Компания GE Hitachi Nuclear Energy (GEH) сообщила, что подписала контракт на строительство первого в Северной Америке коммерческого малого модульного реактора (ММР). Установка BWRX-300 будет построена совместно с канадскими компаниями Ontario Power Generation (OPG), SNC-Lavalin и Aecon рядом с АЭС «Дарлингтон» на северном берегу озера Онтарио в Кларингтоне, что в Канаде.

Нажмите, чтобы увеличить. Источник изображения: GE Hitachi Nuclear Energy

Реактор BWRX-300 может начать работу на год–два раньше малого модульного реактора компании NuScale, которая стремится первой построить ММР в США. Предполагается, что на площадке Ontario Power Generation реактор BWRX-300 будет запущен в 2028 году, тогда как запуск реактора NuScale на площадке в Национальной лаборатории Айдахо отодвигается до 2029 года или на более позднее время.

Будет интересно проследить, если Канада и GE Hitachi перехватят инициативу. И GE Hitachi, и NuScale стремятся стать первыми компаниями на рынке ММР и за североамериканскими проектами последуют другие, включая европейские.

Реактор BWRX-300 относится к десятому поколению кипящих водо-водяных реакторов (BWR, boiling water reactor). Заявленная электрическая мощность установки достигает 300 МВтэ. К преимуществам BWRX-300 можно отнести простую конструкцию с естественной циркуляцией воды и пассивными системами безопасности, а также использование комбинаций обычного топлива, а не топлива типа HALEU, без которого не будет работать реактор NuScale и другие перспективные атомные реакторы.

За основу BWRX-300 был взят реактор ESBWR (Economic Simplified Boiling Water Reactor), ранее сертифицированный американским регулятором NRC. Тем самым получение сертификатов и лицензии для BWRX-300 шло по проторенному пути. Американский и канадский ядерные регуляторы продолжают координировать действия по реактору BWRX-300, что, к примеру, облегчит строительство такой же установки в США, а она рассматривается в штате Теннеси.

По контракту с канадскими компаниями GEH предоставит проект реактора, что будет включать ряд работ по проекту, в том числе проектирование, поддержку инженерного лицензирования, строительство, испытания, обучение и ввод в эксплуатацию. Наработки помогут продвинуть реакторы GEH в другие страны. Предварительные договорённости подписаны с компаниями из Польши и Великобритании. Для Hitachi это будет первый заказ на реактор с 2008 года. Важно будет запустить этот проект по возможности в срок и без превышения сметы, чего давно не наблюдалось при строительстве полномасштабных АЭС.

Высокая сложность добычи биткоина сделала эту криптовалюту одной из самых неэкологичных. По некоторым данным, в 2022 году добыча биткоина повлекла за собой выброс 86,3 млн т углекислого газа. Более того, смена алгоритма получения Ethereum подчеркнула антиклиматическую сущность биткоина и заставила что-то с этим делать. В частности, всё чаще стали говорить о питании биткоин-ферм от атомных электростанций, ставших маяками «зелёной» энергетики.

Источник изображения: Cumulus

Сообщается, что вскоре в США заработает первая в стране биткоин-ферма с прямым питанием от атомной электростанции. Площадку под неё предоставит компания Talen Energy, которая на прошлой неделе сообщила о завершении строительства помещений под ЦОД рядом с атомной электростанцией Susquehanna Steam Electric Station в Пенсильвании. За майнинг на новой площадке будет отвечать подразделение Cumulus Coin Talen Energy, а гиперскейлеров будет курировать другое подразделение — Cumulus Data.

Первой на площадке с прямым подключением к АЭС намерена начать добывать биткоин компания TeraWulf. По большому счёту все получаемые ею биткоины будут близки к нулевому выбросу углекислого газа. Строго говоря, это не так. Но ряд расчетов показывают, что атомная энергетика примерно сопоставима по уровню выбросов CO₂ с возобновляемыми источниками энергии (полностью свободными от выбросов парниковых газов не будут ни одни источники, ведь производство оборудования и логистика всё равно будут сопровождаться выбросами CO₂).

Переход алгоритма добычи Ethereum с доказательство выполнения работы (proof-of-work) на доказательство доли владения (proof-of-stake) снизило выработку CO₂ на 99 %, но пока нет даже намёков на то, что добыча биткоина пойдёт по аналогичному пути. Остаётся искать для получения биткоинов чистые источники энергии и определённые подвижки в этом направлении есть — это практика закупки электричества у операторов солнечных и ветряных электростанций. Атомная энергетика также стала в один ряд с такими источниками, о чём два-три года назад даже не думали. Но теперь всё изменилось, и эти изменения будут затрагивать всё больше и больше сфер, включая майнинг криптовалют.

Комиссия по ядерному регулированию США (NRC) выпустила финальный пакет нормативных документов, необходимых для лицензирования постройки и эксплуатации малого модульного реактора (SMR) компании NuScale Power. Это седьмой проект реактора в истории ядерной энергетики США и первый малый модульный, который был одобрен регулятором для использования в стране. Но самый первый в мире реактор NuScale может появиться в Польше.

