Миниатюрный ядерный реактор: В США одобрили самый маленький ядерный реактор в мире

Bloomberg: мирный атом в частный дом — Россия включилась в гонку по созданию мини-АЭС

Мини-АЭС легче строить, чем традиционные атомные электростанции. Однако вырабатываемая ими электроэнергия может оказаться дороже, чем у ветряных и солнечных станций.

Атомная промышленность уже много лет топчется на месте, изо всех сил пытаясь конкурировать с более дешевыми формами энергии, при этом находясь под пристальным наблюдением из-за аварий на Фукусиме, в Чернобыле и Три-Майл-Айленде. 

У производителей есть желание вывести ядерную энергетику на совершенно иной уровень, тем самым возродив отрасль. Компании по всему миру, включая NuScale Power LLC в США, китайская China National Nuclear Corp. и российский Росатом, разрабатывают реакторы нового поколения, некоторые конструкции которых будут более чем на 90% меньше, чем громоздкие установки, доминировавшие в отрасли на протяжении десятилетий. Одна из моделей может поместиться даже в частный дом.

Эти электростанции спроектированы таким образом, чтобы возводить их было намного проще. Благодаря этому они могут сделать ядерную энергию доступным — и более чистым — вариантом для развивающихся стран, которым не нужны огромные реакторы.

Некоторые климатические активисты, приветствуя потенциал безуглеродного электричества, не совсем уверены в этом аргументе. Они по-прежнему беспокоятся о своей безопасности. И, учитывая стоимость солнечной и ветровой энергии, задаются вопросом, имеют ли небольшие реакторы экономический смысл даже с их более низкими ценами на строительство.

Пока правительства всего мира разрабатывают амбициозные планы по отказу от ископаемого топлива, растет и понимание, что закрытие угольных или газовых ТЭЦ может привести к перебоям в подаче электроэнергии, как это было видно из веерных отключений в Калифорнии в начале августа.

На ядерную энергетику приходится 20% энергии США, и эта цифра может вырасти с появлением небольших ядерных объектов. Сторонники ожидают возрождения ядерного синтеза, которое может привлечь 5,9 триллиона долларов глобальных инвестиций до 2050 года.

«По крайней мере, в настоящее время и в обозримом будущем трудно увидеть энергетическую систему, основанную только на возобновляемых источниках энергии», — рассказал Bloomberg Крис Колберт, директор по стратегии NuScale в Портленде, штат Орегон.

Поперечный разрез здания реактора NuScale Power

Защитники идеи небольших атомных станций считают, что небольшие модульные реакторы, или SMR, как их обычно называют, могут быть построены на заводах, доставлены грузовиком или поездом, а затем собраны на месте, что значительно экономит время и деньги.

Коммунальные предприятия могут установить только одну или связать несколько вместе, расширяя потенциальный рынок за счет включения стран, которым не нужна большая обычная атомная станция.

Некоторые конструкции также будут обеспечивать промышленное тепло и электричество — одно из возможных применений — в отдаленных деревнях в далеких северных широтах, где необходимо и то, и другое.

China National Nuclear была первой, кто прошел проверку Международного агентства по атомной энергии на безопасность конструкции SMR. Он начал строительство демонстрационной версии своей 125-мегаваттной станции Nimble Dragon в 2019 году.

А в России Росатом в прошлом году представил первый в мире действующий SMR на корабле. Компании в Южной Корее, Канаде и Великобритании также разрабатывают аналогичные конструкции.

В США NuScale работает над проектом реактора мощностью 60 мегаватт, которого хватит для питания 48000 домов в США, и его конструкция только что получила одобрение Комиссии по ядерному регулированию в этом месяце. Цилиндрический генератор энергии будет около 20 метров в высоту и 3 метра в диаметре. Это крошечный размер по сравнению с большими обычными реакторами, обычно имеющих мощность около 1000 мегаватт. И это дешевле.

Одна электростанция с 12 соединенными вместе реакторными модулями NuScale будет стоить около 3 миллиардов долларов по сравнению с некоторыми крупными проектами, стоимость которых для обычных атомных станций превышает 20 миллиардов долларов. Если все пойдет по плану, первая коммерческая установка NuScale будет сдана в эксплуатацию в Айдахо в 2029 году.

