Мини ядерный реактор: Что такое малые модульные реакторы (ММР)?

Что такое малые модульные реакторы (ММР)?

Что есть что в ядерной сфере

03.12.2021

Джоанн Лю, Бюро общественной информации и коммуникации МАГАТЭ

Малые модульные реакторы (ММР) имеют мощность до 300 МВт (эл.) на энергоблок. Многие ММР, которые могут быть собраны на заводе и доставлены на площадку для установки, предназначены для промышленных применений или для работы в удаленных районах, где мощность энергосети ограничена. (Изображение: А. Варгас/МАГАТЭ)

Малые модульные реакторы (ММР) — это современные ядерные реакторы мощностью до 300 МВт (эл.) на энергоблок, что составляет примерно одну треть от генерирующей мощности традиционных ядерных энергетических реакторов. ММР, которые могут производить большое количество низкоуглеродной электроэнергии, являются:

• малыми — они в несколько раз меньше традиционных ядерных энергетических реакторов;
• модульными — это позволяет собирать системы и компоненты на заводе и перевозить их единым блоком на место установки;
• реакторами — в них используется ядерное деление для выделения тепла с целью получения энергии.

Узнайте больше о ядерном делении и ядерной энергии.

Преимущества ММР

Многие из преимуществ ММР связаны с их конструкцией: они небольшие и модульные. Учитывая их малую площадь, ММР можно размещать в местах, не подходящих для более крупных атомных электростанций. Сборные блоки ММР можно изготовить заранее, а затем привезти и установить на площадке, что делает их строительство более доступным по сравнению с реакторами большой мощности, которые часто проектируются специально для конкретного места, что иногда приводит к задержкам в строительстве. ММР позволяют сэкономить затраты и время строительства, и их можно развертывать постепенно, чтобы соответствовать растущему спросу на энергию.

Одним из препятствий для расширения доступа к энергии является инфраструктура — ограниченный охват сельских районов энергосетями — и стоимость подключения к сетям для электрификации этих районов. На одну электростанцию должно приходиться не более 10% от общей установленной мощности энергосети. В районах, где нет достаточного количества линий электропередач и сетевых мощностей, ММР могут быть подключены к существующей энергосети или работать автономно (вне ее) благодаря их меньшей мощности, генерируя низкоуглеродную энергию для промышленности и населения. Это особенно актуально для микрореакторов, являющихся разновидностью ММР, предназначенных для выработки электроэнергии мощностью, как правило, до 10 МВт (эл.). Микрореакторы занимают меньшую площадь, чем другие ММР, и лучше подходят для районов, в которых экологически чистая, надежная и недорогая энергия недоступна. Кроме того, микрореакторы могут служить в качестве резервного источника питания в чрезвычайных ситуациях или использоваться вместо электрогенераторов, которые часто работают на дизельном топливе, например в сельских населенных пунктах или на удаленных предприятиях.

По сравнению с действующими реакторами предлагаемые конструкции ММР являются в целом более простыми, а концепция безопасности для ММР часто в большей степени опирается на пассивные системы и такие присущие этим реакторам внутренние характеристики безопасности, как малая мощность и низкое рабочее давление. Это означает, что для отключения систем не требуется вмешательства человека или внешней энергии или силы, поскольку пассивные системы полагаются на физические явления, такие как естественная циркуляция, конвекция, гравитация и создание повышенного давления. Благодаря этому в некоторых случаях устраняется или значительно снижается вероятность опасных радиоактивных выбросов в окружающую среду и контакта с ними населения в случае аварии.

ММР имеют сниженные требования к топливу. На электростанциях на основе ММР можно реже осуществлять перегрузку топлива: каждые 3–7 лет, в то время как на традиционных станциях она требуется каждые 1–2 года. Некоторые ММР спроектированы таким образом, что могут работать без перегрузки до 30 лет.

Каково положение дел с ММР?

В деятельности, направленной на внедрение технологии ММР до конца этого десятилетия, активно участвуют как государственные, так и частные организации. На российской АЭС «Академик Ломоносов», первой в мире плавучей атомной электростанции, промышленная эксплуатация которой началась в мае 2020 года, энергия генерируется на двух ММР мощностью 35 МВт (эл). Другие ММР находятся на этапе строительства или лицензирования в Аргентине, Канаде, Китае, России, Соединенных Штатах Америки и Южной Корее.