Источник изображений: NuScale Power

Комиссия NRC приняла заявку NuScale на сертификацию проекта атомной станции с числом модулей до двенадцати штук мощностью 50 МВтэ каждый в марте 2018 года. Впоследствии базовая мощность каждого модуля была увеличена до 77 МВтэ. Регулятор выпустил финальный технический обзор проекта в августе 2020 года. В июле 2022 года Комиссия NRC проголосовала за сертификацию проекта. Полная конструкторская документация проекта была завершена в конце прошлого года. Теперь регулятор завершил лицензирование станции, что позволит внести малый модульный реактор в национальный реестр объектов, допущенных к постройке и эксплуатации. Решение вступает в силу с 21 февраля.

Лицензирование проекта означает, что любое коммунальное предприятие в США, которое пожелает построить атомную электростанцию по проекту NuScale, может получить комбинированную лицензию на строительство и эксплуатацию этого объекта. От заказчика потребуется лишь лицензировать выбранную для этого площадку.

В США первую АЭС по проекту NuScale из шести модулей собирается строить компания Utah Associated Municipal Power Systems (UAMPS). АЭС в качестве демонстрационной установки будет построена на площадке в Национальной лаборатории Айдахо. UAMPS планирует подать заявку на получение комбинированной лицензии в NRC в первом квартале 2024 года, первый модуль станции будет введен в эксплуатацию к 2029 году, а полная эксплуатация станции стартует в 2030 году (на два–три года позже ранее озвученных планов).

Может так случиться, что первый в мире малый модульный реактор NuScale Power начнёт работать за пределами США. Ранее компания заключила соглашения о развёртывании установок SMR в таких странах, как Украина, Польша, Румыния, Чехия и Иордания. Более того, с польским поставщиком меди и серебра KGHM Polska Miedź SA заключено окончательное соглашение, которое предполагает запуск реактора в Польше уже в 2029 году.

Реактор NuScale VOYGR не является революционным продуктом. Он использует те же принципы работы, что и большие реакторы. В нём обычная система из топливных сборок, вода под давлением и газовые турбины (генераторы). Новым будет то, что реактор и большинство контуров изготавливаются на заводе почти в законченном виде. Это значительно ускоряет завершение проектов и делает их менее дорогостоящими. Есть опасения, что подобный подход до 35 раз увеличит объём ядерных отходов, но это будет компенсировать генерация всё больших объёмов чистой электроэнергии, к которой временно приравняли атомную энергетику.

Южнокорейская судостроительная компания Samsung Heavy Industries (SHI) завершила разработку концептуального проекта CMSR Power Barge — плавучей атомной электростанции на базе компактных реакторов на расплавах солей. В зависимости от числа реакторов (модулей) судно будет вырабатывать от 200 до 800 МВт электроэнергии. Это позволит снизить углеродный след и доставить электричество в места, где его не хватает, включая промышленные объекты.

Источник изображения: SHI/Seaborg

Строго говоря, проект «атомной баржи» Samsung базируется на проекте реактора датской компании Seaborg Technologies, основанной в 2015 году. В своё время проект реактора на расплавах солей (CMSR) компания Seaborg передала на одобрение американскому регулятору. В декабре 2020 года Американское бюро судоходства (ABS) завершило квалификацию новой технологии, что означало признание концепции в рамках технико-экономического обоснования, а это первый этап при подготовке к детальному проектированию.

Полученное одобрение позволило компании Seaborg привлечь к проекту судостроительную компанию Samsung Heavy Industries, с которой в апреле 2022 года было заключено соответствующее соглашение. Фактически Samsung должна была создать модульное плавучее шасси под реактор CMSR, с чем компания успешно справилась до конца 2022 года и что позволило получить базовую сертификацию проекта от Американского бюро судоходства.

Бюро выдало компании SHI так называемое Утверждение в принципе (AIP) на использование конструкции реактора CMSR в составе судна Power Barge. Документ подтверждает, что предложенная новая концепция, включающая новую технологию, соответствует требованиям наиболее применимых правил и руководств ABS, а также соответствующим отраслевым кодексам и стандартам при соблюдении ряда условий. Иными словами, концепция выглядит осуществимой — делайте детальный проект.

Samsung Heavy Industries описывает проект как «слияние ядерной энергетики и судостроительных технологий», добавляя, что это «атомная электростанция на море с паротурбинными генераторами и передающими/распределительными устройствами в плавучем корпусе». Компания утверждает, что по сравнению с обычными наземными атомными электростанциями «выбор площадки и ограничения по объектам относительно менее сложны, период строительства составляет около двух лет, а стоимость низкая».