Конструкция NuScale основана на реакторах с водой под давлением, которые сейчас широко используются на обычных атомных станциях, поэтому данная технология знакома регулирующим органам и разработчикам. Другие разработчики пробуют иные технологии.

Компания Oklo Inc., базирующаяся в Саннивейле, Калифорния, работает над так называемым быстрым реактором, который может использовать ядерные отходы существующих электростанций в качестве топлива и охлаждается жидким щелочным металлом вместо воды. А миллиардер Билл Гейтс поддерживает компанию TerraPower LLC, которая работает над другим типом быстрых реакторов, в которых в качестве теплоносителя используется жидкий натрий.

«Это гонка, как на заре ядерной энергетики», — уверен Тед Джонс, старший директор по национальной безопасности и международным программам Института ядерной энергии, торговой ассоциации отрасли.

По словам разработчиков, небольшие станции также безопаснее. Основной риск, связанный с ядерной установкой, заключается в том, что может произойти утечка радиации, но поскольку в реакторах меньшего размера в активной зоне меньше ядерного материала, существует меньший потенциальный риск. NuScale заявляет, что ее конструкции могут быть установлены в подземных бассейнах с водой, что минимизирует риск отказа оборудования, поскольку им не нужны насосы для циркуляции воды для охлаждения.

Но наряду с меньшим размером, эти новые конструкции могут также иметь и более слабые системы для контроля за потенциальной утечкой радиации, считает Эдвин Лайман, директор по безопасности ядерной энергетики в Союзе обеспокоенных ученых. По его словам, это вызывает беспокойство, потому что также были предприняты попытки построить SMR ближе к населенным пунктам.

«Академик Ломоносов», плавучая атомная теплоэлектростанция, с двумя ядерными реакторами в Мурманске в августе 2020 г.  

«У вас может быть маленький реактор, но более слабая защита и меньшее расстояние до населенных пунктов», — рассказал Лайман. «Парадоксально, но крошечный реактор может в конечном итоге выбросить больше опасного материала, чем большой».

Малые реакторы рассматриваются как ключ к возрождению отрасли, которая сейчас далека от процветания. Строительство обычных атомных станций находится на минимальном уровне за последние 10 лет. По данным BloombergNEF, в первом квартале во всем мире строилось 52 объекта, что является самым низким показателем за десятилетие. И более 20% этих проектов сталкиваются с проблемами, которые могут сорвать их запуск, включая финансирование и политическую оппозицию.

Единственный ядерный проект в США — это два реактора на АЭС Фогтл в Джорджии, проект, который сейчас на годы отстает от графика, а его стоимость удвоилась и превысила 28 миллиардов долларов. АЭС V.C. Summer plant за 21 миллиард долларов в Южной Каролине была заброшена в 2017 году после банкротства главного подрядчика.

По словам Бретта Рампала, менеджера исследовательской группы Clean Air Task Force, малые реакторы могут изменить это уравнение, и катализатором станут усилия по сдерживанию изменения климата. Более дюжины штатов и территорий США потребовали создания безуглеродных электрических сетей во главе с планом Калифорнии по полной ликвидации углерода к 2045 году.

Из-за высокой нагрузки солнечные и ветряные установки зачастую не могут обеспечивать круглосуточное электроснабжение. Это было одной из причин, по которой в Калифорнии, где в последние годы были выведены из эксплуатации 9 гигаватт газовых электростанций, в августе возникли перебои в подаче электроэнергии, спрос на которую вырос из-за аномальной жары. По словам Рампала, закрытие электростанций с базовой нагрузкой может создать разрыв — «И современные реакторы хотят его заполнить».

Реактор Oklo с мощностью 1,5 мегаватта способен поместиться внутри дома, но его мощности будет достаточно для работы около 1200 домов в США. Комиссия по надзору за ядерной безопасностью США приняла заявку компании на получение лицензии в марте, став первым, кто использовал новый процесс оценки, который агентство внедрило для ускорения процесса проверки.

