/Поглед.инфо/ 2022 г. показа необичайно високо ниво на инвестиции в ядрена енергия, 49 милиарда долара. Досега обаче тези инвестиции в повечето случаи не се падат на стандартни руски проекти. Все по-често можете да чуете: ядрената енергетика трябва да се промени. Реакторите трябва да станат по-малки, по-евтини и „по-близо до хората“ – и то в истинския смисъл на думата. Какви ще бъдат те след 10-20 години и какво място ще заеме страната ни в това отношение?

Никой не трябва да напомня, че в света има енергийна криза. Не е изненадващо, че се опитват да я решат, като заменят въглеводородната енергия с невъглеродна, например с атомна. Американският стартъп “ТераПауър”, подкрепена от Бил Гейтс, се фокусира върху сравнително малки натриеви реактори с 375 мегавата електрическа мощност. Има подобни разработки в много други страни по света. А у нас в реалната енергийна система вече работят малки модулни реактори.

Причините за любовта към "малките форми" са прости . Такива реактори могат да се произвеждат във фабрика, а не да се изграждат „на място“. Фабричното производство може да намали цените и да съкрати времето за строителство.

В допълнение, днешните типични реактори са просто твърде големи за много категории потребители. Един гигаватов енергоблок произвежда 8 милиарда киловатчаса, толкова консумира град с едномилионно население. Ами по-малките градове?

Реалистично ли е Западът да постигне енергийна независимост на тази основа? И трябва ли страната ни да очаква малък реактор за всяко село?

Якутски РИТМи

През 2022 г. беше разгледан проектът на първата малка модулна АЕЦ в Русия (АСММ - атомна станция с малка мощност) за земя. Той ще бъде построен в Уст-Янския район на Република Саха до 2028 г. Първо ще има един реактор за 55 мегавата, после два. Проектът се основава на два реактора с вода под налягане РИТМ-200Н. Много подобни вече има на три нови ледоразбивачи, има опит в тяхната експлоатация и няма нужда да се харчат пари за научноизследователска и развойна дейност: разработването на реактори за ледоразбивачи вече е платено. Това са плюсове, и то големи.

Друг плюс: времето за изграждане "на обекта" за РИТМ може да бъде намалено до 36 месеца (но за първия обект сроковете са по-дълги). За разлика от големите реактори, горивото тук се зарежда само веднъж на всеки 5-6 години: това намалява сложността и разходите за работа в отдалечени места.

Всъщност това са първите малки модулни реактори само на суша. От 2020 г. в Русия работи ПАТЕЦ - двуреакторна плаваща електроцентрала с обща мощност 70 мегавата. Въпреки привлекателността на "плаващото" решение, то е подходящо само за крайбрежни селища, така че е ясно защо ПАТЕЦ е допълнен с наземно базиран РИТМ-200Н.

Но такива малки модулни реактори не си струва да се чакат във всяко село. Факт е, че обикновените реактори бяха направени големи - 18 пъти по-мощни от РИТМ-200Н - не просто така, а защото е рентабилно. При осемкратно увеличение на капацитета на атомната електроцентрала, цената ѝ се увеличава с малко повече от четири пъти („ефект от мащаба“). Следователно за киловатчас мощност РИТМ са два до три пъти по-скъпи от ВВЕР-1200, който “Росатом” изгражда в гъсто населените райони на страната. Производителят се стреми към същите плаващи малки модулни атомни електроцентрали към малкия потребителски пазар - където в момента се използват малки ВПГ или дизелови ТЕЦ. Цените на такива ТЕЦ са по-високи от тези на конвенционалните, но този сегмент е малък: 3,2 гигавата мощност за света като цяло.

За Далечния север леко повишената цена на електроенергията от малки модулни атомни електроцентрали си струва. Защото алтернативата е доставката на изкопаеми горива за ТЕЦ, а това със „северната доставка” е много скъпо.

Но в северната част на Русия не живеят много хора: цялата зона на вечни студове е обитавана от около три милиона души, което е по-малко, отколкото само в Дагестан. Какво могат да предложат малките модулни реактори на останалата част от страната?

