Критическая масса: Атом и геополитика - Андрей Сизов

● снизить зависимость от стоимости и доступности природного урана, создав условия для многократного использования топлива;

● снизить объемы плутония и других радиоактивных элементов, которые могут быть использованы в военных целях, повышая безопасность ядерной энергетики;

● повысить энергоэффективность (рис. 23).

Рис. 23

По данным МАГАТЭ, при работе в рамках полностью замкнутого топливного цикла реакторы на быстрых нейтронах способны извлекать в 60–70 раз больше энергии, чем реакторы на тепловых нейтронах, при том же запасе топлива[65].

На сегодняшний день один из ведущих проектов с использованием ЗЯТЦ – российский «Прорыв» (рис. 24), строительство первого в мире РНБ с жидкометаллическим теплоносителем (свинцом) BREST-OD–300, запуск которого запланирован на 2027 г.[66] Правда, нельзя не отметить дороговизну данной установки. По состоянию на 2021 г. ее стоимость оценивалась в 188 млрд руб.

Рис. 24

Инфографика проекта «Прорыв»

Источник: Росатом

Стремясь снизить зависимость от поставок природного урана, Франция активно ведет разработки, связанные с повторным использованием ОЯТ. Наглядное свидетельство чему – значительное сокращение отходов на заводе UP3 за период с 1989 по 2000 г. В свою очередь, завод Melox, введенный в эксплуатацию в 1995 г., на сегодняшний день имеет опыт производства около 3000 т тяжелых металлов для легководных реакторов.

В данном случае речь идет о MOX-топливе – ядерном топливе, содержащем несколько видов оксидов делящихся химэлементов. При этом во Франции разрабатываются новые концепции MOX-топлива: Corail-A, предусматривающая использование урана и MOX в одной сборке, и MIX, состоящая только из тепловыделяющих элементов MOX с матрицей из обогащенного урана.

Запланированный Францией переход на ЗЯТЦ предусматривает к 2040 г. введение многократной переработки плутония в имеющихся PWR и постепенную замену реакторов EPR (European pressurized reactor)[67] на РНБ.

В Японии развитие технологий ЗЯТЦ предусмотрено национальной энергетической стратегией. Несмотря на ограниченные мощности по переработке ОЯТ, соответствующие исследования ведутся в США.

В Южной Корее предлагается перспективная концепция замкнутого топливного цикла для РНБ с использованием металлического топлива (U-TRU-Zr) и пиропроцесса, что позволит значительно сократить объем отходов и уменьшить период их хранения.

Таким образом, технологии ЗЯТЦ становятся важным элементом развития атомной энергетики, в то же время демонстрируя ее способность отвечать на вызовы, обусловленные проблемой хранения ОЯТ. А поскольку в решении данного вопроса заинтересованы многие страны, реализующие ядерно-энергетические проекты, то разработки и инновации, связанные с ЗЯТЦ, могут стать платформой для международного сотрудничества и преодоления геополитических барьеров.

4. Малые модульные реакторы и их возможное применение

В силу сравнительно небольших размеров ММР требуют лишь 7% площадей, занимаемых обычными ядерно-энергетическими установками.

Таким образом, атомной станции с тремя ММР потребуется 35 акров земли, тогда как обычной АЭС – 500 акров, а СЭС такой же мощности – до 4500 акров. Меньше и затраты топлива, поскольку ММР могут работать «без дозаправки» в три-четыре раза дольше, чем обычные реакторы.

В свою очередь, «модульность» позволяет стандартизировать и масштабировать выпуск установок, что в конечном счете снижает и стоимость генерации. А ведь именно величина стартовых капзатрат для многих стран подчас является главным препятствием при развитии атомной энергетики.

Согласно ряду оценок, 1000 МВт, вырабатываемые при использовании ММР, будут обходиться вдвое дешевле, чем у классических атомных генераций, – соответственно $2,5 млрд против $5 млрд для обычных АЭС.

Другое дело, что само налаживание производства ММР – весьма дорогостоящий проект, неподъемный для инвесторов с небольшими капиталами. Особенно в отсутствие или при неочевидности сколько-нибудь приемлемого спроса.

Наиболее вероятный драйвер развития ММР – программы, связанные с ИИ. А точнее, энергообеспечение центров обработки данных (ЦОД), необходимое для успешной и бесперебойной работы нейросетей и облачных сервисов (рис. 25).

Рис. 25

Капитальные затраты ведущих «гипермасштабируемых» или крупных центров обработки данных

Источник: Bank of America Global Research; Newmark Market Report

* Признана экстремистской организацией и запрещена на территории Российской Федерации. – Прим. ред.

Уже в 2022 г. во всем мире ЦОД потребляли примерно 460 000 ГВт·ч. А в ближайшее время этот показатель удвоится. В пользу такого прогноза говорит, в частности, 30%-ный среднегодовой прирост инвестиций в развитие ЦОД на протяжении последних пяти лет.

Большинство цифровых гигантов, солидаризируясь с зеленой повесткой, предпочитают использовать для питания своих дата-центров чистые генерации. Но ВЭС и СЭС не могут гарантировать бесперебойность энергоснабжения, в отличие от АЭС. Как раз ММР могут стать здесь оптимальным решением. А с учетом прогнозов динамики энергопотребления дата-центров им потребуется более 1000 таких установок мощностью 100 МВт.

При этом, согласно оценкам Минэнерго США, уже при наличии заказов на 12 ММР их производство становится рентабельным. А при сохранении спроса на уровне 5–10 установок в год их стоимость будет неуклонно снижаться.

В этой связи нельзя не отметить, что ММР могут применяться не только непосредственно для выработки электроэнергии, но и для следующего:

● теплообеспечения промышленных процессов (производства стали, цемента и химикатов), выступая в качестве альтернативы «грязному» ископаемому топливу;

● производства водорода в результате электролиза с использованием низкоуглеродной электроэнергии, генерируемой ММР;

● опреснения воды;

● замены котельных, работающих на ископаемом топливе, при теплоснабжении жилого сектора;

● использования в морских силовых установках для декарбонизации мирового судоходства;

● интеграции в гибридные энергетические системы, сочетающие атомную энергию с ВИЭ.

В настоящее время в 19 странах на разных стадиях разработки находится более 80 различных проектов, связанных с ММР. Но до стадии эксплуатации доведены только российский и китайский.

Отечественную плавучую станцию «Академик Ломоносов», состоящую из двух ММР мощностью 35 МВт, ввели в эксплуатацию в мае 2020 г. Начата работа над первым в России наземным ММР.

Китайский Shidao Bay (высокотемпературный газоохлаждаемый реактор мощностью 150 МВт) был запущен в 2023 г., а введение в строй ACP 100 Linglong One ожидается к 2026 г. (рис. 26).

Рис. 26

Сравнение длительности строительства ММР и обычных ядерных реакторов, лет

Источник: MacroPolo

Скептики могут заметить, что реализация упомянутых российского и китайского проектов потребовала вдвое больше времени, чем нужно для строительства обычной АЭС. Но, например, США в этом смысле продвигаются еще медленнее. Более того, американская компания NuScale отказалась от многообещающих планов по строительству генерации с использованием ММР вблизи Айдахо-Фолс из-за двукратного превышения первоначальной сметы – до $9,3 млрд, что также примерно вдвое превышает стоимость обычных АЭС.

Одно из системных препятствий, мешающих широкому внедрению ММР и, соответственно, снижению их стоимости, – многообразие предлагаемых конструкций. Сейчас их число достигает семи (рис. 27). Хотя наиболее популярна та, что использует подачу воды под давлением.