Про Херсон від херсонця 🔥

Маленькая атомная энергетика: что такое модульные реакторы, зачем они Украине и какие подводные камни нас могут ждать

Специальный уполномоченный президента США Джо Байдена по климату Джон Керри и министр энергетики Украины Герман Галущенко объявили о пилотном проекте «Чистое топливо в Украине с SMR (Small modular reactor)», в рамках которого США, Япония, Южная Корея и Украина должны показать, как мал модульный ядерный реактор дает энергию на электролизеры, производящие чистый водород и аммиак. Корреспондент dev.ua разобрался, что это за реакторы такие и когда нам их ждать.

Оставить комментарий
Маленькая атомная энергетика: что такое модульные реакторы, зачем они Украине и какие подводные камни нас могут ждать

Специальный уполномоченный президента США Джо Байдена по климату Джон Керри и министр энергетики Украины Герман Галущенко объявили о пилотном проекте «Чистое топливо в Украине с SMR (Small modular reactor)», в рамках которого США, Япония, Южная Корея и Украина должны показать, как мал модульный ядерный реактор дает энергию на электролизеры, производящие чистый водород и аммиак. Корреспондент dev.ua разобрался, что это за реакторы такие и когда нам их ждать.

Что произошло

Согласно заявлению, выложенному на сайте Госдепа, «проект направлен на проведение первого в своем роде пилотного производства промышленного производства чистого топлива из SMR… Опираясь на существующее сотрудничество по развитию потенциала, начатое в рамках программы США „Основная инфраструктура для ответственного использования технологий SMR“ (FIRST), проект направленный на поддержку целей энергетической безопасности Украины, возможность декарбонизации энергетических секторов, которые трудно уменьшить, путем производства чистого водорода и улучшить долгосрочную продовольственную безопасность с помощью чистых удобрений, произведенных из аммиака».

Среди партнеров-участников пилота — международный консорциум Аргонской национальной лаборатории, НАЭК «Энергоатом», СНБО Украины и Государственного научно-технического центра ядерной и радиационной безопасности, а также частные компании Clark Seed, Doosan Enerbility, FuelCell Energy, IHI Corporation, JGC Corporation, NuScale Power, Samsung C&T и Starfire Energy.

Во втором месседже Джон Керри запустил инициативу «Проект Феникс», в рамках которого европейские угольные электростанции будут переходить на SMR, при этом рабочие места должны храниться, а персонал переучат для работы на новых энергостанциях.

Герман Галущенко, в свою очередь, уточнил, что срок реализации проекта будет ориентировочно составлять 2–3 года.

Пока неясно, где именно будет размещена пилотная установка, потому что вряд ли достаточно легко построить хоть и малый, но полноценный ядерный реактор в воюющей стране. Кроме того, заявление США — это единственное, что дает надежду на то, что проект вообще запустится, потому что «Энергоатом», честно говоря, не лучший девелопер Украины. Впрочем, обо всем по порядку.

Зачем нужны SMR

Как пишут на сайте американского Департамента энергетики (то же, что Минэнерго просто название другое), усовершенствованные малые модульные реакторы (Advanced SMR) являются ключевой частью цели Департамента по разработке безопасных, чистых и доступных вариантов ядерной энергии.

Усовершенствованные SMR, которые сейчас разрабатываются в Соединенных Штатах, имеют разные размеры, технологические параметры, возможности и сценарии развертывания. Эти современные реакторы, которые предположительно могут варьироваться по размеру от десятков мегаватт до сотен мегаватт, могут использоваться для производства электроэнергии, технологического тепла, опреснения и других промышленных целей. Конструкции SMR могут использовать легкую воду (т.е. H20), тяжелую воду (D2O, где вместо водорода дейтерий), газ, жидкий металл или расплавленную соль в качестве теплоносителей.

По словам американских энергетиков, SMR предлагают много преимуществ: относительно небольшие физические следы, уменьшенные капиталовложения, возможность размещения в местах, недоступных для более крупных атомных станций, и условия для постепенного увеличения мощности.

В настоящее время Департамент энергетики США оказал существенную поддержку разработке легких SMR с водяным охлаждением (фактически уменьшены копии обычных реакторов), которые находятся на рассмотрении лицензирования Комиссией по ядерному регулированию (NRC) и, вероятно, будут развернуты в конце 2020-х — начале 2 лет. Департамент также заинтересован в разработке SMR, использующих нетрадиционные теплоносители, такие как жидкие металлы, соли и газы.