Проекты более 70 коммерческих ММР, разрабатываемых по всему миру, рассчитаны на различную производительность и разные области применения, такие как электроэнергетика, гибридные энергетические системы, отопление, опреснение воды и парогенерация для промышленных применений. ММР имеют меньшие капитальные затраты на единицу продукции, однако их экономическую конкурентоспособность еще предстоит доказать на практике, когда будет начата их эксплуатация.

Ознакомьтесь с тем, как международное сотрудничество будет способствовать созданию ММР, включая микрореакторы.

ММР и устойчивое развитие

ММР и атомные электростанции обладают уникальными характеристиками с точки зрения эффективности, экономичности и гибкости. В то время как ядерные реакторы представляют собой поддающиеся диспетчерскому управлению источники энергии (они могут регулировать выработку электроэнергии в зависимости от спроса на нее), некоторые возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнце, являются источниками энергии переменной мощности, которые зависят от погоды и времени суток. ММР могут быть использованы в паре с возобновляемыми источниками энергии и повышать их эффективность в рамках гибридной энергетической системы. Благодаря этим характеристикам ММР играют ключевую роль в переходе к экологически чистой энергетике, а также помогают странам в достижении целей в области устойчивого развития (ЦУР).

Благодаря усилиям по достижению цели всеобщего доступа к энергии, ЦУР 7, удалось добиться заметного прогресса, однако проблемы все еще сохраняются, в основном в отдаленных и сельских районах. Поскольку глобальные усилия направлены на внедрение экологически чистых и инновационных решений, более активное использование возобновляемых источников энергии в сочетании с ММР может помочь решить эти проблемы.

Узнайте, как ядерная энергетика может заменить уголь в рамках перехода к экологически чистой энергии.

Какую роль играет МАГАТЭ?

• МАГАТЭ создало Платформу по ММР и их применению — предназначенный для стран единый центр координации помощи по всем аспектам разработки, развертывания, мониторинга и применения ММР в электрической и неэлектрической сфере, например в системах централизованного теплоснабжения и опреснения воды.
• МАГАТЭ оценивает степень, в которой существующие нормы безопасности МАГАТЭ могут быть применены к инновационным технологиям. В 2022 году МАГАТЭ планирует опубликовать доклад по безопасности, посвященный применимости норм безопасности МАГАТЭ к технологиям ММР.
• Техническая рабочая группа по реакторам малой и средней мощности и модульным реакторам (ТРГ-РМСМ/ММР) МАГАТЭ и Форум регулирующих органов по ММР служат площадкой, на которой эксперты могут вместе обсудить трудности и поделиться опытом, имеющим отношение к разработке и будущему развертыванию ММР.
• МАГАТЭ содействует устойчивому развитию ядерной энергетики. МАГАТЭ проводит технические совещания, выпускает научно-технические публикации и содействует реализации проектов координированных исследований.

Ресурсы по теме

03.12.2021

плюсы, минусы и реалистичность технологии / Хабр

Дата-центров становится больше с каждым годом. С 2012 по 2020 год их количество выросло с 500 000 до более чем 8 млн. Энергии все эти объекты потребляют очень много — многие дата-центры являются главными потребителями энергии в своем регионе. Потребность в ЦОД продолжает расти, но многие «теплые» места уже заняты — ведь такой объект не построишь где-то на отшибе, где нет ни сетевой инфраструктуры, ни надежного энергоснабжения, не говоря уже о воде.

Во многих случаях именно отсутствие необходимой инфраструктуры является ограничивающим фактором для создания сети ЦОД где-нибудь на севере. Но, возможно, выход есть, и он довольно необычный. Это миниатюрные ядерные реакторы, которые способны дать необходимое количество энергии не только дата-центру, но и небольшому городку неподалеку. Такая технология — не фантастика, а вполне себе реальность, о которой и поговорим.

Варианты малых ядерных реакторов разных производителей

Несмотря на то, что технология кажется почти что фантастикой, ее разрабатывает сразу несколько компаний. У некоторых есть работающие прототипы, так что внедрение разработок подобного типа — лишь вопрос времени.

Реакторы от Rolls-Royce

Концерн продает не только шикарные автомобили, но и занимается высокотехнологичными проектами. Один из них — создание малых ядерных реакторов для облачных операторов. Цель компании — сделать так, чтобы дата-центр мог работать вообще без подвода энергокабелей, обходясь собственными ресурсами.

