Министерство энергетики США (DOE) выпустило три доклада в рамках программы «Пути к коммерческому взлету» с целью предоставить частному бизнесу информацию о перспективах инвестиций в безуглеродную электрогенерацию − атомную энергетику, зеленый водород и долговременное хранение электроэнергии. Хотя в докладах повторяется стандартная цель администрации Байдена о достижения чистого нуля к 2050 году, они заметно отличаются от других идеологизированных источников.
Данная статья посвящена докладу об атомной энергетике Advanced Nuclear.
По словам министра энергетики США Дженнифер Грэнхольм, доклады направлены на то, чтобы предоставить распределителям капитала из государственного и частного секторов представление о том, как и когда различные технологии могут достичь полномасштабного коммерческого внедрения. Доклады Liftoff Reports разработаны как «живые документы», которые будут обновляться по мере развития перспектив коммерциализации каждой технологии.
Атомную генерацию предполагается увеличить с примерно 100 ГВт сегодня до примерно 300 ГВт к 2050 году, при том что США потребуется около 550–770 ГВт дополнительных устойчивых мощностей. То есть атомная генерация должна обеспечить около половины диспетчеризуемой генерации.
Программой предусмотрено строительство реакторов поколения III+ (Gen III+) и поколение IV (Gen IV). Реакторы поколения III+ − это давно известные реакторы с водой под давлением, работающие на низкообогащенном топливе (обычно до 5% по U-235). Реакторы поколения IV будут использовать новые виды топлива, например, уран по стандарту HALEU − обогащение по U-235 до 20%, и теплоносители, отличные от воды. Предполагается использование таких реакторов в том числе не для целей электрогенерации.
Реакторы в документе делятся по мощности на три основные категории: большие реакторы (~ 1 ГВт), малые модульные реакторы (~ 50–300 МВт) и микрореакторы (50 МВт или меньше). Малые модульные реакторы (ММР, SMR) могут обеспечить большую уверенность в достижении прогнозируемого уровня затрат и, вероятно, сыграют важную роль в масштабировании ядерной энергетики на раннем этапе возрождения атомной программы, говорится в документе.
Чтобы разблокировать крупномасштабное развертывание атомной генерации, должны существенно снизиться капитальные затраты. Минэнерго надеется снизить капексы с 10 000 $/кВт для недавно реализуемых проектов (речь, в первую очередь, о единственной строящейся АЭС Vogtle, эта цифра близка к стоимости зарубежных проектов Росатома) до 6200 $/кВт первых проектов новых АЭС (FOAK − First of a Kind) и до 3600 $/кВт для последующих (после 10-20 реализаций) серийно строящихся станций (NOAK − nth of the kind).
Если масштабное строительство АЭС начнется к 2030 году, для достижения цели 200 ГВт к 2050 году надо будет ежегодно строить 13 ГВт. Если начало программы строительства задержится до 2035 года, строить придется 20 ГВт в год.
Если бы документ исходил не из Минэнерго, графики надо было бы отнести к категории «нереальные прожекты». Китай с его огромной промышленностью к 2030 году собирается построить, по данным WoodMac, около 60 ГВт АЭС, то есть строить менее 10 ГВт в год. И ранее Китай никогда не достигал уровня 10 ГВт.
Источник: The Oxford Institute for Energy Studies
В США единственная строящаяся АЭС − Vogtle Electric Generating Plant − начала строиться в августе 1976 года (!). Это станция из 4 блоков водо-водяных реакторов каждый мощностью немногим более 1,2 ГВт. Блоки 1 и 2 были завершены в 1987 и 1989 годах соответственно.
Блоки 3 и 4 начали строиться в 2009 году. Блок 3 вышел на физический пуск (коэффициент размножения нейтронов достиг 1) 6 марта 2023 года. Блок 4 планируют запустить до конца года.
Таким образом, два последних блока АЭС в США строили 14 лет. При этом первоначальная стоимость 3 и 4 блоков выросла в два с половиной раза. Кошмару способствовало банкротство строителя Westinghouse в 2017 году.
Аналитики считали атомную энергетику США практически похороненной. До блока 3 Vogtle самый новый достроенный реактор в США был запущен в 1996 году на АЭС Уоттс-Бар.
После аварии на АЭС Три-Майл-Айленд в марте 1979 года в США сформировалось мощное антиядерное движение. Аварии в Чернобыле и Фукусиме добавили скепсиса в отношении АЭС, а трехкратное снижение цены газа вследствие сланцевой революции сделало энергию АЭС дороже газовой генерации.
Все демократические президенты отдавали предпочтение ветрогенераторам и солнечным панелям. Еще Барак Обама в послании Конгрессу в январе 2016 года заявил: «Семь лет назад мы сделали самые крупные в нашей истории инвестиции в чистую энергетику. И вот результаты: от Айовы до Техаса ветровая энергетика теперь дешевле, чем обычная и более грязная энергетика». Обама подчеркнул, что страна должна ускорить уход от «грязной» энергетики, увеличивая инвестиции в ВИЭ.
Появление фантастической программы по развитию атомной генерации администрации Джо Байдена для американского общества такой же шок, как и разрешение на добычу нефти в проекте Willow на территории Национального нефтяного резерва Аляски.
Даже на фоне бума интереса к атомной энергетике в США и во всем мире масштабы программы г-жи Грэнхольм выглядят вызывающе.
Для строительства и эксплуатации 200 ГВт АЭС США к 2050 году потребуется около 375 000 дополнительных рабочих с техническими и нетехническими навыками, говорится в докладе.