Реактор на расплаве солей использует его как теплоноситель и одновременно как носитель по передаче топлива в реактор. В случае аварии расплав просто застынет внутри конструкции и не приведёт к выбросу радиоактивных материалов, поскольку взрывы исключены. На следующем этапе проектирования судно и реактор будут разработаны во всех деталях, чтобы ввести первые суда CMSR Power Barge в эксплуатацию с 2028 года.

«Энергетические баржи» SHI и Seaborg кроме снабжения электричеством обычных объектов будут также использоваться для опреснения морской воды и для выработки водорода и аммиака. Установки обещают внести посильный вклад в снижение выбросов парниковых газов, с чем атомная энергетика неплохо справлялась до сих пор и обещает справиться в будущем.

В России первый в стране плавучий атомный реактор малой мощности (АСММ) — «Академик Ломоносов» — мощностью 70 МВт, был введён в строй в 2020 г. На очереди реализация новых проектов. Но это уже другая история.

По свежей информации Южнокорейской энергетической биржи, объём торговли ядерной энергией по состоянию на ноябрь составил 152 958 ГВт·ч — это 30,7 % от общего объёма энергобаланса страны в 498 757 ГВт•ч. Неожиданно резкое похолодание в декабре означает, что спрос на электричество вырастет и наверняка поможет южнокорейским атомщикам побить предыдущий рекорд по выработке, установленный в 2015 году.

Источник изображения: Business Korea

Семь лет назад атомные электростанции в Южной Корее внесли в энергобаланс страны долю на уровне 31,7 % (157 167 ГВт•ч). Затем последовал значительный спад, поскольку предыдущая администрация президента Мун Чжэ Ина проводила политику отказа от атомной энергетики. В 2018 году был зафиксирован 17-летний минимум в выработке электричества южнокорейскими АЭС — 23,7 %. Все эти годы вплоть до 2022 уровень вклада АЭС в энергобаланс страны был ниже 30 %.

В этом году глобальный энергетический кризис заставил изменить мнение о степени вредности атомной энергетики, и власти Южной Кореи решили расширить вклад АЭС в выработку электроэнергии к 2030 году до 32,8 % вместо предыдущих планов по её сокращению до 23,9 %. Этому будет способствовать множество факторов, например, увеличение государственных гарантий в поддержку атомщиков (на следующий год намечено удвоение этих сумм до $1,5 млрд), а также ослабление правил по пересмотру сроков и условий продления эксплуатации АЭС.

Также власти Южной Кореи рассчитывают на экспорт отечественных реакторов в другие страны. В частности, действующий президент республики ожидает до конца своих полномочий (до 2027 года) продать не менее 10 новейших реакторов APR1400. К примеру, в настоящий момент власти и бизнес Южной Кореи работают над проектами постройки APR1400 в Польше и Чешской Республике.

Американская компания NuScale сообщила, что разработка конструкторской документации типового проекта атомной электростанции на малых модульных реакторах VOYGR завершена досрочно. Это послужит отправной точкой для развертывания конкретных проектов на площадках. Интерес к реакторам NuScale проявили страны Восточной Европы, Канада и ряд других. С выпуском документации преград на пути к строительству больше нет.

Источник изображения: NuScale

Пакет конструкторской документации по проекту включает в себя свыше 12 тыс. вложений, куда входят полные расчёты материалов, перечни оборудования, спецификации, архитектурные и строительные чертежи и спецификации, подробные спецификации и расчеты системного дизайна, электрические схемы и перечни нагрузок, а также схемы механических трубопроводов и КИП. Сверх того, в комплект включена «всеобъемлющая 3D модель» электростанции.

Каждый энергетический модуль NuScale, на котором базируются атомные электростанции VOYGR, представляют собой реактор с водой под давлением, в котором все компоненты для производства пара и теплообмена объединены в единый блок мощностью 77 МВтэ. Это первый проект ММР, получивший одобрение Комиссии по ядерному регулированию США. Компания предлагает 12-модульную электростанцию VOYGR-12 мощностью 924 МВтэ, а также четырехмодульную VOYGR-4 (308 МВтэ) и шестимодульную VOYGR-6 (462 МВтэ) и другие конфигурации в зависимости от потребностей заказчика.

Основные компоненты реактора можно почти целиком изготавливать на заводе, а не на месте, как это происходит в случае строительства больших реакторов. Это значительно ускоряет строительство и ввод в эксплуатацию с хорошим контролем расхода средств, с чем не дружат масштабные стройки классических АЭС. Например, корейцы уже готовы штамповать корпуса реакторов NuScale на массовой основе, что обещает удешевить общие затраты.

В США компания NuScale вблизи Айдахо-Фолс с помощью коммунального предприятия Utah Associated Municipal Power Systems планирует построить АЭС из шести модулей. Ожидается, что ввод в эксплуатацию состоится к 2030 году. Недавно этот план подвергся интересной модификации. Компания Shell договорилась с NuScale создать в рамках данного проекта установку по добыче водорода из излишков вырабатываемых модулями тепла и электричества. Это будет отдельный проект, который не потребует значительных изменений в базовой документации.

