Ядерная энергетика как двигатель более глубокой декарбонизации

Гибкие ядерные технологии в энергосетях будущего

В нашем исследовании на тему требуемых показателей затрат и производительности для усовершенствованных АЭС, которое недавно было проведено в Соединенных Штатах в рамках программы MEITNER Агентства передовых исследований в области энергетики (ARPA‑E), определены требования, которые предъявляются рынком к компаниям — разработчикам усовершенствованных реакторов, которые хотят создать востребованные и конкурентоспособные с точки зрения затрат продукты с перспективой их коммерциализации в начале 2030‑х годов.

В этом исследовании установлены ценовые и эксплуатационные характеристики, исходя из которых владельцы АЭС и инвесторы, а также общество в целом могут наметить путь к недорогим, надежным, устойчивым, гибким и — самое главное — экологически чистым электроэнергетическим системам будущего. Полученные нами результаты указывают на то, что для усовершенствованных реакторов, затраты на создание которых составляют менее 3000 долл. США в расчете на киловатт мощности, откроются обширные рыночные перспективы. Сочетание АЭС с системами для аккумулирования тепловой энергии позволит эффективно использовать ядерные установки в качестве ресурса для удовлетворения пиковой нагрузки, который при этом способен обеспечить дополнительный полезный запас энергии и повысить отдачу от энергосистемы. С точки зрения операторов энергосетей, организаций, занимающихся анализом энергетических систем, и директивных органов это свидетельствует о ценности гибких ядерных технологий не только в плане снижения объемов выбросов, но также и в плане снижения совокупных издержек в рамках всей энергосистемы.

Синтетическое топливо c использованием водорода

Для того чтобы достичь требуемых масштабов и темпов снижения выбросов, а также обеспечить большую доступность энергии и экономический рост во всем мире, используемые в качестве замены безуглеродные или не связанные с образованием углерода виды топлива должны быть равноценны органическим видам топлива с точки зрения стоимости и характеристик. 

Производство водорода с использованием ядерной энергии и с нулевым показателем выбросов может быть вполне конкурентоспособным с точки зрения затрат по сравнению с другими технологиями производства без выбросов двуокиси углерода (CO₂), а также потенциально может конкурировать с технологией паровой конверсии метана, получаемого из недорогого природного газа (Allen et al. 1986; BloombergNEF 2020; Boardman et al. 2019; Gogan and Ingersoll 2018; Hydrogen Council 2020; IEA 2019b; NREL 2019b; M. Ruth et al. 2017; Yan 2017). Даже дорогостоящие головные энергоблоки традиционных проектов АЭС в Европейском Союзе и Соединенных Штатах могут производить водород с использованием экологически чистой энергии при затратах, сопоставимых с современными солнечными и ветровыми электростанциями, имея при этом высокий коэффициент использования установленной мощности.

Более того, крупномасштабное и малозатратное производство «экологически чистого» водорода может создать условия для декарбонизации в сфере авиации, морского судоходства, производства цемента и промышленного производства, при условии способности водородного топлива конкурировать с дешевой нефтью. По нашим оценкам, для этого его цена должна составлять 0,90 долл. США за килограмм.

Согласно текущим прогнозам в отношении производства водорода на основе возобновляемой энергии, ожидаемый уровень цен к 2030 году составит всего 2 долл. США, а к 2050 году и того меньше. Снижение цен сдерживается малым коэффициентом использования установленных мощностей даже несмотря на то, что следует ожидать дальнейшего уменьшения капитальных затрат на установки по использованию возобновляемых источников энергии.

Атомные электростанции сегодня могли бы поставлять «чистый» водород по цене менее 2 долл. США/кг, а с появлением нового поколения усовершенствованных модульных реакторов не исключено, что к 2030 году уровень цен достигнет 0,90 долл. США/кг.

Для того чтобы обеспечить масштабный прирост производства «чистого» водорода, модели реализации и внедрения проектов в ядерной отрасли должны быть переосмыслены с точки зрения возможностей по масштабированию и производству тепла, топлива и электроэнергии без загрязнения окружающей среды. Это потребует столь же сильного смещения акцентов в сторону оптимизации затрат, повышения показателей работы и темпов внедрения, что в случае с возобновляемыми источниками энергии привело к тому, что сам облик глобальной энергетической системы начал меняться.

Стремительное сокращение затрат в ближайшей перспективе будет достижимо за счет перехода от традиционных проектов строительства к использованию высокопроизводительных производственных комплексов, например судостроительных верфей, или к развертыванию электролизных заводов по производству водорода гигаваттного масштаба, которые будут представлять собой перерабатывающие заводы следующего поколения, размещаемые на площадках уже имеющихся объектов, таких как крупные прибрежные нефтегазоперерабатыващие заводы.

Переход от традиционного строительства к высокопроизводительным комплексам по изготовлению усовершенствованных реакторов позволит радикально снизить затраты на производство «чистого» водорода и синтетического топлива. Ведущие судостроительные верфи уже обладают обширными производственными мощностями, которые могут быть использованы для производства специально разработанных установок по производству водорода.

Появление гигаваттных электролизных заводов и сошедших со стапелей судостроительных верфей плавучих ядерных энергетических установок позволит миру вернуться на правильный путь, ведущий к достижению целей Парижского соглашения по удержанию прироста температуры в пределах 1,5/2°C. Эти масштабные усилия по декарбонизации могут быть осуществлены при изъятии под эти цели очень малых площадей, благодаря чему удастся сохранить больше земель для восстановления дикой природы и природных экосистем, что составляет разительный контраст с «беспорядочным разрастанием энергетической инфраструктуры», под которым понимается выделение под промышленное освоение технологий получения энергии из возобновляемых источников территорий, сравнимых по площади с иными странами.

Руководствуясь этими моделями предоставления энергетических услуг, проделать за три десятилетия путь от потребляемых в сутки 100 млн баррелей нефти к равнозначным объемам используемого в качестве ее замены «чистого» топлива получится с гораздо меньшими затратами: вместо 25 триллионов долларов США, которые требуются для поддержания поставок нефти на период до 2050 года, пришедшие на замену нефти виды топлива, получаемые при помощи «чистой» энергии, обойдутся в 17 триллионов. Эта цифра становится еще наглядней в сравнении с 70 триллионами долларов США, которые понадобятся для реализации стратегии, делающей ставку только на возобновляемые источники энергии.

Благодаря ядерной энергетике, работающей на основе этих переосмысленных моделей предоставления услуг, затраты на декарбонизацию экономики могут оказаться ниже, чем затраты в связи с дальнейшим использованием органического топлива. Тем не менее этот переход не может быть начат до тех пор, пока правительствами и другими заинтересованными сторонами не будут предприняты срочные меры по сокращению издержек и ускорению внедрения инновационных технологий. Необходимо, чтобы в общемировых усилиях по декарбонизации ядерная энергетика заняла свое полноправное место.