Джейкоб ДеВитте, генеральный директор и соучредитель Oklo, сказал, что проект может получить одобрение в течение двух лет, а система может быть запущена через год после этого.

Рабочие на площадке установки корпуса реактора на АЭС Fuqing Китайской национальной ядерной корпорации в провинции Фуцзянь на юго-востоке Китая в 2018 г. 

«Ядерная энергия — это действительно важная часть наших решений по климату», — сказал ДеВитте. «Вот где действительно творится история».

Но есть вопросы о том, будут ли малые атомные электростанции конкурентоспособными в эпоху возобновляемых источников энергии. NuScale, например, стремится создать электростанцию, которая могла бы продавать электроэнергию по цене 55 долларов за мегаватт-час. Oklo ожидает, что более поздние версии его систем мощностью от 10 до 15 мегаватт будут конкурентоспособными с мощностью по цене 70 долларов за мегаватт-час.

TerraPower разрабатывает реактор мощностью 345 мегаватт, при нормированной стоимости электроэнергии 50 долларов за мегаватт-час. Его можно подключить к системе, которая накапливает тепло в расплаве соли для производства дополнительной энергии в периоды высокого спроса. Генеральный директор Крис Левеск сказал, что это увеличит мощность до 500 мегаватт и снизит стоимость до 40 долларов.

Ожидается, что система TerraPower будет стоить 1 миллиард долларов, и как утверждает Левеск, что демонстрационная установка может быть запущена к 2028 году. Такая гибкость была бы очень полезна, например когда в Калифорнии в начале этого месяца не хватило электроэнергии.

«Мы считаем, что во многих подобных станциях будет потребность», — сказал Левеск.

Тем не менее, энергия ветра в большей части мира сейчас стоит около 44 долларов за мегаватт-час, а солнечная энергия — 50 долларов. По данным BloombergNEF, в некоторых регионах к концу десятилетия стоимость возобновляемой энергии будет ниже 20 долларов за мегаватт-час.

«Логика строительства небольших модульных реакторов не имеет экономического смысла», — считает Лайман.

Сдвиг происходит потому, что США сильно отстают от других стран в строительстве больших реакторов. В настоящее время на большей части этого рынка доминируют Россия и Китай, в то время как США «полностью отсутствуют», согласно мартовскому отчету Министерства энергетики США, в котором это событие обозначено как серьезный удар по стратегическим интересам США.

США предпринимают шаги для решения этой проблемы, в частности, сняв запрет на госфинансирование ядерных проектов в других странах, особенно на развивающихся рынках. По словам Криса Гадомски, аналитика BloombergNEF, большая часть любого будущего ядерного экспорта будет связана с небольшими ядерными проектами.

«Мы больше не собираемся экспортировать большие реакторы», — сказал он. «Маленьким странам они не нужны».

Перевод Станислава Прыгунова, специально для «БВ»

Мини-АЭС во дворе.

Челябинец изобрёл ядерный генератор | Наука | ОБЩЕСТВО

Эльдар Гизатуллин

Примерное время чтения: 4 минуты

68219

Возможно в будущем маленькие ядерные генераторы станут привычным явлением. Shutterstock.com

Челябинец Дмитрий Шадрин уверен, что знает, как можно обеспечить всех доступной и безопасной энергией, а также избавить новые поколения от топливного кризиса. Речь идёт о ядерном генераторе, который можно разместить прямо у себя во дворе. У Дмитрия уже есть патент на это изобретение, а опасения тех, кто считает, что никто не согласится держать у себя дома «миниатюрную АЭС», он отметает, так как уверен в безопасности своего изобретения.

Уран бывает разным

«Всему виной бытовая радиофобия и то, что люди на самом деле слабо разбираются в том, что такое плутоний, ядерная реакция и прочее, — считает Дмитрий. – Кроме того, у нас просто нет выбора – запасы топлива на Земле стремительно сокращаются».

В чём же отличие ядерного генератора от обычных ядерных реакторов, которые работают на АЭС в России и за рубежом?