Подобна ситуация се разви и на Запад. Американският стартъп “НюСкейл” създаде проект за модулни реактори с вода под налягане за 77 мегавата. Нещо подобно в Русия изглежда е реакторът КЛТ-40С в ПАТЕЦ. Днес, дори със субсидиите, дадени на проекта в САЩ поради невъглеродното му естество, електричеството от малкия модулен реактор на “НюСкейл” се обещава на 9-10 цента за киловатчас. Това е приблизително равно на цената на едро на електроенергията от новите атомни електроцентрали в Русия, но след изтичане на периода на изплащане (до 15 години) цената на електроенергията рязко пада, тъй като капиталовите разходи вече са покрити. За “НюСкейл” те ще останат толкова високи за целия период на работа.

Други решения

Получава се парадокс: големите централи са твърде големи за малките градове, а малките са твърде скъпи. Как да се компенсира? Необходимо е да се избере фундаментално различен тип реактори: реакторите с водно охлаждане просто не могат да бъдат значително по-евтини, тези проекти са оптимизирани десетилетия подред. Остава да търсим други решения.

И такива има. Например, това е проектът за АЕЦ БН-ГТ - реактор на бързи неутрони, натриев охладител и газова турбина. Конвенционалните атомни електроцентрали получават енергия чрез въртене на парна турбина. Тя се върти четири пъти по-бавно от високоскоростните газови турбини и следователно трябва да бъде четири пъти по-голяма и материалоемка. Те се използват в атомни електроцентрали вода-вода, тъй като за парна турбина охлаждащата течност (водата) трябва да се нагрее само до 330 (в типичен реактор) градуса. А една газова турбина изисква за работа газове, нагрети най-малко до +800 - и в идеалния случай дори по-високо.

Воден реактор под налягане, като РИТМ, не е способен на това. Ако водата се нагрява повече, отколкото в типичен реактор, тогава стените му ще трябва да бъдат дебели не 15 сантиметра, както са сега, а много по-масивни - и по-скъпи. Ето защо в БН-ГТ първичният охладител е течен натрий. Това е метал, който може да се нагрее до 800 градуса, без да завира, а налягането в ядрото няма да бъде 160 атмосфери, както е във воден реактор под налягане, а приблизително една атмосфера. Тоест стените на кутията на БН-ГТ са много по-тънки и по-евтини. А самата активна зона е по-малка от тази на реактор с вода под налягане: в края на краищата е по-лесно да се осигури отвеждане на топлина за изключително топлинно консумиращ течен метал, отколкото за вода.

Не е изненадващо, че "натриевите" проекти са популярни не само в нашата страна. Американският стартъп “Тера Пауър” успя да убеди Бил Гейтс да инвестира в проекта. Вярно е, че той използва конвенционална парна турбина - като съветския натриев реактор БН-350, имащ приблизително същата мощност (350 мегавата)и пуснат през 1973 г. Но има и разлика от светския "колега" преди половин век: водата, загрята от натриевия кръг на бъдещия малък реактор, трябва да загрява голям резервоар със сол, докато се разтопи. По време на пиковите часове топлината от солта се поема и допълнително загрява водата за парната турбина, повишавайки мощността на реактора до 500 мегавата.

Както виждаме, американските "малки ядрени учени" предпочетоха възможността за акумулиране на енергия "на станцията" пред намалената цена на БН-ГТ. Този избор е ясен от търговска гледна точка: “Тера Пауър” и Гейтс се надяват да се възползват от компенсирането на неуспехите в генерирането от вятърни турбини и слънчеви панели, чието производство е известно, че е нестабилно. По време на "пиковите" часове енергията е много по-скъпа, така че това е потенциално много изгодно.

Въпреки това, с всички предимства на натриевите реактори, те трудно могат да се нарекат идеално решение. Основният проблем е самият натрий: той изгаря при контакт с въздуха. На руските БН-600 и БН-800 се научиха как да се справят с течовете на натрий. Но какво ще стане, ако започнем масово да строим БН-ГТ с мощност 300 мегавата и да ги разположим в стотици малки градове в страната? Рано или късно някъде може да се случи теч. От опита на Франция и Япония е известно, че подобни течове могат да доведат до извеждане от експлоатация на реактора - въпреки че никой не е пострадал сериозно от тях.

