Когда речь заходит о ядерной энергетике, в воображении обычно возникают громады АЭС с башнями градирен, клубами пара и километрами труб. Но в последние годы на смену этому образу приходит кое-что иное — гораздо меньшее по размеру, но не по значению.
Мир ищет способы сделать энергетику безопаснее, мобильнее и ближе к людям — буквально. Идея малых АЭС заключается в том, чтобы собрать атомную станцию на заводе, доставить ее в контейнере в нужное, зачастую труднодоступное место, и просто запустить прямо там. И такие проекты уже получили распространение.
Что такое АЭС малой мощности, и зачем они нужны
АЭС малой мощности (АММ), или малые модульные реакторы (ММР, SMR — Small Modular Reactors) — это ядерные энергетические установки с электрической мощностью до 300 МВт. Они компактнее, проще в производстве и быстрее в масштабировании, чем крупные АЭС. Их главная особенность — модульность. Такие реакторы изначально проектируют как готовые блоки. Поэтому их можно собирать серийно на заводе, транспортировать в готовом виде и быстро монтировать на месте.
Интерес к АЭС малой мощности стремительно растет по всему миру — не только в России, но и в США, Китае, Канаде, Южной Корее и других странах. Причины — в универсальности и гибкости этих систем:
- энергоснабжение удаленных и труднодоступных территорий, где невозможно или экономически нецелесообразно строить крупные станции или прокладывать ЛЭП. Это особенно актуально для Арктики, Сибири, северных районов Канады и Аляски;
- быстрое развертывание энергообеспечения в чрезвычайных ситуациях. Например, после стихийных бедствий, при перебоях в энергоснабжении или для временных инфраструктурных проектов вроде нефтяных платформ или военных баз;
- декарбонизация энергетики. В условиях борьбы с климатическим кризисом малые АЭС становятся альтернативой углю и мазуту — особенно в регионах, где солнечные или ветровые установки работают нестабильно.
В регионах с ограниченной инфраструктурой АЭС малой мощности становятся привлекательным решением. Все благодаря заводскому изготовлению, коротким срокам строительства и высокому уровню безопасности. Некоторые проекты, например, российские реакторы РИТМ-200Н или «Шельф-М», разрабатывают с прицелом на транспортировку в стандартных контейнерах или баржах. Все для того, чтобы их можно было доставлять даже в районы без дорог и портов.
Устройство и принцип работы
АЭС малой мощности разрабатывают с разными конструкциями, но всех их объединяет модульный принцип. ММР представляют собой заводские блоки, которые можно собирать серийно, перевозить и устанавливать в любой точке. Это упрощает логистику и сокращает сроки ввода в эксплуатацию.
Типы реакторов
Наиболее распространенные типы реакторов в маломощных АЭС:
- водо-водяные — классическая технология, где вода одновременно служит теплоносителем и замедлителем нейтронов. Используется в проектах типа РИТМ-200Н от Росатома;
- тяжелометаллические — вместо воды используют жидкий натрий, который эффективно отводит тепло при низком давлении. Такие реакторы используют в рамках проекта СВБР-100 (теплоноситель — свинец-висмут);
- газоохлаждаемые — теплоносителем служит гелий или углекислый газ. Такие реакторы функционируют при высоких температурах и могут примяться не только для выработки электроэнергии, но и для тепловой энергии для промышленных нужд. Пример — HTR-PM в Китае.
Конструкция и безопасность
ММР проектируют с приоритетом на встроенные пассивные системы безопасности. То есть такие, которые срабатывают без участия оператора и без внешнего электропитания.
Ряд проектов АСММ предполагается размещать под землей или в защитных бетонных капсулах. Это повышает их устойчивость к внешним воздействиям — в том числе природным катастрофам. Конструкция предполагает:
- интеграцию всех элементов в один модуль;
- отсутствие обширных контуров трубопроводов высокого давления — что уменьшает риск утечек;
- заводскую сборку и испытания до транспортировки — это снижает число строительных и монтажных операций на площадке.
Цикл работы и автономность
Большинство ММР рассчитаны на долгий автономный цикл работы без замены топлива. Например, РИТМ-200Н может функционировать 6 лет, а СВБР-100 — до 7−8 лет.
Дело в том, что такие установки ориентированы на удаленные регионы, где нет условий для постоянного обслуживания и ежегодных перегрузок топлива.
Примеры уже разработанных и строящихся ММР
Ряд стран уже реализуют проекты АЭС малой мощности. Они делают ставку на мобильность, автономность и экологическую эффективность.