Разработчики получили от правительства Великобритании треть миллиарда долларов США в 2020 году, оперативно разработав проекты мини-АЭС в модульном формате. Мощность этих объектов составит до 470 МВт, чего должно с головой хватить дата-центру любого масштаба. Приблизительно такие же параметры, например, у стационарных реакторов ВВЭР-440.

Сейчас работы еще ведутся, затем нужно будет получить разрешение на использование технологии от ряда регуляторов. Все же атом хоть и мирный, но его использование может быть потенциально опасным. Ну а начать внедрять свою технологию компания обещает уже в 2030 году. Выпускаться модульные реакторы будут на заводах Rolls-Royce и доставляться затем к месту использования в разобранном виде. Ну а на площадке уже их будут собирать.

NuScale Power

Об этом реакторе мы уже писали — еще в прошлом году его разработчики получили от регуляторов США разрешение на использование технологии.

Реактор NuScale Power представляет собой стальной цилиндр высотой 23 метра и диаметром 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.

Уже пущен в работу проект по созданию АЭС с такими реакторами. Она будет готова тоже где-то к 2030 году. Мощность одного реактора — 45 МВт.

CAREM-25 (CNEA, Аргентина)

Как оказалось, в Аргентине, солнечной южноамериканской стране, уже в 2020 году был готов прототип миниатюрного ядерного реактора. Это 25-МВт система, которую, насколько можно понять по обрывочным новостям, почти достроили.

Реактор модульный, так что на его основе можно создавать большие или не очень АЭС. Его разработка ведется аргентинскими и международными учеными в рамках программы по запуску малых ядерных реакторов с середины 2020-х годов. Собственно, почти все примеры из этой статьи — разработка в рамках указанной программы. Она реализуется силами известных и не очень компаний, включая AREVA, Bechtel, BWXT, Dominion, Duke Energy, Energy Northwest, Fluor, Holtec International, NuScale Power, Ontario Power Generation, PSEG, TVA и Utah Associated Municipal Power Systems.

АЭС Hyperion

Еще один малый ядерный реактор с мощностью в 25 МВт. Объекты такого типа могут работать по отдельности, без необходимости создания АЭС. Разработчики утверждают, что АЭС Hyperion может обеспечить энергией населенный пункт на 20 тысяч частных домов. Ну или один очень мощный дата-центр.

Срок службы такого реактора — до 10 лет, после чего его нужно извлечь и отправить на завод производителя для перезаправки. Здесь используется уран-гидридное топливо. Достоинство проекта — в отсутствии необходимости держать на станции штат специалистов-ядерщиков. Его нужно лишь регулярно посещать для проверки систем и технического обслуживания — а с этим справляется парочка специалистов.

Мини-реакторы от HolosGen

Это, вероятно, самые маломощные модульные реакторы из подборки — их параметры от 3 МВт до 13 МВТ. Но они при этом и умещаются в контейнер. Последний устанавливается на транспортной платформе, которую перевозит в нужное место грузовой автомобиль.

Отдельные реакторы-модули могут быть соединены в единую систему, выдавая уже около 80 МВт. Такие системы относительно безопасны, мобильны и универсальны — использовать их можно не только для дата-центров, но и применять на других объектах.

Ядерная энергетика — весьма интересная тема, но у нас есть и другие статьи, оцените — мы рассказываем о:

→ Маленькие «малинки» в крупном дата-центре

→ Динамические ИБП в дата-центрах: как мы устанавливали Piller CPM300 с двойным преобразованием

→ Разбираем редкого зверя от Nvidia — DGX A100

Плюсы и минусы технологии

Плюсов довольно много:

• Мобильность и возможность масштабирования систем.
• Относительно недорогое обслуживание — большинство модульных ректоров частично автономны.
• Отсутствие необходимости занимать десятки и сотни гектар полезной площади под АЭС и всю инфраструктуру.
• Универсальность — использовать малые реакторы можно во многих отраслях и во многих регионах.
• Наличие достаточного количества пассивных систем безопасности.

Минусы тоже есть:

• Отсутствие реально работающих в «полевых условиях» реакторов. Пока только прототипы.
• Соответственно, нет базы проблемных ситуаций, которых нужно избегать.
• Необходимость получения разрешения регуляторов, и этих разрешений нужно много.

