мирный атом. Будущее мировой энергетики – это сочетание АЭС, больших, малых и микро, с иными источниками генерации, которое будет для каждого заказчика оптимальным.