Власти Японии забыли об аварии на АЭС «Фукусима» или вынуждены сделать это под давлением глобального энергетического кризиса и необходимости декарбонизации экономики. Сегодня Управление по ядерному регулированию Японии одобрило план Министерства экономики и промышленности страны по резкой смене курса в энергетике. В работу не только вернут старые реакторы, но также будут построены новые реакторы, чтобы к концу десятилетия утроить долю выработки энергии АЭС.

Вид на АЭС «Фукусима-1». Источник изображения: Shohei Miyano, ASSOCIATED PRESS

Авария на АЭС «Фукусима-1» в 2011 году после землетрясения и цунами привела к остановке всех действующих атомных реакторов в Японии. В 2012 году впервые с 1970 года в стране не работал ни один атомный реактор. Реакторы в очень ограниченном количестве начали возвращать к работе с 2015 года, потому что альтернативы им не нашлось. Эти мероприятия считались временной мерой, а задача стояла к 2030 году полностью отказаться от атомной энергетики.

В этом году ситуация в мире радикально изменилась. Развитым странам стали недоступны энергоносители по приемлемой цене. Ещё летом премьер-министр Японии Фумио Кисида (Fumio Kishida) призвал запустить к зиме как минимум 9 из 10 разрешённых к продлению работы реакторов. Если верить свежей публикации Associated Press, в Японии всё же сумели ввести в эксплуатацию 10 реакторов из 17 допущенных к продлению сроков службы. Всего заявки были поданы на продление эксплуатации 27 реакторов.

Сегодня доля АЭС в электрогенерации в Японии составляет от 7 до 10 %. Согласно новому плану, к 2030 году эта доля должна увеличиться до 20–22 %. Больше речь не идёт об отказе от атомной энергетики в стране. Срок эксплуатации АЭС сможет теперь превышать 60 лет, а также будут построены новые реакторы. И если ранее работу реакторов в Японии продлевали после 40 лет работы на 20 лет (а теперь это можно будет делать не один раз), то согласно новому плану вопрос продления работы будет подниматься после 30 лет эксплуатации реакторов сроками на 10 лет до следующей экспертизы.

Японские эксперты считают, что новый план позволит коммунальным компаниям оставаться со старым оборудованием намного дольше и не вкладываться во что-то новое, например, в возобновляемые источники энергии. Что касается инновационных ядерных реакторов и термоядерных реакторов, о которых новые власти страны говорят как о перспективных для энергетики, то обсуждать тут особенно нечего. До 2030 года и даже дольше это всё будут только планы, которые не согреют и не обеспечат Японию энергией. Поэтому всё, что есть у страны — это проверенные временем реакторные технологии со своими плюсами и явными минусами.

Основанная Биллом Гейтсом компания TerraPower объявила о задержке как минимум на два года запуска перспективного ядерного реактора на расплавах солей. Вместо 2028 года новый реактор начнёт работу после 2030 года. Причина заключается в отсутствии необходимого топлива в США. Сегодня все его поставки идут в основном из России. Американские законодатели обещают приложить все усилия, чтобы в «реактор Гейтса» заложили топливо местного производства.

Источник изображения: TerraPower

Перспективные атомные реакторы на расплавах солей и ряд альтернативных проектов малых модульных реакторов ориентированы на топливо из обогащённого до 20 % урана-235. Это так называемое металлическое высокопробное низкообогащённое урановое топливо (HALEU). Небольшое его количество производится в США, но оно неспособно решить задачи американской энергетики. Основные его поставки идут из России, о чём неоднократно предупреждали и эксперты и законодатели, что крайне опасно с точки зрения национальной безопасности США.

Разработчики перспективных атомных реакторов в США не стали ждать решения вопроса с топливом и подготовили ряд проектов к началу строительства, надеясь, что вопрос с топливом со временем как-то решится. Далеко вперёд в этом вопросе вышел проект Natrium компании TerraPower. Только в прошлом году он получил грант от властей США на сумму свыше $1,5 млрд.

Демонстрационную АЭС на опытном реакторе Natrium решено строить рядом с угольной электростанцией Naughton вблизи города Кеммерер в штате Вайоминг. Заявку на начало строительства компания рассчитывала подать в середине 2023 года, чтобы к 2027 или 2028 году ввести АЭС в эксплуатацию. Это должен был быть малый модульный реактор мощностью 345 МВтэ. Топливо в него подаётся в расплаве солей натрия, что отражено в названии проекта. В ходе реакции распада возникают быстрые нейтроны, энергию которых получает носитель и дальше нагревает воду, которая превращается в пар и вращает турбину.

Конструкция и принцип работы реактора Natrium позволяют создать внушительный буфер по накоплению тепла с пиковой мощностью 500 МВтэ. Это даёт возможность балансировать мощностью для сглаживания нагрузок, что невозможно в случае классических реакторов.

