Малките модулни реактори и бъдещето на ядрената енергетика

Но както гласи третият закон на Нютон - за всяко действие има равно по големина и противоположно по посока противодействие - така по същото време се зараждат и множество движения в опозиция на ядрената енергетика, чиято кауза е подсилена от инцидентите на Тримилния остров и Чернобил. Злополуките заедно с дерегулациите на енергийните пазари, невъзможността на различните заинтересовани страни да наложат устойчиви управленски методи и все по-високите цени за строителните материали довеждат до масов спад в нови проекти. Това кара сектора да се фокусира върху подобряване и оптимизиране на защитните и производствените механизми на атомните електроцентрали, които в световен план в момента генерират около 10% от общия електроенергиен микс, в сравнение със 17% през 1996 г.

Инцидентът във Фукушима през 2011 г. доведе до нов голям срив в доверието към сектора. Заради което страни като Белгия и Германия направиха планове за цялостен изход от ядрената енергетика, а Испания и Швейцария се отказаха от нови проекти за АЕЦ. Според Международната агенция по атомна енергия (IAEA) за периода 2011 - 2020 г. са били изключени 65 реактора с общ капацитет 48 гВт.

Изминалата 2022 г. обаче отново премести махалото в другата посока. Главен виновник тук се оказва Русия, която със своята инвазия на Украйна предизвика тотален хаос в енергийния пазар. Довеждайки до това ядрената енергетика отново да възкръсне от пепелта на забвението.

Но това завръщане, изглежда, няма да е по същия начин, както в момента се случва в Азия, където се изграждат над две трети от всички активни 57 ядрени проекти, а с фокус върху нови технологии - така наречените SMRs (малки модулни реактори).

Твърде голямо, за да се провали, твърде късно, за да помогне

Някои от най-големите проблеми при изграждането на нови атомни електроцентрали е размера на инвестицията нужна за строежа, отделянето на адекватно голяма територия за безопасност, както дългия срок за един такъв проект да бъде завършен.

Добър пример е вече завършената във Финландия АЕЦ "Олкилуото 3", по която се започна работа през 2005 г., а бе пусната в експлоатация чак през март месец тази година. Освен това инвестиция в нея бе планирана да е 3 млрд. евро, но стигна 11 млрд. евро за мощност от 1.6 гВт мощности. Това ясно показва, че нови проекти не биха могли да бъдат изградени навреме, за да помогнат с целите на ЕС за въглеродна неутралност на сектора до 2035 г., дори да се започнат още сега.

Заедно със сроковете расте и цената. Това се дължи на сложността и изискванията за безопасност на централите.

Сериозен риск за големите атомни електроцентрали се явяват и промените в климата и в частност сушата. Водата е ключов елемент във всеки един от етапите на ядрената енергетика - добиването и смилането на уран, експлоатация на инсталации и съхранението на ядрените отпадъци. Миналото лято обаче ниските нива на реките Рона и Гарона принудиха френската EDF да спре редица реактори. Топлата зима тази година поставя под въпрос колко често, дълго и от колкото по-рано ще трябва да бъдат предприети подобни мерки.

Малката голяма революция

Разликата между традиционните АЕЦ реактори и малките модулни реактори е очевидно на първо място в самите им размери и мощности. Докато един стандартен реактор е с мощности от над 700 мВт, то таванът за SMR е 300 мВт, като има дори микро реактори с до 10 мВт. Тези мощности позволяват по-бързо сглобяване, което означава и по-бързото им и гъвкаво внедряване в мрежата. Друго от предимствата е, че ще са и по-евтини.

Колкото и да се говори за SMR в последните години, каквито и договори да се подписват и както и да се чертаят плановете - на този етап това е все още в рамките на теорията, която може да се окаже и невярна имайки предвид проектът на NuScale за централа с модулни реактори, чиято цена скочи почти двойно от 5.3 до 9.3 млрд. долара за мощности от 462 мВт.

Технологията на малките модулни реактори е все още в стадии, където се търси най-ефективната възможна конфигурация. За това свидетелстват и множеството разнородни дизайни - в момента съществуват концепции за над 80 различни SMR реактори. При някои от проектите се предвижда презареждане с уран на всеки 5-7 години, а при други - до края на жизнения им цикъл.