Россия: РИТМ-200Н и плавучая АЭС
Сегодня самый продвинутый российский проект в сфере ММР — РИТМ-200Н. Его разрабатывает ОКБМ Африкантов, который входит в Росатом. Этот водо-водяной реактор мощностью 55 МВт создан на основе судовых реакторов типа РИТМ-200. Их активно применяют на атомных ледоколах серии «Арктика».
Ранее Россия уже запустила первую в мире плавучую АЭС — «Академик Ломоносов». Основа станции — реакторы серии КЛТ-40, разработанных в ОКБМ имени И. И. Африкантова. Она снабжает теплом и электричеством город Певек на Чукотке. Реакторы этой станции тоже сделаны по маломощной технологии.
Китай: HTR-PM
Китай развивает проект газоохлаждаемого высокотемпературного реактора HTR-PM — «High Temperature Gas-Cooled Reactor — Pebble-bed Module». Это два модуля по 250 МВт (т), соединенные с одной турбиной на 210 МВт (эл.). В качестве топлива здесь используют сферические топливные элементы с керамической оболочкой. А в качестве теплоносителя — гелий.
Такой реактор подходит не только для генерации электричества, но и для промышленных нужд. Например, производства водорода. Первый блок HTR-PM подключили к сети в Китае в декабре 2021 года.
США: NuScale
Американская компания NuScale Power разработала проект SMR. Каждый модуль этой АЭС малой мощности выдает до 77 МВт (эл.), а вся станция может состоять из двенадцати таких блоков. Реакторы проектируют с прицелом на самоохлаждение без насосов, использование пассивных систем безопасности и заводскую сборку.
Первую такую станцию планировали построить в штате Юта. Но в 2023 году проект отменили из-за роста затрат. И все же NuScale продолжает разрабатывать новые конфигурации.
Канада: Micro Modular Reactor (MMR)
Канадская компания Ultra Safe Nuclear Corporation вместе с университетом Саскачевана развивает проект MMR на твердом топливе, охлаждаемый гелием. Мощность одного модуля — 15 МВт (т) или около 5 МВт (эл.). Реактор ориентируется на удаленные северные территории и может автономно работать без перегрузки топлива до 20 лет. Запуск пилотного проекта в Чок-Ривер запланировали на вторую половину 2020-х.
Преимущества и риски
Проекты АЭС малой мощности позиционируют как гибкую альтернативу крупным атомным станциям и углеродным источникам энергии. Особенно они перспективны для труднодоступных районов, где сложно организовать стабильное электроснабжение.
Вот главные достоинства этой технологии:
- автономность и надежность — такие станции могут работать в изолированных районах без подключения к централизованной сети. Модели вроде РИТМ-200Н рассчитаны на 6−8 лет работы без перезагрузки топлива;
- безопасность — проекты ММР ориентированы на инновационные (пассивные) системы безопасности. Некоторые проекты используют перспективные типы топлива, которые более устойчивы к возможным аварийным ситуациям;
- быстрое развертывание — благодаря заводской сборке и модульности пустить в эксплуатацию такую станцию можно за 2−3 года. Вместо 10−15 лет, как у обычных АЭС;
- децентрализация энергосети — АЭС малой мощности снизят нагрузку на большие энергоцентры — это повысит устойчивость всей системы.
Однако проекты АЭС малой мощности не лишены слабых мест. Вот основные минусы этой технологии:
- высокая стоимость на старте — производство единичных (головных) реакторов пока дороже, чем у крупных АЭС. Без массового серийного выпуска себестоимость энергии остается высокой;
- регулирование — не во всех странах есть четкие нормативы для лицензирования ММР. Это тормозит внедрение новых моделей, особенно с инновационными (отличными от воды) теплоносителями;
- недоверие общества — несмотря на высокий уровень безопасности, слово «ядерный» вызывает опасение у населения вблизи потенциальных площадок для размещения маломощных АЭС.
Заключение
АЭС малой мощности — это попытка перестроить ядерную энергетику под новые задачи. Вместо станций большой мощности, на возведение которых требуется десять и более лет, — компактные модули, которые можно собрать на заводе, доставить в контейнере и запустить за пару лет. Особенно это важно там, где нет ни электросетей, ни времени на долгострой — в Арктике, на удаленных территориях, в зонах бедствий.
Пока у этой технологии хватает сложностей. Дорого, непривычно, много бюрократии. Но интерес к ней растет — и у инженеров, и у политиков, и у энергетиков. Возможно, именно такие установки станут одним из кирпичиков новой, более гибкой и устойчивой энергосистемы.
Ранее мы рассказывали об устройствах различных реакторов.
