💳 Термінова новина! Trustee Plus — найкраще рішення для розрахунку криптою 👉
Дмитро БунецькийГаряченьке
16 листопада 2022, 12:44
2022-11-16
Маленька атомна енергетика: що таке модульні реактори, навіщо вони Україні та які підводні камені на нас можуть чекати
Спеціальний уповноважений президента США Джо Байдена з питань клімату Джон Керрі та міністр енергетики України Герман Галущенко оголосили про пілотний проєкт «Чисте паливо в Україні із SMR (Small modular reactor)», у межах якого США, Японія, Південна Корея й Україна мають показати, як малий модульний ядерний реактор дає енергію на електролізери, що виробляють чистий водень та аміак. Кореспондент dev.ua розібрався, що то за реактори такі та коли нам їх чекати.
Спеціальний уповноважений президента США Джо Байдена з питань клімату Джон Керрі та міністр енергетики України Герман Галущенко оголосили про пілотний проєкт «Чисте паливо в Україні із SMR (Small modular reactor)», у межах якого США, Японія, Південна Корея й Україна мають показати, як малий модульний ядерний реактор дає енергію на електролізери, що виробляють чистий водень та аміак. Кореспондент dev.ua розібрався, що то за реактори такі та коли нам їх чекати.
Що сталося
Згідно із заявою, викладеною на сайті Держдепу, «проєкт спрямований на проведення першого у своєму роді пілотного виробництва промислового виробництва чистого палива із SMR… Спираючись на наявну співпрацю з розбудови потенціалу, започатковану в межах програми США „Основна інфраструктура для відповідального використання технологій SMR“ (FIRST), проєкт спрямований на підтримку цілей енергетичної безпеки України, уможливлення декарбонізації енергетичних секторів, які важко зменшити, шляхом виробництва чистого водню та покращити довгострокову продовольчу безпеку за допомогою чистих добрив, вироблених з аміаку».
Серед партнерів-учасників пілоту — міжнародний консорціум Аргонської національної лабораторії, НАЕК «Енергоатом», РНБО України та Державного науково-технічного центру ядерної та радіаційної безпеки, а також приватні компанії Clark Seed, Doosan Enerbility, FuelCell Energy, IHI Corporation, JGC Corporation, NuScale Power, Samsung C&T і Starfire Energy.
У другому месседжі Джон Керрі запустив ініціативу «Проєкт Фенікс», у межах якого європейські вугільні електростанції будуть переходити на SMR, водночас робочі місця мають зберігатися, а персонал перенавчать для роботи на нових енергостанціях.
Герман Галущенко своєю чергою уточнив, що термін реалізації проєкту орієнтовно становитиме 2–3 роки.
Поки що незрозуміло, де саме буде розміщена пілотна установка, бо навряд чи досить легко побудувати, хоч і малий, але повноцінний ядерний реактор у країні, що воює. Окрім того, заява США — це єдине, що дає надію на те, що проєкт узагалі запуститься, бо «Енергоатом», відверто, не найкращий девелопер України. Утім, про все по порядку.
Навіщо потрібні SMR
Як пишуть на сайті американського Департаменту енергетики (те саме, що Міненерго, просто назва інша), удосконалені малі модульні реактори (Advanced SMR) є ключовою частиною мети Департаменту щодо розроблення безпечних, чистих і доступних варіантів ядерної енергії.
Удосконалені SMR, які зараз розробляються в Сполучених Штатах, мають різні розміри, технологічні параметри, можливості та сценарії розгортання. Ці сучасні реактори, які, як передбачається, можуть варіюватися за розміром від десятків мегават до сотень мегават, можуть використовуватися для виробництва електроенергії, технологічного тепла, опріснення й інших промислових цілей. Конструкції SMR можуть використовувати легку воду (тобто H20), важку воду (D2O, де замість водню дейтерій), газ, рідкий метал або розплавлена сіль як теплоносія.
За словами американських енергетиків, SMR пропонують багато переваг: відносно невеликі фізичні сліди, зменшені капіталовкладення, можливість розміщення в місцях, недоступних для більших атомних станцій, і умови для поступового збільшення потужності.
Наразі Департамент енергетики США надав суттєву підтримку розробці легких SMR із водяним охолодженням (фактично, зменшені копії звичайних реакторів), які перебувають на розгляді ліцензування Комісією з ядерного регулювання (NRC) і, ймовірно, будуть розгорнуті наприкінці 2020-х — на початку 2030-х років. Департамент також зацікавлений у розробці SMR, які використовують нетрадиційні теплоносії, такі як рідкі метали, солі та гази.
