Атом майбутнього: реакторні технології, що допоможуть вирішити проблему забезпечення людства енергією

Фактично, сторони завершили етап підготовки і відкрили етап реалізації спільних зусиль з імплементації технологій малих модульних реакторів (ММР) в ядерній інфраструктурі та в енергосистемі України.

Згідно з меморандумом, ДП «НАЕК «Енергоатом» і Holtec International створять спільний координаційний комітет, що займатиметься організацією робіт з оцінки нормативної документації SMR-160 з метою її застосування в Україні, підготовкою до ліцензування та ініціацією ліцензування SMR-160 в регулюючому органі України.

Передбачається, що разом з можливістю будівництва заміщувальних потужностей на основі реакторів SMR-160, в Україні буде здійснена локалізація виробництва технологічного обладнання SMR-160, що в свою чергу дозволить країні стати одним з експортерів ММР.

На сьогодні технологія малих модульних реакторів визнана одним з найперспективніших напрямків у будівництві АЕС. Загальносвітовий ринок ММР після 2025 року оцінюють приблизно в $1 трлн. 10 провідних країн світу розробляють понад 50 проектів ММР.

Наприклад, китайська держкорпорація China General Nuclear Power Group (CGN) і університет Цінхуа вже оголосили, що розпочинають перший у країні пілотний проект «ядерного опалення» – теплопостачання житлових районів з використанням технологій низькотемпературного ядерного реактора з температурою теплоносія 190–220 ֯С (проект NHR200-II, електрична потужність 100 МВт, термін будівництва – до трьох років). Застосування ММР для опалення наразі активно розглядається і у Фінляндії.

В Україні давно стежать за розвитком нових технологій в атомній генерації.

З чого почався розвиток малих реакторів в Україні?

Керівництво ДП «НАЕК «Енергоатом» декілька років тому поставило перед експертами нашого центру завдання аналізу світових тенденцій щодо розвитку ММР. Справа в тому, що згідно з оновленою стратегією розвитку енергетики України, до 2035 року необхідно визначити типи реакторних технологій, придатних для подальшого будівництва, як таких, що заміщуватимуть нинішні АЕС в Україні.

Завдання вибору перспективних реакторних технологій має бути вирішено до 2020 року, бо середній термін проекту – від етапу ліцензування до фізичного запуску АЕС – становить 10 років. А з 2030 року в Україні почнеться зняття з експлуатації блоків атомних станцій.

Першими у 2030–2031 роках будуть зупинені блоки №1 і №2 (ВВЕР-440) на Рівненській АЕС. До 2040 року закінчаться терміни експлуатації наступних 10 реакторів, а з 2040-го по 2055-й – ще трьох атомних енергоблоків. Загалом в Україні на сьогодні діє 15 атомних блоків.

Необхідно враховувати і той факт, що приватні компанії, що експлуатують теплову генерацію (ТЕС і ТЕЦ), прийняли для себе рішення поступово скорочувати потужності: до 2020 року з 27 ГВт нині заявлених потужностей передбачається зняти з балансу 7 ГВт; і до 2025 року – вивести з експлуатації ще 7 ГВт. Решта 12–13 ГВт теплової генерації вимагають дуже серйозної модернізації основних фондів, швидше за все, з переведенням на використання вугілля газової групи замість антрациту, що вимагає додаткових інвестицій. Є і проекти будівництва нових теплових потужностей, але вони все ще залишаються під питанням і, я думаю, що до 2025 року ясності там не буде.

Крім того, існує Паризька хартія з клімату, згідно з якою всі провідні країни світу, зокрема й Україна, повинні виконувати екологічні норми щодо викидів. До 2030 року Україна повинна зменшити викиди на 60% порівняно з 1990 роком. Через падіння економіки на сьогодні ці викиди у нас досить прийнятні, однак норми переглядатимуться кожні п’ять років.

Теплова генерація, з одного боку, вже відчуває серйозний дефіцит інвестицій, а з іншого – її активно тіснить альтернативна енергетика: сонячні і вітрові станції, впровадження потужних акумуляторних парків, які будуються в різних країнах світу.

Але залишається одна важлива проблема: дефіцит маневрених потужностей в нашій об'єднаній енергосистемі. За «Енергостратегією-2035», до 2035 року Україна повинна мати до 18% маневрених потужностей, і їх треба десь взяти (зараз маневрених потужностей 8%). Зелена енергетика ще не в змозі вирішити проблему маневреності навіть з акумуляторними парками, теплова генерація – може, але вона екологічно небезпечна.

А ось малі модульні реактори можуть допомогти у вирішенні цієї проблеми, бо здатні регулювати потужність з нуля до 100% за невеликий період часу. Зараз в секретаріаті Паризької угоди розробляються підзаконні акти про роль і долю атомної енергетики у світі, а також про те, за якими механізмами там відбуватиметься інвестування.