«Обычный ядерный реактор работает от 10 до 20 лет, — рассказывает Дмитрий Шадрин. – АЭС всегда строят рядом с водным источником, так как для работы реактора необходима вода для охлаждения. Когда цепная реакция ослабевает, материал закладывают в бассейн, и через 4-5 лет получается плутоний. Тут ещё надо пояснить, что уран, источник сырья для АЭС, неоднородный. Так, например, из урана-238 атомную бомбу не сделаешь. Из урана-235 была сделана бомба «Малыш», которую сбросили на Хиросиму, а из плутония – бомба «Толстяк», упавшая на Нагасаки. Но уран, как и любое другое сырьё, заканчивается. Урана-235 мало, а плутония накопилось уже много. Что с ним делать? Использовать в реакторе? В результате выделяется слишком большая температура и возрастает риск разрушения. Другой выход – реактор на быстрых нейтронах, который позволяет плутоний снова превращать в уран. Получается замкнутый цикл».

Замкнутый цикл – это мечта ядерщиков, но возникает немало проблем. Для охлаждения таких реакторов используют натрий, но он при соприкосновении с воздухом возгорается, а с водой – и вовсе взрывается. В разных странах из-за этого уже было несколько аварий.

«Особенно много остаётся урана-238, — продолжает Дмитрий. – Сейчас его используют в смеси с ураном-235 или плутонием, но это решение имеет тоже свои недостатки. Я же предлагаю использовать уран-238 для ядерного генератора – используем энергию его естественного распада».

Как охлаждать? Из водопровода

Как пояснил изобретатель, суть в том, что элемент урана-238 помещается в капсулу, которая защищена слоями свинца и стекла – эта защита будет поглощать все частицы, которые образуются при распаде. Выделяется лишь тепло и электроэнергия, которые можно использовать для обогрева и освещения. Конструкция намеренно предусмотрена такая, что до элемента практически невозможно добраться.

«Конечно, и здесь нужно предусмотреть воду для охлаждения, — говорит Дмитрий Шадрин. – Для этого можно использовать грязную воду, которая появляется при любом применении водопровода. Разумеется, всё это потребует пересмотра всей системы коммуникаций».

Такой генератор, по убеждению изобретателя, будет гораздо дешевле, чем обычные источники энергии – ведь распад продолжается веками. Платить надо будет только за обслуживание.

Бояться не надо?

Но как же быть с радиофобией людей? Радиоактивные источники у многих вызывают опасения.

«Никакого взрыва и заражения тут не может быть, — считает Дмитрий Шадрин. – Ведь сам элемент надёжно изолирован, внутри идёт распад, никакой цепной реакции, а значит, не может быть и взрыва».

По убеждению изобретателя, рано или поздно люди всё равно придут к использованию радиоактивных материалов.

«Если не наши дети, то внуки уже точно столкнутся с энергетическим кризисом. Надеяться на альтернативные источники? Солнце есть не везде, у ветряных генераторов тоже есть свои минусы – они, к примеру, шумят. Мой же генератор абсолютно бесшумный и дешёвый», — говорит Дмитрий Шадрин.

Сам генератор существует пока только в проекте — Дмитрий, который давно увлекается техникой, работал над проектом 20 лет. 

Интересно, что со своим предложением челябинец уже обратился в администрацию президента. Там изобретением заинтересовались, и сейчас идут расчёты, чтобы понять, в каких количествах необходим уран-238, чтобы обеспечить теплом и электроэнергией тот или иной объект.

Смотрите также:

  • Не утонуть в медицинских отходах →

  • Можно ли утонуть в радиоволнах? →

  • Проблему Течи решит квас? →

Челябинскизобретение

Следующий материал

Также вам может быть интересно

  • Алмазы на кухне. Челябинец изобрел вечную батарейку для смартфона

  • Расплатятся потомки?

  • Челябинский конструктор изобрел магнитный преобразователь мощности с КПД 300 %

  • Стража каскада

Новости smi2. ru

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

Перейти к основному содержанию

Малый модульный реактор BWRX-300.

