Малые реакторы с большим потенциалом

Когда люди слышат словосочетание «ядерная энергетика», обычно в их воображении возникают картины весьма впечатляющих по своим размерам электростанций и градирен, однако сегодня, когда начинают внедряться малые модульные реакторы (ММР) и микрореакторы (МР), облик и пределы применения ядерной энергетики претерпевают изменения.

«ММР и МР, как и ядерные реакторы большой мощности, обеспечивают выработку электроэнергии с малым объемом выбросов углекислого газа, но при этом они меньше по размерам, более гибкие в применении и более доступные по цене, поэтому их можно подключать к небольшим энергосистемам и сооружать в труднодоступных местах, где применение реакторов большой мощности было бы нецелесообразным, — говорит Фредерик Рейтсма, руководитель группы по технологиям малых модульных реакторов в МАГАТЭ. — Многие из них спроектированы с учетом возможностей неэлектрического применения в дополнение к обычным задачам по выработке электроэнергии, что лишний раз подчеркивает их преимущества в плане получения экологически чистой энергии и экономической выгоды».

Планируется, что в зависимости от конструкции ММР смогут выдавать до 300 МВт (эл.) (мегаватт электрической мощности), а МР — до 10 МВт (эл.). Помимо модульности, другими характерными общими чертами таких реакторов является наличие обеспечивающих повышенную безопасность пассивных и интегрированных систем, возможность экономичной и гибкой генерации электроэнергии для удовлетворения колебаний спроса и упрощенная конструкция, благодаря которой такие реакторы быстрее и проще в сооружении, чем распространенные в настоящее время типы реакторов. Кроме того, они предполагают больше возможностей для сборки в заводских условиях, что поможет сократить продолжительность строительных работ на площадке и сделает типовое производство этих реакторов для развертывания дополнительных мощностей более простым и экономически выгодным.

«Создание ядерных реакторов большой мощности — это грандиозная задача, требующая значительных долгосрочных инвестиций, что может быть практически осуществимо и оправдано лишь в некоторых ситуациях. В то же время в других ситуациях более реалистичным и быстро реализуемым вариантом, а иногда и единственным способом экономически эффективного внедрения ядерно-энергетических технологий является применение ММР и МР, — поясняет Рейтсма. — Если добавить к этому эффективные подходы к привлечению финансирования и регулированию рынка, ядерная энергетика станет доступной для более широкого круга потребителей и будет рассматриваться на энергетическом рынке как более конкурентоспособный и привлекательный вариант». Подробнее о различных аспектах финансирования и политике регулирования рынка в сфере ядерной энергетики читайте здесь.

Первые успехи технологии ММР

Первый в мире усовершенствованный реактор типа ММР был подключен к энергосистеме в 2019 году, а его коммерческая эксплуатация была начата в мае 2020 года.

На плавучей АЭС «Академик Ломоносов», действующей у арктического побережья России, находятся две реакторные установки КЛТ‑40С, которые представляют собой ММР мощностью 35 МВт (эл.), вырабатывающие достаточно энергии для снабжения города с населением около 100 000 человек. Станция также способна выдавать теплофикационную мощность порядка 50 гигакалорий в час и может использоваться для опреснения морской воды, производя до 240 000 кубометров пресной воды в сутки.

«Благодаря ядерным реакторам малой мощности, уже к 2040 году в Арктическом регионе может быть обеспечен нулевой показатель выбросов, — говорит Антон Москвин, вице-президент по маркетингу и развитию бизнеса АО «Русатом Оверсиз». — «Академик Ломоносов» в перспективе заменит собой угольную ТЭЦ. Помимо того, что он будет способствовать устранению вредных выбросов в арктическую экосистему, этот проект обеспечит уверенность в том, что в морозных условиях Крайнего Севера жители региона не останутся без света и отопления».

Среди других проектов ММР на завершающих этапах сооружения находятся реактор CAREM мощностью 30 МВт (эл.) в Аргентине и реактор HTR–PM мощностью 210 МВт (эл.) в Китае. Кроме того, несколько проектов уже почти прошли процедуру согласования в регулирующих органах, в том числе ММР «Нью Скейл Пауэр» в Соединенных Штатах и несколько ММР в Канаде. В целом в мире насчитывается более 70 проектов ММР, находящихся на разных стадиях разработки.

МАГАТЭ ведет деятельность по ряду связанных с ММР направлений в целях поддержки профильных исследований и разработок в разных странах мира. Агентство содействует сотрудничеству в области проектирования, разработки и внедрения ММР и выступает в качестве центра по обмену знаниями и опытом в области регулирования ММР.

