Больше десяти лет мы слышали, что малые реакторы могут стать значительной частью будущего ядерной энергетики. Благодаря своим небольшим размерам малые модульные реакторы (SMR) могут решить некоторые из основных проблем традиционной ядерной энергетики, делая атомные станции дешевле для строительства и более безопасными для эксплуатации.
Это будущее, возможно, стало немного ближе. В прошлом месяце компания NuScale, базирующаяся в Орегоне, достигла нескольких важных этапов для своих запланированных SMR, недавно получив окончательное одобрение федерального правительства США относительно конструкции своего реактора.
Другие компании, в том числе Kairos Power и GE Hitachi Nuclear Energy, также стремятся к коммерческим SMR, но реактор NuScale является первым, кто достиг этой стадии, преодолев одно из последних регуляторных помех перед тем, как компания сможет строить свои реакторы в США.
SMR, такие как запланированные реакторы NuScale, могут снабжать электроэнергией, когда и где это нужно, на заводах, которые легко строить и управлять. Технология может помочь сдержать изменение климата, заменив электростанции, работающие на ископаемом топливе, в частности, угле.
Но даже если SMR обещают ускорить сроки строительства атомной энергетики, путь к этому моменту был полон задержек и повышения стоимости. И путь, который впереди NuScale, все еще тянется в будущее, показывая, сколько оптимизации еще нужно сделать, прежде чем эту форму ядерной энергетики можно будет развертывать быстро и эффективно.
Уменьшая размер реакторов
SMR от NuScale генерирует электроэнергию с помощью процесса, похожего на тот, который используется на современных атомных станциях — принцип кипящего чайника. Атомы урана расщепляются, выделяя тепло, которое уносит теплоноситель. Теплоноситель греет воду, превращая ее в пар. Водяной пар поступает в турбину, вращая ее. На одном валу с турбиной находится электрогенератор, и таким образом атомный реактор производит электричество.
В прошлом атомные станции были гигантскими проектами – так называемыми мегапроектами, которые стоили миллиарды долларов. «Если это больше миллиарда долларов, колеса проекта, как правило, отпадают», — говорит Патрик Уайт, руководитель проекта в Nuclear Innovation Alliance, исследовательском центре, занимающемся ядерной сферой.
К примеру, сейчас в американском штате Джорджия ведется строительство двух дополнительных блоков на существующей электростанции Vogtle. Каждый из двух запланированных блоков будет иметь мощность более 1000 мегаватт, что достаточно для обеспечения энергией более миллиона домов. Реакторы должны были быть запущены в 2017 году. Они до сих пор не запустились, и общая стоимость проекта удвоилась до более чем 30 миллиардов долларов с начала строительства десять лет назад.
Напротив, NuScale планирует строить реакторные модули мощностью менее 100 мегаватт. Если эти модули объединить в электростанции, они прибавят к нескольким сотням мегаватт – меньше, чем даже один блок на Vogtle. Станции SMR мощностью несколько сотен мегаватт снабжали бы электроэнергией несколько сотен тысяч домов — подобно средней угольной электростанции.
И хотя Vogtle расположена на участке, охватывающем более 3000 акров, для проекта SMR от NuScale требуется около 65 акров земли.
Меньшие атомные энергетические установки могут быть легче строить, и они могут помочь сократить расходы, поскольку компании стандартизируют конструкции реакторов.
«Это преимущество — это становится скорее рутиной, скорее проектом для вырезания печенья», — говорит Якопо Буонгиорно, директор Центра перспективных ядерно-энергетических систем Массачусетского технологического института.
Эти реакторы также могут быть более безопасными, поскольку системы, необходимые для их охлаждения, а также необходимые для их отключения в аварийных ситуациях могут быть более простыми.
Распутывание волокиты
Проблема со всеми этими потенциальными преимуществами состоит в том, что пока они все еще преимущественно потенциальны. Демонстрационные проекты начались в некоторых частях света, а Китай стал первым, кто подключил SMR к электрической сети в 2021 году. В прошлом месяце GE Hitachi Nuclear Energy подписала коммерческие контракты на завод в Онтарио, который может быть запущен в эксплуатацию в середине 2030-х годов. NuScale также реализует проекты в Румынии и Польше. Ожидается, что их развертывание может состояться в развертывании Украине.
В США пока нет SMR, частично из-за длительного процесса регулирования, проводимого Комиссия по ядерному регулированию (NRC), независимого федерального агентства.
Ядерная энергетика является единственным источником энергии, обладающим собственным специализированным регуляторным органом в США. Это дополнительное наблюдение означает, что может потребоваться некоторое время, чтобы начать ядерные проекты.
