Малі модульні реактори: перспективи застосування

Малі модульні реактори: перспективи застосування

Чому це потрібно?

Як відомо, енергетичний сектор працює не в вакуумі. Адже енергію не виробляють взагалі, а спрямовують конкретним споживачам. Із викопним паливом проблем немає — достатньо лише вчасно запастися природним газом на опалювальний сезон, а дизельним паливом — на посівну і жнива. З електричною енергією — складніше, адже її неможливо складати, як вугілля чи бензин. При цьому великі підприємства споживають її цілодобово і без вихідних днів, тоді як меншим компаніям електрична енергія потрібна лише впродовж робочого дня, а домогосподарствам — переважно вранці і ввечері. Тому найважливішою ознакою електроенергетичної системи будь-якої держави є постійне підтримання балансу між обсягами енергії, що генерується і споживається.

Для цього існує два види генерації: базова й маневрова. Перша забезпечує неперервне виробництво певної кількості електричної енергії. Друга дозволяє контрольовано зменшувати й збільшувати обсяг виробництва впродовж доби й більших проміжків часу. До базової генерації належать, передусім, атомні електричні станції (АЕС), до маневрової — теплові й гідроакумулюючі (ТЕС і ГАЕС). Основними споживачами енергії базової генерації є покупці, які забезпечують великий та стабільний попит. Це, насамперед, великі промислові підприємства, що працюють цілодобово. Маневрова генерація збільшує виробництво енергії вдень і скорочує вночі, щоб задовольнити потреби домогосподарств і підприємств, що працюють в одну зміну.

Але зі зростанням у споживанні частки енергії з відновлюваних джерел енергетичній системі стає все важче балансувати. По-перше, станції на відновлюваних джерелах працюють, лише коли світить сонце (фотоелектричні, СЕС) чи дме вітер (вітрові, ВЕС). По-друге, пік генерації СЕС не збігається з піком попиту на енергію. По-третє, вугільні ТЕС масово виводять з експлуатації через їхній негативний вплив на довкілля, а ГАЕС у світі не так уже й багато. Тому нестача високоманеврових потужностей стає дедалі більшою проблемою енергетичних систем, що функціонують у більшості держав світу. Вирішенню цього питання могли б допомогти системи накопичення енергії (СНЕ), але вони ще недостатньо ефективні й дуже дорогі. Фактично кожна СНЕ є «великою батарейкою» з літій-іонних акумуляторів.

З огляду на це, надзвичайно актуальним є розроблення і впровадження технологій, що дозволяють генерувати велику кількість енергії й контрольовано змінювати обсяги її виробництва впродовж доби. Однією з найперспективніших розробок є малі модульні реактори (ММР) — технологія, започаткована встановленням ядерних силових установок на авіаносцях, підводних човнах і криголамах.

Що таке малий модульний реактор?

Основними особливостями ММР є відносно мала потужність — до 300 МВт (втричі менша, аніж у більшості «традиційних» реакторів) і модульна конструкція. Їх можна виготовляти заздалегідь, а потім привозити та об’єднувати в блоки на одному майданчику.

Оскільки потужність таких реакторів вільно змінюється в широкому діапазоні (від 20 до 100 %), а вихід на робочий режим після зупинення триває 12–16 годин, їх, на відміну від звичайних АЕС, можна безпечно використовувати для балансування генерацій СЕС і ВЕС.

Оскільки малі модульні реактори займають на порядок меншу площу, їх можна розміщувати в місцях, які не підходять для великих АЕС. Використання цієї технології дозволяє заощадити кошти й скоротити тривалість будівництва, тоді як кількість блоків на майданчику можна поступово збільшувати, реагуючи на зростання попиту. На електростанціях на основі ММР удвічі рідше здійснюють перевантаження палива, а деякі з них здатні працювати без цього до 30 років.

Малі модульні реактори: перспективи застосування
Ілюстрація (с) ecoaction.org.ua

На відміну від «традиційних» реакторів, конструкція ММР є простішою, потужність — меншою, а робочий тиск — нижчим. Це дозволяє використовувати в них пасивні системи забезпечення безпеки, які не потребують втручання людини. Такою системою є, зокрема, Walk way safe від компанії Holtec International (США), що гарантує автоматичне зупинення реактора чи його переведення в безпечний стан у разі аварії чи навіть теракту.

Коли їх почнуть будувати?

З економічної точки зору, малі модульні реактори повинні мати менші питомі капітальні затрати, проте їхню конкурентоздатність ще належить довести на практиці, коли буде розпочато їхню повноцінну експлуатацію.

Зараз існує близько 80 проєктів комерційних ММР. Перший із них — плавуча АЕС «Академік Ломоносов», що складається з двох реакторів потужністю 35 МВт кожний, — реалізований у травні 2020 року Російською Федерацією. Інші перебувають на етапі будівництва або ліцензування в Аргентині, Великій Британії, Канаді, Китаї, Південній Кореї, РФ і США. Всі вони мають різну потужність і сфери застосування. Це не лише генерація електричної енергії, а й опріснення води, виробництво теплової енергії та водяної пари.

Темпи робіт із впровадження модульних реакторів суттєво гальмуються повільним ліцензування відповідних технологій, оскільки після трьох великих аварій (Три-Майл-Айленд, США; Чорнобиль, СРСР; Фукусіма, Японія) питання безпеки й зменшення ризиків настання аварійних ситуацій стали визначальними для всіх регуляторів. Імовірно, перші дозволи на виробництво та експлуатацію ММР на суходолі буде надано в 2023–2024 роках.

А що в Україні?

Україна є однією з держав, що відчувають велику нестачу високоманеврової потужності. Саме тому, керуючись завданнями Енергетичної стратегії України на період до 2035 року, НЕК «Енергоатом» розвиває співробітництво зі світовими лідерами у розробці технологій малих модульних реакторів. Уже підписані меморандуми про співпрацю з американськими NuScale Power, Westinghouse Electric і Holtec International. Ці документи дали старт роботі з оцінки нормативних і проєктних документів, пов’язаних із ліцензуванням технологій ММР та їхнім будівництвом в Україні як на нових, так і майданчиках нині діючих АЕС.

Малі модульні реактори дозволяють виробляти достатньо дешеву електричну енергію та регулювати обсяг генерації впродовж доби. Втім, попри меншу, порівняно з «традиційними» АЕС, вартість вони все одно є дорогими. Тому їхнє будівництво вимагатиме створення відповідних нормативних передумов, а також значних державних чи приватних інвестицій. З огляду на це, поява перших ММР в Україні можлива не раніше 2032–2035 років.

ІНШІ ПУБЛІКАЦІЇ