Ядерная энергия

Более двух десятилетий сторонники и защитники ядерной энергии чувствовали себя отвергнутыми на конференциях ООН по глобальному потеплению. Однако на недавнем саммите COP26 в Глазго их встретили с распростертыми объятиями. Во время саммита было сказано, что "ядерная энергия не только приветствуется, но и представляет большой интерес".

Япония намерена запустить свои атомные электростанции, поскольку она стремится расширить поставки возобновляемой энергии на фоне усилий по сокращению выбросов, заявил новый министр промышленности страны. Цель усилий - сократить выбросы углекислого газа на 46 процентов по сравнению с уровнем 2013 года к 2030 году, в то время как страна также обязалась стать углеродно-нейтральной к 2050 году. Цель Японии по сокращению выбросов углекислого газа на 46 процентов к 2030 году основана на предположении, что страна перезапустит 30 своих ядерных реакторов. В апреле правительство и оператор станции, компания Tokyo Electric Power Company Holdings, объявили о планах начать постепенный сброс очищенной радиоактивной воды весной 2023 года, чтобы позволить демонтировать сотни резервуаров для хранения, чтобы освободить место для объектов, необходимых для вывода из эксплуатации разрушенной станции. Общая стоимость реализации новых мер безопасности, предписанных правительством (измененных после трагедии на Фукусиме), обслуживания объектов и вывода из эксплуатации коммерческих атомных электростанций в Японии составит около 13,46 триллиона иен (123 миллиарда долларов). Эта сумма, которая может еще больше вырасти и в итоге привести к повышению счетов за электроэнергию, была рассчитана на основе финансовых документов 11 энергетических компаний, владеющих 57 ядерными реакторами на 19 станциях, а также интервью с представителями коммунальных служб. Общая стоимость может вырасти еще на несколько сотен миллиардов иен, потому что деньги, необходимые для строительства антитеррористических объектов, также требуемых новыми стандартами безопасности, не были включены в цифры некоторых компаний. На данный момент девять из 39 действующих реакторов Японии прошли инспекцию, подтвердившую их соответствие новым стандартам безопасности, и возобновили работу. Еще 18 реакторов подали заявки на перезапуск. В 2019 году атомная энергетика обеспечила всего 7,5% электроэнергии в стране. Поскольку решение о перезапуске атомных электростанций было принято совсем недавно, точных прогнозов или более подробной информации о том, как это будет происходить, пока нет.

Тем временем во всем мире ускорились усилия по разработке малых модульных реакторов (SMRs), включая развертывание первых SMRs. Сегодня SMRs являются одними из самых перспективных новых ядерных энергетических технологий. По сравнению с существующими реакторами, предлагаемые конструкции в целом проще и в большей степени полагаются на встроенные и пассивные элементы безопасности. Они, вероятно, потребуют более низких первоначальных затрат и обеспечат большую гибкость для небольших сетей, а также интеграцию с возобновляемыми источниками энергии и неэлектрическими приложениями, такими как производство водорода и опреснение воды. Инновационные конструкции также будут производить меньше отходов или даже работать на переработанном отработанном топливе. Только Россия ввела в эксплуатацию плавучий реактор, использующий эту технологию. Другие SMR находятся в стадии строительства или лицензирования в Аргентине, Канаде, Китае, Южной Корее и Соединенных Штатах Америки. Правительство Великобритании готово одобрить финансирование мини-атомных реакторов Rolls-Royce, которые, как надеется премьер-министр, помогут Британии достичь своей цели - нулевых выбросов углекислого газа к 2035 году. Консорциум во главе с британской машиностроительной компанией уже заручился поддержкой частных инвесторов на сумму 210 миллионов фунтов стерлингов для проекта малых модульных реакторов (ММР), и ожидается, что правительство выделит эту сумму или даже больше.

