Классическая атомная электростанция — это невообразимо большой и сложный, а еще крайне дорогой объект. Он финансово затратный как на этапе возведения, так и на этапе эксплуатации. Например, возведение крупнейшего 3-го энергоблока АЭС «Олкилуото» в Финляндии (запущен в начале 2022 года) потребовало инвестиций на сумму более $8,5 млрд. Это сравнимо со стоимостью постройки большого адронного коллайдера — $6 млрд на 2009 год или $8,5 млрд с учетом инфляции на 2023 год.
Построить АЭС — полдела. Такой гигант требует множества сопутствующих мероприятий, обеспечивающих его надежность и безопасную эксплуатацию. Кроме того, абы где построить энергетический объект такого класса не представляется возможным — он требует огромного количества водных ресурсов для охлаждения. Чаще всего их строят около больших рек, морей или даже океанов. Однако авария на Фукусима-1 показала, что побережье океана является не лучшим месторасположением для АЭС. Все предпринятые меры безопасности оказались тщетны.
Что такое МАЭС
По сути, это все те же АЭС, только маломощные и компактные. Стандартная атомная электростанция — это несколько энергоблоков по 1−1.6 ГВт каждый. МАЭС, согласно классификации МАГАТЭ, состоит из реакторов, выдающих в пике до 0,3 ГВт электрической мощности.
Ежегодно количество проектов малых АЭС растет: с 2011 года их число увеличилось практически в 2 раза — с 45 до 83 единиц. 17 из них приходится на долю России, а всего их проектируют более чем в 20 странах. Но это больше в теории — на практике реально работающих установок немного, а точнее всего две:
- российская плавучая АЭС «Академик Ломоносов», оснащенная двумя энергоблоками КЛТ-40. Является первой в мире, работает в Певеке на Дальнем Востоке России с декабря 2019 года. Общая чистая мощность 64 МВт;
- китайский двухреакторный блок HTR-PM — подключен к сети в 2021 году и выведен на полную мощность в декабре прошлого года. Мощность электрогенерации составляет 210 МВт.
Если рассматривать западные страны, то ближайший запуск ММР запланирован в Канаде, в провинции Онтарио. Реактор разместится на территории АЭС «Дарлингтон», став первым малым модульным реактором нового типа. Дата запуска не уточняется.
В США первый дизайн малых модульных реакторов был сертифицирован Нацкомиссией по регулированию ядерной энергетики (NRC) в январе 2023 года. Это модуль производства NuScale Power мощностью 77 МВт. Компания планирует построить свою первую атомную электростанцию на территории Национальной лаборатории Айдахо, объединив шесть модулей повышенной мощности и обеспечив общую энергоотдачу станции до 462 МВт.
Экономическая составляющая
Популярность малых АЭС — не просто слова. Согласно исследованиям, в 2022 году рынок ММР оценивался в $3,5 млрд. К 2030 году он увеличится в 5 раз до отметки в $18,8 млрд. Некоторые прогнозируют и вовсе почти 100-кратный рост к 2040 году до $300 млрд. Росатом намерен занять не менее 20% всего рынка атомных станций малой мощности к концу текущего десятилетия. На развитие атомных технологий правительство РФ планирует выделить до 100 млрд рублей.
Реакторы в малых АЭС
Конструктивных типов реакторов для МАЭС существует не так уж и много. В основном это проверенные временем уменьшенные копии установок, используемые на больших АЭС.
ВВЭР с твердотопливными элементами
Самая обкатанная технология — это водо-водяной энергетический реактор на твердом топливе (гранулы обогащенного урана). Применяется в половине всех существующих ММР. Конструкция представляет собой прочный корпус из металла, в котором циркулирует вода, выступая в качестве замедлителя и теплоносителя. Установка компактная, высокоэффективная и производит мало отходов. Одним из примеров такого типа реакторов является модульная установка мощностью 60 МВт компании NuScale.
ВВЭР с плавающим основанием
Устанавливаются на плавучей платформе. Получили свое развитие из разработок для военного атомного флота, как подводного, так и наводного. В СССР «на гражданке» начали использоваться с 1950-х годов в ледоколах. В некоторых из них, например, «Вайгач» или «Таймыр», такие ядерные установки трудятся свыше 30 лет — технология надежная и проверенная временем.
Вершиной эволюции, а также первой в мире плавучей АЭС с ММР является российский «Академик Ломоносов». Это несамоходная баржа, построенная в Санкт-Петербурге, а после отбуксированная на Чукотку. Там она и трудится уже четвертый год. Общий срок эксплуатации рассчитан на 40 лет.
