В декабре мир всколыхнула новость о первом положительном выходе энергии в процессе управляемой термоядерной реакции синтеза. И хотя всё обстоит не так радужно, как рисуют новости, синтез на основе «лазерного зажигания» впервые показал обнадёживающий результат. Плодами трудов американских коллег воспользовались британские учёные, которые на волне успеха установки NIF договорились с местным регулятором о создании похожего проекта в Великобритании.

Визуализация облучения топлива лазерными лучами на установке NIF, которые в камере преобразуются в рентгеновские и запускают термоядерный синтез

Сообщается, что компания First Light Fusion подписала с Управлением по атомной энергии Великобритании (UKAEA) соглашение о проектировании и строительстве объекта для размещения нового демонстратора Machine 4 для получения чистой энергии. Начало строительства намечено на 2024 год на территории кампуса Кулхэм в Оксфордшире. Начало эксплуатации установки ожидается в 2027 году.

Термоядерный синтез — это процесс, при котором два лёгких ядра объединяются в одно более тяжёлое ядро с выделением большого количества энергии. Метод компании First Light использует ту же физику, которая в декабре 2022 года доказала свою работоспособность на Национальной установке зажигания (NIF) в Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли, США. Но эта физика — выстрел из батареи лазеров по топливной мишени — сочетается с уникальным подходом First Light Fusion, который включает в себя также выстрел снарядом в топливную мишень, что добавляет значительную часть энергии для запуска термоядерного синтеза.

Декабрьский эксперимент на NIF, напомним, позволил получить значение Q или эффективность термоядерной установки — отношение выделившейся термоядерной энергии к вложенной энергии в нагрев плазмы — на уровне 1,54. Наилучшее значение Q для токамаков составляет 0,75. Но если оценивать затраты энергии «из розетки», то инженерное значение Qen для лазерной установки будет всего 0,0027 для признанного успешным эксперимента, тогда как для токамаков Qen уже достигает значения 0,1. Иными словами, поддержка работы лазеров «зажигания» забирает настолько много энергии, что на фоне классических токамаков они выглядят очень и очень бледно. Тем не менее, до этого лазеры вообще не могли показать что-то более-менее вменяемое в сфере запуска термоядерной реакции.

Установка Machine 4 компании First Light Fusion будет передавать топливной мишени энергию за счёт удара снаряда, разогнанного до скорости 60 км/с. При попадании в цель уникальный «ускоритель скорости» разгонит продукты удара до 200 км/с и сфокусирует их на топливной мишени в виде сферических волн, обжимающих мишень. За счёт использования комбинации кинетического и лазерного удара разработчики намерены значительно снизить энергопотребление термоядерной установки. Будущий объект будет далёк от способности вырабатывать электрическую энергию и призван лишь доказать работоспособность концепции.

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.

Североамериканское агентство NASA одобрило разработку сверхкомпактных радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГ) Рочестерским технологическим институтом. Предполагается, что они будут использоваться в кубсатах и другой технике нового поколения, применение которой найдётся в глубоком космосе — там, где слишком мало света для солнечных элементов питания.

Источник изображения: NASA

Большинство действующих спутников для получения энергии используют солнечные панели, преобразующие свет в электричество. Хотя они хорошо справляются со своей работой, в глубоком космосе, например — за орбитой Марса, или на самой марсианской поверхности, где свирепствуют песчаные бури, света иногда слишком мало, поэтому энергии от солнечных элементов недостаточно.

Альтернатива в виде РИТЭГ позволяет с помощью термопар генерировать электричество из тепла, выделяющегося при распаде радиоизотопов. Принцип известен довольно давно и широко используется на Земле.

Проблема с подобными генераторами в том, что они довольно громоздки. Например, диаметр каждого в паре используемых в марсоходе Perseverance составляет 64 см, длина — 66 см, а вес — 45 кг. Каждый содержит 4,8 кг диоксида плутония. В результате РИТЭГ могут использоваться только в довольно больших космических аппаратах. Например, Perseverance представляет собой машину размером с внедорожник.

По данным NASA, в новом проекте удельная массовая энергоёмкость в сравнении со стандартным многоцелевым РИТЭГ будет увеличена с 3 до 30 Вт/кг при уменьшении объёма на несколько порядков — с 212 до 0,2 л.

Если новую технологию получится довести до практического использования, это обеспечит питанием будущие миссии к Юпитеру, питание оборудования во всегда находящихся в тени кратерах в лунных полярных регионах или кубсатов — без необходимости использования дополнительных источников. Например, это позволит намного успешнее реализовать миссию к Урану Flagship Uranus, в рамках которой к планете можно будет отправить целый флот маленьких спутников для обеспечения исследований с разных ракурсов, «релейной» связи и выполнения других задач.

Стволы заброшенных шахт могут стать основой для создания гравитационных аккумуляторов, считают учёные из австрийского Международного института прикладного системного анализа (IIASA). Шахты уже имеют необходимую для этого инфраструктуру и могут быть сравнительно легко приспособлены для нужд резервного хранения энергии. Это может быть актуально для таких стран, как США, Россия, Китай и Индия, где ресурсы добываются давно и в больших масштабах.

