Десять лет нас уверяют, что малогабаритные реакторы — это крупное будущее атомной энергетики.
Благодаря своим размерам, малые модульные реакторы (ММР) призваны решить ключевые проблемы традиционной атомной энергетики: сделать строительство быстрее и дешевле, а эксплуатацию — безопаснее.
Это будущее, похоже, стало на шаг ближе. В прошлом месяце компания NuScale из Орегона достигла ряда важнейших рубежей для своих планируемых ММР. Самым значимым стало получение окончательного одобрения от федерального правительства США на конструкцию реактора. Другие компании, включая Kairos Power и GE Hitachi Nuclear Energy, также работают над коммерческими ММР, но реактор NuScale стал первым, достигшим этой стадии, преодолев одно из последних регуляторных препятствий перед началом строительства в Соединенных Штатах.
ММР, подобные реакторам NuScale, могли бы обеспечивать энергией там и тогда, где это необходимо, благодаря легковозводимым и простым в управлении установкам. Эта технология способна сыграть решающую роль в борьбе с изменением климата, становясь заменой электростанциям, работающим на ископаемом топливе, включая угольные.
Однако, несмотря на обещания сократить сроки строительства, путь к этому достижению был полон задержек и роста затрат. Дорога, лежащая впереди для NuScale, все еще простирается на годы, что наглядно демонстрирует, сколько работы еще предстоит проделать, чтобы эта форма ядерной энергетики стала по-настоящему быстрой и эффективной.
Уменьшение размеров
ММР от NuScale вырабатывает электроэнергию по процессу, схожему с используемым на современных АЭС: реактор расщепляет атомы в герметичном сердечнике, выделяя тепло. Это тепло затем преобразуется в пар, вращающий турбину для генерации электричества. Главное отличие — в масштабах реакторов.
В прошлом атомные станции представляли собой колоссальные мегапроекты, стоимость которых исчислялась миллиардами долларов. «Если стоимость проекта превышает миллиард долларов, он, как правило, начинает разваливаться», — отмечает Патрик Уайт, менеджер проектов в Nuclear Innovation Alliance, аналитическом центре, сфокусированном на ядерных технологиях.
Например, на существующей электростанции Вогл в Джорджии сейчас ведется строительство двух дополнительных блоков. Каждый из них должен обладать мощностью свыше 1000 мегаватт — этого хватило бы для энергоснабжения более миллиона домов. Запуск реакторов планировался на 2017 год, но до сих пор не состоялся, а общая стоимость проекта с момента начала строительства десять лет назад выросла вдвое, превысив 30 миллиардов долларов.
В противовес этому NuScale планирует создавать модули мощностью менее 100 мегаватт. При объединении в энергокомплексы их общая мощность составит несколько сотен мегаватт — это меньше, чем мощность одного блока на Вогл. Станции ММР мощностью в несколько сотен мегаватт смогут обеспечить энергией несколько сотен тысяч домов, что сопоставимо со средней угольной электростанцией в США.
Кроме того, если станция Вогл занимает территорию более 3000 акров, то проект ММР от NuScale потребует всего около 65 акров.
Меньшие по размеру ядерные установки могут быть проще в строительстве и потенциально снизить затраты за счет стандартизации конструкции реакторов. «В этом и заключается преимущество: это становится более рутинным, более типовым проектом», — считает Якопо Буонджорно, директор Центра передовых ядерных энергетических систем Массачусетского технологического института (MIT).
Эти реакторы могут быть и безопаснее, поскольку системы, необходимые для их охлаждения, а также для аварийного останова, могут быть упрощены.
Распутывание бюрократических узлов
Проблема всех этих потенциальных преимуществ в том, что пока они остаются в основном потенциалом. Демонстрационные проекты уже запущены в некоторых частях мира: Китай стал первой страной, подключившей ММР к электросети в 2021 году. В прошлом месяце GE Hitachi Nuclear Energy подписала коммерческие контракты на строительство станции в Онтарио, которая может быть введена в строй в середине 2030-х годов. NuScale также работает над проектами в Румынии и Польше.
В США пока нет действующих ММР, отчасти из-за длительного регуляторного процесса, который осуществляет Комиссия по ядерному регулированию (NRC) — независимое федеральное агентство.
Ядерная энергетика — единственный источник энергии, имеющий в США собственное специализированное регулирующее ведомство. Такой дополнительный надзор гарантирует, что ни одна деталь не будет упущена, но это замедляет запуск ядерных проектов. «Это крупные, сложные проекты», — говорит Кэтрин Хафф, помощник министра в Управлении ядерной энергетики Министерства энергетики США. Министерство энергетики финансирует проекты ММР и поддерживает исследования, но не регулирует ядерную деятельность.
