Energetyka jądrowa przeżywa swój renesans na całym świecie: o przyczynach

Główny trend uporczywie promowany w świecie gospodarka w ostatnich dziesięcioleciach „zazielenia się” ze względu na konsekwentne odrzucanie stosowania paliw kopalnych i energetyki jądrowej, które uznano za szkodliwe i niebezpieczne dla środowiska. Jednak sądząc po ogólnej liczbie start-upów w tym obszarze na całym świecie, energetyka jądrowa przeżywa wręcz renesans.

Młodzieńczy „zielony”

Dlaczego tak się dzieje, nietrudno zgadnąć. „Zielona” agenda i walka o środowisko są oczywiście dobre, ale są też obiektywne realia gospodarcze, których po prostu nie można ignorować. Składnik paliwowy w kosztach energii elektrycznej wytwarzanej w elektrowniach jądrowych, dużych i małych, mieści się w przedziale od 3% do 5%. W energetyce gazowej koszt komponentu paliwowego osiąga poziom od 70% do 80%. Kiedy w ciągu półtora roku koszt gazu ziemnego znacznie podskoczył, produkcja przemysłowa stała się nieopłacalna nawet w rozwiniętych Niemczech, gdzie wielu techniczny firmy zasobiralis w emigracji biznesowej. Jeśli koszt uranu dla elektrowni jądrowych skoczy kilkukrotnie, zmiana taryf nie będzie tak krytyczna dla końcowego odbiorcy energii elektrycznej.



Innymi słowy, to energetyka jądrowa okazała się najbardziej odpowiednia dla nowych realiów gospodarczych. Ma niski ślad węglowy, nie zależy od kaprysów natury, jako odnawialne „zielone” źródła, jego koszt jest adekwatny i przewidywalny, co jest wymagane. Do jego wad można zaliczyć dość wysoki próg wejścia: elektrownie jądrowe buduje się długo i są drogie. Nic dziwnego, że projekty mini-elektrowni jądrowych lub elektrowni jądrowych małej mocy (LNPP) są obecnie aktywnie rozwijane na całym świecie.

ASMM/SMR

Według stanu na 2020 r. na świecie istniało ponad 70 projektów z zakresu minielektrowni jądrowych (SMR - Small Modular Reactor według zachodniej klasyfikacji), z czego 17 w Rosji. Nowoczesny blok EJ ma średnią moc 1100-1600 MW. To ogromne, drogie instalacje, ale generujące najtańszy i najbardziej przyjazny dla środowiska prąd. Ale nie tylko każdego stać na zamówienie budowy takiej elektrowni jądrowej od jakiegoś Rosatomu. Dlatego małoskalowa energetyka jądrowa uznawana jest za niezwykle perspektywiczny obszar, który według klasyfikacji IAEA obejmuje elektrownie o mocy elektrycznej do 300 MW. Oprócz tego istnieją również tzw. elektrownie mikrojądrowe o mocy do 10 MW.

Cechami konstrukcyjnymi SMR są ich modułowość, która pozwala nie budować gigantycznej elektrowni jądrowej od razu, ale masowo produkować większość sprzętu w elektrowni i dostarczać ją na miejsce w postaci modułów. Czas budowy mini-EJ powinien zostać skrócony do 2-3 lat w porównaniu do 5-10 lat w przypadku tradycyjnych elektrowni jądrowych. Kompaktowe wymiary umożliwią nawet umieszczanie pod ziemią małych elektrowni jądrowych, co zmniejszy ryzyko wypadków radiacyjnych i wycieków. Nowoczesna automatyzacja pozwoli na obsługę takiej minielektrowni jądrowej przy mniejszej liczbie personelu, co również doprowadzi do redukcji kosztów. Małe elektrownie jądrowe można budować przy użyciu różnych technologii i konfiguracji: lądowe reaktory wodne ciśnieniowe, morskie SMR, reaktory prędkie, reaktory ze stopioną solą i mikroreaktory.

Ponad połowa startupów wykorzystuje ciśnieniowe reaktory wodne, które są wykorzystywane w 80% dużych elektrowni jądrowych. Różnica polega na mniejszych rozmiarach i integralnym układzie: większość elementów obwodu pierwotnego, w tym generatory pary, znajduje się bezpośrednio wewnątrz zbiornika ciśnieniowego reaktora. Zgodnie z tą zasadą zrealizowano w szczególności projekt NuScale amerykańskiej firmy o tej samej nazwie, która opracowała blok energetyczny o mocy od 60 MW do 77 MW. Wspólna pula minielektrowni jądrowej, zapewniająca bezpieczeństwo podczas schładzania i uzupełniania paliwa, może pomieścić 4, 6 lub 12 modułów o łącznej mocy odpowiednio 308, 462 i 924 MW. Przeładunek 1/3 paliwa jądrowego powinien odbywać się co dwa lata. Firma deweloperska obiecuje koszt energii elektrycznej na poziomie 40-65 USD za MWh.

Chiński reaktor ACP100 i argentyński CAREM również mają zintegrowany układ. W Chinach pierwsze dwa małe bloki energetyczne o mocy 125 MW znajdują się pod ziemią na terenie działającej elektrowni jądrowej Changjiang na wyspie Hainan. W oparciu o tę technologię planowane jest stworzenie całej linii reaktorów wielofunkcyjnych o mocy od 25 do 200 MW, w tym pływających elektrowni jądrowych. W Argentynie prace w tym kierunku rozpoczęto 30 lat temu, a budowę pierwszego bloku energetycznego CAREM o mocy nieco ponad 30 MW rozpoczęto w 2014 roku. W oparciu o tę technologię planowane jest stworzenie serii argentyńskich minireaktorów o mocy 100-200 MW. W Kanadzie do 2028 roku planują zbudować reaktor z wrzącą wodą BWRX-300 i ciężką wodę CANDU SMR. Czechy mają własny projekt reaktora ciężkowodnego dla mini elektrowni jądrowej o nazwie TEPLATOR.