Отсутствие поставок топлива HALEU из России минимум на два года задержит запуск реактора Natrium и электростанции на его основе. Несмотря на это компании TerraPower и её партнёр в лице компании Global Nuclear Fuel-Americas (GNF-A) в октябре этого года официально запустили строительство завода по изготовлению топлива для реактора Natrium и других проектов. Топливо будет изготавливаться из сырья HALEU неизвестного пока происхождения.

Перспективным поставщиком топлива HALEU американского производства может стать компания Centrus Energy. Она уже выпускает его в небольших объёмах и через несколько лет обещает увеличить производство. Помочь в этом могут новые законодательные инициативы в США. Отрасль нуждается как в стимуляции, так и в переменах, а без поддержки государства бизнес не готов идти на риск.

Компания Shell подписала контракт с американской компанией NuScale, которая первой получила лицензию Комиссии по ядерному регулированию США (NRC) на строительство в стране малых модульных атомных реакторов. По контракту Shell и NuScale проработают проект производства водорода на таких реакторах. Модульные АЭС обеспечат мир не только чистой электрической и тепловой энергией, но также укрепят основу водородной энергетики, которая заменит природный газ.

Безопасная АЭС на модульных реакторах в представлении художника. Источник изображения: NuScale Power

Основной смысл производства водорода как сопутствующего продукта работы АЭС в том, что реакторы вырабатывают достаточно много избыточного тепла и электричества, чтобы хотелось использовать их с толком, а не просто рассеивать в окружающем пространстве.

Реакторы, даже малые, это инерционные машины. В случае появления излишков мощности её было бы желательно направить на выполнение полезной работы. В частности, на электролизные ячейки для получения водорода. Затем водород можно либо просто сжечь для получения тепла или электричества или использовать как топливо для транспорта и механизмов.

Наделить малые модульные реакторы решениями для баланса мощности в виде побочного производства водорода стало бы высшим пилотажем в сфере атомной энергетики. Малые реакторы ценны сами по себе, поскольку обещают такую выгоду, как быстрое тиражирование АЭС от проекта до ввода в строй без обычного перерасхода средств и затягивания строительства, чем болеют полномасштабные АЭС. И если к этому добавится возможность вырабатывать, хранить и обеспечивать транспортировку водорода, то это будет максимум, который можно будет выжать для будущей экологичной экономики.

Компании Shell и NuScale совместно оценят такую возможность. Они разработают проект установки по побочной выработке водорода модульными реакторами NuScale, испытают модели, способы интеграции, дадут оценку экономической эффективности, очертят границы возможностей и так далее. Возможно даже, что первый в США малый модульный реактор NuScale, который планируется построить на базе Национальной лаборатории в Айдахо, получит подобные установки для практического эксперимента, благо там нет ничего принципиально сложного.

Китай стал первой страной в мире, где начал работать модульный реактор. Вчера каждый из двух реакторов «Шидаовань-1» (Shidaowan-1) вышел на номинальную тепловую мощность 250 МВт(т). Для этого им понадобился один год. Оба реактора крутят одну газовую турбину электрической мощностью 211 МВт(э). Успешное завершение проекта открывает дорогу к созданию установки с шестью реакторами для обслуживания одной 650-МВт(э) турбины.

АЭС «Шидаовань» с парой реакторов HTR-PM. Источник изображения: CNNC

Реактор «Шидаовань-1» интересен не только модульным подходом, хотя это путь к гибким проектам в широком диапазоне задач и стоимости. Ключевой интерес к проекту заключён в том, что это первый в мире новейший проект высокотемпературного газоохлаждаемого реактора с галечным слоем (HTR-PM). Топливом служат 60-мм шарики из графита, внутри которых находится обогащённый до 8,5 % уран-235. Шарики лежат в реакторах, как галька на пляже, а сквозь неё продувается нагретый до 250 °C гелий. В каждом реакторе около 245 тыс. таких шариков.

При проходе сквозь «галечный слой» гелий разогревается до 750 °C. На входе в турбину температура ниже — она опускается до 567 °C. Топливные шарики выдерживают температуры до 1620 °C без разрушения, что сохраняет их целостность даже в случае аварий. Технология считается высоконадёжной и перспективной. Настолько, что власти Великобритании сделали ставку на HTR-PM-реакторы как на самые перспективные для будущего развёртывания в стране.

Китайский реактор «Шидаовань-1» ещё не принят в коммерческую эксплуатацию. Но этот шаг не задержится. Площадка «Шидаовань», как ожидается, вместит ещё 18 реакторных блоков. В этом вся ценность модульного подхода — реакторы строятся относительно быстро, сравнительно недорого и по мере появления в них потребности.

Малые модульные реакторы обещают стать настоящей находкой для промышленности и экономики в целом. Главным их достоинством считаются сравнительно малые затраты на начальном этапе запуска. Строятся они быстрее и скорее начинают выдавать электричество и тепло, хотя их мощность будет составлять всего от 10 до 30 % от возможностей обычных АЭС. Остаётся неясным, будут ли они по итогу грязнее обычных АЭС? Учёные считают, что если да, то ненамного.