Как работает SMR

Любой ядерный реактор — это, по сути, паровой двигатель, только вместо стандартного топлива используется ядерное топливо. Если собрать вместе некоторое количество активного материала, то, что называется критической массой, он показывает, почему называется активным: ядра начинают делиться, носятся нейтрончики и активная зона греется. Греется настолько хорошо, что его нужно постоянно охлаждать. Собственно — водой, газами, солями, жидкими металлами.

Большинство крупных реакторов пока используют воду, в том числе все украинские. Эта вода, после прохождения активной зоной, превращается в очень горячий пар. Все это происходит в герметично замкнутом цикле — первом контуре — чтобы ни одна злая радиация не вылезла наружу.

Эта вся штука, описанная выше — мощный кипятильник, который кладут уже в другую емкость, где кипит другая — чистая — вода, разгоняет в парогенераторе турбину, и крутится и выдает электроэнергию.

Вместо воды в первом контуре для охлаждения активной зоны можно использовать другие вещества — натрий, соли, газы и так далее.

Есть еще достаточно важное различие между реакторами, работающими на медленных и быстрых нейтронах, но разница между ними требует отдельного текста, сейчас хватит знать, что пока большинство реакторов работают именно на медленных нейтронах, а реакторы на быстрых нейтронах считаются перспективными на будущее, потому что они имеют больший КПД, но при этом и большую температуру активной зоны.

SMR — это фактически уменьшенная копия обычного реактора, до 300 мегаватт установленной мощности.

Почему он «модульный»

Потому что состоит из модулей.

Серьезно, основное преимущество такого реактора в том, что можно изготовить компоненты системы подачи ядерного пара на заводе, привезти на место использования, проверить, включить — и он заработает.

В то время как «обычную» АЭС достаточно капитально строят «в полевых условиях». То есть малый модульный реактор можно привезти, смонтировать и быстро перейти к эксплуатации.

Поэтому, как объясняют в американском Департаменте энергетики, капитальная стоимость строительства станции ниже, а сами SMR более «гибкие»: они могут обеспечивать питание там, где большие установки не нужны или на объектах отсутствует инфраструктура для поддержки большой установки. Это меньшие рынки электроэнергии, изолированные территории, меньшие сети, участки с ограниченным количеством воды и площади или уникальные промышленные приложения.

«Ожидается, что SMR будут привлекательными вариантами для замены или восстановления мощности стареющих/выведенных из эксплуатации заводов, работающих на ископаемом топливе, или обеспечат возможность дополнить существующие промышленные процессы или электростанции источником энергии, не выбрасывающей парниковые газы, — говорят в Департаменте энергетики США. — SMR можно совмещать с другими источниками энергии, включая возобновляемые источники энергии и ископаемую энергию… Некоторые передовые конструкции SMR могут производить технологическое тепло с более высокой температурой для производства электроэнергии или промышленного применения».

В чем проблема SMR

В том, что это новая технология для суши, очень регулируемый с точки зрения безопасности сектор и, давайте признаемся честно, это не так уж дешево, как бывает с каждой подобной новой технологией.

В общем, экономическая конкурентоспособность SMR базируется на концепции, что массовое производство модульных деталей и компонентов снизит стоимость киловата электроэнергии.

Ключевое слово здесь — «массовое».

Департамент энергетики США, например, надеется, что удастся разработать стандартизированные проекты SMR и разбрасывать производство модулей по разным компаниям: «Департамент энергетики надеется, что разработка стандартизированных проектов SMR также приведет к увеличению присутствия американских компаний на мировом энергетическом рынке. Если бы было заказано достаточное количество единиц SMR, это дало бы необходимый стимул для развития соответствующих заводских мощностей для дальнейшего увеличения внутренних и международных продаж электростанций SMR».

И дают цифры экономического влияния, правда, данные на 2010 год — именно тогда Институт энергетической политики Центра передовых энергетических исследований проводил это исследование, и эта дата — июнь 2010 года должна указать любознательному читателю на скорость, с которой развиваются подобные проекты.

Так вот, считается, что прототип SMR мощностью 100 МВт стоимостью $500 млн на производство и установку создаст около 7000 рабочих мест и принесет $1,3 млрд долларов продаж, $404 млн прибыли (начисление заработной платы) и $35 млн косвенных налогов на бизнес.