Атомный энергоблок «Академик Ломоносов», работающий в порту Певека Чукотского автономного округа. Плавучая атомная теплоэлектростанция обеспечивает до 50% выработки электричества в регионе
Реакторы на жидком металле
Используют жидкий металл (обычно натрий или свинец) вместо воды в качестве теплоносителя. Реакторы могут иметь высокий коэффициент использования топлива и быть масштабируемыми под транспортабельный размер, что делает их удобными для перевозки. В РФ есть не только проекты таких ММР, а и строящиеся экземпляры. Например, реактор БРЕСТ-ОД-300 — строится с 2021 года, а войдет в эксплуатацию в 2026 году. Теплоноситель — свинец, расчетная мощность — до 0,3 ГВт.
Интересный факт: БРЕСТ-ОД-300 дебютирует в проекте «Прорыв», разрабатываемом «Росатомом». Суть его заключается в замкнутом цикле ядерного топлива, когда из отработанного материала снова создается топливо для реактора.
Жидкосолевые реакторы
Это новый виток развития ядерных реакторов, использующих в качестве топлива и теплоносителя фториды актинидов. Главным преимуществом этой технологии считается повышенная безопасность: в реакторе нет твердого топлива, он затухает при потере жидкости или перегреве. Еще это позволяет перезаправлять реактор без его остановки. Из минусов — остро стоит вопрос коррозии металла и защитных барьеров.
Примером жидкосолевого малого модульного реактора считается проект KP-FHR на 140 МВт. Его уменьшенную копию на 35 МВт в США планируют выпустить только в 2026 году.
Высокотемпературные реакторы с газовым охлаждением
Теплоносителем в них является газ — гелий, разогретый до 900 , что вдвое выше температур в классических ВВЭР. За счет этого повышается КПД на 7% относительно водо-водяных решений, плюс реакторы превращают МАЭС в подобие теплоэнергоцентрали. То есть электростанция является источником и электрической, и тепловой энергии.
Упомянутый ранее китайский двухреакторный блок HTR-PM на 210 МВт и есть представитель высокотемпературного реактора с газовым охлаждением.
Зачем нужны малые АЭС
В первую очередь малые АЭС используют для генерации электричества и тепла. Скорее, вопрос заключается в преимуществах малых атомных электростанций по сравнению с классическими большими АЭС. Итак, все достоинства МАЭС можно свести к следующему списку.
- ММР в составе МАЭС безопаснее относительно больших реакторов благодаря меньшей мощности и количеству используемого топлива. Плюс — они оснащены множеством пассивных систем безопасности.
- Транспортабельны и не придирчивы к месту расположения (не требуют больших объемов пресной воды для охлаждения). Например, «Академик Ломоносов» заменил собой на Чукотке устаревшую Билибинскую АЭС и угольную ТЭС. Последняя не только загрязняла окружающую среду, но и нуждалась в постоянном подвозе огромных объемов угля.
- Легки в установке. Минимум сложных инженерных решений и строительных работ.
- Не нуждаются в частом обслуживании. Жизненный срок топлива в малых модульных системах реактора составляет от 2 до 10 лет. Для его замены требуется минимум персонала.
- Наконец, дешевизна и простота производства. Модульная система позволяет с меньшими инвестициями создавать малые АЭС, а также наращивать их мощность за счет модульности системы.
Еще это и альтернатива грязных ТЭС, работающих за счет сжигания полезных ископаемых и выбрасывающих в атмосферу тонны CO2. В отличии от возобновляемых источников энергии, малые модульные реакторы могут работать в любых погодных условиях, без зависимости от солнца или ветра.
Недостатки малых АЭС
С преимуществами понятно — это недорогой, простой, экологичный и эффективный способ запитать и обогреть отдаленные от агломерации населенные пункты. Но ведь есть и недостатки у таких решений? Вот и они.
- Дороговизна электричества. В бездотационном варианте стоимость одного киловатт-часа электроэнергии, произведенного «Академиком Ломоносовым», оценивается в 60 рублей. Это в 15 раз выше среднестатистической цены за 1 кВт*ч электричества в РФ в 2023 году.
- Отсутствие инфраструктуры для хранения или переработки отработанного ядерного топлива. У больших АЭС все это есть на территории предприятия, а владельцам МАЭС придется отправлять отработавшее топливо в соответствующие пункты за сотни и даже тысячи км от месторасположения ММР.
- Отношение госрегуляторов к МАЭС как к большим атомным электростанциям. К ним также предъявляются требования повышенной безопасности, включая серьезную охрану объекта. Все это сильно повышает стоимость конечного продукта — электроэнергии.
Минусов, как видим, немного. Более того, нынешняя высокая цена электричества с малых АЭС вызвана в первую очередь малосерийностью технологий. Как и все новое, произведенное в единичном количестве, ММР пока остаются нерентабельным решением.
Из чего следует вывод, что будущее у МАЭС есть. Не безоблачное — в ходе развития индустрии точно появятся новые сложности, однако пока это выглядит как весьма перспективная область развития энергетики. Надеемся, что малые модульные реакторы вдохнут новую жизнь в атомную энергетику, сделают ее более понятной и безопасной для обывателя, дадут серьезный толчок к декарбонизации Земли.