Як працює SMR
Будь-який ядерний реактор — це, по суті, паровий двигун, тільки замість стандартного палива використовується ядерне паливо. Якщо зібрати докупи деяку кількість активного матеріалу, те, що називається критичною масою, він показує, чому називається активним: ядра починають ділитися, носяться нейтрончики і активна зона гріється. Гріється настільки добре, що його потрібно постійно охолоджувати. Власне — водою, газами, солями, рідкими металами.
Більшість великих реакторів поки що використовують воду, зокрема всі українські. Ця вода після проходження активною зоною перетворюється на дуже гарячий пар. Усе це відбувається в герметично замкнутому циклі — першому контурі — щоб жодна зла радіація не вилізла назовні.
Оця вся штука, описана вище — потужний кип’ятильник, який стромляють вже в іншу місткість, де кипить інша — чиста — вода, розганяє в парогенераторі турбіну, крутиться й видає електроенергію.
Замість води в першому контурі для охолодження активної зони можна використовувати інші речовини — натрій, солі, гази і так далі.
Є ще досить важлива відмінність між реакторами, які працюють на повільних і швидких нейтронах, але різниця між ними потребує окремого тексту, зараз вистачить знати, що поки більшість реакторів працюють саме на повільних нейтронах, а реактори на швидких нейтронах вважаються перспективними на майбутнє, бо вони мають більший КПД, але водночас і більшу температуру активної зони.
SMR — це фактично зменшена копія звичайного реактора, до 300 мегаватт встановленої потужності.
Чому він «модульний»
Тому що складається з модулів.
Серйозно, основна перевага такого реактора в тому, що можна виготовити компоненти системи подачі ядерної пари на заводі, привезти на місце використання, перевірити, увімкнути — і він запрацює.
Тоді як «звичайну» АЕС досить капітально будують «у польових умовах». Тобто малий модульний реактор можна привезти, змонтувати та швидко перейти до експлуатації.
Тому, як пояснюють в американському Департаменті енергетики, капітальна вартість будівництва станції нижча, а самі SMR більш «гнучкі»: вони можуть забезпечувати живлення там, де великі установки не потрібні, або на об’єктах відсутня інфраструктура для підтримки великої установки. Це менші ринки електроенергії, ізольовані території, менші мережі, ділянки з обмеженою кількістю води та площі або унікальні промислові застосування.
«Очікується, що SMR будуть привабливими варіантами для заміни або відновлення потужності старіючих/виведених з експлуатації заводів, що працюють на викопному паливі, або забезпечать можливість доповнити наявні промислові процеси чи електростанції джерелом енергії, яке не викидає парникових газів, — кажуть у Департаменті енергетики США. — SMR можна поєднувати з іншими джерелами енергії, включаючи відновлювані джерела енергії та викопну енергію… Деякі передові конструкції SMR можуть виробляти технологічне тепло з вищою температурою для виробництва електроенергії або промислового застосування».
У чому проблема SMR
У тому, що це нова технологія для суші, дуже регульований, із точки зору безпеки сектор, і, зізнаймося чесно, це не так уже й дешево, як буває з кожною подібною новою технологією.
Загалом економічна конкурентоспроможність SMR базується на концепції, що масове виробництво модульних деталей і компонентів зменшить вартість кіловата електроенергії.
Ключове слово тут — «масове».
Департамент енергетики США, приміром, сподівається, що вдасться розробити стандартизовані проєкти SMR і розкидати виробництво модулів по різним компаніям: «Департамент енергетики сподівається, що розробка стандартизованих проектів SMR також призведе до збільшення присутності американських компаній на світовому енергетичному ринку. Якби було замовлено достатню кількість одиниць SMR, це дало б необхідний стимул для розвитку відповідних заводських потужностей для подальшого збільшення внутрішніх і міжнародних продажів електростанцій SMR».
І дають цифри економічного впливу, щоправда, дані на 2010 рік — саме тоді Інститут енергетичної політики Центру передових енергетичних досліджень проводив це дослідження, і ця дата — червень 2010 року — має вказати допитливому читачу на швидкість, з якою розвиваються подібні проєкти.
