Мини реактор: Россия показала проект мини-АЭС. Как они работают и кому нужны |

Содержание

Малый ядерный реактор NuScale Power получил одобрение регулятора США

28 августа американская компания NuScale Power получила одобрение Комиссии по ядерному регулированию США на конструкцию первого малого модульного реактора.

Текущая модель рассчитана на 50 мегаватт энергии, а уже в 2022 году будет рассмотрена заявка на реактор мощностью в 60 мегаватт.

Стартап NuScale Power призывает отказаться от больших реакторов, основы современных АЭС. Вместо этого разработчики предлагают небольшие модульные реакторы, которые можно производить на заводе, а потом транспортировать на место строительство электростанции.

Стандартная АЭС такого типа будет состоять из 12 малых реакторов. По словам разработчиков, малые реакторы гораздо безопаснее обычных. Кроме того, они могут использоваться в небольших городах, на промышленных объектах и подводных лодках.

Любая современная АЭС — это не только реакторы, энергоблок, но и соответствующая инфраструктура: цеха и производства, обслуживающие станцию. Общее количество персонала АЭС достигает 1000 человек. Если же на территории станции есть еще и комплекс по переработке РАО, хранилище отработанного топлива и т.п., то штат может быть и больше.

Недостатки крупных объектов по типу АЭС — дороговизна строительства и обслуживания, невозможность оперативно что-то изменить в конструкции, сложность эксплуатации и техподдержки. Мини-реакторы могут многое изменить в лучшую сторону.

Реактор NuScale Power представляет собой стальной цилиндр высотой 23 метра и шириной 5 метров. Внутри находятся урановые топливные стержни, которые с помощью цепной ядерной реакции нагревают воду во внутреннем контуре. Через теплообменник нагретая вода передает температуру во внешний паровой контур. Пар приводит в движение турбину, генерирующую электроэнергию. В процессе работы пар охлаждается и капли воды вновь попадают обратно во внутренний контур.

В конструкции малого реактора предусмотрена система пассивного охлаждения. Горячая вода поднимается через теплообменные змеевики, охлаждается и опускается обратно к топливным стержням. Такой подход избавил конструкцию реактора от насосов и дополнительных движущихся элементов, которые могли бы выйти из строя.

В случае нештатной ситуации реактор сам заглушит ядерную реакцию при помощи управляющих стержней. Прекращается обмен нейтронами и останавливается цепная ядерная реакция. Если внезапно прекратится подача электричества, то управляющие стержни под действием гравитации срабатывают автоматически.

Для повышения безопасности малые модульные реакторы установят в специальные охлаждающие бассейны, которые планируется размещать ниже уровня земли в зданиях АЭС. В случае нештатной ситуации бассейны охладят реакторы и отведут излишки тепла. Так как размер ректоров небольшой, потребуется отводить меньшее количество тепла, чем в большом реакторе. Разработчики считают, что их продукция будет генерировать не более 1/8 от количества тепла стандартных ректоров.

В компании рассказали: заявка на конструкцию малого модульного реактора была подана в Комиссию по ядерному регулированию США еще 31 декабря 2016 года, что соответствует действительности. К фактическому рассмотрению документа приступили в марте 2017 года. В регулирующий орган пришлось отправить более 2 миллионов страниц документации. Следующий шаг после получения одобрения регулятора — запрос комбинированной лицензии на строительство и эксплуатацию АЭС.

И здесь может возникнуть проблема. Дело в том, что группа экспертов в консультативном совете по реакторной безопасности при Комиссии по ядерному регулированию США обнаружила потенциальную проблему в реакторах NuScale Power. Для охлаждения в воду добавляют бор, который поглощает нейтроны. Однако при переходе в парообразное состояние концентрация вещества существенно снижается.

Когда бедный бором конденсат поступит в активную зону, то он может спровоцировать ускорение ядерной реакции. Кроме того, эксперты посчитали слабым звеном парогенератор, находящийся внутри корпуса реактора. По словам ученых, механизм может подвергаться опасным вибрациям, способным разрушить конструкцию парогенератора.