Що це за пристрої? Реактори малої потужності – це реактори встановленої електричної потужності до 300 МВт.

Лідерами в розробці ММР є США, Китай та РФ, при цьому США і РФ розробляють 15 і 11 типів реакторів відповідно, для різних областей застосування:

Наразі в експлуатації вже знаходиться три проекти: CNP-300 (спільний проект Китаю і Пакистану), PHWR-220 (проект реактора на важкій воді, Індія) і діючі реактори EGP-6 Білібінської АЕС (РФ).

На стадії будівництва – ще п'ять: KLT-40S, RITM-200 (РФ), CAREM-25 (Аргентина), HTR-PM і ACPR50S (Китай). А на стадії близькотермінової перспективи, зі строком реалізації 5–10 років, вже 10 проектів ММР:

Серед цих проектів є, наприклад, плавуча станція «Академік Ломоносов» (Росія), яка призначена для вироблення електроенергії у важкодоступних місцях, де не можна побудувати стаціонарну енергетичну інфраструктуру, тому необхідно буде «вписуватися» у вже існуючу інфраструктуру, та розглядати, яка можливість замінити теплові станції, що вибувають з експлуатації.

Взагалі, існує тимчасова шкала, аж до 2050 року, коли і що світові розробники планують зробити. З 2020-го по 2040-й, крім будівництва перерахованих вище проектів, передбачається і етап сертифікації для ще більшого числа нових атомних блоків станцій. І в майбутньому, після 2030 року, найважливіше завдання – це концептуальний дизайн для точкового застосування в конкретних умовах і для конкретних цілей.

Чим вони так зацікавили енергетиків? 

Основним проектним рішенням, що визначає підвищений інтерес до технології модульних реакторів, є можливість компоновки АЕС великої потужності з окремих малих реакторів – модулів, які будуються стінка до стінки. Це дозволяє значно оптимізувати капітальні витрати на етапі будівництва нових АЕС. І вже за рахунок першого модуля, шляхом інвестування коштів від виробленої електроенергії, можна будувати інші модулі в міру потреби.

Малі модульні реактори мають вищий рівень безпеки порівняно з традиційними типами реакторів за рахунок відсутності в них обладнання, яке вимагає зовнішнього електропостачання. Наприклад, у дизайні реактора SMR-160, розробленого Holtec International, передбачено використання меншої кількості клапанів, насосів, теплообмінників та іншого зовнішнього обладнання. Це, у свою чергу, веде до спрощення дій оператора під час різних режимів експлуатації, включаючи діагностування і управління в аварійних ситуаціях. Навіть більше, зберігання відпрацьованого палива відбувається всередині самого модуля після закінчення терміну експлуатації.

Окремого вивчення вимагає економічний аспект будівництва ММР. Згідно з даними компанії Holtec International, при максимально збалансованому підході вартість будівництва SMR-160 під ключ складе від $650 млн, або $4000 за 1 кВт. Для порівняння: стандартний енергоблок АР-1000 на АЕС Wogle (США), що наразі будується, оцінюється в $5250 за 1 кВт (потужність блоку – 1117 МВт). Будівельний період блоку SMR-160 під ключ становить 24 місяці.

Також ще потребують вивчення: процедура ліцензування ММР в умовах відсутності нормативної документації для даного типу енергоустановок; фізична безпека і нерозповсюдження; регуляторна інфраструктура; науково-технічний супровід і підготовка персоналу.

Куди технології крокуватимуть у подальшому? 

Сьогодні у світі вже розглядаються схеми smart-greed, які можна застосовувати, використовуючи ММР. Передусім це класичне вироблення електроенергії та тепла; потім – для підзарядки електротранспорту; а з розвитком акумулюючих парків можна забезпечити накопичення і зберігання електроенергії від ММР у потужних батареях, з подальшим передаванням її споживачам. Можна налагодити постійне безперебійне забезпечення енергією таких енергоємних процесів, як опріснення води, виготовлення паперу, метанолу, нафтопереробки, газифікації вугілля і навіть плавка металу.

Особливо хочу підкреслити, що знаковим для світової спільноти може стати 2035 рік, коли світові доведеться вибирати основний енергоносій для автотранспорту. Уже сьогодні провідні країни світу йдуть двома шляхами розвитку: одні, як США, роблять ставку на електромобілі та акумулятори, а, наприклад, Японія активно займається розробкою станцій з водневої зарядки автомобілів. Ті самі малі високотемпературні реактори на металі якраз і призначаються для вироблення водню.

Таким чином, розгляд технології ММР відкриває перспективи для існуючої ядерної та промислової інфраструктури, що має бути враховано при розробці довгострокової програми розвитку ядерної енергетики України.