Насколько все это реально?

Вероятность практической реализации одного или нескольких проектов модульных ядерных реакторов довольно высока. Дело в том, что кроме уже названных компаний, разработкой мини-АЭС занялось правительство США. Оно выделило $3,2 млрд на разработку мини-ядерных реакторов. Они будут обслуживать критически важные объекты инфраструктуры, включая дата-центры.

Кроме того, использовать ядерную энергию собираются коммунальные предприятия и компании США. Стоимость энергии, вырабатываемой при помощи мини-АЭС, составит около 55-70 долларов за МВт-час. Стоимость же получения энергии при помощи ветра и солнца — около 44-55 Мвт-час. Вполне сравнимые цены, при условии, конечно, что в цену ядерных реакторов заложен полный цикл обслуживания с утилизацией отслужившего свой срок оборудования.

Есть у мини-АЭС и противники, которые, впрочем, сомневаются не в работоспособности подобных систем. Основная претензия — это стоимость постройки и эксплуатации малых ядерных ректоров. Согласно ряду подсчетов, цена будет сравнима с обслуживанием обычной полноразмерной АЭС.

Тем не менее, критики погоды не делают — если какой-то из этих проектов начнет работать уже «в поле», то за первопроходцами подтянутся и остальные участники рынка. Ну а это может привести к увеличению количества дата-центров, их проникновению в удаленные регионы, которые раньше казались бесперспективными для индустрии.

Малая энергетика и автономные энергоисточники

Возрождение интереса к небольшим по размерам и более простым в исполнении ядерным установкам обусловлено желанием снизить капитальные затраты на производство ядерных  источников энергии  и необходимостью иметь в наличии источники энергии и тепла, работающие автономно и удаленно от крупных энергетических систем.

Глобализация, урбанизация, рост населения, стареющая инфраструктура и ужесточение природоохранного законодательства ставят под угрозу сегодняшние электрогенерирующие мощности. Между тем глобальный спрос на электроэнергию, по прогнозам, увеличится на 33% к 2030 году. Замена выбывающих генерирующих мощностей при одновременном обеспечении растущих новых мощностей в течение следующих 30 лет делает поиск доступных экологически чистых энергоносителей очень актуальным.

Сокращение выбросов  CO₂, значительные колебания цен на газ, периодичность мощностей, вырабатываемых с помощью солнечной энергетики и ветроэнергетики, делает преимущества ядерной энергетики очевидными.

Растущая потребность рынка в конкурентоспособных, масштабируемых, безопасных, надежных и автономных источниках энергии стимулирует инвестиции в новое поколение ядерных энергетических установок.Технологии, используемые для таких ядерных установок, весьма разнообразны.

С момента появления ядерной энергетики мощности реакторных установок выросли с 60 МВт до более чем 1600 МВт.

В то же время создавались и  небольшие  энергетические реакторы для использования в море (тепловая мощность до 190 МВт) (реакторы для подводных лодок и атомных ледоколов), на суше (ТЭС-3), в качестве источников нейтронов, что дало огромный опыт в проектировании энергоблоков для малой атомной энергетики.

Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) определяет энергоблоки мощностью менее 300 МВт как «малые», а до 700 МВт – как «средние». Вместе они именуются МАГАТЭ как малые и средние реакторы (Small Medium Reactor – SMR). Однако чаще всего аббревиатура SMR используется для обозначения «малогабаритного реактора», предназначенного для серийного строительства. Также существует подкатегория очень маленьких реакторов – vSMR – это установки с мощностью менее 15 МВт, предназначенные для использования в отдаленных районах.

Сегодня отчасти из-за высоких капитальных затрат на создание крупных энергетических реакторов, вырабатывающих электроэнергию по паровому циклу, и отчасти из-за необходимости обслуживать небольшие электроэнергетические сети идет процесс разработки небольших ядерных установок. Такие установки могут быть построены независимо или в виде модулей в более крупном комплексе, с добавлением по мере необходимости дополнительной мощности (модульная конструкция с использованием небольших блоков реактора). В случае модульности экономия предполагается именно за счет масштабирования. Помимо этого создаются отдельные реакторные установки небольших размеров для использования в удаленных районах. Такие установки требуют относительно небольших инвестиций по сравнению со стоимостью постройки крупных реакторов, сравнимой с капитализацией заинтересованных в них коммунальных предприятий.