Так от, вважається, що прототип SMR потужністю 100 МВт і вартістю $500 млн на виробництво та встановлення створить майже 7000 робочих місць і принесе $1,3 млрд доларів продажів, $404 млн прибутку (нарахування заробітної плати) і $35 млн непрямих податків на бізнес.
У звіті розглядаються ці впливи для кількох рівнів розгортання SMR, тобто низький (1–2 одиниці/рік), помірний (30 одиниць/рік), високий (40 одиниць/рік) і руйнівний (85 одиниць/рік). Дослідження вказує на те, що економічний вплив буде досягнуто шляхом розвитку підприємства з виробництва SMR навіть на помірних рівнях розгортання.
Не нова технологія
Цікаво, що насправді технологія SMR дуже стара. І найбільш допитливі читачі із самого початку статті думали «ну де ж, ну де ж про авіаносці, підводні човни та криголами».
Ось вони, бо ми перейшли до теми атомних двигунів, а точніше — до атомних морських рушійних установок, бо ніде більше вони не прижилися, ні на космольотах, ні на поїздах (були прототипи в СРСР), ні тим більше в автомобілях чи літаках: надто все ж здоровецька й небезпечна штука той атомний реактор, щоб ризикувати аж так.
А от атомна морська рушійна установка — досить звична річ із побудови першого прототипу в Айдахо, США, у 1953 році. Працює точно так само, як звичайний ядерний реактор: кип’ятить воду й обертає електрогенератор або напряму крутить гвинт. У порівнянні з нафтою чи вугіллям, треба рідше заправлятися та зовсім не потрібні баки для палива, бо все воно все в реакторі, але експлуатація та сама установка коштують настільки дорого, що по кишені лише військовим чи понторізам із СРСР, а тепер із рф, які використовували такі на криголамах.
Загалом були побудовані чотири торгові судна з атомними установками, і всі вони вважалися економічно невигідними, через що два з них переобладнали на дизель. Утім, із ними виникла та ж проблема, що поки стримує SMR загалом: одне судно тримати дуже дорого, 40 таких суден — уже більш-менш непогано.
Та повернімося до військових кораблів і човнів. Кількість реакторів може різнитися. Частині атомних підлодок вистачає одного реактора, але російські мають по два, як і американський USS Triton. На більшості американських авіаносців два реактори, а от на USS Enterprise їх аж вісім.
Утім, відмінності між атомним двигуном і малим модульним реактором є, і вони досить великі. Морський реактор фізично малий, тому має генерувати більшу потужність на одиницю простору, тому його компоненти піддаються більшим навантаженням, ніж компоненти наземних реакторів. Окрім того, механіка морського реактора заточена під море, де бувають шторми, тому, коли на землі ви можете зупинити реактор за допомогою сили тяжіння, на морі потрібна більш надійна механічна система, яка опустить керуючі стрижні. Окрім того, морське середовище загалом не дуже любить різні там метали, тому важлива антикорозійність сплавів.
Для морських реакторів через малу активну зону використовується більш збагачене ядерне паливо, воно дорожче.
У сухому залишку, морська силова установка має бути високонадійною та самодостатньою, вимагати мінімум техобслуговування та ремонту (бо, можливо, доведеться ремонтувати його просто в морі, а чим таке закінчується можна побачити в яскравому фільмі «К-119»).
І ось капля дьогтю: попри всі проєкти та пілоти, на сьогодні плавуча атомна електростанція «Академік Ломоносов», що працює на Далекому Сході, є першим і єдиним реально чинним прототипом SMR у світі. Власне, вони просто взяли два морських 35-мегаватних реактори. Перший у світі наземний SMR будують китайці — Linglong One — і мають закінчити до кінця 2026 року.
Утім, Канада, Польща, Велика Британія та США останнім часом справді активізувалися в цьому плані, хоча за термінами польський реактор має з’явитися аж у 2029 році.
Що може піти не так
Підсумуємо.
Загалом модульні реактори — це справді класна штука, яка потребує небагато місця та реально може поміститися там, де раніше була, скажімо, вугільна електростанція.
Для того, щоб вони стали дешевими, і енергія з них стала дешевою (бо потрібно вирахувати капекс з генерації), потрібно, щоб модулі SMR стали стандартизованими та взаємозамінними, щоб розподілити їх по різним підприємствам. Тоді ціна знизиться за рахунок потоку.