Источник изображения: Pixabay

Гравитационные аккумуляторы накапливают энергию в поднятых на высоту тяжестях. В моменты пикового потребления электричества груз спускается вниз и вырабатывает энергию в генераторе. В период излишков электричества в сети груз возвращается на высоту до очередной потребности в энергии. В случае шахт тоннели можно заполнять песком, что исключает возврат груза на высоту и даже обещает положительный выход энергии. Разгрузкой песка будут заниматься автоматические конвейеры и самосвалы, как, собственно, и погрузкой песка на высоте в лифт.

По оценкам исследователей, мировой потенциал хранения энергии в заброшенных шахтах может составлять от 7 до 70 ТВт·ч, о чём они сообщили в работе в журнале Energies. Большинство установок можно будет разместить в странах, где уже имеется большое количество заброшенных шахт, таких как Китай, Индия, Россия и США.

Источник изображения: IIASA

«Когда шахта закрывается, она увольняет тысячи рабочих [...] UGES создаст несколько вакансий, поскольку шахта будет предоставлять услуги по хранению энергии после прекращения работы, — сказал ведущий автор статьи Джулиан Хант (Julian Hunt) из IIASA. — Шахты уже имеют базовую инфраструктуру и подключены к электросети, что значительно снижает стоимость и облегчает внедрение станций UGES».

Надо сказать, идея гравитационного накопления энергии уже активно воплощается в гидроаккумулирующих объектах, когда вода закачивается на высоту в моменты избытков энергии и вырабатывается в часы пикового потребления путём её сброса через турбины. Аналогичный принцип (реже) также используется для хранения энергии в закачанном воздухе. С шахтами это тоже может быть интересно, хотя в этом случае придётся следить за уровнем аварийности подземных структур, а это может быть довольно дорого.

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.

Согласно данным аналитиков, в 2022 году в США было установлено солнечных панелей на 23 % меньше, чем годом ранее. Специалисты винят в этом санкции против Китая, которые взвинтили цены на компоненты солнечных установок из Поднебесной.

Источник изображения: Nikkei

«Экономике чистой энергии Америки препятствуют её собственные торговые действия, — говорится в заявлении Эбигейл Хоппер, исполнительного директора SEIA. — Индустрия солнечной энергетики и систем хранения решительно стремится выстроить этичную цепочку поставок, но узкие места в поставках и торговые ограничения не позволяют производителям приобретать оборудование, необходимое для инвестирования в американские объекты».

Проблема в том, что лидером по производству поликристаллического кремния и изготовленных из него солнечных панелей и других компонентов в Китае является печально известный Синьцзян-Уйгурский автономный район. По мнению США, там используется принудительный труд, что следует пресекать. На поликремний из этого района США ввели до 200 % таможенных пошлин, а также установили ряд других ограничений для ввоза комплектующих для солнечных электростанций из Китая.

Производители из Юго-Восточной Азии нашли лазейку. Множество компаний из Таиланда, Вьетнама, Малайзии, Камбоджи и других стран стали закупать санкционную китайскую продукцию и продавать в США как собственную. В отношении подобных схем Министерство торговли США начало собственное расследование. Но ситуация стала настолько плохо влиять на темпы развёртывания солнечных установок в США, что президенту страны Джозефу Байдену пришлось вмешаться в ситуацию и выдать распоряжение как минимум два года не вводить таможенные пошлины на «солнечную» продукцию компаний из Юго-Восточной Азии.

Тем не менее, по множеству причин стоимость комплектующих заметно повысилась. Как отметили в отчёте специалисты SEIA (Ассоциации производителей солнечной энергии), установка новых солнечных мощностей коммунальными предприятиями снизилась в 2022 году на 40 % (до 10,3 ГВт). Установка панелей на частных домах выросла за это время на 37 % (до 5,8 ГВт), но по понятным причинам не могла компенсировать динамику спада на стороне крупных проектов. Как результат, за год новых солнечных установок в США было установлено на 23 % меньше — всего 18,6 ГВт.

«Мы не можем позволить себе тратить время на изменение торговых законов, поскольку надвигается климатическая угроза», — сказала Хоппер. Тем не менее, без принятия новых законов или поправок дело вряд ли сдвинется с мёртвой точки.

Подписанный в августе президентом США Закон о снижении инфляции установил ряд льгот для запуска производства солнечных панелей в США, и часть производителей уже выразила желание запустить новые заводы.

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.

В китайской провинции Нинся, отличающейся обширной солнечной и ветряной генерацией, к сети подключили новую гигантскую систему хранения энергии — мегабатарею мощностью 200 МВт и ёмкостью 400 МВт·ч. Этой энергии хватит на обеспечение электричеством 300 домов в течение года. Впрочем, батарея необходима не для этого, а для сглаживания пиков и спадов в потреблении электричества, когда солнце и ветер работают либо с недостатком мощности, либо с её избытком.