В отчете рассматриваются эти влияния для нескольких уровней развертывания SMR, то есть низкий (1–2 единицы/год), умеренный (30 единиц/год), высокий (40 единиц/год) и разрушительный (85 единиц/год). Исследование показывает, что экономическое влияние будет достигнуто путем развития предприятия по производству SMR даже на умеренных уровнях развертывания.

Не новая технология

Интересно, что на самом деле технология SMR очень стара. И наиболее любознательные читатели с самого начала статьи думали «ну где же, ну где же об авианосцах, подлодках и ледоколях».

Вот они, потому что мы перешли к теме атомных двигателей, а точнее — к атомным морским движущим установкам, потому что нигде больше они не прижились, ни на космолетах, ни на поездах (были прототипы в СССР), ни тем более в автомобилях или самолетах: особенно все же здравая и опасная штука тот атомный реактор, чтобы рисковать так.

А вот атомная морская движущая установка довольно привычная вещь по построению первого прототипа в Айдахо, США, в 1953 году. Работает точно так же, как обычный ядерный реактор: кипятит воду и вращает электрогенератор или напрямую крутит винт. По сравнению с нефтью или углем, надо реже заправляться и совсем не нужны баки для топлива, потому что все оно все в реакторе, но эксплуатация та же установка стоят настолько дорого, что по карману только военным или понторезам из СССР, а теперь из россии, которые использовали такие на ледоколях.

В общем, были построены четыре торговых судна с атомными установками, и все они считались экономически невыгодными, из-за чего два из них переоборудовали в дизель. Впрочем, с ними возникла та же проблема, что пока сдерживает SMR в целом: одно судно держать очень дорого, 40 таких судов уже более или менее неплохо.

И вернемся к военным кораблям и лодкам. Количество реакторов может отличаться. Части атомных подлодок хватает одного реактора, но российские имеют по два, как и американский USS Triton. На большинстве американских авианосцев два реактора, а вот на USS Enterprise их аж восемь.

Впрочем, различия между атомным двигателем и малым модульным реактором есть, и они достаточно велики. Морской реактор физически мал, поэтому должен генерировать большую мощность на единицу пространства, поэтому его компоненты подвергаются большей нагрузке, чем компоненты наземных реакторов. Кроме того, механика морского реактора заточена под море, где бывают штормы, поэтому когда на земле вы можете остановить реактор с помощью силы тяжести, на море нужна более надежная механическая система, которая опустит управляющие стержни. Кроме того, морская среда вообще не очень любит разные там металлы, поэтому важна антикоррозионность сплавов.

Для морских реакторов, из-за малой активной зоны, используется более обогащенное ядерное топливо, оно дороже.

В сухом остатке морская силовая установка должна быть высоконадежной и самодостаточной, требовать минимум техобслуживания и ремонта (потому что, возможно, придется ремонтировать его прямо в море, а чем такое заканчивается можно увидеть в ярком фильме «К-119»).

И вот капля дегтя: несмотря на все проекты и пилоты, на сегодняшний день плавучая атомная электростанция «Академик Ломоносов», работающая на Дальнем Востоке, является первым и единственным реально действующим прототипом SMR в мире. Собственно, они просто взяли два морских 35-мегаваттных реактора. Первый в мире наземный SMR строят китайцы — Linglong One — и должны закончить до конца 2026 года.

Впрочем, Канада, Польша, Великобритания и США в последнее время действительно активизировались в этом плане, хотя по срокам польский реактор должен появиться только в 2029 году.

Что может пойти не так

Подытожим.

В общем, модульные реакторы — действительно классная штука, которая требует немного места и реально может поместиться там, где раньше была, скажем, угольная электростанция.

Для того чтобы они стали дешевыми, и энергия из них стала дешевой (потому что нужно вычислить капекс с генерации), нужно, чтобы модули SMR стали стандартизированными и взаимозаменяемыми, чтобы распределить их по разным предприятиям. Тогда стоимость снизится за счет потока.

Для того чтобы они начали производить водород или аммиак, все технологии есть — собственно, мы и сейчас можем это делать, и делаем — нужна электроэнергия, которую может дать любая из существующих технологий.

