Понад десять років ми чули, що малі реактори можуть стати значною частиною майбутнього ядерної енергетики. Завдяки своїм невелики розмірам малі модульні реактори (SMR) можуть вирішити деякі з основних проблем традиційної ядерної енергетики, роблячи атомні станції дешевшими для будівництва та безпечнішими для експлуатації.
Це майбутнє, можливо, стало трохи ближчим. Минулого місяця компанія NuScale, що базується в Орегоні, досягла кількох важливих етапів для своїх запланованих SMR, нещодавно отримавши остаточне схвалення від федерального уряду США щодо конструкції свого реактора.
Інші компанії, у тому числі Kairos Power і GE Hitachi Nuclear Energy, також прагнуть до комерційних SMR, але реактор NuScale є першим, хто досяг цієї стадії, подолавши одну з останніх регуляторних перешкод перед тим, як компанія зможе будувати свої реактори в США.
SMR, як-от заплановані реактори NuScale, можуть забезпечувати електроенергією, коли і де це потрібно, на заводах, які легко будувати та керувати. Технологія може допомогти стримати зміну клімату, замінивши електростанції, що працюють на викопному паливі, зокрема вугіллі.
Але навіть якщо SMR обіцяють прискорити терміни будівництва атомної енергетики, шлях до цього моменту був сповнений затримок і підвищення вартості. І шлях, який попереду для NuScale, все ще тягнеться в майбутнє, показуючи, скільки оптимізації ще потрібно зробити, перш ніж цю форму ядерної енергетики можна буде розгортати швидко та ефективно.
Зменшуючи розмір реакторів
SMR від NuScale генерує електроенергію за допомогою процесу, схожого на той, який використовується на сучасних атомних станціях – принцип чайника, що кипить. Атоми урану розщеплюються, виділяючи тепло, яке забирає теплоносій. Теплоносій гріє воду, перетворюючи її на пару. Водяна пара надходить в турбіну, обертаючи її. На одному валу з турбіною знаходиться електрогенератор, і таким чином атомний реактор виробляє електрику.
У минулому атомні станції були гігантськими проєктами — так званими мегапроектами, які коштували мільярди доларів. «Якщо це більше мільярда доларів, колеса проекту, як правило, відпадають», — каже Патрік Вайт, керівник проекту в Nuclear Innovation Alliance, дослідницькому центрі, що займається ядерною сферою.
Наприклад, зараз у американському штаті Джорджія ведеться будівництво двох додаткових блоків на існуючій електростанції Vogtle. Кожен із двох запланованих блоків матиме потужність понад 1000 мегават, що достатньо для забезпечення енергією понад мільйона будинків. Реактори мали бути запущені у 2017 році. Вони досі не запустились, і загальна вартість проекту подвоїлася до понад 30 мільярдів доларів з початку будівництва десять років тому.
Навпаки, NuScale планує будувати реакторні модулі потужністю менше 100 мегават. Якщо ці модулі об’єднати в електростанції, вони додадуть до кількох сотень мегават – менше, ніж навіть один блок на Vogtle. Станції SMR потужністю кілька сотень мегават забезпечували б електроенергією кілька сотень тисяч будинків — подібно до середньої вугільної електростанції.
І хоча Vogtle розташована на ділянці, яка охоплює понад 3000 акрів, для проекту SMR від NuScale потрібно близько 65 акрів землі.
Менші атомні енергетичні установки може бути легше будувати, і вони можуть допомогти скоротити витрати, оскільки компанії стандартизують конструкції реакторів.
«Це перевага — це стає скоріше рутиною, скоріше проектом для вирізання печива», — каже Якопо Буонгіорно, директор Центру перспективних ядерно-енергетичних систем Массачусетського технологічного інституту.
Ці реактори також можуть бути безпечнішими, оскільки системи, необхідні для їх охолодження, а також ті, які необхідні для їх відключення в аварійних ситуаціях, можуть бути простішими.
Розплутування тяганини
Проблема з усіма цими потенційними перевагами полягає в тому, що поки що вони все ще переважно потенційні. Демонстраційні проекти почалися в деяких частинах світу, а Китай став першим, хто підключив SMR до електричної мережі в 2021 році. Минулого місяця GE Hitachi Nuclear Energy підписала комерційні контракти на завод в Онтаріо, який може бути запущений в експлуатацію в середина 2030-х років. NuScale також реалізує проекти в Румунії та Польщі. Очікується, що їхнє розгортання може відбутися в Україні.
У США поки що немає SMR, частково через тривалий процес регулювання, який проводить Комісія з ядерного регулювання (NRC), незалежне федеральне агентство.