Источник изображения: Hithium

Главная особенность введённой в строй в Китае мегабатареи в том, что она состоит из литий-железо-фосфатных аккумуляторов (LFP). Мегабатарея компании Telsa, предназначенная для тех же целей, например, состоит из литийионных аккумуляторов. Батареи LFP запасают меньше энергии, чем литийионные. Но они выгодны при длительной эксплуатации, поскольку выдерживают больше циклов перезаряда и, что самое главное, LFP-аккумуляторы менее взрывоопасны по сравнению с чисто литиевыми. Те же батареи Tesla уже горели в Австралии и в США, тогда как о пожарах в хранилищах на LFP-аккумуляторах пока не сообщалось, если мы ничего не упустили.

Батареи LFP для хранилища энергии в Нинся произвела китайская компания Hithium. Она пока мало известна за пределами Китая, но это наверняка вопрос времени. Hithium планирует построить завод для выпуска LFP-батарей с пиковой мощностью 135 ГВт•ч в год с 2025 года. Это потребует от неё впечатляющих инвестиций в размере $4,71 млрд, которые она уже пообещала выделить. Есть информация, что Hithium имеет договорённость на развёртывание восьми мегабатарей в Австралии, но пока завод не выйдет на полную мощность, к реализации этих проектов никто приступать не будет.

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.

Американские учёные из Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса (LLNL) действительно смогли достичь термоядерного воспламенения — самоподдерживающейся реакции термоядерного синтеза, в ходе которой на выходе получается больше энергии, чем было потрачено на её запуск. Об этом сегодня официально сообщили Министерство энергетики США и Национальное управление по ядерной безопасности (NNSA), назвав это научным подвигом, к которому шли десятилетиями.

Источник изображений: LLNL

О том, что специалисты National Ignition Facility (NIF) при Ливерморской лаборатории, смогли достичь реакции термоядерного синтеза с положительным выходом энергии, стало известно ещё на днях. Теперь же данные официально подтвердились: 5 декабря команда исследователей провела первый в истории эксперимент по управляемому термоядерному синтезу, в результате которого было произведено больше энергии, чем потрачено лазерной энергии для запуска реакции.

Часть установки, в которой была запущена реакция синтеза

В рамках эксперимента самая мощная в мире лазерная установка, включающая 192 лазера, доставила до крошечной капсулы с топливом 2,05 МДж энергии, а в результате реакции учёные получили 3,15 МДж энергии. То есть на выходе оказалось более чем в полтора раза больше энергии, чем было затрачено.

Термоядерный синтез — это реакция, при которой два лёгких атомных ядра объединяются в одно более тяжелое, при этом генерируя большой объём энергии. То же самое происходит внутри звёзд. Американские учёные ещё в 60-е годы прошлого века предположили, что для запуска реакции синтеза можно использовать лазеры, с помощью которых получится создать огромное давление и температуру, необходимые для запуска реакции. Этот метод был назван управляемым термоядерным синтезом с инерционным удержанием, и спустя множество десятилетий работы его удалось воплотить в лабораторных условиях.

Хольраум с топливом

Чтобы выполнить термоядерное зажигание, капсулу с топливом поместили в хольраум — крошечную камеру, стенки которой превращают лазерное излучение в рентгеновские лучи. Эти лучи сжимают топливо до тех пор, пока оно не взорвётся, создавая плазму с крайне высокими температурой и давлением.

Визуализация облучения топлива лазерными лучами, которые преобразуются в рентгеновские для запуска синтеза

В рамках многолетних исследований в LLNL была построена серия все более мощных лазерных систем, что привело к созданию NIF — крупнейшей и самой мощной лазерной системы в мире. NIF имеет размер спортивного стадиона и использует мощные лазерные лучи для создания температур и давлений, подобных тем, которые возникают в ядрах звезд и планет-гигантов.

Конечно, до момента, когда термоядерная энергетика станет обыденностью, пройдёт ещё немало времени, и для этого потребуется провести ещё массу исследований. Тем не менее, значимость первого удачного эксперимента по термоядерному воспламенению огромна — возможно, в итоге он станет отправной точкой в революции в мировой энергетике. Термоядерная энергия может стать альтернативой как обычным атомным электростанциям, работающим наоборот за счёт расщепления атомов, так и углеводородному топливу и избавить людей от вредных выбросов в атмосферу.

«Это знаменательное достижение для исследователей и сотрудников NIF, которые посвятили свою карьеру тому, чтобы термоядерное зажигание стало реальностью, и эта веха, несомненно, повлечет за собой ещё больше открытий, — сказала министр энергетики США Дженнифер М. Грэнхольм (Jennifer M. Granholm). Её также поддержал директор LLNL доктор Ким Будил (Kim Budil): «Термоядерное воспламенение в лаборатории — одна из самых значительных научных задач, когда-либо решаемых человечеством, и ее достижение — это триумф науки, техники и, прежде всего, людей».

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.