Еще одна причина для интереса к SMR заключается в том, что они могут замещать выведенные из эксплуатации угольные ТЭС и ТЭЦ, мощность более 90% которых составляет менее 500 МВт, а некоторых менее 50 МВт.

В США мощность угольных электростанций, вышедших из эксплуатации в течение 2010-2012 годов, в среднем составляла 97 МВт, а тех, которые, как ожидается, будут выводится в течение 2015-2025 годов, в среднем 145 МВт.

Малые модульные реакторы (SMR) определяются как ядерные реакторы, как правило, эквивалентные 300 МВт или менее, спроектированные с использованием модульной технологии, что обеспечивает экономию за счет серийного производства и короткого времени строительства.

В настоящее время реализуются четыре основных варианта:

1. легководные реакторы,
2. реакторы на быстрых нейтронах
3. реакторы с графитовым замедлителем,
4. высокотемпературные реакторы различного типа (Molten Salt Reactor – MSR).

Первый вариант имеет самый низкий технологический риск, второй – реакторы на быстрых нейтронах (FNR) – меньше, проще и с более длительым сроком работы до перегрузки топлива. Перспективным является и направление MSR.

В западных странах для развитие SMR привлекается большое количество частных инвестиций, в том числе от небольших компаний. Участие этих новых инвесторов свидетельствует о глубоком сдвиге, происходящем в подконтрольных и финансируемых правительством ядерных НИОКР. Целью частных инвесторов часто является развертывание недорогой экологически чистой энергии без выбросов углекислого газа.

Как правило, современные малые реакторы для выработки электроэнергии, и особенно SMR, должны иметь более простую конструкцию, серийное производство, короткие сроки строительства и сниженную стоимость размещения. Большинство из них также разрабатываются с учетом высокого уровня безопасности. Многие из них предназначены для установки под землей, что обеспечивает высокую устойчивость к террористическим угрозам. В то же время в отличие от крупногабаритных реакторных установок из-за использования пассивных систем безопасности требуемая зона планирования аварийного режима для малых реакторов должна составлять не более 300 м.

Огромный потенциал SMR опирается на ряд факторов:

• Из-за небольшого размера и модульности SMR можно полностью построить в заводских условиях и устанавливать затем модуль за модулем.
• Малые размеры и пассивные функции безопасности позволяют эксплуатировать их в странах с меньшим опытом использования ядерной энергии.
• Размер, скорость строительства и системы пассивной безопасности обеспечивают более легкое финансирование по сравнению с крупными проектами полномасштабных АЭС.
• Серийное производство для конкретной конструкции SMR значительно сокращает затраты.

Особенности SMR:

• Малая мощность и компактная архитектура, использование пассивных концепций (по крайней мере, для ядерной системы пароснабжения и связанных с ней систем безопасности). Поэтому в меньшей степени полагаются на активные системы безопасности и дополнительные насосы, а также на источники питания переменного тока для смягчения последствий аварии.
• Компактная архитектура обеспечивает модульность изготовления (на заводе), что также может способствовать внедрению более высоких стандартов качества.
• Более низкая мощность приводит к сокращению срока эксплуатации, а также к уменьшению радиоактивного запаса в реакторе (реакторы меньшего размера).
• Потенциал для подземного или подводного местоположения реакторного блока, обеспечивающий большую защиту от естественных (например, сейсмических или цунами) или от техногенных (например, воздушных) воздействий.
• Модульная конструкция и небольшие размеры позволяют создавать несколько блоков на одном участке.
• Из-за более низких требований доступа к воде для охлаждения реакторы подходят для отдаленных регионов и для конкретных применений, таких как добыча или опреснение.
• Возможность удаления реакторного модуля или вывода из эксплуатации на месте в конце срока службы.

Наши разработки – это ядерные энергетические установки небольшой мощности различного назначения, основанные на разных технологиях:

• Легководные реакторы малой и средней мощности
• Высокотемпературные реакторы (HTR)
• Реакторы на быстрых нейтронах
• СВБР-100
• БРЕСТ-300

• Реакторы с термоэмиссионными одноэлементными электрогенерирующими каналами, такие как АСММ 10/100

Усовершенствованные малые модульные реакторы (SMR)

Здание энергетического реактора NuScale

Энергетические реакторы NuScale. © NuScale Power, LLC, Все права защищены

Эти усовершенствованные реакторы, мощность которых, как предполагается, варьируется от десятков мегаватт до сотен мегаватт, могут использоваться для производства электроэнергии, технологического тепла, опреснения или других промышленных целей.