Источник изображения: International Atomic Energy Agency

Сегодня в мире нет работающих малых модульных реакторов. Оценить объёмы создаваемых ими ядерных отходов можно только теоретически. Одно из первых изысканий на эту тему говорит, что ММР в среднем будут генерировать до 35 раз больше ядерных отходов, чем обычные реакторы с водой под давлением. Новое исследование, проведённое специалистами из Аргоннской и Айдахоской национальных лабораторий Министерства энергетики США (DOE) показывает, что малые модульные реакторы будут создавать сравнимые с обычными реакторами объёмы ядерных отходов.

Для оценки создаваемых ММР ядерных отходов была использована универсальная метрика, взятая на вооружение в 2014 году. Учёные давали оценку трём перспективным малым модульным реакторам: легководному VOYGR компании NuScale Power, реактору Natrium на расплавах солей компании TerraPower и реактору Xe-100 компании X-energy, который охлаждается газообразным гелием. Все эти реакторы планируется ввести в строй к концу текущего десятилетия. Они полностью или частично сертифицированы регулятором в США и понемногу движутся к реализации.

С позиции генерации ядерных отходов каждый из проанализированных реакторов имеет как преимущества, так и недостатки.

«Неправильно говорить, что поскольку эти реакторы меньше, у них будет пропорционально больше проблем по ядерным отходам, просто потому, что у них больше площадь поверхности по сравнению с объёмом активной зоны, — сказал один из авторов работы (условно, железа для захоронения больше, а выхлоп меньше). — У каждого реактора есть плюсы и минусы, которые зависят от степени выгорания топлива, обогащения урана, тепловой эффективности и других особенностей конструкции реактора».

Самым заметным фактором, от которого зависит объём ядерных отходов, остаётся степень выгорания топлива. Реакторы Natrium и Xe-100 имеют значительно более высокую степень выгорания, чем традиционные большие легководные реакторы. Они эффективнее утилизируют топливо, преобразуя его в больший объём выработанной энергии. Также оба типа ММР могут похвастаться более высоким значением КПД, чем классические большие реакторы.

При этом характеристики отработанного топлива несколько различаются между конструкциями: в этом VOYGR похож на классические реакторы, Natrium производит более концентрированные отходы с различными долгоживущими изотопами, а Xe-100 производит отработанное топливо меньшей плотности, но большего объёма.

«В целом, когда речь идет о ядерных отходах, реакторы ММР примерно сопоставимы с обычными реакторами с водой под давлением (LWR) с потенциальными преимуществами и недостатками в зависимости от того, для каких аспектов вы пытаетесь разработать проект, — сказано в исследовании. — В целом, похоже, что нет никаких дополнительных серьёзных проблем в обращении с ядерными отходами от реакторов ММР по сравнению с коммерческими отходами от крупных реакторов LWR».

В то же время реактор VOYGR компании NuScale Power хотя и является сегодня самым далеко продвинутым к практической реализации, генерирует больше всего ядерных отходов даже по сравнению с классическими реакторами. Реактор VOYGR является уменьшенной копией классических легководных реакторов и закон «больше железа и меньше рабочая зона — это больше отходов» для него полностью справедлив. Но исследователи не видят в этом проблемы.

Федеральные власти Канады первыми в мире законодательно оформили атомную энергетику как экологически чистую. С одной стороны, это вынужденная мера, но с позиции здравого смысла — давно назревший шаг.

Источник изображения: Lukáš Lehotský/unsplash.com

Последствия аварий на атомных электростанциях ужасны. К счастью, технологии обуздания «мирного атома» не стоят на месте и развились до состояния достаточно надёжных для повсеместной эксплуатации. Все заинтересованные в росте экономики страны делают ставку на атомную энергетику — кто интенсивно, как Франция, кто осторожно, как Япония. Есть и страны с полным отказом от ядерной энергетики, ярчайшим примером которых служит Германия, но это исключение, которое лишь подчёркивает общемировую тенденцию.

Исторически Канада сильна в атомной энергетике. Многочисленные «зелёные» инициативы последних двух десятилетий не смогли уничтожить местный атомпром. К тому же для страны-соседки США вопрос дешёвой электрической энергии — это вопрос выживания экономики. В США, как нам известно, принятый год назад так называемый Закон о снижении инфляции одним из своих пунктов прямо делает ставку на атомную энергию и едва ли не приравнивает её к чистой энергии. Для Канады это сигнал, что идти придётся по той же дорожке.

На днях федеральное правительство Канады документально закрепило статус атомной энергии как экологически чистой. Впрочем, сделано это немного хитро — чистой энергетикой признаны малые модульные реакторы, планы строительства которых в Канаде уже утверждены (запуск ожидается в районе 2028 года). Полномасштабные АЭС пока вне формулировок нового документа, но этот вопрос обсуждается и можно ожидать, что большие реакторы также получат статус экологически чистых.

