Атом майбутнього: реакторні технології, які допоможуть вирішити проблему забезпечення людства енергією

Украина сделала первый шаг к тому, чтобы стать одним из мировых центров развития технологий будущего в атомной отрасли. В последний день февраля руководители НАЭК "Энергоатом" и компании Holtec International (США), Юрий Недашковский и Крис Сингх, подписали меморандум о взаимопонимании по сотрудничеству в использовании в Украине малых модульных реакторов типа SMR-160.

Фактически, стороны завершили этап подготовки и открыли этап реализации совместных усилий по имплементации технологий малых модульных реакторов (ММР) в ядерной инфраструктуре и в энергосистеме Украины.

Согласно Меморандуму, ГП «НАЭК «Энергоатом» и Holtec International создадут совместный координационный комитет, который займется организацией работ по оценке нормативной документации SMR-160 с целью ее применения в Украине, подготовкой к лицензированию и инициацией лицензирования SMR-160 в регулирующем органе Украины. Предполагается, что вместе с возможностью строительства замещающих мощностей на основе реакторов SMR-160, в Украине будет осуществлена локализация производства технологического оборудования SMR-160, что в свою очередь позволит Украине стать одним из экспортеров ММР.

На сегодня технология малых модульных реакторов признана одним из наиболее перспективных направлений в строительстве АЭС. Общемировой рынок ММР после 2025 года оценивается примерно в $1 трлн. Десять ведущих стран мира разрабатывают более пятидесяти проектов ММР.

Например, китайская госкорпорация China General Nuclear Power Group (CGN) и университет Цинхуа уже объявили, что приступают к первому в стране пилотному проекту "ядерного отопления" – теплоснабжению жилых районов с использованием технологий низкотемпературного ядерного реактора с температурой теплоносителя 190 – 220 0С (проект NHR200-II, электрическая мощность 100 МВт, время строительства составляет до 3 лет). Применение ММР для отопления в данное время активно рассматривается и в Финляндии.

В Украине давно следят за развитием новых технологий в атомной генерации. Mind обратился к эксперту Николаю Власенко, чтобы он рассказал, в каких еще отраслях можно использовать малые модульные реакторы.

С чего началось развитие малых реакторов в Украине? Руководство ГП «НАЭК «Энергоатом» несколько лет назад поставило перед экспертами нашего центра задачу относительно анализа мировых тенденций по развитию ММР. Дело в том, что согласно Обновленной стратегии развития энергетики Украины, до 2035 года необходимо определить типы реакторных технологий, подходящих для последующего строительства в качестве замещающих нынешним АЭС в Украине.

Задача выбора перспективных реакторных технологий должна быть решена до 2020 года, так как средний срок проекта – от этапа лицензирования до физического пуска АЭС – составляет 10 лет. А с 2030 года в Украине начнется снятие с эксплуатации блоков атомных станций.  Первыми в 2030-2031 годах будут остановлены блоки №1 и №2 (ВВЭР-440) на Ровенской АЭС. До 2040-го года закончатся сроки эксплуатации следующих 10 реакторов, а с 2040-го по 2055 год – еще 3 атомных энергоблоков. Всего в Украине на сегодня 15 атомных блоков.

Необходимо учитывать и тот факт, что частные компании, эксплуатирующие тепловую генерацию (ТЭС и ТЭЦ), приняли для себя решение постепенно сокращать мощности: до 2020 года, из 27 ГВт ныне заявленных мощностей, предполагается снять с баланса 7 ГВт; и до 2025 года – вывести из эксплуатации еще 7 ГВт. Оставшиеся 12-13 ГВт тепловой генерации требуют очень серьезной модернизации основных фондов, скорее всего, с переводом на использование угля газовой группы вместо антрацита, что требует дополнительных инвестиций. Есть и проекты постройки новых тепловых мощностей, но они все еще остаются под вопросом и, я думаю, что до 2025 года ясности там не будет.

Кроме того, существует Парижское соглашение по климату, согласно которому все ведущие страны мира, в том числе и Украина, должны выполнять экологические нормы по выбросам. До 2030 года Украина должна уменьшить выбросы на 60% по сравнению с 1990 годом. Из-за падения экономики на сегодня эти выбросы у нас довольно приемлемые, однако, нормы будут пересматриваться каждые 5 лет.

Тепловая генерация, с одной стороны, уже испытывает серьезный дефицит инвестиций, а с другой стороны ее активно теснит альтернативная энергетика – солнечные и ветровые станции, внедрение мощных аккумуляторных парков, которые строятся в разных странах мира.

Но остается одна важная проблема: дефицит маневренных мощностей в нашей объединенной энергосистеме. По «Энергостратегии – 2035» до 2035года Украина должна иметь до 18% маневренных мощностей, и их надо где-то взять. (Сейчас маневренных мощностей – 8%  – прим. Mind.ua). Зеленая энергетика пока что не в состоянии решить проблему маневренности даже с аккумуляторными парками, тепловая генерация – может, но она экологически опасна.