Усовершенствованные малые модульные реакторы (SMR) являются ключевой частью цели Департамента по разработке безопасных, экологически чистых и доступных вариантов ядерной энергетики. Усовершенствованные ММР, разрабатываемые в настоящее время в Соединенных Штатах, представляют различные размеры, технологические варианты, возможности и сценарии развертывания. Эти усовершенствованные реакторы, мощность которых, как предполагается, варьируется от десятков мегаватт до сотен мегаватт, могут использоваться для производства электроэнергии, технологического тепла, опреснения или других промышленных целей. В конструкциях SMR может использоваться легкая вода в качестве хладагента или другие нелегкие хладагенты, такие как газ, жидкий металл или расплавленная соль.

Усовершенствованные ММР предлагают множество преимуществ, таких как относительно небольшие физические размеры, снижение капитальных вложений, возможность размещения в местах, недоступных для более крупных атомных станций, и возможность поэтапного увеличения мощности. ММР также предлагают определенные преимущества в плане защиты, безопасности и нераспространения.

Департамент уже давно осознал трансформационную ценность, которую передовые ММР могут обеспечить для экономики, энергетической безопасности и экологии страны. Соответственно, Департамент оказал существенную поддержку разработке легких ММР с водяным охлаждением, которые находятся на рассмотрении лицензии Комиссии по ядерному регулированию (NRC) и, вероятно, будут развернуты в конце 2020-х – начале 2030-х годов. Департамент также заинтересован в разработке ММР, в которых используются нетрадиционные хладагенты, такие как жидкие металлы, соли и газы, из-за потенциальной безопасности, эксплуатационных и экономических преимуществ, которые они предлагают.

Расширенная программа исследований и разработок SMR

Основываясь на успехах программы технической поддержки лицензирования SMR (LTS), в 2019 финансовом году была запущена программа Advanced SMR R&D, которая поддерживает исследования, разработки и развертывание для ускорения доступности SMR в США. технологии на внутреннем и международном рынках. При выводе на рынок передовых конструкций ММР сохраняются значительные риски, связанные с развитием технологий и лицензированием, и требуется государственная поддержка для развертывания ММР внутри страны к концу 2020-х или началу 2030-х годов. В рамках этой программы Департамент сотрудничает с NuScale Power и Utah Associated Municipal Power Systems (UAMPS), чтобы продемонстрировать первую в своем роде реакторную технологию в Национальной лаборатории Айдахо в этом десятилетии. Благодаря этим усилиям Департамент предоставит широкие преимущества другим отечественным разработчикам реакторов, решив многие технические и лицензионные вопросы, характерные для технологий ММР, в то же время продвигая энергетическую независимость США, энергетическое превосходство и устойчивость электросетей, а также гарантируя будущее. поставка чистого, надежного питания базовой нагрузки.

Возможности промышленности США для развития передовых ядерных технологий 

В 2018 году Министерство выдало многолетнюю возможность совместного финансирования ( Возможности промышленности США для развития передовых ядерных технологий , DE-FOA-0001817) для поддержки инновационных отечественных ядерных технологий. отраслевые концепции, обладающие высоким потенциалом для улучшения общих экономических перспектив ядерной энергетики в Соединенных Штатах. Эта возможность финансирования позволит разработать конструкции существующих, новых и реакторов следующего поколения, включая технологии ММР.

Возможности финансирования очень широки и предполагают деятельность, связанную с доработкой наиболее зрелых проектов ММР; разработка производственных мощностей и методов для повышения стоимости и эффективности ядерных сооружений; разработка заводских структур, систем, компонентов и систем управления; решение нормативных вопросов; и другие технические потребности, определенные отраслью. Возможность финансирования предоставит размер грантов, предназначенных для решения ряда технических и нормативных проблем, препятствующих прогрессу в разработке усовершенствованных реакторов. Подробнее читайте в FOA. Также смотрите награды, которые были выбраны на сегодняшний день.