Тем не менее, эти вопросы решаемы, а у NuScale Power уже есть первый коммерческий заказчик. Компания Utah Associated Municipal Power System готова построить АЭС с реакторами от NuScale Power в национальной лаборатории Айдахо. Проект с бюджетом в $6,1 миллиарда насчитывает 12 малых модульных реакторов и должен завершиться в 2030 году. Под строительство подготовили площадку в 13 га.

От КАМАЗа до природного газа

Подборка интересных статей про дата-центры.

T-Rex

27 мая 2021

Уведомление об обработке персональных данных в Роскомнадзор

Кому необходимо подать уведомление в реестр операторов персональных данных. В 152-ФЗ широкое определение обработки. Практически любое действие с персональными данными (далее – ПДн) – обработка.

Как дата-центры снижают негативное воздействие на природу

Дата-центры потребляют 3-5% всего электричества планеты, а в некоторых странах, например в Китае, этот показатель достигает 7%. Электричество нужно центрам обработки данных в режиме 24/7, чтобы обеспе…

Подписывайтесь на дайджест новостей

Какую мини-АЭС США хотят построить в Украине

Из-за обстрелов инфраструктуры украинцы вынуждены жить в условиях тотальной экономии электроэнергии. Помочь разрешить энергетическую проблему могут малые модульные ядерные реакторы.

Что такое малые модульные ядерные реакторы?

Данные ядерные реакторы, как становится понятно из названия, имеют малый размер, то есть они в несколько раз меньше, чем обычные ядерные реакторы, размещенные на АЭС. Модульная конструкция этих реакторов предполагает, что их легко можно создать на заводе, а затем переместить в заранее определенное место. В ММР также используется ядерное деление для выделения тепла и получения электроэнергии. Малые модульные реакторы имеют мощность в 300 МВт, что составляет примерно 30% мощности обычного ядерного реактора на атомной электростанции.

Эксперты считают, что такие малые ядерные реакторы можно построить быстрее и при этом их создание и размещение потребует меньшего количества денежных средств. Также ММР безопаснее, чем обычные реакторы, и они почти не производят отходов.

Сейчас в мире наблюдается возрождение спроса на ядерную энергию, а учитывая то, что малые модульные ядерные реакторы еще и более экологичные, то они представляют собой перспективный способ обеспечить более дешевой электроэнергией с минимальным уровнем выбросов в атмосферу огромное количество людей во всем мире. Стремление многих стран к энергетической независимости после вторжения России в Украину изменило судьбу атомной энергетики. Атомная энергия предлагает стабильный источник энергии, который не зависит от импорта ископаемого топлива.

Параллельно с тем, как некоторые страны мира строят новые традиционные ядерные реакторы, а другие отменяют поэтапное использование АЭС, в мире разрабатываются новые технологии для производства реакторов меньшего размера, которые являются более безопасными, более дешевыми в эксплуатации и простыми в строительстве. Речь идет о малых модульных ядерных реакторах.

Как малые модульные реакторы производят электроэнергию

В таких ректорах происходит тот же процесс ядерного деления для производства электроэнергии, что и в обычных ядерных ректорах. Но риск катастрофы, то есть повреждения ректора в результате разных природных явлений, как например, землетрясения, очень низок. Даже риск выбросов радиоактивного материала во время аварии минимален, благодаря малой мощности устройства и его особой конструкции.

Реактор американской компании NuScale Power

Одним из примеров ММР может быть реактор, создаваемый американской компанией NuScale Power. Этот реактор является стальным цилиндром высотой 23 метра и шириной 5 метров. Внутри этого реактора находятся урановые топливные стержни, которые с помощью цепной ядерной реакции нагревают воду во внутреннем контуре. Затем вода передает температуру во внешний паровой контур. И уже пар приводит в движение турбину, которая и создает электроэнергию. В случае непредвиденных аварийных ситуаций реактор сам прекратит ядерную реакцию.