Тяхното внедряване в Европа се предвижда да бъде част от една хибридна система, която да подпомогне производството на електроенергия в преобладаваща от ВЕИ мрежа.

Някои от най-големите компании, които разработват в момента SMR реактори са NuScale, Westinghouse, Rolls-Royce, GE Hitachi Nuclear Energy, Tokamak Energy, Toshiba и др.

Технологията SMR бе включена и към листа от производители на електроенергия, които следва да получат по-бързи и улеснени административни процеси за намаляването на въглеродният отпечатък в производството, в предложението за регулация към ЕК Net Zero Industry Act. Тази регулация посочва в частност SMR реакторите, а не ядрената енергетика като цяло, което е може би индикация за по-голям фокус към отдръпване от големи проекти тип АЕЦ.

За момента все още очакванията са технологията да не навлезе сериозно на пазара до 2030 г., според IAEA и WNA.

Видове на реактори

По отношение на самите реактори в момента те се развиват в 4 главни направления: леководни, с бързи неутрони, високотемпературни използващи за модератор графит и с разтопена сол. Първият от изброените е с най-нисък технологичен риск, но вторият има потенциала да бъде по-малък, технологично по-прост и с по-дълъг период за презареждане.

Според консултантската компания Markets & Markets основните приложения, за които ще се използват SMR е за енергопроизводството, обезсоляването на вода, производство на водород и за индустриални цели. От тях най-голям пазарен дял те определят на мултимодалните решения, които ще позволяват по-лесно надграждане на съществуващи мощности, и тези за обезсоляването на вода.

Леководните реактори (PWR) са най-сходни до съществуващите в момента АЕЦ и военноморски мощности, тъй като използват обикновена вода за охлаждане и се презареждат на всеки 6 години. Вече има и успешни такива примери още от края на миналия век с 67-мегаватов реактор през 1997 г. в САЩ. Голяма част от проектите за SMR включват именно реактори от този тип в Русия, Китай и САЩ (NuScale, B&W, Westinghouse). Техният дизайн потенциално най-бързо би могъл да премине през процесите на регулаторно одобрение от нужните органи.

Реакторите с бързи неутрони (FNR) са по-малки в размер и технологично по-прости от леководните, а най-голямото им предимство е и по-добрата им горивна производителност, което означава, че могат да изкарат по-дълго време без да бъдат зареждани (до 20 години). Те са предназначени да използват пълния енергиен потенциал на урана и се охлаждат от втечнени метали като натрий, олово и олово-бисмут, които имат висока проводимост и температура на топене. Опасностите в случая са при самите охладители. Натрият е запалим и има силна реакция при допир с вода, докато оловото и олово-бисмута са висококорозивни, но не реагират с въздух и вода. И двете охлаждащи течности могат да се използват при или близо до атмосферно налягане, което опростява проектирането и намалява разходите.

Малките FNR са проектирани да бъдат фабрично изградени и изпратени до обекта с камион, влак или шлеп и след това върнати обратно или до регионален център за горивен цикъл в края на живота. Те биха били инсталирани най-вече под нивото на земята и с високо съотношение на площ към обем, където имат добър потенциал за пасивно охлаждане.

Високотемпературни реактори използващи за модератор графит, позволяват като ядрено гориво да се използва природен уран. Проблемът е, че подобни технологии са участвали и в две от най-големите бедствия в историята на сектора - пожарът в Уиндскейл и Чернобил.

Реакторите, които използват разтопени соли (MSR) могат да да действат до много по-високи температури от останалите - до над 700°C и ниско налягане. Концепцията за MSR се проучва в два варианта: един реактор с бързи неутрони с делящ се материал, разтворен в циркулационната горивна сол, и с гориво от твърди частици в графит и солта, функционираща само като охлаждаща течност. Индустрията за топене на алуминий предоставя значителен опит в безопасното им управление.

Най-големият проблем при MSR реакторите е, че въпреки технологията е изследвана от дълго време, лицензирането им е най-голямата пречка.

Затова може да се каже, че малките модулни реактори са интересна възможност за развитието на ядрената енергетика, но все още не са преминали от чертежите към реалната експлоатация. А това е процес, който може да отнеме повече от десетилетие. През това време не само технологиите ще са се променили, но и целият енергиен сектор ще е претърпял една от най-големите трансформации в историята.