GE Hitachi

Компания GE Hitachi (GEH) расширяет свое портфолио атомной энергетики, разрабатывая уменьшенную и упрощенную версию своего лицензированного экономичного упрощенного реактора с кипящей водой (ESBWR). Конструкция BWRX-300 – это ЕДИНСТВЕННЫЙ малый модульный реактор (ММР) с кипящей водой , разрабатываемый в США. Он недавно начал процесс лицензирования в Комиссии по ядерному регулированию и является одним из немногих новых реакторных технологий, которые могут появиться на рынке в течение десятилетия.

Благодаря своей новой конструкции SMR компания GEH стремится уменьшить размер станции на 90% по сравнению с традиционными крупномасштабными реакторами с кипящей водой, чтобы значительно снизить затраты на строительство.

Как работает BWRX-300 SMR?

Компактная конструкция SMR представляет собой электрический легководный реактор мощностью 300 мегаватт, основанный на проверенной и лицензированной технологии реактора с кипящей водой, которая ранее поддерживалась в рамках программы ядерной энергетики 2010 Министерства энергетики США. BWRX-300 будет производить пар внутри корпуса реактора, что значительно уменьшит сложность и размер установки.

SMR удаляет практически все системы, необходимые для поддержки крупномасштабного реактора, за исключением системы изолирующего конденсатора. Эта ключевая система сохранит свой первоначальный размер, чтобы оптимизировать ее производительность в гораздо меньшем BWRX-300. Изолирующий конденсатор преобразует пар в жидкость, запуская естественную циркуляцию и пассивное охлаждение. Добавление воды в изолирующие бассейны конденсатора позволяет бесконечно охлаждать компоненты реактора. Эта расширенная функция позволяет реактору поддерживать оптимальное давление и температуру в реакторе в течение семи дней без питания или вмешательства оператора во время нештатных ситуаций.

BWRX-300 Реактор. Сосуд давления

GE Hitachi

Другие ключевые преимущества:

  • Пассивное охлаждение безопасности
  • Упрощенная конструкция
  • СОЗДАНИЕ СОЗДАНИЯ
  • Установленный цепь.

Прогнозируемые преимущества

Согласно GEH, BWRX-300 может значительно снизить общие риски проекта и общие капитальные затраты. Ожидается, что благодаря подземной защитной оболочке и меньшему масштабу конструкция SMR уменьшит количество необходимого бетона и значительно сократит капитальные затраты по сравнению с существующими конструкциями реакторов. В нем будут использоваться проверенные технологии, общие методы строительства и налаженная цепочка поставок, что может ускорить его разработку и развертывание. Как небольшой проект, процесс строительства BWRX-300 также может поддерживать постоянную рабочую силу между сборками и улучшать передачу знаний, чтобы повысить шансы на более быстрый оборот.

Что дальше?

Компания GEH ожидает ускоренного процесса лицензирования, поскольку SMR основан на проекте ESBWR, который уже прошел проверку. Компания ожидает, что BWRX-300 поступит в коммерческую эксплуатацию уже в 2027 году.

Подписывайтесь на нас

Новые небольшие ядерные реакторы могут внести значительный вклад в обезуглероживание энергосистемы к 2050 году: исследование

Этот звук генерируется автоматически. Пожалуйста, дайте нам знать, если у вас есть отзывы.

Dive Brief:

  • Небольшие современные ядерные реакторы отечественного производства могут сыграть важную роль в обезуглероживании электроэнергии в США, обеспечивая безуглеродную энергию, уравновешивая солнечные и ветровые ресурсы и устанавливаясь на закрытых угольных и других электростанциях, работающих на ископаемом топливе. к исследованию, опубликованному 6 июля Институтом прорыва.
  • Эти альтернативы крупномасштабным ядерным реакторам также рекламировались представителями Breakthrough во время вебинара 30 июня за их способность обеспечивать безуглеродное тепло и пар для сокращения выбросов парниковых газов в промышленном и химическом секторах. Но первоначальные затраты, как и в случае со многими новыми технологиями, высоки и требуют больших капиталовложений, скорее раньше, чем позже, говорят эксперты.
  • По расчетам компании Breakthrough, расходы снизятся по мере расширения масштабов развертывания. Но есть и другие барьеры, которые необходимо устранить, по словам Breakthrough, — это законы штатов, запрещающие или ограничивающие строительство новых атомных электростанций, разрешающие установку небольших реакторов в различных географических регионах.