NuScale начала работу над получением одобрения еще в 2008 году и подала официальную заявку в NRC в 2016 году. В 2020 году, когда компания получила одобрение на конструкцию своего реактора, сообщалось, что регуляторный процесс обошелся компании в полмиллиарда долларов, и она предоставила NRC около двух миллионов страниц подтверждающей документации.
После более чем двух лет доработки деталей и голосования агентства, NRC опубликовала свое окончательное решение по конструкции реактора NuScale в прошлом месяце. Финальное решение вступает в силу 21 февраля и сертифицирует конструкцию модуля NuScale, способного генерировать 50 МВт электроэнергии.
Получение окончательного заключения по проекту означает, что NuScale теперь потребуется лишь одобрение на площадку и завершение финальных проверок безопасности перед началом строительства. Теоретически, компания уже преодолела самые сложные регуляторные этапы.
«Это огромное событие, которое нужно праздновать как важную веху», — комментирует Буонджорно. Однако он предупреждает, что не стоит приуменьшать оставшиеся шаги: «Ничто не бывает простым и быстрым, когда дело касается NRC».
Есть и дополнительный нюанс: NuScale планирует внести изменения в свои реакторные модули. Пока компания проходила длительный регуляторный процесс, исследователи продолжали работу над конструкцией. В ходе подачи заявок и планирования компания обнаружила, что ее реакторы могут продемонстрировать лучшую производительность.
«Мы обнаружили, что можем производить больше энергии с тем же самым реактором, той же самой конструкции», — рассказывает Хосе Рейес, соучредитель и технический директор NuScale. Вместо 50 МВт компания выяснила, что каждый модуль может выдавать 77 МВт.
Поэтому компания скорректировала курс. Для первой энергоустановки, которая будет построена на территории Национальной лаборатории Айдахо, NuScale планирует скомпоновать шесть более мощных реакторов, доведя общую мощность комплекса до 462 МВт.
Обновленная мощность требует некоторых корректировок, но базовая конструкция модуля остается прежней. Тем не менее, это вынудило компанию повторно направить обновленные планы в NRC, что и было сделано в прошлом месяце. По словам Рейеса, может потребоваться до двух лет, прежде чем обновленные планы будут одобрены агентством, и компания сможет приступить к утверждению площадки.
Долгий путь вперед
Еще в 2017 году NuScale планировала запустить свою первую электростанцию в Айдахо и начать поставки энергии в сеть к 2026 году. Этот график был сдвинут на 2029 год.
Тем временем, затраты выросли с момента начала процесса регулирования. В январе NuScale объявила, что запланированная стоимость электроэнергии от проекта в Айдахо увеличилась — с 58 долларов за мегаватт-час до 89 долларов. Это дороже, чем большинство других источников энергии на сегодняшний день, включая солнечную и ветровую энергию, а также большинство газовых установок.
Рост цен мог бы быть еще выше, если бы не существенные федеральные инвестиции. Министерство энергетики уже выделило на проект более 1 миллиарда долларов, а принятый в прошлом году Закон о снижении инфляции (Inflation Reduction Act) предусматривает кредиты в размере 30 долларов за МВт-ч для атомных электростанций.
Затраты выросли по многим крупным строительным проектам из-за инфляции, которая повлияла на стоимость стали и других строительных материалов, а также из-за роста процентных ставок. Но, как отмечает Буонджорно, эти изменения также иллюстрируют то, что часто происходит с новаторскими инженерными проектами: «Компании могут пытаться пообещать быстрые результаты и дешевую энергию, но эти первые установки всегда будут немного отставать от графика и немного превышать бюджет».
Если рост цен продолжится, существует вероятность, что участники проекта NuScale могут выйти из него, что станет серьезной угрозой. Комментируя разрабатываемые ММР, Буонджорно заявляет: «Я не поверю, что это реально, пока не увижу, что они работают».
Истинный потенциал ММР будет реализован только тогда, когда придет время строить второй, третий, пятый и сотый реакторы, — подчеркивает Хафф из Министерства энергетики. И компании, и регуляторы сейчас нарабатывают опыт, чтобы ускорить этот процесс. Но преимущества ММР остаются чисто теоретическими до тех пор, пока реакторы не начнут работать и поставлять электроэнергию без использования ископаемого топлива.
«Это станет по-настоящему реальным, когда электроны пойдут в сеть», — заключает Хафф.
