Малые модульные реакторы (ММР) стали лидерами по числу надежд на переход к безуглеродной энергетике после разрастания кома проблем в ветрогенерации и солнечных панелях. В начале февраля Европейская комиссия создала Промышленный альянс по ММР, а 12 марта регулирующие органы по ядерной энергетике Великобритании, Канады и США подписали трехсторонний меморандум о сотрудничестве по технологиям ММР и реакторным технологиям в целом.
Малые модульные реакторы (ММР, SMR, мощность до 300 МВт) стали лидерами по числу надежд на переход к безуглеродной энергетике после разрастания кома проблем в ветрогенерации и солнечных панелях. В начале февраля Европейская комиссия создала Промышленный альянс по ММР, а 12 марта регулирующие органы по ядерной энергетике Великобритании, Канады и США подписали трехсторонний меморандум о сотрудничестве по технологиям ММР и реакторным технологиям в целом.
Европейский Промышленный альянс должен разработать Стратегический план действий, чтобы определить:
- технически зрелые и коммерчески жизнеспособные технологии SMR, которые могут быть поддержаны в рамках альянса;
- потенциальные пробелы и решения в европейской цепочке поставок ММР (включая топливо и сырье);
- инвестиционные барьеры и возможности финансирования ММР;
- будущие потребности в исследованиях МMR и усовершенствованных модульных реакторов (AMR).
Государственные и частные инвесторы верят, что ММР можно будет быстро строить в заводских цехах и готовыми привозить на площадку, где их останется только установить, подсоединить внешнее оборудование и запустить.
Пока в сегменте ММР имеет место только одна крупная неудача, и то относительная − коммунальное предприятие американского штата Юта Utah Associated Municipal Power Systems отказалось от строительства в США первого ММР по проекту компании NuScale. Отмена последовала после заявления разработчика о повышении цен на вырабатываемое SMR электричество на 53% и о неготовности клиентов выкупать всю произведённую реакторами электроэнергию, то есть до собственно пуска реактора дело не дошло.
Зато во всех текстах приводится пример плавучей атомной теплоэлектростанции «Академик Ломоносов» (ПАТЭС) в порту города Певек электрической мощностью 70 МВт, которую привели на буксире и поставили в бухте на прикол. В 2028 году Росатом планирует запустить в эксплуатацию в Якутии первую в мире наземную атомную станцию малой мощности с реактором РИТМ-200Н.
В гонку с Россией за мировой рынок ММР включились практически все ведущие экономики мира. Первые успехи, пока технологического плана, вселяют оптимизм.
Британская компания Sheffield Forgemasters объявила, что благодаря новой технологии локальной электронно-лучевой сварки (LEBW) ей удалось за 24 часа сварить корпус ММР диаметром три метра и толщиной стенок 200 мм.
По данным Wood Mackenzie, портфель проектов ММР в первом квартале 2024 года достиг 22 ГВт, что на 65% больше, чем в 2021 году. Текущий общий портфель проектов потребует инвестиций в размере около $176 млрд. В пяти странах (США, Польша, Канада, Великобритания и Южная Корея) разрабатываются 58% портфеля проектов ММР.
По данным Агентства по ядерной энергии (АЯЭ, NEA) в общей сложности в стадии активной разработки находится 56 проектов SMR, в том числе 18 со штаб-квартирами в Северной Америке, 16 − в Европе и 7 − в Азии, 2 − в ММР оказались в нужное время в нужном месте после того, как вполне авторитетные организации (например, Bank of America) предъявили реальную полную стоимость электроэнергии от прерывистых источников. В эту стоимость наконец-то включили все: от добычи сырья до резервирования мощности и ущерба экологии, а также учли срок службы (у ветрогенераторов не более 20 лет, у АЭС − 60-80 лет).
В статье Claudio H. Steuer Nuclear power and the strategic role of small modular reactors in the United Kingdom приводится консервативная оценка стоимости электроэнергии для разных ММР, включая стоимость выбросов СО2 в размере $110 за тонну.
На нынешнем этапе развития ожидается, пишет автор, что LCOE ММР будет на 18-20% хуже, чем у обычного или усовершенствованного реактора с водой под давлением (PWR), но на 10% процентов лучше, чем у угля. Показатели LCOE ветряных, солнечных и газовых турбин с комбинированным циклом (ПГУ) превосходят ММР примерно на 40%
Самое важное: при всей условности расчета стоимости электроэнергии от ММР и других видов генерации с каждой публикацией разница между ядерной генерацией и ВИЭ-генерацией становится все меньше. Из таблицы стоимость генерации проекта Rolls-Royce 470 МВт 48,7 $/МВтч уже не принципиально отличается от оншорного ветра с 35,4 $/МВт. Только площадь участка для ММР в сотни раз меньше площади ветропарка аналогичной мощности.
