Вышла в свет книга Б.И.Нигматулина и В.А.Пивоварова «Реакторы с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. История трагедии и фарса». Подробнее 

Ирина Бокова, автор Наука Mail

АЭС, которую можно доставить на север снегоходом или по реке на барже — это уже не эксперимент, а новая реальность. Сегодня над такими проектами работают в России, Китае, США и других странах. Разбираемся, как устроены маломощные АЭС, где они уже работают и заменят ли традиционные станции. 

Когда речь заходит о ядерной энергетике, в воображении обычно возникают громады АЭС с башнями градирен, клубами пара и километрами труб. Но в последние годы на смену этому образу приходит кое-что иное — гораздо меньшее по размеру, но не по значению. 

Мир ищет способы сделать энергетику безопаснее, мобильнее и ближе к людям — буквально. Идея малых АЭС заключается в том, чтобы собрать атомную станцию на заводе, доставить ее в контейнере в нужное, зачастую труднодоступное место, и просто запустить прямо там. И такие проекты уже получили распространение.

Что такое АЭС малой мощности, и зачем они нужны

АЭС малой мощности (АММ), или малые модульные реакторы (ММР, SMR — Small Modular Reactors) — это ядерные энергетические установки с электрической мощностью до 300 МВт. Они компактнее, проще в производстве и быстрее в масштабировании, чем крупные АЭС. Их главная особенность — модульность. Такие реакторы изначально проектируют как готовые блоки. Поэтому их можно собирать серийно на заводе, транспортировать в готовом виде и быстро монтировать на месте.

Интерес к АЭС малой мощности стремительно растет по всему миру — не только в России, но и в США, Китае, Канаде, Южной Корее и других странах. Причины — в универсальности и гибкости этих систем:

·        энергоснабжение удаленных и труднодоступных территорий, где невозможно или экономически нецелесообразно строить крупные станции или прокладывать ЛЭП. Это особенно актуально для Арктики, Сибири, северных районов Канады и Аляски;

·        быстрое развертывание энергообеспечения в чрезвычайных ситуациях. Например, после стихийных бедствий, при перебоях в энергоснабжении или для временных инфраструктурных проектов вроде нефтяных платформ или военных баз;

·        декарбонизация энергетики. В условиях борьбы с климатическим кризисом малые АЭС становятся альтернативой углю и мазуту — особенно в регионах, где солнечные или ветровые установки работают нестабильно.

В регионах с ограниченной инфраструктурой АЭС малой мощности становятся привлекательным решением. Все благодаря заводскому изготовлению, коротким срокам строительства и высокому уровню безопасности. Некоторые проекты, например, российские реакторы РИТМ-200Н или «Шельф-М», разрабатывают с прицелом на транспортировку в стандартных контейнерах или баржах. Все для того, чтобы их можно было доставлять даже в районы без дорог и портов.

Устройство и принцип работы

АЭС малой мощности разрабатывают с разными конструкциями, но всех их объединяет модульный принцип. ММР представляют собой заводские блоки, которые можно собирать серийно, перевозить и устанавливать в любой точке. Это упрощает логистику и сокращает сроки ввода в эксплуатацию.

Типы реакторов

Наиболее распространенные типы реакторов в маломощных АЭС:

·        водо-водяные — классическая технология, где вода одновременно служит теплоносителем и замедлителем нейтронов. Используется в проектах типа РИТМ-200Н от Росатома;

·        тяжелометаллические — вместо воды используют жидкий натрий, который эффективно отводит тепло при низком давлении. Такие реакторы используют в рамках проекта СВБР-100 (теплоноситель — свинец-висмут);

·        газоохлаждаемые — теплоносителем служит гелий или углекислый газ. Такие реакторы функционируют при высоких температурах и могут примяться не только для выработки электроэнергии, но и для тепловой энергии для промышленных нужд. Пример — HTR-PM в Китае.

Конструкция и безопасность

ММР проектируют с приоритетом на встроенные пассивные системы безопасности. То есть такие, которые срабатывают без участия оператора и без внешнего электропитания.

Ряд проектов АСММ предполагается размещать под землей или в защитных бетонных капсулах. Это повышает их устойчивость к внешним воздействиям — в том числе природным катастрофам. Конструкция предполагает:

·        интеграцию всех элементов в один модуль;

·        отсутствие обширных контуров трубопроводов высокого давления — что уменьшает риск утечек;

·        заводскую сборку и испытания до транспортировки — это снижает число строительных и монтажных операций на площадке.

Цикл работы и автономность

Большинство ММР рассчитаны на долгий автономный цикл работы без замены топлива. Например, РИТМ-200Н может функционировать 6 лет, а СВБР-100 — до 7−8 лет.

Дело в том, что такие установки ориентированы на удаленные регионы, где нет условий для постоянного обслуживания и ежегодных перегрузок топлива.