США потребуется ~ 5000 тонн в год дополнительных мощностей по производству атомного топлива. Чтобы изготовить такое количество топлива, потребуется перерабатывать дополнительно ~50 000 тонн уранового концентрата (U3O8) в год, производить ~65 000 тонн UF6 (газообразный фторид урана используется в центрифугах для обогащения сырья по U-235) и иметь дополнительные ~30 млн единиц работы разделения (ЕРР, центрифуг), в том числе обогатительные мощности для топлива HALEU, которых в настоящее время нет в США.
Фактически речь идет о создании почти с нуля новой атомной индустрии, которая должна будет снабжать электроэнергией промышленность, возвращающуюся в США из Азии и бегущую из Европы.
Поскольку доклад предназначен для бизнеса, в нем Дженнифер Грэнхольм была вынуждена написать правду − диспетчеризуемая возобновляемая энергетика с системой длительного хранения дороже атомной энергии и газовой генерации с системой улавливания углерода. Изменение цены от правого максимума до левого минимума связано с надеждами на удешевление технологии по мере накопления опыта и роста масштаба.
Атомная генерация показала на практике максимальный КИУМ − 93%.
В докладе поясняется, что при необходимости уголь и природный газ могут работать с более высоким КИУМ, но в сети они, как правило, следуют за нагрузкой, тогда как ядерная энергия используется в качестве базовой нагрузки. В принципе, АЭС могут достаточно гибко реагировать на спрос, время реакции менее часа, что было показано для сети французских АЭС, но такой режим действительно нежелателен для АЭС, как, впрочем, для любой генерации. Даже для прямых газовых турбин скачки мощности оборачиваются заметным увеличением расхода газа и сокращением срока службы оборудования. Для комбинированного цикла (газовая турбина плюс паровая турбина) скачки нагрузки еще более пагубны.
Атом вне конкуренции по использованию земельного участка на единицу генерируемой мощности, учитывается прямая и непрямая потребность в площади.
Примечание: footprint – занимаемая площадь плюс зона влияния, spacing – расстояние между объектами
В докладе отмечается возможность строить АЭС близко к потребителю, что сокращает расходы на электросети. В недавнем докладе BloombergNEF на электросети для чистого нуля предлагается потратить $21 трлн.
В США обсуждается программа замены угольных котлов на ММР, что, по оценкам Национальной лаборатории Айдахо, позволит на 15-35% сократить расходы за счет использования существующей инфраструктуры.
Атомная энергетика имеет самый высокий экономический эффект для местных сообществ из всех источников выработки электроэнергии, говорится в докладе. На атомные электростанции приходится примерно на 300% больше рабочих мест на ГВт по сравнению с ветровой энергетикой, а заработная плата работников атомной энергетики примерно на 50% выше, чем работников ветряных или солнечных электростанций. Атомная энергетика также является одним из немногих источников выработки электроэнергии, которые могут сохранить объем высокооплачиваемых рабочих мест за счет выводящихся из эксплуатации угольных электростанций.
Здесь стоит напомнить, что речь идет только о непосредственно станции. Если брать отрасли в целом, что ветряки и панели нуждаются в гораздо большем числе сотрудников на единицу генерируемой энергии, чем атомная генерации и на ископаемом топливе.
Доклад превозносит пользу от строительства АЭС.
Оценка экономического эффекта от строительства новых атомных электростанций к 2030 году
Как особенно перспективные в докладе выделяются ММР. Поскольку каждый отдельный проект ММР имеет меньшую общую стоимость и требует меньше времени на строительство, развертывание ММР связано с меньшим риском, чем строительство большого реактора. Например, MMР стоимостью $2 млрд с перерасходом средств на 150% приведет к завершенной стоимости проекта FOAK в размере $3 млрд. Большой реактор стоимостью $10 млрд с таким же перерасходом средств на 150% приведет к полной стоимости FOAK в размере $15 млрд. Соответственно, с меньшими затратами времени и денег ММР может завершить строительство FOAK и внедрить полученный опыт на втором аналогичном реакторе. Этот более короткий график и более низкая цена должны позволить SMR двигаться вниз по кривой обучения быстрее и с меньшим риском. Эта повышенная уверенность в стоимости может снизить входные барьеры для потенциальных владельцев проектов, опасающихся серьезного перерасхода средств.
Распределение вероятностей стоимости перспективных ядерных реакторов
Недавнее принятие Закона о снижении инфляции ввело два технологически нейтральных налоговых кредита на экологически чистую энергию, которые могут улучшить LCOE: Налоговый кредит на производство чистой энергии (PTC) и Налоговый кредит на инвестиции в чистую энергию (ITC). Налоговый кредит на экологически чистую энергию предоставляет с поправкой на инфляцию 25 долларов США за МВтч в виде налоговых льгот на каждый МВтч электроэнергии, произведенной атомной электростанцией, в то время как ITC возвращает 30% капитальных затрат на атомную станцию в виде налоговых льгот в первый год эксплуатации, если выполняются требования к заработной плате и обучению сотрудников. Льготы проиллюстрированы на график.
Программа потребует более $700 млрд инвестиций из частных и публичных источников. Для сравнения приводим график расходов на ВИЭ с учетом «Закона о снижении инфляции». Эти расходы, как минимум, сопоставимы.
Доклад Pathways to Commercial Liftoff: Advanced Nuclear насыщен важными для инвесторов деталями, которые приближают его к реальному плану действий. Похоже, элита США всерьез озаботилась надежностью своего энергоснабжения.
Материал подготовлен Институтом развития технология ТЭК
Все материалы рубрики «Нефть и Газ»
09.04.2023