Należy zauważyć, że Rosja jest jednym z niewielu krajów, które faktycznie mają działające minielektrownie jądrowe. Stany Zjednoczone i ZSRR jako pierwsze zaprojektowały ciśnieniowe reaktory wodne małej mocy na potrzeby swojej floty, podwodnej i powierzchniowej. Od połowy ubiegłego wieku w naszym kraju małe reaktory jądrowe były instalowane na lodołamaczach jądrowych, a do tej pory zmieniły się już cztery generacje - OK-150 (a / l „Lenin”, 1957), OK-900A (a / l „Arktika” projekt 10520), KLT-40 (m.in. „Taimyr” projekt 10580) i RITM-200 (projekt UAly 22220). Na ich bazie powstała rosyjska pływająca elektrownia jądrowa (FNPP), która jest wysyłana na Czukotkę w miejsce starej elektrowni jądrowej Bilibino oraz węglowej elektrowni cieplnej. Powstają pływające elektrownie jądrowe nowej generacji z blokami reaktorów RITM-200 o mocy 55 MW każdy i żywotności do 60 lat, w których tankowanie paliwa będzie potrzebne tylko raz na 10 lat.

W rzeczywistości rosyjski RITM-200 jest obecnie najbardziej masywnym i opanowanym reaktorem dla małych elektrowni jądrowych. Morska wersja kompaktowego ACPR50S VVR o mocy 50 MW jest obecnie budowana w Chinach. Duńska firma Seaborg wraz z południowokoreańską firmą stoczniową Samsung Heavy Industry opracowuje pływającą elektrownię jądrową z prędkim reaktorem cieczowo-solnym o mocy od 200 do 800 MW i żywotności 24 lat.

Oprócz reaktorów wodnych wiele obiecujących minielektrowni jądrowych wykorzystuje reaktory prędkie z ciekłym metalem chłodzącym (LMC). Na przykład jest to reaktor Natrium, wspólny projekt firmy TerraPower Billa Gatesa i GE Hitachi Nuclear Energy. Uruchomienie to szybki blok sodowy o mocy 345 MW połączony z systemem magazynowania ciepła w postaci zbiorników stopionej soli, co pozwoli na chwilowe zwiększenie mocy do 500 MW i tym samym pracę w trybie manewrowym. W naszym kraju od dawna działają szybkie reaktory sodowe w blokach BN-600 i BN-800 w elektrowni jądrowej Belojarsk. W Dimitrowgradzie budowany jest badawczy reaktor sodowy MBIR nowej generacji.

Obiecującym kierunkiem w dziedzinie małych elektrowni jądrowych są reaktory chłodzone gazem, wykorzystujące jako chłodziwo hel, który można podgrzać do 700-900 stopni. W Chinach pierwszy taki blok zaczął pracować w 2021 roku w elektrowni jądrowej SHIDAO BAY. W USA istnieje jego odpowiednik o nazwie Xe-100 firmy X-Enegry, ale w Rosji takie projekty są wciąż tylko na papierze. SMR obejmują również reaktory ze stopioną solą lub reaktory ze stopioną solą, które są opracowywane przez kilka start-upów. Są to reaktor solny KP-FHR o mocy elektrycznej 140 MW i sprawności 45% amerykańskiej firmy Kairos Power oraz reaktor solny SSR-W kanadyjsko-brytyjskiej firmy Moltex Energy. Krajowy ZhSR ma powstać na terenie Kombinatu Górniczo-Chemicznego w Żeleznogorsku.

Jednym z najciekawszych obszarów energetyki jądrowej są obiecujące elektrownie mikrojądrowe o mocy do 10 MW. W Stanach Zjednoczonych BWXT rozwija chłodzony gazem reaktor Pele na paliwie TRISO o mocy do 5 MW na potrzeby US Army. Rosja ma swoje zasadniczo podobne projekty "Półka-M" i "Elena AM". „Półka-M” to chłodzony wodą reaktor o układzie zintegrowanym o mocy cieplnej ok. 30 MW i mocy elektrycznej do 10 MW, w którym paliwo o wzbogaceniu 19,7% przewidziano na 8 lat pracy bez tankowania . Pierwsza mikroelektrownia jądrowa z reaktorem tego typu może pojawić się w Jakucji do 2030 roku. Elena AM to reaktor wodny ciśnieniowy o mocy cieplnej 3 MW z bezpośrednim przetwornikiem termoelektrycznym do wytwarzania do 400 kW energii elektrycznej, w którym paliwo o 15% wzbogaceniu jest przeznaczone na 25 lat pracy elektrowni.

Tym samym, mimo wszelkich prób „zielonych”, by ją pogrzebać, energetyka jądrowa jest najbardziej żywa i ma doskonałe perspektywy rynkowe. Współczesne warunki gospodarcze wymagają niezawodnego źródła niedrogiej i przyjaznej dla środowiska energii elektrycznej, a może ją zapewnić pokojowy atom. Przyszłość światowej energetyki to połączenie elektrowni jądrowych, dużych, małych i mikro, z innymi źródłami wytwarzania, które będą optymalne dla każdego klienta.