Примеры уже разработанных и строящихся ММР

Ряд стран уже реализуют проекты АЭС малой мощности. Они делают ставку на мобильность, автономность и экологическую эффективность.

Россия: РИТМ-200Н и плавучая АЭС

Сегодня самый продвинутый российский проект в сфере ММР — РИТМ-200Н. Его разрабатывает ОКБМ Африкантов, который входит в Росатом. Этот водо-водяной реактор мощностью 55 МВт создан на основе судовых реакторов типа РИТМ-200. Их активно применяют на атомных ледоколах серии «Арктика».

Ранее Россия уже запустила первую в мире плавучую АЭС — «Академик Ломоносов». Основа станции — реакторы серии КЛТ-40, разработанных в ОКБМ имени И. И. Африкантова. Она снабжает теплом и электричеством город Певек на Чукотке. Реакторы этой станции тоже сделаны по маломощной технологии.

Китай: HTR-PM

Китай развивает проект газоохлаждаемого высокотемпературного реактора HTR-PM — «High Temperature Gas-Cooled Reactor — Pebble-bed Module». Это два модуля по 250 МВт (т), соединенные с одной турбиной на 210 МВт (эл.). В качестве топлива здесь используют сферические топливные элементы с керамической оболочкой. А в качестве теплоносителя — гелий.

Такой реактор подходит не только для генерации электричества, но и для промышленных нужд. Например, производства водорода. Первый блок HTR-PM подключили к сети в Китае в декабре 2021 года.

США: NuScale

Американская компания NuScale Power разработала проект SMR. Каждый модуль этой АЭС малой мощности выдает до 77 МВт (эл.), а вся станция может состоять из двенадцати таких блоков. Реакторы проектируют с прицелом на самоохлаждение без насосов, использование пассивных систем безопасности и заводскую сборку.

Первую такую станцию планировали построить в штате Юта. Но в 2023 году проект отменили из-за роста затрат. И все же NuScale продолжает разрабатывать новые конфигурации.

Канада: Micro Modular Reactor (MMR)

Канадская компания Ultra Safe Nuclear Corporation вместе с университетом Саскачевана развивает проект MMR на твердом топливе, охлаждаемый гелием. Мощность одного модуля — 15 МВт (т) или около 5 МВт (эл.). Реактор ориентируется на удаленные северные территории и может автономно работать без перегрузки топлива до 20 лет. Запуск пилотного проекта в Чок-Ривер запланировали на вторую половину 2020-х.

Преимущества и риски

Проекты АЭС малой мощности позиционируют как гибкую альтернативу крупным атомным станциям и углеродным источникам энергии. Особенно они перспективны для труднодоступных районов, где сложно организовать стабильное электроснабжение.

Вот главные достоинства этой технологии:

·        автономность и надежность — такие станции могут работать в изолированных районах без подключения к централизованной сети. Модели вроде РИТМ-200Н рассчитаны на 6−8 лет работы без перезагрузки топлива;

·        безопасность — проекты ММР ориентированы на инновационные (пассивные) системы безопасности. Некоторые проекты используют перспективные типы топлива, которые более устойчивы к возможным аварийным ситуациям;

·        быстрое развертывание — благодаря заводской сборке и модульности пустить в эксплуатацию такую станцию можно за 2−3 года. Вместо 10−15 лет, как у обычных АЭС;

·        децентрализация энергосети — АЭС малой мощности снизят нагрузку на большие энергоцентры — это повысит устойчивость всей системы.

Однако проекты АЭС малой мощности не лишены слабых мест. Вот основные минусы этой технологии:

высокая стоимость на старте — производство единичных (головных) реакторов пока дороже, чем у крупных АЭС. Без массового серийного выпуска себестоимость энергии остается высокой;

регулирование — не во всех странах есть четкие нормативы для лицензирования ММР. Это тормозит внедрение новых моделей, особенно с инновационными (отличными от воды) теплоносителями;

недоверие общества — несмотря на высокий уровень безопасности, слово «ядерный» вызывает опасение у населения вблизи потенциальных площадок для размещения маломощных АЭС.

Заключение

АЭС малой мощности — это попытка перестроить ядерную энергетику под новые задачи. Вместо станций большой мощности, на возведение которых требуется десять и более лет, — компактные модули, которые можно собрать на заводе, доставить в контейнере и запустить за пару лет. Особенно это важно там, где нет ни электросетей, ни времени на долгострой — в Арктике, на удаленных территориях, в зонах бедствий.

Пока у этой технологии хватает сложностей. Дорого, непривычно, много бюрократии. Но интерес к ней растет — и у инженеров, и у политиков, и у энергетиков. Возможно, именно такие установки станут одним из кирпичиков новой, более гибкой и устойчивой энергосистемы.

 

Наука Mail