Увеличение мощностей ЦОД для расширения вычислительной базы для искусственного интеллекта упёрлось в недостаток электрической энергии. Быстро и много энергии может дать только атомная отрасль. Но есть проблема — своего атомного топлива у западных стран в необходимом объёме нет, и долго не будет. Отсутствие быстрого решения взвинтило на цены на обогащённый уран более чем в три раза за три последних года и это не предел.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews

Источники сообщают, что стоимость единицы работы разделения (ЕРР, англ. Separative Work Unit, SWU) урана выросла с $56 до $190. Этот показатель отражает затраты на получение топливного изотопа радиоактивного вещества. В эту величину входят стоимость добычи и переработки, а ограничение источников сырья ведёт к дефициту и повышению цен.

По данным аналитиков Berenberg, в 2023 году из России в США поступало 27 % обогащённого урана. Введение санкций и условие полностью прекратить поставки с 2028 года стимулировало рост цен на уран. Самостоятельно западные страны могут перерабатывать уран в топливо во Франции, США и Канаде. Однако эти мощности ограничены, и обеспечить все потребности в краткосрочной перспективе они не смогут.

«У нас просто недостаточно конверсии и обогащения на западе, и именно поэтому цена так резко изменилась. Эта цена будет только расти», — пояснил Ник Лоусон (Nick Lawson), исполнительный директор инвестиционной группы Ocean Wall.

По мнению аналитиков, сокращение доступности уранового топлива может привести к росту цен на немедленную доставку. Казатомпром, государственная горнодобывающая компания Казахстана и крупнейший в мире производитель урана, недавно предупредил, что добыча ниже, чем ожидалось.

«Мы всё чаще видим, что казахстанское сырьё будет поступать в Китай и Россию, и всё меньше его будет уходить на запад, — сказал Андре Либенберг (Andre Liebenberg), исполнительный директор урановой инвестиционной компании Yellow Cake, зарегистрированной в Лондоне. — Мы легко можем увидеть сокращение предложения в среднесрочной перспективе просто из-за отсутствия новых проектов, которые могут быть быстро запущены в эксплуатацию».

Эту ситуацию разогревает спрос владельцев ЦОД на атомную электроэнергию, который не собирается угасать. Так, в прошлом году и AWS, и Microsoft подписали соглашения о получении электроэнергии от атомных электростанций. Кроме того, Meta✴ запустила «запрос предложений» по выявлению потенциальных разработчиков решений в ядерной энергетике для создания 1,4 ГВт новых ядерных генерирующих мощностей по всей территории США. Компания готова рассматривать буквально любые варианты.

Операторы центров обработки данных также поддержали идею малых модульных реакторов (SMR), поскольку они обещают быструю отдачу. В прошлом году Amazon Web Services (AWS) подписала три сделки по атомной энергетике в США, включая соглашение с Energy Northwest, консорциумом государственных коммунальных служб, которое позволит создать четыре передовых SMR.

Кроме того, Google объявила о сделке на 500 МВт с поставщиком SMR-услуг Kairos Power. Компания ожидает, что первый из шести или семи реакторов, предусмотренных соглашением, будет введён в эксплуатацию в 2030 году. Иными словами, возникшему дефициту противопоставляются планы и намерения, которые не гарантируют результат, а лишь обещают его в будущем. И всё это опирается на новые и непроверенные практикой технологии. Нетрудно представить, что цены на урановое топливо будут расти завидными темпами не менее пяти, а то и значительно более лет.

Westinghouse Electric выполнила операции, необходимые для начала массового производства передовых атомных микрореакторов eVinci. Она подала пакет документов в Комиссию по ядерному регулированию США (NRC), чтобы ускорить одобрение заявки на начало массового производства установок. По планам Westinghouse, уже к началу 2030 года в мире будет установлено множество микрореакторов компании, которые помогут обеспечить климатические изменения.