Формально признание атомной энергетики (в виде малых модульных реакторов) экологически чистой оформлено в Канаде как разрешение льготных инвестиций в ММР наравне с другими видами возобновляемой и «малоуглеродной» энергетики и промышленности на этой основе. В частности, для таких инвестиций установлен возвратный налоговый кредит в размере 30 % от суммы инвестиций. Для стимулирования таких проектов Канада намерена выделить 6,7 млрд канадских долларов ($5 млрд) в течение пяти лет, начиная с 2023-24 годов.

«Включение атомной энергетики в инвестиционный налоговый кредит для чистых энергетических технологий — это большой шаг вперёд для отрасли и отличная новость для нашего климата и экономики, — сказал Джон Горман (John Gorman), президент и генеральный директор Канадской ядерной ассоциации (CNA). — Это подтверждает то, о чём мы в CNA говорим уже много лет: атомная энергетика — это чистая энергия, и она должна быть ключевой частью стратегии Канады по поддержанию энергетической безопасности при сокращении выбросов на пути к чистому нулю».

Компании Global Nuclear Fuel-Americas (GNF-A) и TerraPower провели церемонию закладки первого камня в фундамент нового предприятия в США, которое будет выпускать ядерное топливо для опытного реактора Natrium TerraPower и малых модульных реакторов BWRX-300 GE Hitachi Nuclear Energy (GEH). В основе производства будет лежать уран HALEU, который в основном поставляет Россия. Для американских компаний это проблема, у которой пока нет решения.

Источник изображения: GEH

Металлическое высокопробное низкообогащённое урановое топливо (HALEU) с содержанием изотопа урана-235 на уровне 20 % (в обычном топливе его не более 5 %) производится дочерним предприятием «Росатома» компанией АО «Техснабэкспорт» под торговой маркой TENEX. В США нет мощностей для достаточной выработки такого топлива, а оно в значительных объёмах потребуется для работы перспективных и малых атомных реакторов. К примеру, уран качества HALEU будет необходим для производства топлива для ММР BWRX-300 GE, планы по строительству которых уже принимаются Канадой и рассматриваются Польшей.

Компании Global Nuclear Fuel-Americas (GNF-A) и TerraPower не уточняют, где они намерены брать уран HALEU. Возможно по этой причине нам сообщили о начале строительства производства в будущем году, но не рассказали о сроках ввода завода в строй. Согласно ранее обнародованным планам, в США значительное производство урана HALEU может появиться после 2030 года. До этого времени там либо будут полагаться на поставки из России, либо ограничат запуск перспективных реакторов.

Кроме малого реактора BWRX-300 GE, который от больших современных классических реакторов будет отличаться естественной циркуляцией охлаждающей воды вместо охлаждения с помощью прокачки насосами, топливо с нового завода будет поставляться для работы реактора Natrium компании TerraPower. Ключевым инвестором TerraPower является фонд Билла Гейтса. Это один из двух проектов, получивших также федеральную финансовую поддержку в рамках программы создания демонстраторов перспективных атомных реакторов.

Компания TerraPower намерена построить в штате Вайоминг опытный 345-МВтэ реактор на быстрых нейтронах. Это будет почти безотходное производство энергии. Охлаждаться реактор будет за счёт прохождения через него расплава солей натрия, в который будет добавляться топливо. На выходе расплав солей будет удерживаться какое-то время и играть роль теплового аккумулятора мощностью до 500 МВтэ. Строительные работы по возведению реактора Natrium пока не стартовали. Они могут начаться в следующем году или в 2024. Это отодвигает планы по запуску демонстратора с 2027 года на более поздние сроки, хотя в целом движение вперёд прослеживается, на что указывает также начало строительства нового комплекса по производству топлива.

На днях канцлер Германии Олаф Шольц предложил продлить эксплуатацию трёх оставшихся в работе местных АЭС до середины апреля следующего года. Сделано это под давлением жесточайшего энергетического кризиса в Европе. Федеральный кабинет министров Германии пусть и со скрипом, но одобрил это предложение, о чём вчера публично объявили министры экономики и окружающей среды этой страны.

Источник изображения: Pixabay

Впервые решение о постепенном отказе от атомной энергетики и переходе от ископаемых видов топлива к возобновляемым источникам энергии было принято в 2002 году правительством Герхарда Шредера. Позже в 2011 году после аварии на японской АЭС «Фукусима» новый канцлер Германии Ангела Меркель определила 2022 год как последний для работы АЭС в Германии. В декабре 2021 года были отключены мощности трёх из шести оставшихся реакторов на немецких АЭС, а три последних реактора должны были отключить от сети в декабре этого года.

