Мала атомна енергетика: що це і наскільки вона розвинена у світі

У процесі «зеленої» трансформації та енергопереходу світ зіткнувся з проблемою потреби у величезних інвестиціях у поновлювані види електроенергії, які до того ж нестабільні за своєю природою. Одним із варіантів розв’язання такої проблеми є атомна енергетика з її відносно дешевою і визнаною «чистою» електроенергією, зокрема поки що в не дуже непоширеному форматі – у вигляді малих атомних реакторів.

Що таке малі модульні реактори?

Атомна енергетика – це єдине джерело енергії з низькими викидами вуглецю, яке забезпечує постійну генерацію незалежно від погодних умов. У багатьох країнах атомна енергетика вже віднесена до «зеленої». За оцінкою IPCC, вироблення 1 квт-год на АЕС супроводжується викидом в атмосферу 12 грам СО2, тоді як для вугільних і газових електростанцій цей показник становить 820 г і 490 г на кВт-год відповідно.

Новою концепцією розвитку ядерної енергетики є малі модульні реактори (ММР) або за міжнародною термінологією SMR (Small Modular Reactors), що покликані вирішити низку проблем, пов’язаних із великими АЕС. За класифікацією МАГАТЕ до таких належать станції потужністю до 300 МВт.

Протягом останніх років технології ММР розробляють у багатьох країнах, включно з Китаєм, РФ, США, Південною Кореєю, Великою Британією, Францією, Бельгією тощо. Технології ММР розробляють як великі корпорації, так і невеликі стартапи. Наприклад, стартап Deep Atomic розробив ММР потужністю 60 МВт, який займає площу всього 80 кв. м.

Перспективи малих реакторів

Малі модульні атомні реактори являють собою перспективний напрямок розвитку ядерної енергетики. Вони мають низку незаперечних переваг, проте необхідно дочекатися широкого впровадження ММР. Тоді й буде можливість відповісти на питання економічної доцільності та ефективності використання малої енергетики.

Найближчими роками свої проєкти ММР реалізовуватимуть:

1. Американська компанія NuScale, яка 2022 року завершила сертифікацію реактора власної розробки і збирається звести шість ММР загальною потужністю 300 МВт на майданчику Національної лабораторії в Айдахо.
2. Британська компанія Rolls-Royce, яка створила дочірню компанію для розробки та будівництва АЕС малої потужності.
3. У Китаї розпочнуть будівництво наземної АЕС малої потужності з реактором на 125 МВт та інших проєктів.

Найважливішим поштовхом у розвитку малої атомної енергетики може стати прагнення найбільших технологічних компаній Google, Microsoft і Amazon забезпечити свої енергоємні дата-центри для систем штучного інтелекту електроенергією за допомогою ММР.

До переваг ММР можна віднести:

1. 1. Підвищення гнучкості використання атомної енергії. ММР можна встановити у віддалених районах, де дорого будувати інші види генерації, а будівництво ліній електропередач економічно невигідне. Завдяки своїй модульності ММР можуть легко масштабуватися залежно від потреб в електроенергії. Їх можна використовувати для різних цілей – вироблення електроенергії, а також тепла і промислової пари. Також використання малих реакторів дає змогу забезпечити надійними джерелами енергії окремі енергоємні промислові об’єкти, наприклад, опріснення води або виробництво водню.
   2. Менші початкові інвестиції на тлі різноманітності рішень. Вартість ММР варіюється, але оцінки показують, що залежно від розміру, малі реактори можуть коштувати від $50 млн для мікрореакторів до $3 млрд для більших установок. Вихідна потужність ММР може варіюватися від 60 до 300 МВт.
   3. Скорочення термінів будівництва і вартості. ММР у вигляді модулів мають невеликі розміри, легкі в транспортуванні і не потребують тривалого складання, що значно скорочує строки будівництва і знижує загальні витрати.
   4. Зменшення ризиків. ММР, як правило, мають простішу конструкцію і використовують пасивні системи безпеки, що знижує ймовірність великих аварій.