Dive Insight:

Разрабатываемые передовые технологии ядерных реакторов мощностью до 345 МВт могут обойти проблемы крупных атомных станций, когда речь идет о перерасходе средств, задержках строительства и рисках аварий, сказал Джигар Шах, директор кредитного отдела Министерства энергетики. Офис программ. Они также могут помочь обеспечить нулевые выбросы в энергосистеме с меньшими затратами к середине века, добавил он и другие докладчики на вебинаре Института прорыва 30 июня, на котором были представлены новые результаты моделирования.

При моделировании Vibrant Clean Energy рассматривались легководные малые модульные реакторы мощностью 150 МВт, или ММР, усовершенствованные реакторы мощностью 345 МВт с накопителем тепловой энергии и высокотемпературные газовые реакторы мощностью 80 МВт.

Эти технологии в масштабе могут обеспечить от 19 до 48 ГВт в 2035 году в США и до 470 ГВт к 2050 году, по словам Адама Штейна, директора Breakthrough по ядерной энергии и инновациям.

Однако для того, чтобы это произошло, в конце 2020-х и начале 2030-х годов должно быть много новых ядерных установок, сказал Шах. «Мы не можем упустить этот момент», — сказал он во время вебинара.

Но соблюдение этого срока «не произойдет», сказал М.В. Рамана, эксперт по ядерной энергии и расщепляющимся материалам, заведующий кафедрой разоружения, глобальной безопасности и безопасности человека в Школе государственной политики и глобальных отношений Университета Британской Колумбии. Он сказал Utility Dive, что эта развивающаяся отрасль сталкивается со значительными проблемами экономии за счет масштаба по сравнению с крупными атомными электростанциями и, следовательно, более высокими затратами на мегаватт, требуя строительства сотен или тысяч единиц и заключения контрактов, чтобы стать значительными игроками на рынке.

Во время вебинара Шах признал, что отрасль сталкивается со «значительными препятствиями» из-за ограниченного количества заказов, в результате чего необходимый капитал для наращивания производства в настоящее время недоступен. Есть надежда, что «группа дальновидных коммунальных служб выступит и возьмет на себя предварительный заказ устройств, чтобы рынок мог отреагировать», — добавил он.

NuScale Power, первая компания SMR, ставшая публичной и считающаяся самой далекой в ​​процессе одобрения Комиссией по ядерному регулированию, надеется запустить свой первый проект к концу этого десятилетия. В 2017 году компания подписала соглашение с Utah Associated Municipal Power Systems и впоследствии изменила проект. Теперь это повлечет за собой дюжину ММР мощностью 50 МВт по сравнению с первоначальными шестью по 77 МВт каждая. Он также продлил онлайн-дату до 2029 года.

Значительные капитальные вложения, необходимые для продвижения строительства малых, мини- и микрореакторов до финишной черты, составят от 150 до 220 миллиардов долларов к 2035 году и от 830 до 1,1 триллиона долларов к 2050 году, по данным Vibrant Clean Energy. модель, сказал Стейн из Breakthrough. Согласно новому исследованию, эти уровни инвестиций необходимы для включения значительного количества современных ядерных реакторов в безуглеродную сеть в США.

В США Министерство энергетики выделило 11 миллиардов долларов на развитие этих технологий, но большинство приложений предназначено для цепочки ядерных поставок, сказал Шах.

Установка небольших реакторов на закрывающихся угольных электростанциях — это «естественная отправная точка», использующая часть инфраструктуры и потенциально защищающая рабочие места и налоговую базу этих сообществ, добавил он.

Разработчик ядерной энергии TerraPower, финансируемый Биллом Гейтсом, планирует построить демонстрационный проект быстрого ядерного реактора с натриевым охлаждением мощностью 345 МВт рядом с угольной электростанцией в западном Вайоминге, который планируется вывести из эксплуатации в 2025 году. В ноябре компания объявила, что подаст заявки на получение разрешения на строительство.