Тектонические сдвиги в отношении к ядерной энергии иллюстрирует сравнение сегодняшних данных и двухлетней давности. Вот таблица Lazard октября 2021 года. Ветер − 26-50 $/МВтч, атом − 131-204 $/МВтч.
Чем можно объяснить чудесное трехкратное снижение цены атомной генерации с октября 2021 года по февраль 2024 при росте цен на металл, рабочую силу и уран? Только сменой политических настроений, что важнее любых технических деталей, и это прекрасно чувствуют инвесторы.
Частное финансирование и венчурный капитал играет все более значительную роль в проектах ММР, пишет АЯЭ, предлагая для строительства собственные площадки.
Малые размеры активной зоны и неоптимальная из-за этого физика реактора ММР вынуждают разработчиков полагаться на высокообогащенное топливо. Более 50% проектов планируют использовать уран HALEU с уровнем обогащения от 5% до 20% по U235 (российские реакторы ВВЭР и РБМК используют топливо с обогащение до 4,4%). Большинство SMR, планирующих использовать HALEU, представляют собой концепции, которые работают либо на газовом охлаждении, либо на быстрых нейтронах с жидким металлом, либо на расплавленной соли.
HALEU − технически проверенный тип топлива, однако до 2023 года включительно не осуществлялись его коммерческие поставки из стран ОЭСР, такое топливо продавала только Россия. Некоторые разработчики объявили о задержках сроков реализации своих проектов из-за недоступности HALEU.
О буме ядерной энергетики лучше всего свидетельствует рост цены урана, который в четыре раза превысил рост цены угля и газа.
О близости начала строительства ММР свидетельствует, например, открытие в США учебного центра операторов ММР Xe-100 компании X-energy на 52 ученика. Xe-100 − высокотемпературный газовый реактор тепловой мощностью 200 МВт и электрической 80 МВт, в котором используется топливо из прочных частиц TRISO. Проект получил $80 млн от Минэнерго США на строительство демонстрационной установки к 2027 году.
Основные типы ММР
Альфредо Гарсия предлагает такую систематизацию ММР:
Наземные SMR с водяным охлаждением
Существует 25 традиционных конструкций SMR на легкой воде (PWR с водой под давлением или BWR с кипящей водой) или на тяжелой воде (PHWR), в которых используются обычные виды топлива. Они могут иметь один модуль или несколько, что делает установку масштабируемой. Именно такие реакторы, считает Гарсия, будут иметь более быстрое коммерческое внедрение по очевидным причинам: у нас уже есть технология и большой опыт эксплуатации реакторов такого типа, поэтому процесс лицензирования национальными ядерными регуляторами пойдет быстрее.
Первым SMR, лицензированным NRC, ядерным регулятором США, является проект NuScale (77 МВт), акции компании уже котируются на фондовой бирже. У компании есть предварительные соглашения о строительстве в США для различных дата-центров (24 единицы) и ряда европейских стран, включая Польшу, особенно на замену котлов угольных электростанций.
GE-Hitachi имеет свой BWRX-300 мощностью 300 МВт на этапе лицензирования в США и соглашения на строительство 2 энергоблоков в Эстонии, 4 в Канаде и не менее 24 энергоблоков в Польше (польские националисты делают ставку на атом вопреки интернациональным ВИЭ).
Среди наиболее примечательных электростанций в этой категории —SMR Rolls-Royce (с нетипичной мощностью 470 МВт), находящийся на этапе лицензирования в Соединенном Королевстве.
Westinghouse также имеет свой AP300 мощностью 300 МВт на стадии лицензирования и в январе 2024 года подписала соглашение с частной британской компанией на строительство двух энергоблоков.
Появление этих крупных компаний на рынке SMR является явным признаком того, что все серьезно. Не зря саму компанию Westinghouse недавно купила компания Cameco, гигантский канадский производитель урана, и инвестиционный фонд возобновляемых источников энергии из США.
Морские SMR с водяным охлаждением
Всего в стадии эксплуатации и разработки находятся 8 проектов ММР, установленных на плавучих платформах, как для морских двигательных установок, так и для снабжения прибрежных объектов электро- и теплоэнергией.