Источник изображений: Westinghouse Electric

Компактные атомные реакторы должны стать более предпочтительной альтернативой строительству полномасштабных атомных энергоблоков. Малые реакторы — это почти как батарейки. Они легко заменяются на новые или простым образом перезагружаются, поскольку достаточно компактные, чтобы поместиться в стандартный транспортный контейнер для отправки на завод по восстановлению и обратно. Разовой загрузки безопасным ядерным топливом хватит на более чем 8 лет работы реактора, после чего его можно будет заменить на такой же, либо загрузить в него новое топливо.

Внешний диаметр микрореактора Westinghouse eVinci — меньше 3 м. Обслуживающий реактор комплекс строится в кратчайшие сроки — за год или меньше на скромной площади около 8000 м². Всё располагается на поверхности с минимальным числом обслуживающего персонала, которому не будет требоваться особая квалификация. Большую часть работы будет делать автоматика. Задача людей — следить за общей обстановкой на площадке.

Микрореактор eVinci — это предельно простая конструкция, не имеющая движущихся частей. Тепло от распада ядерного топлива передаётся монолитной стальной станине, от которой оно пассивно отводится с помощью тепловых трубок, заполненных щелочными металлами. Почти как в случае охлаждения процессора кулером на тепловых трубках. Затем тепло утилизируется в генераторе электричества и в системе обогрева помещений. Возможность аварии и утечки радиоактивного вещества сведена к минимуму или даже вовсе исключена.

Тепловая мощность реактора eVinci достигает 15 МВт. Его электрическая мощность составляет 5 МВт. Это источник тепла и электричества для небольших городков, удалённых военных баз, ЦОД, геологических партий и удобный буфер для электростанций на возобновляемых источниках энергии. При разработке микрореактора компания Westinghouse использовала «космические» технологии и также рассчитывает, что реакторы eVinci или его последователи продолжат работу за пределами атмосферы Земли — на Луне, Марсе и в открытом космосе.

Но космос — это следующий этап. Пока Westinghouse намерена захватить значительную долю рынка микрореакторов на Земле. Есть договорённости о размещении этих установок в Канаде и в Восточной Европе. Дело за малым — получить необходимый пакет документов от национального регулятора. Поданный на днях регулятору «Предварительный отчет о проекте безопасности» (PSDR) для микрореактора eVinci стал важной вехой на пути к коммерциализации этой установки. Дальше будет разрешение и начало производства установок, которые должны быстро появиться во многих частях нашей планеты.

—

Отчет о состоянии мировой атомной промышленности (WNISR) за 2024 год, составленный немецким специалистом Майклом Шнайдером (Mycle Schneider), говорит о значительном превосходстве установленных солнечных электростанций над атомными. Несмотря на всю поднятую вокруг возрождения мирного атома шумиху, новых реальных проектов АЭС совсем немного, тогда как солнечная энергетика развивается очень и очень стремительно.

Этап строительства атомного энергоблока. Источник изображения: Hullernuc, Wikimedia

В отчёте WNISR указано, что по состоянию на 2024 год в мире насчитывается 408 действующих атомных реакторов, которые в середине года выдавали суммарно 367 ГВт электроэнергии. Это более чем в пять раз меньше установленных мощностей на солнечных электростанциях, совокупная мощность которых приближается к 2 ТВт (по прогнозу — 1,9 ТВт на конец июня). При этом необходимо понимать, что солнечные электростанции работают с перерывами и с разной эффективностью в светлое время суток. Поэтому реальная выработка в солнечной энергетике будет, очевидно, меньше.

Тем не менее солнечные мощности растут впечатляющими темпами и явно продолжат опережать атомную энергетику. В отчёте показано, что атомная энергетика остаётся ниже уровней 2019 и 2021 годов. В текущем году хоть и стало на один блок АЭС больше, но количество энергоблоков всё ещё остаётся на 30 меньше, чем в 2002 году, когда был отмечен пик по одновременно действующим реакторам. За прошедший год добавилось всего 0,3 ГВт атомных мощностей, что является довольно скромным показателем.