В основном малые модульные ядерные реакторы создают в нескольких модификациях. Некоторые из них представляют собой упрощенные версии существующих реакторов на АЭС, в других используются совершенно новые технологии. Все ММР используют ядерное деление, включая реакторы на тепловых нейтронах и реакторы на быстрых нейтронах.

В реакторах на тепловых нейтронах используется замедлитель для замедления нейтронов и обычно используют для деления уран-235. Большинство обычных ядерных реакторов на АЭС используют то же топливо и принцип работы. А в реакторах на быстрых нейтронах замедлители не используются. Вместо этого они полагаются на топливо для поглощения нейтронов с более высокой скоростью. Речь идет об использовании плутония-239.

Более дешевая эксплуатация малых модульных реакторов

По словам экспертов, в ММР можно реже осуществлять замену топлива. Например, на традиционных АЭС это происходит каждые 1-2 года. Но малые модульные ядерные реакторы требуют проводить такую процедуру раз в 3-7 лет. В то же время некоторые ММР вообще могут работать без перезагрузки в течение 30 лет. Важно отметить, что ММР можно безопасно выключать и перезапускать, в отличие от обычных ядерных реакторов.

Зарождающаяся отрасль по созданию ММР может сыграть важную роль в наращивании глобального ядерного потенциала. Для ввода в эксплуатацию традиционных ядерных реакторов требуется много лет, и много десятилетий эксплуатации, чтобы окупить высокие затраты, необходимые для их строительства. Но малые модульные реакторы можно изготавливать заранее, что упрощает и ускоряет их производство, доставку и установку.

Малые модульные реакторы являются более доступными в производстве и требуют меньше затрат на поддержание работы

Проекты ММР

Хотя технология ММР все еще находится в стадии разработки, будущее ядерной энергетики, которая повышает энергетическую независимость стран, выглядит уже не таким печальным.Сейчас в мире разрабатывают проекты более 70 ММР, которые рассчитаны на различную производительность и разные области применения. Хотя такие модульные ядерные реакторы и требуют меньших капиталовложений их экономическую конкурентоспособность еще предстоит доказать на практике, когда будет начата их эксплуатация, считают эксперты.

Несмотря на то, что существуют десятки проектов модульных реакторов и еще незавершенных демонстрационных проектов, российская плавучая атомная электростанция «Академик Ломоносов» по состоянию на октябрь 2022 года является первым и единственным действующим прототипом ММР в мире.

По материалам сайтов МАГАТЭ, Weforum.org, world-nuclear.org

Важно

Отключения надолго. Что будет с электроэнергией из-за ракетного террора России завтра и зимой

Малые модульные реакторы — Комиссия по ядерной безопасности Канады

На этой странице

О малых модульных реакторах (ММР)
Регулирование и лицензирование МСП
Нормативные документы и проекты
Отчеты и публикации

Ядерные реакторы различных размеров и выходной мощности используются в Канаде для целого ряда приложений, таких как исследования, испытания материалов, медицинское применение и производство электроэнергии. CNSC регулирует деятельность, связанную со всеми этими приложениями.

В последние годы появились новые реакторные технологии, которые потенциально могут снабжать электроэнергией небольшие электрические сети или удаленные районы, не подключенные к сети. Эти новые технологии обычно называют малыми модульными реакторами (ММР). Хотя они различаются по размеру, ММР обычно меньше, чем традиционные атомные электростанции.

ММР рассматриваются многими заинтересованными сторонами и отраслью как потенциальный путь развития ядерной энергетики, а также как источник экологически чистой энергии.

Как ядерный регулирующий орган Канады, CNSC не поощряет использование таких технологий. Тем не менее, роль CNSC заключается в том, чтобы убедиться, что он готов регулировать проекты SMR, чтобы защитить здоровье и безопасность канадцев и окружающую среду. Наше регулирование также обеспечивает национальную безопасность и то, что мы выполняем международные обязательства, на которые согласилась Канада.