Сама ідея активного використання ММР стикається з серйозними викликами:

1. Відсутність серійних зразків і досить висока вартість. Розробка і масове впровадження ММР поки що перебувають на початковій стадії і потребує значного часу та інвестицій. Тому вартість рішень поки що досить висока, а до економічного ефекту від масштабу виробництва поки що далеко.
2. Відсутність досвіду комерційної експлуатації. Наразі існує обмежений досвід комерційної експлуатації ММР, що створює певні ризики. На сьогодні у світі в стадії експлуатації перебувають лише два проєкти ММР: плавуча АЕС «Академік Ломоносов», два реактори якої сумарною потужністю 70 МВт було введено в експлуатацію у 2020 році на Чукотці, а також мала АЕС із двома реакторами потужністю 210 МВт у Китаї.
3. Необхідність впровадження нормативного регулювання. Розроблення нових нормативних актів для регулювання роботи малих атомних об’єктів може зайняти значний час.

Значення атома для металургії

Європейські металурги пильно стежать за розвитком малих атомних технологій і вже зараз підписують меморандуми про взаєморозуміння з енергокомпаніями. Їхньою метою є визначення потенційних бізнес-моделей і технічних рішень для подальшого розвитку. Зі свого боку італійська сталеливарна асоціація Federacciai вже розглядає інвестиції в ММР в Італії протягом наступного десятиліття.

Усе це відбувається на тлі високих цін на енергоносії в Європі та зі зрозумілою метою – отримати доступ до дешевших енергоресурсів, зокрема для цілей декарбонізації та досягнення енергонезалежності. Однак усі розуміють, що йдеться про перспективу 7-10 років, протягом яких мають з’явитися правове регулювання питання та надійні серійні зразки самих ММР.

Наразі для процесів декарбонізації з використанням водню недостатньо відновлюваних джерел енергії. До того ж ціна на водень залишатиметься надто високою. За деякими оцінками, масштабне використання водню в металургії малоймовірне до 2040 року через високу вартість і складне транспортування.

Одночасно й американські металурги шукають «атомні» варіанти енергозабезпечення. Американська металургійна корпорація Nucor і компанія NuScale Power вивчатимуть можливості розміщення ММР на заводах Nucor, що працюють з електродуговими печами.

Як бачимо, перспективи поєднання атома і металургії мають привабливе майбутнє, яке може стати реальністю через 7-10 років у міру вдосконалення технологій ММР, появи міжнародного регулювання і зниження цін на готові рішення.

Українські реалії

Ефективність технологій малої атомної енергетики дає шанс багатьом країнам, що розвиваються, отримати стабільне джерело дешевої електроенергії, зокрема для здійснення енергопереходу. В Україні розвиток технології ММР розглядають як важливий елемент повоєнного відновлення та оновлення країни, що сприятиме енергетичній безпеці та декарбонізації економіки.

«До 2022 року, вартість е/е була однією з переваг українських виробників для експорту своєї продукції в ЄС. Цей фактор давав змогу українським компаніям ГМК бути конкурентними попри в 3-4 рази вищу вартість залученого капіталу, ніж у європейських конкурентів. Останні 3-4 місяці ціна на е/е для промисловості в Україні найдорожча в ЄС – від 120 до 140 за мВТ (коли у Швеції від 10 до 40 Євро). Без доступної та дешевої е/е ми не зможемо відновити країну і не зможемо здійснити зелений перехід, щоб залишитися на ринку ЄС. Атомна енергетика – велика і мала, дають Україні таку можливість поряд з інвестиціями у відновлювані джерела енергії. Ці проєкти ММР спільно зі США дадуть нам переваги перед європейськими країнами, які обережно ставляться до будь-якої атомної енергетики», – вважає Станіслав Зінченко, директор GMK Center.

Розвиток ММР у нашій країні поки що перебуває на зародковому рівні – дослідження перспектив і можливостей впровадження таких технологій. У рамках програми FIRST (базова інфраструктура для відповідального використання технології ММР) Україна і США запускають три спільні проєкти із загальним фінансуванням у розмірі $30 млн:

• «Чисте паливо» – будівництво пілотного заводу з виробництва чистого водню та аміаку;
• “Фенікс» – конверсія вугільних електростанцій на ММР;
• «Чиста сталь» – розробка дорожньої карти декарбонізації металургії за допомогою ММР.

Поки складно сказати, наскільки будуть успішними ці проєкти. В умовах війни та постійних загроз складно проводити подібні інноваційні дослідження, які привели б до коректних висновків. Однак у цьому напрямку потрібно рухатися вже зараз, і Україна вже має напрацювання щодо підготовки регуляторної інфраструктури для впровадження ММР.