Отчеты, связанные с SMR

Отчет

: Изучение федеральной финансовой помощи на рынке возобновляемых источников энергии
Узнать больше

Малые модульные реакторы: повышение устойчивости на федеральных объектах
Узнать больше

Покупательная способность малых модульных реакторов: варианты Федерального агентства
Узнать больше

Новости, связанные с SMR

DOE утверждает награду за проект безуглеродной энергетики
Узнать больше

NRC утверждает первый в США проект малого модульного реактора
Узнать больше

Первый в США малый модульный реактор с кипящей водой в стадии разработки
Узнать больше

малых модульных реакторов | Rolls-Royce

Нашему миру нужно больше энергии с низким уровнем выбросов углерода, чем когда-либо. Компания Rolls-Royce SMR Ltd была создана для разработки доступной по цене электростанции, которая вырабатывает электроэнергию с помощью небольшого модульного реактора — интеллектуального способа удовлетворения наших будущих потребностей в энергии.

Малые модульные реакторы Rolls-Royce

Чистая доступная энергия для всех

Мы сталкиваемся с беспрецедентным спросом на чистую энергию, поскольку мировые рынки ищут решения, которые помогут им достичь нулевого уровня выбросов. Спрос на энергию, которая всегда включена и практически не производит выбросов.

Ядерная энергия является наиболее мощным источником «всегда включенной» чистой энергии, однако для того, чтобы она получила широкое распространение, она должна быть доставляемой, масштабируемой и конкурентоспособной по стоимости. Компания Rolls-Royce SMR Ltd спроектировала заводскую атомную электростанцию, которая будет предлагать чистую и доступную энергию для всех.

Rolls-Royce SMR Ltd

Малый модульный реактор (SMR) — это один из способов, с помощью которого Rolls-Royce помогает Соединенному Королевству разрабатывать инновационные способы борьбы с глобальной угрозой изменения климата.

С помощью технологии Rolls-Royce SMR мы разработали решение для экологически чистой энергии, которое может обеспечить конкурентоспособную по цене и масштабируемую чистую нулевую мощность для различных приложений — от энергосистемы и промышленного производства электроэнергии до производства водорода и синтетического топлива.

Узнайте больше на www.Rolls-Royce-SMR.com

Наше ценностное предложение SMR состоит из 4 ключевых элементов для успеха SMR: мы выводим на рынок недорогое, доставляемое, глобальное, масштабируемое и выгодное для инвестиций решение:

Low cost

Высококонкурентный источник «всегда включенной» чистой энергии, отвечающий глобальным вызовам доступным и инвестируемым способом.

Rolls-Royce SMR — это недорогое решение экологически чистой энергии, использующее проверенную и коммерчески доступную технологию для создания полностью интегрированной атомной электростанции заводского изготовления.

Неустанно фокусируясь на модульности и максимизируя объем работы, выполняемой в заводских условиях, мы можем революционизировать способы доставки ядерной энергии.

Результат

Rolls Royce SMR будет использовать всю цепочку поставок в Великобритании, которая может обеспечить более 80% стоимости каждого SMR, уделяя особое внимание стандартизированным, коммерчески доступным и готовым компонентам.

Компания Rolls-Royce SMR откажется от принципов программы строительства сложных объектов с высокими затратами и высоким уровнем риска в пользу предсказуемых товаров заводского изготовления.

Приблизительно 90 % операций по производству и сборке осуществляются в заводских условиях, что помогает поддерживать исключительно высокое качество продукции, сокращая количество сбоев на месте и поддерживая международное развертывание.

Глобальный и масштабируемый

Значительное влияние на несколько стран, удовлетворение беспрецедентного спроса на чистую энергию.

Потребность в чистой энергии создала глобальный спрос на наши ММР, поскольку страны ищут способы обеспечить надежные способы достижения чистого нуля. Наш SMR был разработан как прямой ответ на эту огромную глобальную проблему, и наши амбиции направлены на то, чтобы соответствовать этому глобальному рынку, поскольку мы стремимся создать глобальный продукт мирового класса.

Наша заводская модель полностью масштабируема. По мере роста спроса мы инвестируем в новые заводы, используя те же системы проектирования и управления, которые используются для всех наших ММР.