Поради тази причина редица разработчици се насочиха към коренно различни решения. Така например направиха създателите на проектите за реактори СВБР-10 и СВБР-100 (за 10 и 100 мегавата). Дори внезапно да бъде взривен такъв реактор и да се пръсне олово-бисмут около площадката, няма да има нищо опасно за населените места в близост.

Да, паметният за Литвиненко полоний-210 ще се натрупа в бисмута под действието на неутрони. Този елемент обаче не е избран просто като отрова: той е алфа излъчвател. Тоест излъчва алфа частици с дължина на пътя, по-малка от дебелината на кожата. Това го прави безопасно за всеки, който не го поглъща. Ако не спите върху разлив на оловно-бисмут (при +126 градуса замръзва, става твърд) голи, тогава няма шанс да пострадате резиозно. Това са много тежки метали, от които полоният не може да „изскочи“ сам.

Всичко това прави такива системи много безопасни. Вярно, предвидени са и за парни турбини. Но липсата на вода в реактора води до по-малка дебелина на тялото му (няма нужда да издържа на високо налягане). Това означава, че цената на такъв сериен реактор за единица продукция ще бъде по-висока от тази на БН-ГТ, но все пак по-ниска от тази на РИТМ-200.

Освен това СВБР има и 10 мегаватова версия - и може да се използва и за отопление. Много населени места в Далечния север нямат толкова много енергийни нужди, че има смисъл да се строи РИТМ-200Н там - но СВБР-10 (10 мегавата) ще бъде доста търсен там.

Бягайте два пъти по-бързо, за да останете на място

Това означава ли, че днес всичко е наред с малките модулни реактори? Не точно.

Да, СВБР са безопасни и имат потенциала да осигурят достъпно отопление както за големи, така и за малки градове. Но днес те все още са на етап проект: за търговски решения дори Росатом избира по-проверени във времето решения с вода.

И накрая, от гледна точка на икономиката, реактори с газови турбини, а не с парни турбини биха били идеални - от типа БН-ГТ, но без натрий. Проблемът е, че засега несъдържащи натрий течнометални реактори за газови турбини с висока ефективност не съществуват дори на хартия. Да, Китай разполага с малък модулен реактор ХТР-ПМ с мощност 105 мегавата. И да, Китай планира серийно производство на 20 такива реактори.

Но технологично в тях има малко нововъведения. Това е прераждане на немски реактор с газово охлаждане, който вече е бил в експлоатация през миналия век. И той има същите основни проблеми. Той охлажда тръбите за ядрено гориво, като прокарва хелий под високо наляган. Но дори и под огромно налягане този лек газ има плътност много по-ниска от тази на течния метал или дори водата. Следователно реакторите от този вид са много големи - корпусът на китайския ХТР-ПМ е висок 25 метра и тежи 700 тона. 10 пъти по-мощният реактор ВВЕР-1200 тежи наполовина по-малко. Естествено, специфичната цена на ХТР-ПМ е по-висока от тази на аналози с вода или течен метал.

Едва ли бъдещето е в тази посока. По-вероятно е то да е в реакторите с много трудно кипящ и химически инертен топлоносител - например оловно-бисмутов. Но те ще трябва да работят в реактори, където горивните тръби и стените няма да са от стомана, както в днешния руски проект СВБР, а от по-термоустойчиви материали - като силициев карбид или нещо не по-малко топлоустойчиво.Едно обаче може да се каже с голяма сигурност. Малките реактори имат голямо бъдеще – на планетата има твърде много малки градове, за които модерните през последните десетилетия гигаватови единици са прекалено големи.

Превод: В. Сергеев

Абонирайте се за Youtube канала на новото музикално предаване "Рефлексии" и ще преживеете прекрасни мигове с музиката на Барока: https://www.youtube.com/watch?v=HoGUFCffd70

Влизайте директно в сайта www.pogled.info . Споделяйте в профилите си, с приятели, в групите и в страниците. По този начин ще преодолеем ограниченията, а хората ще могат да достигнат до алтернативната гледна точка за събитията!?

Абонирайте се за нашия Ютуб канал: https://www.youtube.com

Стани приятел на Поглед.инфо във facebook и препоръчай на своите приятели