Интересно, но в стране с одним из самых больших количеством реакторов — в США — в 2024 году не подано ни одной заявки на строительство полномасштабного реактора. Заявка подана только на малый модульный реактор Билла Гейтса Natrium, который пока даже не получил лицензию от регулятора. Также от строительства новых блоков в этом году воздержались ОАЭ и Бразилия.

В отчёте также говорится, что только в прошлом году в Беларуси, Китае, Словакии, Южной Корее и США было введено в эксплуатацию пять новых ядерных реакторов общей мощностью 5 ГВт, и добавляется, что этого небольшого роста было недостаточно для увеличения действующих ядерных мощностей в мире, поскольку еще пять электростанций общей мощностью 6 ГВт были закрыты в Германии, Бельгии и на Тайване.

«За два десятилетия, в 2004–2023 годах, было 102 запуска и 104 закрытия, — отмечается в отчёте. — Из них 49 запусков были в Китае, где не было закрыто ни одного реактора. В результате за пределами Китая за тот же период произошло резкое чистое снижение на 51 реактор, а чистая мощность сократилась на 26,4 ГВт».

Авторы отчёта также сообщают, что на конец июня в 13 странах строилось 59 атомных станций мощностью 60 ГВт, что сопоставимо с 64 проектами в 2023 году. На долю Китая приходится около 46 % от общего числа строящихся 27 проектов.

«Все строящиеся реакторы, по крайней мере, в девяти из 13 стран столкнулись с задержками, часто на год, — заявили авторы отчёта. — Из 23 реакторов, задокументированных как отстающие от графика, по меньшей мере, для 10 сообщалось об увеличении задержек, а о 2 реакторах сообщалось как о первых задержках за последний год».

По словам аналитиков, ключевым моментом является анализ доминирующей роли Китая и России. С декабря 2019 года и до середины 2024 года в мире было начато 35 строительных работ, 22 в Китае и 13 осуществлялись в различных странах Россией.

«Больше ничего, нигде и никем, — говорит автор исследования. — Но даже в единственной стране, которая ведёт массовое строительство [реакторов], Китае, развитие ядерной энергетики сравнительно незначительно. В 2023 году Китай запустил один новый ядерный реактор, то есть плюс 1 ГВт, и более 200 ГВт только солнечной энергии. Солнечная энергия вырабатывает на 40 % больше энергии, чем ядерная, а все не гидроэнергетические возобновляемые источники энергии — в основном ветер, солнце и биомасса — вырабатывают в 4 раза больше энергии, чем ядерная».

Авторы приходят к выводу, что, несмотря на распространенное мнение о том, что ядерная энергетика набирает обороты, она становится «неактуальной» на мировом рынке. «Использование солнечной энергии и накопителей может изменить правила игры для адаптации политических решений к текущим промышленным реалиям», — добавляют они.

Американская некоммерческая организация «Союз заинтересованных ученых» (UCS) провела анализ топлива HALEU или металлического высокопробного низкообогащённого уранового топлива, которое рассматривается в США в качестве основного для реакторов АЭС нового поколения. Как выяснилось, топливо HALEU легко превращается в оружие — атомные бомбы, эквивалентные по мощности боеприпасам, сброшенным на Хиросиму и Нагасаки. Это должно заставить ещё раз всё взвесить.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Перспективные реакторы в США должны быть значительно меньше современных вплоть до внедрения компактных решений. Это означает, что в качестве топлива должны использоваться радиоактивные материалы с большим процентом обогащения. Сегодня топливо для АЭС обогащается до 5 %. Перспективное топливо HALEU обогащается до 20 % и более. Анализ UCS показал, что для создания атомной бомбы «уровня Хиросимы» достаточно топлива HALEU с обогащением 12 %. Вся необходимая для создания бомбы литература есть в свободном доступе (откуда её также брали аналитики UCS). На изготовление уйдёт от 7 до 10 дней.

