АЭС "на минималках". Что такое малые реакторы, о которых говорят в Украине

Украина третий год борется за сохранение собственной энергосистемы под атаками российских дронов и ракет. По эффективности атомная генерация не имеет альтернативы, но есть решение, которое может сделать украинскую "атомку" гибкой, - и это малые модульные реакторы (ММР).

Подробнее рассказывает о данной технологии.

Малые модульные реакторы в контексте Украины

В середине ноября США и Украина объявили о запуске трех новых проектов в сфере малых модульных реакторов. Это строительство пилотного завода по производству чистого водорода и аммиака ("Чистое топливо"), перепрофилирование угольных электростанций на ММР ("Феникс") и разработка дорожной карты декарбонизации сталелитейной промышленности с помощью ММР ("Чистая сталь").

"Украина связывает свое будущее с атомной энергетикой. Несмотря на то, что наша страна пережила аварию на Чернобыльской АЭС и сейчас сталкивается с беспрецедентными вызовами в связи с оккупацией Россией крупнейшей в Европе атомной электростанции - Запорожской АЭС", - заявил министр энергетики Герман Галущенко.

Как отметили в Минэнерго, Украина присоединилась к декларации стран на Климатической конференции COP28, обязавшись утроить мощности атомной генерации до 2050 года. Это включает разработку и строительства как больших энергоблоков, так и малых модульных реакторов.

Развитие технологии ММР рассматривается как важный элемент послевоенного обновления Украины. Однако работа в данном направлении ведется не первый год.

Два года назад Украина, США, Япония и Южная Корея запустили консорциум по научно практическим разработкам. Со стороны Украины - "Энергоатом" и Государственный научно-технический центр по ядерной и радиационной безопасности, со стороны США - NuScale, FuelCell Energy, Clark Seed, Argone National Laboratory.

Весной 2023-го "Энергоатом" и американская компания Holtec International договорились о развертывании малых модульных реакторов SMR-160. Осенью обсуждалось ускорение проекта, но уже с компанией NuScale, поскольку ее проект был единственной технологией ММР, готовой к коммерческому внедрению.

Весной 2024 года стало известно, что в Украине будут производить компоненты для малых реакторов. А также было подписано соглашение о сотрудничестве по развертыванию ММР компании Holtec International.

Согласно планам, Украина хочет разместить 20 малых реакторов SMR-160 (мощность 160 МВт) вместо поврежденной тепловой генерации. Проблема в том, что никто в мире еще не реализовал эту технологию. Первые прототипы только начинают получать лицензии.

По данным МАГАТЭ, на сегодня в мире разрабатываются более 70 проектов коммерческих ММР. На этапе строительства находятся реакторы в США, Канаде, Китае, Аргентине, Южной Корее и других странах.

Что такое малые модульные реакторы

ММР - это относительно новое направление в атомной энергетике. Но уже активно разрекламированное в качестве будущего отрасли, способное придать мирному атому новый импульс.

Малые реакторы - это реакторы мощностью от 10 до 300 МВт. К этому классу можно отнести практически все атомные станции первого поколения, которые строились с середины XX века. А нынешняя инновационность состоит как раз в модульности.

Согласно материалам на сайте МАГАТЭ, реакторы мощностью до 300 МВт на энергоблок способны обеспечить примерно треть от генерирующей мощности традиционных ядерных установок. ММР могут производить большое количество "чистой энергии" и являются:

• малыми - в несколько раз меньше традиционных реакторов
• модульными - что позволяет собирать системы и компоненты на заводе
• реакторами - используется ядерное деление для выделения тепла с целью получения энергии

Основная идея модульности состоит в том, что такие реакторы доставляются к месту работы в собранном виде и подключаются к сети. Модули могут иметь собственные турбины или подключаться к общей турбине. Последний проект, например, реализовывается в Китае, где на одну турбину хотят вывести пару из шести ММР по 100 МВт.

Принцип работы реактора NuScale наглядно представлен на видео.

В чем преимущества технологии ММР

Многие из преимуществ связаны с конструкцией: малые реакторы небольшие и модульные. Учитывая малую площадь, их можно разместить в местах, которые не подходят для крупных атомных станций.

Возможность заранее собрать блоки делает их строительство более доступным по сравнению с реакторами большой мощности. Которые часто специально проектируются под конкретное место, что может приводить к задержке проекта.

ММР позволяют сэкономить расходы и время на строительство. Их можно развертывать постепенно, чтобы соответствовать спросу на энергию.

Инфраструктура является одним из препятствий для расширения доступа к энергии. В частности, ограниченный охват энергосетями сельских районов и высокая стоимость подключения к сетям. В районах без достаточного количества ЛЭП и сетевых мощностей ММР могут быть подключены к существующей сети или работать автономно, благодаря меньшей мощности.

Это особенно актуально для микрореакторов для выработки электроэнергии до 10 МВт. Кроме того, микрореакторы могут служить в качестве резервного источника питания или использоваться вместо генераторов, которые часто работают на дизельном топливе.

Концепция безопасности в большей степени опирается на пассивные системы и такие внутренние характеристики, как малая мощность и низкое рабочее давление. Это означает, что для отключения систем не требуется вмешательство человека. Благодаря чему в некоторых случаях вероятность радиоактивных выбросов и контакта с населением в случае аварии устраняется или значительно снижаются.

ММР имеют сниженные требования к топливу. На электростанциях с этой технологией можно реже загружать новое ядерное топливо - каждые 3-7 лет, вместо 1-2 на традиционных АЭС. Некоторые малые реакторы проектируются таким образом, чтобы работать без перегрузки до 30 лет.

Возможные недостатки малых модульных реакторов

Может показаться, что технология ММР - это доступный "на завтра" способ генерации атомной энергии. Однако все преимущества пока заявлены лишь на бумаге.

Например, вряд ли проекты станут реально быстрыми и дешевыми. Как правило, на строительство обычной АЭС уходит в среднем 10 лет, но реактор нельзя построить сразу - он должен пройти проверку безопасности, сертификацию и получить лицензию на эксплуатацию. Кроме того, установка атомных блоков не обходится без общественных консультаций, что может затянуть процесс на годы.

На сегодня ближе всех к реализации реактор компании NuScale Power. Его разрабатывали почти два десятилетия и самый оптимистичный срок, когда первый такой реактор могут начать строить - конец 2020-х.

Что касается стоимости, то атомная энергетика вообще самый дорогой способ производства электроэнергии. И реальные прогнозы показывает, что ММР в пересчете на мегаватты обойдутся дороже. Согласно расчетам, стоимость одного модульного реактора на 200 МВт составит до 40% от стоимости "тысячника".

Есть сомнения и насчет безопасности. А малые размеры реакторов не выглядят убедительным аргументом. Например, в 1966 году произошла авария на американском реакторе Fermi 1. Конечно, за это время технологии стали более надежными. Но полностью исключать риски нельзя, а возможность объединять реакторы в блоки влечет дополнительные угрозы, когда авария на одном из них может привести к аварии на других в связке.

Также существует риск распространения ядерного оружия. Поскольку чем больше будет в мире атомных реакторов, тем сложнее МАГАТЭ будет следить, действительно ли они используются только в мирных целях.

При подготовке использовались материалы с сайта Министерства энергетики Украины, МАГАТЭ и Национальной ассоциации добывающей промышленности Украины.