Ядерна енергетика є єдиним джерелом енергії, яке має власний спеціалізований регуляторний орган у США. Цей додатковий нагляд означає, що може знадобитися деякий час, щоб розпочати ядерні проекти.
«Це великі, складні проекти», — каже Кетрін Хафф, помічник міністра ядерної енергетики Міністерства енергетики США. Міністерство енергетики допомагає фінансувати проекти SMR і підтримує дослідження, але воно не контролює ядерні правила.
NuScale почала працювати над регуляторним схваленням у 2008 році та подала свою офіційну заявку до NRC у 2016 році. У 2020 році, коли вона отримала схвалення проекту для свого реактора, компанія заявила, що процес регулювання коштував півмільярда доларів і що вона надала близько 2 мільйонів сторінок супровідних документів для NRC.
Після більш ніж двох років уточнення деталей і голосування, NRC оприлюднив своє остаточне рішення щодо конструкції реактора NuScale минулого місяця. Остаточне рішення набуває чинності 21 лютого та підтверджує проект NuScale для модуля реактора, який генерує 50 МВт електроенергії.
Отримання остаточного висновку щодо проекту означає, що NuScale має лише отримати схвалення для розміщення реактора та завершити остаточну перевірку безпеки перед початком будівництва. Таким чином, теоретично, NuScale вже виконала найскладніші регуляторні кроки, необхідні перед будівництвом реактора.
«Це велика справа, і її слід відзначати як віху», — каже Буонджорно. Проте, за його словами, було б помилкою мінімізувати те, що ще має відбутися: «Нічого не буває легко й швидко, коли йдеться про NRC».
Є додаткова складка: NuScale хоче налаштувати свої модулі реактора. Поки компанія проходила тривалий процес регулювання, дослідники все ще працювали над дизайном реактора. У процесі подання та планування компанія виявила, що її реактори можуть досягти кращої продуктивності.
«Ми виявили, що насправді можемо виробляти більше енергії з тим самим реактором, однакового розміру», — говорить Хосе Рейес, співзасновник і головний технічний директор NuScale. Замість 50 МВт компанія виявила, що кожен модуль може виробляти 77 МВт.
Тому компанія змінила курс. Для своєї першої електростанції, яка буде побудована в Національній лабораторії Айдахо, NuScale планує об’єднати разом шість реакторів більшої потужності, що зробить загальну потужність станції 462 МВт.
Оновлена потужність вимагає деяких коригувань, але конструкція модуля в основному така ж. Тим не менш, це означає, що компанії потрібно було повторно подати оновлені плани до NRC, що вона і зробила минулого місяця.
За словами Рейєса, може пройти до двох років, перш ніж агентство затвердить змінені плани, і компанія зможе перейти до затвердження місця.
Попереду довга дорога
Ще в 2017 році NuScale планувала запустити свою першу електростанцію в штаті Айдахо та виробляти електроенергію для мережі до 2026 року. Цей графік перенесли на 2029 рік.
Водночас витрати вищі, ніж на початку процесу регулювання. У січні NuScale оголосила, що запланована ціна на електроенергію від проекту Айдахо зросла з 58 доларів за мегават-годину до 89 доларів. Це дорожче, ніж більшість інших джерел електроенергії сьогодні, включаючи сонячну та вітрову енергію та більшість установок, що працюють на природному газі.
Зростання цін було б ще вищим, якби не значні федеральні інвестиції. Міністерство енергетики вже виділило на проект понад 1 мільярд доларів, а Закон про зниження інфляції, прийнятий минулого року, передбачає кредити для атомних електростанцій у розмірі 30 доларів за МВт-год.
Витрати зросли для багатьох великих будівельних проектів, оскільки інфляція вплинула на ціни на сталь та інші будівельні матеріали, а процентні ставки зросли. Але збільшення також ілюструє те, що часто відбувається з першими у своєму роді інженерними проектами, каже Буонгіорно: компанії можуть намагатися обіцяти швидкі результати та дешеву електроенергію, але «ці початкові блоки завжди будуть трохи відставати від графіка і трохи вище бюджету».
Якщо зростання цін триватиме, є шанс, що учасники можуть відмовитися від проекту NuScale. «Я не повірю, що це реально, поки не побачу, що SMR працюють», — каже Буонгіорно.
Справжня обіцянка SMR буде реалізована лише тоді, коли прийде час побудувати другий, третій, п’ятий і сотий реактор, каже Хафф з DOE, і обидві компанії та регулятори навчаться, як пришвидшити процес, щоб досягти цього. Але всі переваги SMR є теоретичними, поки реактори не запрацюють, постачаючи електроенергію без потреби у викопному паливі.
«Це стає справді реальним, коли електрони потрапляють у мережу», — каже Хафф.
За матеріалами: MIT