Топливо HALEU как-то само собой попало в перечень исключений в руководства и правила по ограничению ядерных вооружений. Сегодня оно не подлежит такому же строгому контролю, как оружейный плутоний или высокообогащённый уран. Между тем, всего-то надо взять в 10–15 раз больше HALEU, чтобы получить ядерный оружейный компонент не хуже, чем в случае использования оружейного. Если будет достаточно линий по переработке HALEU в оружейный компонент, то за неделю вполне можно управиться.

Организация рекомендует пересмотреть правила контроля и информирования надзорных органов в случае краж или иных потерь топлива HALEU. Также рекомендуется пересмотреть проекты перспективных атомных реакторов, чтобы снизить требования к уровню обогащения топлива HALEU ниже 12 %. Сегодня топливо HALEU в США поставляет в основном Россия (по разным оценкам не менее 95 %). В США пытаются за счёт субсидий развернуть производство собственного топлива такого типа. Оно достаточно скоро потребуется, например, для реактора Terra Power, субсидируемого Биллом Гейтсом. Его постройка начнётся в этом месяце и продлится до конца 2030 года. Регулировать обращение опасного топлива необходимо начинать уже сейчас.

ЦОД Microsoft используют огромное количество электроэнергии, поэтому для достижения климатической нейтральности компании требуются чистые источники энергии. Развитие крайне энергоёмкого ИИ значительно усугубляет проблему. Microsoft считает, что ядерные реакторы следующего поколения могут обеспечить энергией её ЦОД и помочь в реализации амбиций в области ИИ. Сейчас компания ищет человека, который «возглавит проектные инициативы по всем аспектам инфраструктуры ядерной энергетики для глобального роста».

Источник изображения: unsplash.com

Ядерная энергетика не создаёт выбросов парниковых газов. Тем не менее, это может открыть ящик Пандоры в случае аварий, не говоря уже об утилизации радиоактивных отходов и сложности логистических цепочек поставок урана. Роль ядерной энергетики в борьбе с изменением климата до сих пор горячо обсуждается, хотя соучредитель Microsoft Билл Гейтс (Bill Gates) давно является большим поклонником этой технологии.

Microsoft планирует развивать направление малых модульных реакторов (SMR). В отличие от своих гораздо более крупных предшественников, SMR значительно проще и дешевле строить. Гейтс является основателем и председателем TerraPower, разрабатывающей проекты SMR, но у компании «в настоящее время нет никаких соглашений о продаже реакторов Microsoft».

Для справки, последний на сегодняшний день крупный ядерный реактор, который будет введён в эксплуатацию в США после семи лет задержек, обошёлся бюджету в более чем $17 млрд. SMR должны обходиться как минимум на порядок дешевле.

Комиссия по ядерному регулированию США недавно впервые сертифицировала проект SMR, что может открыть совершенно новую главу в ядерной энергетике. Основным препятствием к быстрому внедрению SMR является потребность в большем количестве высокообогащённого уранового топлива (HALEU), чем для традиционных реакторов, основным мировым поставщиком которого до сих пор была Россия.

США предпринимают усилия по созданию внутренней цепочки поставок урана, но этому препятствуют активисты с территорий, расположенных вблизи урановых рудников и заводов. Кроме того, до сих окончательно не решён вопрос утилизации ядерных отходов.

Microsoft стремится диверсифицировать свои источники электроэнергии, в частности уже заключена сделка по покупке кредитов на чистую энергию у канадской коммунальной компании Ontario Power Generation, которая собирается развернуть сеть SMR в Северной Америке. Microsoft также планирует в будущем приобретать электроэнергию у компании Helion, которая разрабатывает проект термоядерной электростанции. Одним из сторонников Helion является генеральный директор OpenAI и разработчик ChatGPT Сэм Альтман (Sam Altman).

В отличие от классических ядерных реакторов, генерирующих большое количество радиоактивных отходов, термоядерный реактор может стать реальным источником чистой энергии, благодаря другому принципу работы. К сожалению большинство экспертов уверены, что до создания работающей термоядерной электростанции осталось ещё как минимум несколько десятилетий, а проблемы изменения климата актуальны уже сегодня.