Тяжёлая ситуация в энергетике и проблемы с поставками газа и угля в Германию, что резко снижает генерацию электричества угольными и газовыми ТЭС, вынудили власти отказаться от твёрдого намерения остановить последние АЭС в ранее установленные сроки. Поправка к Закону об атомной энергии, которую вчера утвердил кабмин Германии, допускает продление работы трёх последних реакторов до 15 апреля 2023 года.

Власти подчёркивают, что это крайняя дата. Электростанциям запрещено покупать новые топливные стержни. Поэтому остановка мощностей будет неизбежной, как и неизбежно постепенное снижение вырабатываемой этими реакторами мощности в виду выработки топлива.

«Поэтапный отказ от ядерной энергетики останется прежним, — заявила федеральный министр окружающей среды Штеффи Лемке (Steffi Lemke) из партии зеленых. — Германия окончательно откажется от ядерной энергетики 15 апреля 2023 года. Не будет продления срока службы и закупки новых топливных стержней — а значит, и дополнительных высокорадиоактивных отходов».

Министр экономики Германии Роберт Хабек (Robert Habeck) уверил, что зимой 2023/24 года у страны сложатся лучшие стартовые условия: «Мы сможем импортировать значительно больше газа, в том числе через наши собственные терминалы СПГ. Будут укреплены электросети, увеличены транспортные мощности. Также появятся дополнительные генерирующие мощности в сети, особенно для использования возобновляемых источников энергии».

Отказ Германии от атомной энергии не означает, что другие страны Европы пойдут по этому пути. Президент Франции Эммануэль Макрон заявил о ядерном ренессансе и плане построить свыше десяти новых АЭС в стране, и он такой не один в ЕС, хотя в Брюсселе создана устойчивая оппозиция относительно планов наращивания атомных мощностей в Союзе.

Обогащение природного урана и отходов с помощью лазеров намного дешевле обогащения с помощью центрифуг и может полностью обеспечить атомную энергетику США ядерным топливом. Первый полномасштабный модуль лазерной системы для коммерческой экспериментальной демонстрационной установки по обогащению урана Global Laser Enrichment (GLE) завершил испытания и будет отправлен к месту эксплуатации в США. Разработала и испытала установку австралийская Silex Systems.

Источник изображения: Pixabay

Сегодня атомная энергетика США критически зависит от поставок обогащённого урана из России. Также от российских поставок зависят все будущие перспективные американские атомные реакторы, которым будет необходимо топливо HALEU (высокопробный низкообогащенный уран). Уйти от этой зависимости, в частности, попыталась компания Global Laser Enrichment, которая была создана для работы в США австралийской Silex Systems и канадской Cameco. По необходимости к проекту подключили местных — General Electric, которая подтянула в проект своего давнего партнёра — японскую Hitachi.

Планировалось, что Global Laser Enrichment построит в Уилмингтоне (Северная Каролина, США) завод по обогащению урана с помощью лазерных установок. Производительность завода обещала составить от 3,5 до 6 миллионов ЕРР/год (единиц работы разделения, что для простоты понимания масштабов условно можно приравнять к килограмму топлива). Если бы всё получилось, США получили бы мощный разделительный завод с очень и очень низкой себестоимостью, что позволило бы даже сделать заявку на мировое лидерство в этой области. Но, не вышло.

В конце 2019 года разочаровавшиеся в проекте General Electric и Hitachi продали свои доли в GLE основателям — компаниям Silex Systems (51 % акций) и Cameco (49 %). В самой Австралии, напомним, законодательно запрещено заниматься обогащением урана и строить атомные реакторы. Тем не менее, технология продолжала развиваться и Silex Systems смогла создать близкую к коммерческим возможностям опытную установку, которую с участием американцев тестировала в работе последние 8 месяцев. Теперь модуль будет отправлен в США для установки на объекте GLE.

«Это важнейшая веха для технологии обогащения урана SILEX, которая демонстрирует способность наших лазерных систем надежно работать в коммерческих масштабах в течение длительного времени», — сказал управляющий директор и генеральный директор Silex Майкл Голдсворти (Michael Goldsworthy).

В настоящее время модуль выводится из эксплуатации и упаковывается для отправки на объект GLE в Уилмингтоне (Северная Каролина), где, как ожидается, он будет установлен до конца этого года. Параллельно Silex Systems ведёт производство дополнительных идентичных модулей лазерной системы, необходимых для коммерческого демонстрационного проекта, и все модули планируется отправить в Уилмингтон к концу 2023 года.

Согласно планам GLE, коммерческий пилотный демонстрационный проект должен заработать к середине 2020-х годов, после чего сроки масштабного запуска будут оценены более точно. В целом ожидается, что коммерческие операции могут начаться в 2027 году в зависимости от рыночного спроса и других факторов.

В заключение добавим, что проект SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation) уходит корнями в военную ядерную программу ЮАР. После ядерного разоружения Южной Африки лазерные технологии попали в Австралию, на основе которых была создана компания Silex Systems Ltd, но это уже другая история.