Малая атомная энергетика: что это и насколько она развита в мире

В процессе «зеленой» трансформации и энергоперехода мир столкнулся с проблемой потребности в огромных инвестициях в возобновляемые виды электроэнергии, которые к тому же нестабильны по своей природе. Одним из вариантов решения такой проблемы является атомная энергетика с ее относительно дешевой и признанной «чистой» электроэнергией, в том числе пока в не очень нераспространенном формате – в виде малых атомных реакторов.

Что такое малые модульные реакторы?

Атомная энергетика – это единственный источник энергии с низкими выбросами углерода, который обеспечивает постоянную генерацию вне зависимости от погодных условий. Во многих странах атомная энергетика уже отнесена к «зеленой». По оценке IPCC, выработка 1 квт-ч на АЭС сопровождается выбросом в атмосферу 12 грамм СО2, тогда как для угольных и газовых электростанций этот показатель составляет 820 г и 490 г на кВт-ч соответственно.

Новой концепцией развития ядерной энергетики являются малые модульные реакторы (ММР) или по международной терминологии SMR (Small Modular Reactors), которые призваны решить ряд проблем, связанных с крупными АЭС. По классификации МАГАТЭ к таким относятся станции мощностью до 300 МВт.

На протяжении последних лет технологии ММР разрабатываются во многих странах, включая Китай, РФ, США, Южную Корею, Великобританию, Францию, Бельгию и др. Технологии ММР разрабатывают как крупные корпорации, так и небольшие стартапы. Например, стартап Deep Atomic разработал ММР мощностью 60 МВт, который занимает площадь всего 80 кв. м.

Перспективы малых реакторов

Малые модульные атомные реакторы представляют собой перспективное направление развития ядерной энергетики. Они обладают рядом неоспоримых преимуществ, однако необходимо дождаться широкого внедрения ММР. Тогда и будет возможность ответить на вопрос экономической целесообразности и эффективности использования малой энергетики.

В ближайшие годы свои проекты ММР будут реализировать:

1. Американская компания NuScale, которая в 2022 году завершила сертификацию реактора собственной разработки и собирается возвести шесть ММР общей мощностью 300 МВт на площадке Национальной лаборатории в Айдахо.
2. Британская компания Rolls-Royce, которая создала дочернюю компанию для разработки и строительства АЭС малой мощности.
3. В Китае начнут строительство наземной АЭС малой мощности с реактором на 125 МВт и других проектов.

Важнейшим толчком в развитии малой атомной энергетики может стать стремление крупнейших технологических компаний Google, Microsoft и Amazon обеспечить свои энергоемкие дата-центры для систем искусственного интеллекта электроэнергией с помощью ММР.

К преимуществам ММР можно отнести:

1. Повышение гибкости использования атомной энергии. ММР можно установить в удаленных районах, где дорого строить другие виды генерации, а строительство линий электропередач экономически невыгодно. Благодаря своей модульности ММР могут легко масштабироваться в зависимости от потребностей в электроэнергии. Их можно использовать для разных целей – выработка электроэнергии, а также тепла и промышленного пара. Также использование малых реакторов позволяет обеспечить надежными источниками энергии отдельные энергоемкие промышленные объекты, например, опреснение воды или производство водорода.
2. Меньшие начальные инвестиции на фоне разнообразия решений. Стоимость ММР варьируется, но оценки показывают, что в зависимости от размера, малые реакторы могут стоить от $50 млн для микрореакторов до $3 млрд для более крупных установок. Выходная мощность ММР может варьироваться от 60 до 300 МВт.
3. Сокращение сроков строительства и стоимости. ММП в виде модулей имеют небольшие размеры, легки в транспортировке и не требуют длительной сборки, что значительно сокращает сроки строительства и снижает общие затраты.
4. Уменьшение рисков. ММР, как правило, имеют более простую конструкцию и используют пассивные системы безопасности, что снижает вероятность крупных аварий.