«Это большие, сложные проекты», — говорит Кэтрин Хафф, помощник министра ядерной энергетики Министерства энергетики США. Министерство энергетики помогает финансировать проекты SMR и поддерживает исследования, но не контролирует ядерные правила.
NuScale начала работать над регуляторным одобрением в 2008 году и подала свою официальную заявку в NRC в 2016 году. В 2020 году, когда она получила одобрение проекта для своего реактора, компания заявила, что процесс регулирования обошелся в полмиллиарда долларов и что она предоставила около 2 миллионов страниц сопроводительных документов для NRC.
После более чем двух лет уточнения деталей и голосования, NRC обнародовал свое окончательное решение о конструкции реактора NuScale в прошлом месяце. Окончательное решение вступает в силу 21 февраля и подтверждает проект NuScale для модуля реактора, генерирующего 50 МВт электроэнергии.
Получение окончательного заключения по проекту означает, что NuScale должно получить одобрение для размещения реактора и завершить окончательную проверку безопасности перед началом строительства. Таким образом, теоретически NuScale уже выполнила самые сложные регуляторные шаги, необходимые перед строительством реактора.
«Это великое дело, и его следует отмечать как веху», – говорит Буонджорно. Однако, по его словам, было бы ошибкой минимизировать то, что еще предстоит: «Ничего не бывает легко и быстро, когда речь идет о NRC».
Есть дополнительная складка: NuScale хочет настроить свои модули реактора. Пока компания проходила длительный процесс регулирования, исследователи по-прежнему работали над дизайном реактора. В процессе представления и планирования компания обнаружила, что ее реакторы могут добиться лучшей производительности.
«Мы обнаружили, что на самом деле можем производить больше энергии с тем же реактором, одинакового размера», — говорит Хосе Рейес, соучредитель и главный технический директор NuScale. Вместо 50 МВт компания обнаружила, что каждый модуль может производить 77 МВт.
Поэтому компания сменила курс. Для своей первой электростанции, которая будет построена в Национальной лаборатории Айдахо, NuScale планирует объединить вместе шесть реакторов большей мощности, что произведет общую мощность станции 462 МВт.
Обновленная мощность требует некоторых корректировок, но конструкция модуля в основном такая же. Тем не менее это означает, что компании нужно было повторно представить обновленные планы в NRC, что она и сделала в прошлом месяце.
По словам Рейеса, может пройти до двух лет, прежде чем агентство утвердит измененные планы и компания сможет перейти к утверждению места.
Впереди длинная дорога
Еще в 2017 году NuScale планировала запустить свою первую электростанцию ??в штате Айдахо и производить электроэнергию для сети до 2026 года. Этот график был перенесен на 2029 год.
В то же время расходы выше, чем в начале процесса регулирования. В январе NuScale объявила, что запланированная цена на электроэнергию от проекта Айдахо выросла с 58 долларов за мегаватт-час до 89 долларов. Это дороже, чем большинство других источников электроэнергии сегодня, включая солнечную и ветровую энергию и большинство установок, работающих на природном газе.
Рост цен был бы еще выше, если бы не значительные федеральные инвестиции. Министерство энергетики уже выделило на проект более 1 миллиарда долларов, а Закон о снижении инфляции, принятый в прошлом году, предусматривает кредиты для атомных электростанций в размере 30 долларов за МВт-час.
Расходы выросли для многих крупных строительных проектов, поскольку инфляция повлияла на цены на сталь и другие строительные материалы, а процентные ставки выросли. Но увеличение также иллюстрирует то, что часто происходит с первыми в своем роде инженерными проектами, говорит Буонгиорно: компании могут пытаться обещать быстрые результаты и дешевую электроэнергию, но эти начальные блоки всегда будут немного отставать от графика и немного выше бюджета.
Если рост цен будет продолжаться, есть шанс, что участники могут отказаться от проекта NuScale. «Я не поверю, что это реально, пока не увижу, что SMR работают», — говорит Буонгиорно.
Настоящее обещание SMR будет реализовано только тогда, когда придет время построить второй, третий, пятый и сотый реактор, говорит Хафф из DOE, и обе компании и регуляторы научатся, как ускорить процесс, чтобы добиться этого. Но все преимущества SMR являются теоретическими, пока реакторы не заработают, снабжая электроэнергией без потребности в ископаемом топливе.
«Это становится действительно реальным, когда электроны попадают в сеть», — говорит Хафф.
По материалам: MIT