Микроэлектростанции

В то время как проекты ММР преимущественно основываются на уже хорошо известных реакторных установках, МР представляют собой нечто такое, что вполне можно было бы отнести к области научной фантастики. Их размеры настолько малы, что вся энергетическая установка может быть сразу собрана на заводе и доставлена на место одним грузовиком. Благодаря наличию саморегулирующихся пассивных систем безопасности такие реакторы не требуют большого количества обслуживающего персонала. Работая без привязки к электрической сети, они могут перевозиться с места на место и использоваться в разных условиях. Такие реакторы могут выдавать до 10 МВт (эл.) и способны на протяжении 10 или более лет в круглосуточном и непрерывном режиме обеспечивать электроэнергией более 5000 домов.

Компактные и передвижные реакторы такого типа могут использоваться в качестве резервного источника электроснабжения для таких объектов, как больницы, либо в качестве замены электрогенераторов, которые обычно работают на дизельном топливе и являются единственным источником электроэнергии в удаленных населенных пунктах или на промышленных площадках и рудниках.

В настоящее время  частными компаниями и исследовательскими группами в разных странах мира ведется разработка более десятка проектов МР.

Одним из близящихся к завершению проектов является реактор с быстрым спектром нейтронов «Аврора» мощностью 1,5 МВт (эл.), который разрабатывается компанией «Окло» — стартапом из США. Реактор «Аврора», проект которого сейчас проходит согласование в регулирующих органах, сконструирован по принципу функционирования и саморегулирования преимущественно за счет естественных физических процессов, что подразумевает использование в нем — в целях повышения безопасности — очень малого количества движущихся элементов. Планируется также, что этот реактор, в котором применяется топливо на основе высокообъемного низкообогащенного урана, сможет работать десятилетиями без необходимости перегрузки топлива.

«Реакция ядерного деления может использоваться в установках самого разного формата: малой и большой мощности, с разными типами топлива, с разными системами охлаждения, — что позволяет реализовать множество различных бизнес-моделей и сценариев взаимодействия с общественностью и обеспечения ее вовлеченности, — говорит Кэролайн Кокрэн, исполнительный директор «Окло». — Благодаря новым способам использования энергии деления и внедрению рассредоточенных, имеющих малую мощность станций, развитие человеческого потенциала может быть обеспечено при минимальном использовании ресурсов».

Среди других находящихся на завершающих этапах проектов МР можно упомянуть реактор мощностью 4 МВт (эл.), разрабатываемый «Ю‑Бэтэри» (возглавляемым компанией «Уренко» консорциумом со штаб-квартирой в Соединенном Королевстве), который, как ожидается, будет принят в эксплуатацию в 2028 году.

Внедрение в крупных масштабах

Несмотря на многие успехи, ММР и МР все еще далеки от внедрения в крупных масштабах.

«Эта ситуация напоминает спор о том, что появилось раньше — курица или яйцо, — говорит Рейтсма. — С одной стороны, для инвестиций в развитие и внедрение технологии ММР требуется наличие гарантированного рынка и спроса на продукт, а с другой стороны, закрепиться на рынке не получится без привлечения финансирования для разработки и демонстрации продукта или хотя бы для того, чтобы провести необходимые исследования или построить испытательные установки, что может требоваться для получения лицензии. Потенциальные инвесторы не спешат вкладываться в новую технологию, если у них нет уверенности по поводу рыночных рисков».

Одним из других существенных препятствий на пути к внедрению является вопрос применимости регулирующих требований к широкому спектру проектов ММР и МР. Использование в них всего многообразия конструкций, систем и элементов подразумевает, что в целях обеспечения надлежащего уровня безопасности стандартные подходы к регулированию, которые были выработаны для традиционных АЭС, должны быть пересмотрены и в конечном итоге скорректированы. Ситуация в области нормативного регулирования ММР более подробно рассматривается на здесь.

«На данный момент многие первые в своем роде проекты усовершенствованных ММР еще только проходят согласование в регулирующих органах, и в целом следует ожидать, что после завершения всех формальностей и до момента их сооружения и ввода в эксплуатацию пройдет еще не менее четырех-пяти лет, — говорит Рейтсма. — Однако по мере того, как ММР и МР будут получать распространение, можно предположить, что эти временные рамки сузятся, и внедрение этой технологии пойдет быстрее, легче и с меньшими затратами».