А вот малые модульные реакторы могут помочь в решении этой проблемы, так как способны регулировать мощность с нуля до 100% за небольшой период времени. Сейчас в секретариате Парижского соглашения  разрабатываются подзаконные акты о роли и доле атомной энергетики в мире,  и по каким механизмам там будет происходить инвестирование.

Что это за устройства? Реакторы малой мощности – это реакторы установленной электрической мощности до 300 МВт.

Лидерами в разработке ММР являются США, Китай и РФ, при этом США и РФ разрабатывают 15 и 11 типов реакторов соответственно, для различных областей применения: 

На сегодняшний момент в эксплуатации уже находится три проекта: CNP-300 (совместный проект Китая и Пакистана), PHWR-220 (проект реактора на тяжелой воде, Индия) и эксплуатируемые реакторы EGP-6 Билибинской АЭС (РФ).

На стадии строительства – еще пять: KLT-40S, RITM-200 (РФ), CAREM-25 (Аргентина), HTR-PM и ACPR50S (Китай). А на стадии ближнесрочной перспективы, со сроком реализации 5 – 10 лет, уже десять проектов ММР:

Среди этих проектов есть, например, плавучая станция «Академик Ломоносов» (Россия), которая предназначена для выработки электроэнергии в труднодоступных местах, где нельзя построить стационарную энергетическую инфраструктуру, где необходимо будет вписываться в существующую инфраструктуру и, как возможность, заменить выбывающие из строя тепловые станции.

Вообще, существует временная шкала, вплоть до 2050 года, когда и что мировые разработчики планируют сделать. С 2020-го по 2040-ой год, помимо строительства вышеперечисленных проектов, предполагается и этап сертификации для еще большего числа новых атомных блоков станций. И в будущем, после 2030 года, важнейшая задача – это концептуальный дизайн для точечного применения в конкретных условиях и для конкретных целей. 

Чем они так интересны энергетикам? Основным проектным решением, определяющим повышенный интерес к технологии модульных реакторов, является возможность компоновки АЭС большой мощности из отдельных малых реакторов – модулей, которые строятся стенка к стенке. Это позволяет значительно оптимизировать капитальные затраты на этапе строительства новых АЭС. И уже за счет первого модуля, путем инвестирования средств от выработанной электроэнергии, можно строить остальные модули по мере надобности.

Малые модульные реакторы обладают более высоким уровнем безопасности по сравнению с традиционными типами реакторов за счет отсутствия в них оборудования, которое требует внешнего электроснабжения. Например, в дизайне реактора  SMR-160, разработанного Holtec International, предусмотрено  использование меньшего количества клапанов, насосов, теплообменников и прочего внешнего оборудования. Это, в свою очередь, ведет к упрощению действий оператора во время разных режимов эксплуатации, включая диагностирование и управление в аварийных ситуациях. Более того, хранение отработавшего топлива происходит внутри самого модуля после окончания срока эксплуатации.

Отдельного изучения требует экономический аспект строительства ММР. Согласно данным компании Holtec International, при максимально сбалансированном подходе стоимость строительства SMR-160 «под ключ» составит от $650 млн, или –  $4000 за 1 кВт. Для сравнения: стандартный энергоблок АР-1000 на строящейся АЭС Wogle (США) оценивается в $5250 за 1 кВт. (Мощность блока – 1117 МВт). Строительный период блока SMR-160 «под ключ» составляет 24 месяца.

Также еще нуждаются в изучении: процедура лицензирования ММР в условиях отсутствия нормативной документации для данного типа энергоустановок; физическая безопасность и нераспространение; регуляторная инфраструктура; научно-техническое сопровождение и подготовка персонала.

Куда технологии шагнут в дальнейшем? Сегодня в мире уже рассматриваются схемы smart-greed, которые можно применять, используя ММР. Прежде всего, это классическая выработка электроэнергии и тепла; потом – для подзарядки электротранспорта; а с развитием аккумулирующих парков можно обеспечить накопление и хранение электроэнергии от ММР в мощных батареях, с дальнейшей передачей ее потребителям. Можно наладить постоянное бесперебойное обеспечение энергией таких энергоемких процессов, как опреснение воды, изготовление бумаги, метанола, нефтепереработки, газификации угля, и даже для плавки металла.

Особенно хочу подчеркнуть, что знаковым для мирового сообщества может стать 2035 год, когда миру придется выбирать основной энергоноситель для автотранспорта. Уже сегодня ведущие страны мира идут двумя путями развития: одни, как США, делают ставку на электромобили и аккумуляторы, а, например, Япония активно занимается разработкой станций по водородной зарядке автомобилей. Те же малые высокотемпературные реакторы на металле как раз и предназначаются для выработки водорода

Таким образом, рассмотрение технологии ММР открывает перспективы для существующей ядерной и промышленной инфраструктуры, что должно быть учтено при разработке долгосрочной программы развития ядерной энергетики Украины.

Mind, Николай Власенко, директор ОП «Научно-технический центр» ГП НАЭК «Энергоатом» 20.03.2018