Российская АЭС "Академик Ломоносов", первая в мире плавучая атомная электростанция, которая начала коммерческую эксплуатацию в мае 2020 года, вырабатывает энергию от двух реакторов ММР мощностью 35 МВт(e) каждый.

Перспективные малые модульные реакторы, которые находятся на стадии разработки.

Малые модульные реакторы (Small Modular Reactors) имеют мощность до 300 МВт(э) на блок. Многие преимущества ММР по своей сути связаны с характером их конструкции - малой и модульной. Учитывая их меньшую площадь, ММР могут быть размещены в местах, не подходящих для крупных атомных электростанций. Сборные блоки ММР могут быть изготовлены, а затем доставлены и установлены на месте, что делает их строительство более доступным по сравнению с реакторами большой мощности, которые часто проектируются на заказ для конкретного места, что иногда приводит к задержкам в строительстве. Одной из проблем ускорения доступа к энергии является инфраструктура - ограниченный охват сетью в сельских районах - и затраты на подключение к сети для электрификации сельских районов. На одну электростанцию должно приходиться не более 10 процентов от общей установленной мощности энергосистемы. В районах, где нет достаточного количества линий электропередач и сетевых мощностей, ММР могут быть установлены в существующую сеть или удаленно вне сети, обеспечивая низкоуглеродную энергию для промышленности и населения. Это особенно актуально для микрореакторов, предназначенных для выработки электроэнергии, как правило, до 10 МВт(e). Микрореакторы занимают меньшую площадь, чем другие малые модульные реакторы, и будут лучше подходить для регионов, недоступных для чистой, надежной и доступной энергии. Кроме того, микрореакторы могут служить в качестве резервного источника питания в чрезвычайных ситуациях или заменить электрогенераторы, которые часто работают на дизельном топливе, например, в сельских общинах или на удаленных предприятиях.

Проект микрореактора eVinciTM.

По сравнению с существующими реакторами, предлагаемые конструкции SMR в целом проще, и концепция безопасности SMR часто больше полагается на пассивные системы и присущие реактору характеристики безопасности, такие как низкая мощность и рабочее давление. Это означает, что в таких случаях для отключения систем не требуется вмешательства человека или внешней энергии или силы, поскольку пассивные системы полагаются на физические явления, такие как естественная циркуляция, конвекция, гравитация. Эти повышенные пределы безопасности в некоторых случаях устраняют или значительно снижают возможность небезопасного выброса радиоактивности в окружающую среду и населению в случае аварии.

Пример легководного реактора SMR-160.

Ожидается, что топливом для легководных реакторов ММР будет низкообогащенный уран, т.е. приблизительно 5% U-235, аналогично существующим крупным атомным электростанциям.

ММР построены вокруг "ядерного острова", основанного на проверенной технологии реакторов с водой под давлением (PWR), с использованием стандартного для отрасли оксида урана (UO2) в качестве топлива. Три центробежных насоса циркулируют теплоноситель к трем соответствующим вертикальным парогенераторам, общая электрическая мощность которых составляет около 470 МВтэ. Конструкция ядерного острова также включает множество активных и пассивных систем безопасности, каждая из которых имеет значительное внутреннее резервирование. Малые модульные реакторы имеют сниженные требования к топливу. Электростанции на основе ММР могут требовать менее частой дозаправки - каждые 3-7 лет, по сравнению с 1-2 годами для традиционных станций. Некоторые ММР рассчитаны на эксплуатацию до 30 лет без дозаправки.

По "красному" сценарию BloombergNEF, в котором приоритет отдается ядерной энергетике, к 2050 году будет построено 7 080 ГВт ядерных мощностей. Это примерно в 19 раз больше, чем установленные сегодня в мире ядерные мощности. Чуть меньше половины этой мощности используется для производства электроэнергии в экономике конечного потребления, где меньшие модульные реакторы дополняют возобновляемые источники энергии. Остальная часть приходится на специализированные атомные станции, работающие на электролизерах, которые производят так называемый "красный водород".