Rolls-Royce SMR будет поддерживать международные усилия по обезуглероживанию энергетических систем с прогнозируемым объемом экспорта в 250 миллиардов фунтов стерлингов. Меморандумы о взаимопонимании уже заключены с Эстонией, Турцией и Чехией.

Прогнозируется, что к 2050 году программа Rolls-Royce SMR создаст 40 000 рабочих мест в Великобритании и принесет экономическую выгоду в размере 52 миллиардов фунтов стерлингов.

Компактная площадь основания повышает гибкость площадки и максимально увеличивает потенциальные возможности размещения электростанций, включая замену существующих угольных или газовых электростанций.

Инвестируемый

Предназначен для привлечения традиционных форм капитала с помощью фабричного решения с низким уровнем риска.

По своему замыслу наш SMR ориентирован на привлечение всех форм частного капитала для поддержки глобального спроса на SMR. Благодаря проверенному коммерческому подходу, построенному на заводе, наш SMR предложит инвесторам и кредиторам определенную степень уверенности, которая позволит будущим клиентам получить доступ к ряду вариантов капитала для финансирования покупки SMR.

Чтобы ядерная энергетика играла значимую и более важную роль в наших стремлениях к нулевому уровню выбросов, она должна быть финансируемой без необходимости вмешательства правительства в долгосрочной перспективе.

Электростанция Rolls-Royce SMR будет способна вырабатывать 470 МВт низкоуглеродной энергии, что эквивалентно более чем 150 наземным ветряным турбинам. Он обеспечит стабильную базовую нагрузку в течение не менее 60 лет, помогая поддерживать развертывание возобновляемой генерации.

В дополнение к стабильной мощности базовой нагрузки, Rolls-Royce SMR сможет поставлять энергию для нулевого производства экологически чистого водорода и синтетического топлива для поддержки обезуглероживания транспорта.

Он будет занимать примерно одну десятую площади обычной АЭС, что поможет уменьшить местное воздействие на окружающую среду. Rolls-Royce SMR будет собираться на заводе, что позволит перевозить готовые модули грузовиком, поездом или баржей, что снизит количество перемещений транспортных средств и риск завершения строительства, а также повысит надежность сроков сборки.

Чистое энергетическое решение

Одна электростанция Rolls-Royce SMR займет площадь двух футбольных полей и будет снабжать электроэнергией около миллиона домов. Он может поддерживать как сетевое электричество, так и ряд автономных экологически чистых энергетических решений, обеспечивая обезуглероживание промышленных процессов и производство экологически чистых видов топлива, таких как экологичное авиационное топливо (SAF) и экологически чистый водород, для поддержки перехода к энергетике в более широкий сектор теплоснабжения и транспорта.

Как крупный акционер Rolls-Royce SMR, мы продолжим поддерживать его путь к успешному развертыванию. Узнайте больше на www.rolls-royce-smr.com.

Последние новости

Потенциал малого модульного реактора

Rolls-Royce plc, Катарское инвестиционное управление, объявляет о соглашении об инвестировании в новый бизнес низкоуглеродной атомной энергетики

Rolls-Royce plc, Управление по инвестициям Катара…

Rolls-Royce объявляет о финансировании малых модульных реакторов

Rolls-Royce объявляет о финансировании проекта Small…

Rolls-Royce и Cavendish Nuclear подписали партнерское соглашение о поставках и производстве для программы SMR

Rolls-Royce и Cavendish Nuclear подписали договор о доставке.

..

Повышенная мощность и обновленный дизайн, поскольку команда ядерной энергетики нацелена на первое место в очереди на оценку осенью 2021 года

Более мощная и обновленная конструкция представлена ​​как ядерная…

Атомные электростанции создадут 6 000 рабочих мест в Великобритании к 2025 году и 40 000 через 15 лет, что будет способствовать восстановлению «зеленой» экономики.

Атомные электростанции создадут 6000 британских…

Rolls-Royce подписывает меморандум о взаимопонимании с Exelon в отношении компактных атомных электростанций

Rolls-Royce подписывает меморандум о взаимопонимании с Exelon в отношении…

10 способов достичь нуля

Заправка устойчивой авиации

Малые модульные реакторы производят большое количество ядерных отходов

Ядерные реакторы производят надежное электроснабжение с ограниченным выбросом 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 производят 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 увеличат 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 сложным, 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 заниматься такими исследованиями», — 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.