О ММР

Термин ММР относится к установке с ядерным реактором, которая обычно меньше, чем традиционная атомная электростанция, и в которой может использоваться несколько новых технологических подходов, таких как пассивные/собственные функции безопасности и широкое использование заводских модули. Общие термины, используемые на международном уровне для описания этих конструкций, включают усовершенствованные реакторные технологии и усовершенствованные модульные реакторы.

SMR могут значительно различаться по размеру, конструктивным особенностям и типам охлаждения. Примеры различных технологий SMR включают:

встроенные водо-водяные реакторы
реакторы на расплавленной соли
высокотемпературные газовые реакторы
Реакторы с жидкометаллическим теплоносителем
твердотельные реакторы или реакторы с тепловыми трубками

ММР также могут располагаться на площадках, отличных от традиционных атомных электростанций. Например, ММР могут быть установлены в небольших сетях, где потребность в электроэнергии обычно составляет менее 300 мегаватт электроэнергии (МВт) на объект, или на краю сети или вне сети, где потребность в энергии невелика — в диапазоне 2 до 30 МВт.

Электроэнергетические компании, отраслевые группы и правительственные учреждения по всему миру изучают альтернативные варианты использования ММР помимо производства электроэнергии. К ним относятся производство пара для промышленных применений и систем централизованного теплоснабжения, а также производство продуктов с добавленной стоимостью, таких как водородное топливо и опресненная питьевая вода.

Как CNSC будет регулировать МСП?

Нормативная база Канады в ядерной области является всеобъемлющей и в значительной степени нейтральной в отношении технологий, что означает, что она позволяет безопасно регулировать все типы технологий.

Все реакторные установки, включая ММР, классифицируются как ядерные установки класса IA в соответствии с Правилами для ядерных установок класса I. Реакторные установки включают:

атомные электростанции или малые реакторы для производства электроэнергии или тепла для промышленных процессов
малые реакторы для использования, не связанного с производством электроэнергии (например, производство изотопов, исследования и разработки)

Это означает, что при регулировании ММР CNSC может применять те же критерии, которые используются для регулирования традиционных реакторных установок. Это будет осуществляться с использованием подхода, учитывающего риски, путем применения ресурсов и регулирующего надзора, соизмеримых с риском, связанным с регулируемой деятельностью.

По мере того, как CNSC продолжает подготовку к регулированию ММР, он обязуется информировать канадцев и потенциальных лицензиатов о любых изменениях, приложениях и заметных обновлениях.

Проверка проекта поставщика CNSC

Проверка проекта поставщика (VDR) является дополнительной услугой, предоставляемой CNSC по запросу поставщика. VDR не приводит к принятию Комиссией какого-либо решения в соответствии с Законом о ядерной безопасности и контроле . Однако это позволяет поставщику реактора получать предварительные отзывы персонала CNSC о технологии реактора.

Сюда входят:

учитывает ли заявитель нормативные требования Канады при проектировании и анализе безопасности
, разрабатывает ли заявитель необходимые доказательства в поддержку адекватности предлагаемого дизайна.

CNSC в настоящее время участвует во многих предварительных проверках лицензионных проектов поставщиков для SMR. Для получения дополнительной информации об этом процессе и списка текущих VDR посетите страницу VDR CNSC.

Нормативные документы и ключевая информация

Проекты новых реакторных установок
Проекты новых реакторных установок: FAQ
Обзоры дизайна поставщиков перед лицензированием
DIS-16-04, Малые модульные реакторы: стратегия регулирования, подходы и проблемы
REGDOC-1.1.5, Дополнительная информация для сторонников малых модульных реакторов
Тематическая статья: Готовность реагировать на технологию малых модульных реакторов
Выступление президента Румины Велши на виртуальном саммите G4SR-2

Предлагаемые проекты ММР в Канаде

Проект первого глобального энергетического микромодульного реактора

Отчеты и публикации

Отчет семинара для заинтересованных сторон: применение поэтапного подхода к регулированию малых модульных реакторов
Стратегия готовности к регулированию перспективных реакторных технологий
Информация о совместном CNSC-U. S. Меморандум о сотрудничестве NRC