Сама идея активного использования ММР сталкивается с серьезными вызовами:

1. Отсутствие серийных образцов и достаточно высокая стоимость. Разработка и массовое внедрение ММР пока находятся на начальной стадии и требует значительного времени и инвестиций. Поэтому стоимость решений пока достаточно высока, а до экономического эффекта от масштаба производства пока далеко.
2. Отсутствие опыта коммерческой эксплуатации. В настоящее время существует ограниченный опыт коммерческой эксплуатации ММР, что создает определенные риски. На сегодня в мире в стадии эксплуатации находятся всего два проекта ММР: плавучая АЭС «Академик Ломоносов», два реактора которой суммарной мощностью 70 МВт были введены в эксплуатацию в 2020 году на Чукотке, а также малая АЭС с двумя реакторами мощностью 210 МВт в Китае.
3. Необходимость внедрения нормативной регуляции. Разработка новых нормативных актов для регулирования работы малых атомных объектов может занять значительное время.

 Значение атома для металлургии

Европейские металлурги пристально следят за развитием малых атомных технологий и уже сейчас подписывают меморандумы о взаимопонимании с энергокомпаниями. Их целью является определение потенциальных бизнес-моделей и технических решений для дальнейшего развития. В свою очередь итальянская сталелитейная ассоциация Federacciai уже рассматривает инвестиции в ММР в Италии в течение следующего десятилетия.

Все это происходит на фоне высоких цен на энергоносители в Европе и с понятной целью – получить доступ к более дешевым энергоресурсам, в том числе для целей декарбонизации и достижения энергонезависимости.  Однако все понимают, что речь идет о перспективе 7-10 лет, в течение которых должны появиться правовое регулирование вопроса и надежные серийные образцы самих ММР.

Сейчас для процессов декарбонизации с использованием водорода недостаточно возобновляемых источников энергии. К тому же, цена на водород будет оставаться слишком высокой. По некоторым оценкам, масштабное использование водорода в металлургии маловероятно до 2040 года из-за высокой стоимости и сложной транспортировки.

Одновременно и американские металлурги ищут «атомные» варианты энергообеспечения. Американская металлургическая корпорация Nucor и компания NuScale Power будут изучать возможности размещения ММР на заводах Nucor, работающих с электродуговыми печами.

Как видим, перспективы совмещения атома и металлургии имеют привлекательное будущее, которое может стать реальностью через 7-10 лет по мере совершенствования технологий ММР, появления международного регулирования и снижения цен на готовые решения.

Украинские реалии

Эффективность технологий малой атомной энергетики дает шанс многим развивающимся странам получить стабильный источник дешевой электроэнергии, в том числе для совершения энергоперехода.  В Украине развитие технологии ММР рассматривают как важный элемент послевоенного восстановления и обновления страны, что будет способствовать энергетической безопасности и декарбонизации экономики.

«До 2022 года, стоимость э/э была одним из преимуществ украинских производителей для экспорта своей продукции в ЕС. Этот фактор позволял украинским компаниям ГМК быть конкурентными несмотря на в 3-4 раза более высокую стоимость привлеченного капитала, чем у европейских конкурентов. Последние 3-4 месяца цена на э/э для промышленности в Украине самая дорогая в ЕС — от 120 до 140 за мВТ (когда у Швеции от 10 до 40 Евро). Без доступной и дешевой э/э мы не сможем восстановить страну и не сможем совершить зеленый переход, чтобы остаться на рынке ЕС. Атомная энергетика — большая и малая, дают Украине такую возможность наряду с инвестициями в возобновляемые источники энергии. Данные проекты ММР совместно с США дадут нам преимущества перед осторожничающими по отношению к любой атомной энергетике европейскими странами», — считает Станислав Зинченко, директор GMK Center.

Развитие ММР в нашей стране пока находится на зачаточном уровне – исследования перспектив и возможностей внедрения таких технологий. В рамках программы FIRST (базовая инфраструктура для ответственного использования технологии ММР) Украина и США запускают три совместных проекта с общим финансированием в размере $30 млн:

• «Чистое топливо» – строительство пилотного завода по производству чистого водорода и аммиака;
• «Феникс» – конверсия угольных электростанций на ММР;
• «Чистая сталь» – разработка дорожной карты декарбонизации металлургии с помощью ММР.

Пока сложно сказать, насколько будут успешными эти проекты. В условиях войны и постоянных угроз сложно проводить подобные инновационные исследования, которые привели бы к корректным выводам. Однако в этом направлении нужно двигаться уже сейчас, и Украина уже имеет наработки по подготовке регуляторной инфраструктуры для внедрения ММР.