С 1959 года Россия располагала значительным флотом коммерческих атомоходов. В настоящее время в его состав входят 8 действующих ледоколов и грузовое судно, а также еще 2 ледокола, находящихся на завершающей стадии строительства, и другие, находящиеся в стадии разработки.
Кроме того, в России есть первая в мире плавучая атомная электростанция «Академик Ломоносов» с двумя реакторами КЛТ-40С общей мощностью 77 МВт.
Росатом планирует построить четыре плавучие атомные электростанции мощностью по 100 МВт каждая и расчетным сроком эксплуатации 60 лет с новым реактором РИТМ-200М.
Высокотемпературные SMR с газовым охлаждением
Известно не менее 17 конструкций SMR с высокотемпературным газовым охлаждением (HTGR), включая китайский HTR-PM, который уже находится в коммерческой эксплуатации с 2023 года. Температуры выше 750 °C позволяют более эффективно производить электроэнергию в дополнение к когенерации. HTR-PM работает на топливе со слоем шаров под названием TRISO.
Это сферы размером с бильярдный шар, содержащие микросферы размером 1 миллиметр, содержащие оксид урана. В реакторе происходит непрерывная загрузка и выгрузка шаров TRISO. Реактор охлаждается гелием под давлением 70 атм, который поступает при 250 °С и выходит при 750 °С. Топливо выдерживает температуру 1800 ºC. Два сдвоенных реактора вырабатывают в сеть общую мощность 210 МВт.
Китай планирует построить четыре реактора HTR-PM600S каждый по 650 МВт на одном из крупнейших в мире нефтеперерабатывающих заводов.
ММР на быстрых нейтронах
Разрабатываются 8 проектов, в которых используются быстрые нейтроны с такими теплоносителями, как натрий, свинец или гелий. Это реакторы IV поколения, способные перерабатывать радиоактивные отходы. С 2021 года в Северске Россия строится реактор на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем мощностью 300 МВт БРЕСТ-ОД-300. Коммерческая эксплуатация запланирована на конец 2026 года. В России уже есть реактор на быстрых нейтронах IV поколения с натриевым теплоносителем БН-800 мощностью 800 МВт, который находится в коммерческой эксплуатации с 2016 года.
ММР на расплавленной соли
Данный сегмент ММР состоит из 13 конструкций, которые также относятся к IV поколению. Достоинства: повышенная безопасность, однофазный теплоноситель низкого давления, отсутствие необходимости в тяжелой защитной оболочке, высокая температура, высокая эффективность и гибкое топливо, включая радиоактивные отходы.
Moltex при участии испанской Idom (инвестиции и инжиниринг) планирует построить свой первый реактор мощностью 300 МВт в Канаде до конца этого десятилетия. Проблема таких реакторов в сильной коррозии конструкции из-за соли.
Микро-ММР
Существует 12 конструкций микрореакторов мощностью до 10 МВт (с возможностью масштабирования), специализирующихся на электроснабжении и теплоснабжении в отдаленных регионах, предприятиях горнодобывающей промышленности и рыболовстве, которые на протяжении десятилетий снабжались дизельными генераторами. Одним из наиболее примечательных является eVinci компании Westinghouse, который находится на стадии лицензирования в США. Он будет иметь 5 МВт электрической мощности и 13 МВт тепловой мощности, срок перегрузки топлива 8 лет, реактор не нуждается в воде для охлаждения или приведения в движение турбины, которая питается раскаленным воздухом (принцип турбины самолетных двигателей).
Реактор Окло «Аврора» также находится на стадии лицензирования. Изначально он проектировался на мощность 1,5 МВт, но мог достигать 30 МВт, работать 20 лет подряд с одной нагрузкой, перерабатывать отходы, а также не нуждался в воде.
***
Комментарий ИРТТЭК. Мировая энергетика, сойдя и описав (еще не до конца) петлю ВИЭ, возвращается на столбовую дорогу развития − переход к все более концентрированным видам энергоносителей. Грамм урана по энергосодержанию эквивалентен примерно 20 кг угля, гигаваттному водяному реактору в год требуется 20 тонн обогащенного до 3,5% урана (полвагона) или 160 тонн природного урана (4 вагона).
ММР вследствие топливной неэффективности найдут только ограниченное применение в энергетике, но их массовое строительство откроет дорогу большим и эффективным реакторам и индустрии атомной энергетики в целом. Разработка МОКС-топлива практически сняла проблему возможной нехватки урана на ближайшие десятилетия.
Материал подготовлен Институтом развития технологий ТЭК
25.03.2024
Все материалы рубрики «Нефть и Газ»