Дополнительные ресурсы

Вебинар: Регулирование малых модульных реакторов

Веб-семинар

: Предлагаемый компанией Global First Power проект микромодульного реактора

Небольшие модульные реакторы производят большое количество ядерных отходов

Ядерные реакторы производят надежные поставки электроэнергии с ограниченными выбросами парниковых газов. Но атомная электростанция, вырабатывающая 1000 мегаватт электроэнергии, также производит радиоактивные отходы, которые необходимо изолировать от окружающей среды на сотни тысяч лет. Кроме того, стоимость строительства крупной атомной электростанции может достигать десятков миллиардов долларов.

Техники загружают эксперимент в усовершенствованный испытательный реактор в Национальной лаборатории Айдахо. (Изображение предоставлено Национальной лабораторией Айдахо)

Чтобы решить эти проблемы, ядерная промышленность разрабатывает небольшие модульные реакторы, которые вырабатывают менее 300 мегаватт электроэнергии и могут собираться на заводах. Отраслевые аналитики говорят, что эти передовые модульные конструкции будут дешевле и будут производить меньше радиоактивных побочных продуктов, чем обычные крупномасштабные реакторы.

Но исследование, опубликованное 31 мая в Proceedings of the National Academy of Sciences , пришло к противоположному выводу.

«Наши результаты показывают, что большинство конструкций малых модульных реакторов фактически увеличивают объем ядерных отходов, требующих обработки и захоронения, в 2–30 раз для реакторов в нашем примере», — сказал ведущий автор исследования Линдсей Кролл, бывший научный сотрудник Макартура в Центре международной безопасности и сотрудничества Стэнфордского университета (CISAC). «Эти результаты резко контрастируют с преимуществами сокращения затрат и отходов, о которых заявляют сторонники передовых ядерных технологий».

Глобальная ядерная энергетика

В мире работает около 440 ядерных реакторов, производящих примерно 10 процентов мировой электроэнергии. В Соединенных Штатах 93 ядерных реактора производят почти пятую часть электроэнергии страны.

В отличие от электростанций, работающих на угле или природном газе, атомные станции выделяют мало углекислого газа, что является основной причиной глобального потепления. Сторонники говорят, что по мере роста мирового спроса на чистую энергию потребуется больше ядерной энергии, чтобы свести к минимуму последствия изменения климата.

Но ядерная энергия небезопасна. Только в США коммерческие атомные электростанции произвели более 88 000 метрических тонн отработавшего ядерного топлива, а также значительные объемы радиоактивных отходов среднего и низкого уровня активности. Наиболее высокорадиоактивные отходы, в основном отработавшее топливо, придется изолировать в заглубленных геологических хранилищах на сотни тысяч лет. В настоящее время у США нет программы по созданию геологического хранилища после того, как они потратили десятилетия и миллиарды долларов на участок Юкка-Маунтин в Неваде. В результате отработавшее ядерное топливо в настоящее время хранится в бассейнах или в сухих контейнерах на площадках реакторов, накапливаясь со скоростью около 2000 метрических тонн в год.

Простые показатели

Некоторые аналитики утверждают, что небольшие модульные реакторы значительно уменьшат массу образующегося отработавшего ядерного топлива по сравнению с гораздо более крупными обычными ядерными реакторами. Но, по мнению Кралл и ее коллег, этот вывод чрезмерно оптимистичен.

«Простые метрики, такие как оценка массы отработавшего топлива, дают мало информации о ресурсах, которые потребуются для хранения, упаковки и захоронения отработавшего топлива и других радиоактивных отходов», — сказал Кралл, который сейчас работает научный сотрудник Шведской компании по обращению с ядерным топливом и отходами. «На самом деле, очень мало исследований посвящено анализу обращения с потоками ядерных отходов малых модульных реакторов и их утилизации».