Для того, щоб вони почали виробляти водень чи аміак всі технології є — власне, ми і зараз можемо це робити, і робимо — потрібна електроенергія, яку може дати будь-яка з існуючих технологій.
Раніше основна ідея зеленого водню та аміаку була в тому, що його мають виробляти установки, заживлені від вітрогенераторів чи сонячних панелей. Там це має реальний сенс: проблема сонця та вітру в тому, що вони непостійні, і було б круто десь зберігати електроенергію, яку вони виробляють, щоби потім, коли вони перестають виробляти, використовувати цей запас. Наприклад, можна збирати енергію в батарейку. Або використати для закачки води в резервуар ГАЕС. Або зробити за її допомогою водень, із якого потім знову можна зробити електроенергію чи теплову енергію. Або зробити аміак і знизити вуглецевий слід сільського господарства.
Та раніше основним паливом зеленого переходу вважався природний газ, який, після дій росії, підскочив у ціні, і тепер доводиться шукати його деінде. Зараз намагаються зробити ставку на атомну енергію, що теж зрозуміло. Здається незрозумілим лише, навіщо в цьому всьому процесі водень, якщо можна просто брати атомну електроенергію, та насправді і це зрозуміло: виробництво АЕС має нормальний такий вуглецевий слід, який теж треба знижувати за допомогою подібних взаємодій.
Урану поки що вистачить — вважається, що його десь стільки ж, скільки і нафти — звісно, не напряму, а в енергетичному еквіваленті. Проблема з вартістю видобутку більшої частини запасів, але зі зростанням ціни на вуглеводні це може перестати бути проблемою. Утім, варто пам’ятати, що паливо для АЕС — теж товар, який має здатність закінчуватися в найбільш неочікуваний момент.
Ну і є невеликий історичний шлейф, що тягнеться за українськими державними (а інших поки немає, хоча очільник ДТЕК Максим Тимченко заявляв, що «SMR, ймовірно, будуть частиною довгострокової стратегії декарбонізації ДТЕК», у що якраз віриться більше) атомними девелоперами. Наприклад, Централізоване сховище відпрацьованого ядерного палива в зоні відчуження «Енергоатом» будував із 2001 до 2022 року (низка експертів вважають, що його дозволили експлуатувати з порушенням норм).
Два енергоблоки — третій і четвертий — на Хмельницькій АЕС «будуються» з 2005 року.
Завод із виробництва компонентів для SMR від Holtec International (добудовували ЦХОЯП) «будується» в Україні з 2018 року — тоді про це заявляв посол України в США Валерій Чалий, а вже у 2022 році в інтерв’ю «Укрінформу» це підтвердив генеральний директор компанії Кріс Сінгх. Це при тому, що зараз Holtec у релізах не згадується зовсім, що не дивно, враховуючи більшу прихильність нинішньої атомної верхівки до Westinghouse, їх конкурентів.
Міненерго та «Енергоатом» з минулого 2021 року заявляють про будівництво заводу для створення SMR з Nu Scale — ця компанія якраз в релізах залишилися.
Тепер це перетворилося на кроссекторальний проєкт з зеленої енергетики.
Читайте головні IT-новини країни в нашому Telegram
УЧАСТЬ В АЗАРТНИХ ІГРАХ МОЖЕ ВИКЛИКАТИ ІГРОВУ ЗАЛЕЖНІСТЬ. ДОТРИМУЙТЕСЯ ПРАВИЛ (ПРИНЦИПІВ) ВІДПОВІДАЛЬНОЇ ГРИ.
Ліцензія видана ТОВ "СЛОТС Ю.ЕЙ." на провадження діяльності з організації та проведення азартних ігор казино у мережі Інтернет від 15.09.23 (рішення КРАІЛ №245 від 31.08.2023); ТОВ "СЛОТС Ю.ЕЙ." – на провадження діяльності з організації та проведення азартних ігор казино у мережі Інтернет від 26.04.2021 (рішення КРАІЛ №150 від 12.04.2021); ТОВ «СПЕЙСИКС» – на провадження діяльності з організації та проведення азартних ігор казино у мережі Інтернет від 08.02.2021 (рішення КРАІЛ №34 від 02.02.2021); ТОВ «ГЕЙМДЕВ» – на провадження діяльності з організації та проведення азартних ігор казино у мережі Інтернет від 16.02.2021 (рішення № 47 від 10.02.2021).