Ранее основная идея зеленого водорода и аммиака заключалась в том, что его должны производить установки, заживленные от ветрогенераторов или солнечных панелей. Там это имеет реальный смысл: проблема солнца и ветра в том, что они непостоянны, и было бы круто где хранить электроэнергию, которую они производят, чтобы потом, когда они перестают производить, использовать этот запас. К примеру, можно собирать энергию в батарейку. Или использовать для закачки воды в резервуар ГАЭС. Или сделать с помощью водород, из которого потом снова можно сделать электроэнергию или тепловую энергию. Или сделать аммиак и снизить углеродный след сельского хозяйства.

Но раньше основным топливом зеленого перехода считался природный газ, который, после действий россии, подскочил в цене и теперь приходится искать его в другом месте. Сейчас пытаются сделать ставку на атомную энергию, что тоже понятно. Кажется непонятным только, зачем в этом всем процессе водород, если можно просто брать атомную электроэнергию, на самом деле и это понятно: производство АЭС имеет такой нормальный углеродный след, который тоже нужно снижать с помощью подобных взаимодействий.

Урана пока хватит — считается, что его где-то столько же, сколько и нефти, конечно, не напрямую, а в энергетическом эквиваленте. Проблема со стоимостью добычи большей части запасов, но по мере роста цены на углеводороды это может перестать быть проблемой. Впрочем, стоит помнить, что топливо для АЭС тоже товар, который имеет способность заканчиваться в самый неожиданный момент.

Ну и есть небольшой исторический шлейф, простирающийся за украинскими государственными (а других пока нет, хотя глава ДТЕК Максим Тимченко заявлял, что «SMR, вероятно, будут частью долгосрочной стратегии декарбонизации ДТЭК», во что как раз верится больше) атомными девелоперами. К примеру, Централизованное хранилище отработанного ядерного топлива в зоне отчуждения «Энергоатом» строил с 2001 до 2022 года (ряд экспертов считают, что его разрешили эксплуатировать с нарушением норм).

Два энергоблока — третий и четвертый — на Хмельницкой АЭС «строятся» с 2005 года.

Завод по производству компонентов для SMR от Holtec International (достраивали ЦХОЯТ) «строится» в Украине с 2018 года — тогда об этом заявлял посол Украины в США Валерий Чалый, а уже в 2022 году в интервью «Укринформу» подтвердил это генеральный директор компании Крис Сингх. Это при том, что сейчас Holtec в релизах не упоминается совсем, что не удивительно, учитывая большую привязанность нынешней атомной верхушки к Westinghouse, их конкурентам.

Минэнерго и «Энергоатом» с прошлого 2021 года заявляют о строительстве завода для создания SMR из Nu Scale — эта компания как раз в релизах осталась.

Теперь это превратилось в кроссекторальный проект по зеленой энергетике.

Поэтому давайте надеяться, что заявления США все же заставят эти проекты сдвинуться с мертвой точки и отвлекут специалистов «Энергоатома» от строительства 120 электрозаправок и майнинга крипты.

Но не слишком сильно.

«Энергоатом» должен построить 120 электрозарядок за два года. Что может пойти не так учитывая предыдущий опыт майнинга
«Энергоатом» должен построить 120 электрозарядок за два года. Что может пойти не так, учитывая предыдущий опыт майнинга
По теме
«Энергоатом» должен построить 120 электрозарядок за два года. Что может пойти не так, учитывая предыдущий опыт майнинга
Подводные камни энергетического кризиса: как пандемия и война привели к сегодняшним проблемам в мировой энергетике и что нам с этим всем делать
Подводные камни энергетического кризиса: как пандемия и война привели к сегодняшним проблемам в мировой энергетике и что нам с этим всем делать
По теме
Подводные камни энергетического кризиса: как пандемия и война привели к сегодняшним проблемам в мировой энергетике и что нам с этим всем делать
Читайте главные IТ-новости страны в нашем Telegram
Читайте главные IТ-новости страны в нашем Telegram
По теме
Читайте главные IТ-новости страны в нашем Telegram
Електробайки по-українськи між Києвом та Лос-Анджелесом в «СКШ»

Дивіться, чим живе Delfast під час війни в Україні

Мы запускаем рассылку об украинском IT-комьюнити. Оставьте email, чтобы понимать больше. Премьера — скоро!
Спасибо! На указанный адрес отправлено письмо для подтверждения подписки.

Хотите сообщить важную новость? Пишите в Telegram-бот

Главные события и полезные ссылки в нашем Telegram-канале

Обсуждение
Комментариев пока нет.