Были предложены десятки конструкций малых модульных реакторов. Для этого исследования Кралл проанализировал потоки ядерных отходов из трех типов малых модульных реакторов, разрабатываемых Toshiba, NuScale и Terrestrial Energy. Каждая компания использует свой дизайн. Результаты тематических исследований были подтверждены теоретическими расчетами и более широким исследованием дизайна. Этот трехаспектный подход позволил авторам сделать убедительные выводы.

«Анализ был трудным, потому что ни один из этих реакторов еще не работает», — сказал соавтор исследования Родни Юинг, профессор ядерной безопасности Фрэнка Стэнтона в Стэнфорде и содиректор CISAC. «Кроме того, конструкции некоторых реакторов являются собственностью, что создает дополнительные препятствия для исследований».

Утечка нейтронов

Энергия вырабатывается в ядерном реакторе, когда нейтрон расщепляет атом урана в активной зоне реактора, создавая дополнительные нейтроны, которые затем расщепляют другие атомы урана, вызывая цепную реакцию. Но некоторые нейтроны вырываются из активной зоны — проблема, называемая утечкой нейтронов, — и поражают окружающие конструкционные материалы, такие как сталь и бетон. Эти материалы становятся радиоактивными при «активации» нейтронами, потерянными из активной зоны.

Новое исследование показало, что небольшие модульные реакторы из-за их меньшего размера будут испытывать большую утечку нейтронов, чем обычные реакторы. Эта повышенная утечка влияет на количество и состав их потоков отходов.

«Чем больше нейтронов просочилось, тем больше количество радиоактивности, созданной процессом активации нейтронов», — сказал Юинг. «Мы обнаружили, что небольшие модульные реакторы будут производить как минимум в девять раз больше стали, активированной нейтронами, чем обычные электростанции. С этими радиоактивными материалами необходимо тщательно обращаться перед захоронением, что будет дорого».

Исследование также показало, что отработавшее ядерное топливо из малых модульных реакторов будет выгружаться в больших объемах на единицу извлекаемой энергии и может быть гораздо более сложным, чем отработавшее топливо, выгружаемое из существующих электростанций.

«Некоторые конструкции малых модульных реакторов требуют химически экзотических видов топлива и теплоносителей, которые могут производить трудноуправляемые отходы для захоронения», — сказал соавтор Эллисон Макфарлейн, профессор и директор Школы государственной политики и глобальных отношений в университете. Британской Колумбии. «Эти экзотические виды топлива и охлаждающие жидкости могут потребовать дорогостоящей химической обработки перед утилизацией».

«Вывод для отрасли и инвесторов заключается в том, что конечная часть топливного цикла может включать скрытые затраты, которые необходимо учитывать», — сказал Макфарлейн. «В интересах проектировщика реактора и регулирующего органа понять последствия этих реакторов для отходов».

Радиотоксичность

В исследовании сделан вывод о том, что в целом небольшие модульные конструкции уступают традиционным реакторам в отношении образования радиоактивных отходов, требований к управлению и вариантов захоронения.

Одной из проблем является долговременное излучение отработавшего ядерного топлива. Исследовательская группа подсчитала, что через 10 000 лет радиотоксичность плутония в отработавшем топливе, выгруженном из трех исследовательских модулей, будет как минимум на 50 процентов выше, чем плутония в обычном отработавшем топливе на единицу извлекаемой энергии.

По словам авторов, из-за высокого уровня радиотоксичности геологические хранилища для отходов малых модульных реакторов должны тщательно выбираться путем тщательного выбора места.

«Мы не должны проводить такого рода исследования, — сказал Юинг. «Поставщики, те, кто предлагает и получает федеральную поддержку для разработки усовершенствованных реакторов, должны быть обеспокоены отходами и проведением исследований, которые могут быть рассмотрены в открытой литературе».

Род Юинг также является профессором кафедры геологических наук Стэнфордской школы наук о Земле, энергетике и окружающей среде. Центр международной безопасности и сотрудничества является частью Института международных исследований Фримена Спольи в Стэнфорде.