Ядерні реактори на вантажівках – вже не фантастика: що може врятувати енергетику України

Усім потрібна електроенергія. І потреби країн в забезпеченні промислового та приватного секторів необхідними обсягами електроенергії зростають. За даними Міжнародного енергетичного агентства (МЕА), очікується, що споживання первинної енергії зросте більш ніж на чверть до 2040 року. Детальніше читайте в ексклюзивній колонці для 24 Каналу.

МЕА також підрахувало, що найбільше впливатимуть на зростання попиту на електроенергію країни Азійського регіону, насамперед Китай та Індія. За одним зі сценаріїв, світове споживання енергії зросте на 27% до 2040 року: з 14 000 до 17 700 мільйонів тонн нафтового еквіваленту. Це буде зумовлене зростанням населення (+1,7 мільярда осіб) та підвищенням рівня добробуту в світі.

У звіті МЕА зазначається, що зростання було б приблизно вдвічі більшим, якби не постійне впровадження заходів з енергоефективності. Постійне зростання потреби в електроенергії зумовлює технологічні прориви в різних секторах виробництва електроенергії, зокрема, в сфері розробки нових ядерних реакторів. Спробуємо розібрати детальніше, куди йдуть інновації в ядерній енергетиці та які завдання вони мають вирішити.

Ставка на модулі: у світі тривають розробки проєктів малих модульних реакторів

Одна з нових енергетичних інновацій – малі модульні реактори (ММР), потужність яких не перевищує 300 мегават. Такі системи та їхні компоненти можуть виготовлятися в заводських умовах як модулі, що полегшує транспортування та має на меті скорочення термінів будівництва й, відповідно, зниження витрат.

Очікується, що ММР стануть одним із рішень для забезпечення потреб у гнучкому виробництві електроенергії для широкого кола споживачів і сфер застосування. Малі реактори можна використовувати як окремі енергоблоки або в складі багатомодульних станцій. Вони дозволяють поєднувати ядерну енергетику з відновлюваними джерелами енергії.

У світі є понад 90 проєктів і концепцій малих модульних реакторів, і усі перебувають на різних стадіях розробки, причому щодо деяких із них заявляється про можливість впровадження найближчим часом. Наразі експлуатуються дві АЕС із ММР: плавуча АЕС у Росії та високотемпературний газоохолоджуваний реактор (HTGR) у Китаї. Ще чотири ММР перебувають на просунутих етапах будівництва в Аргентині, Китаї та Росії, а низка країн – як тих, що вже мають ядерну енергетику, так і новачків у цій сфері – проводять дослідження та розробки в галузі ММР.

Відомо про плани та стратегії низки країн: очікується, що до 2050 року в Китаї, США, країнах Європи та Індії можуть бути введені в експлуатацію кілька сотень ММР. Згідно з попередньою оцінкою Європейської комісії, потужність ММР в ЄС може досягти 17 – 53 гігават до 2050 року. Одночасно понад 10 держав-членів Європейського Союзу вже висловили зацікавленість у розробці та розгортанні ММР у своїх оновлених Національних енергетичних та кліматичних планах (НПЕК), а 17 країн об'єднали зусилля через Європейський ядерний альянс для підтримки розширення розгортання ядерної енергетики.

Близько 400 організацій по всій Європі співпрацюють у виборі найперспективніших малих модульних реакторів для Європи, а перший проєкт ММР в ЄС може бути запущений після 2030 року. Одне з важливих питань – ціна такого проєкту, адже, відповідно до багатьох підрахунків, будівництво одного ММР потужністю до 300 мегават потребує інвестицій близько 4 – 6 мільярдів доларів без урахування вкладень в інфраструктуру навколо нової станції (які можуть становити 1,5 – 2,5 мільярда доларів США). Тож у світі тривають дослідження, спрямовані на потенційне зниження витрат на будівництво та введення в експлуатацію проєктів ММР.

Менше модульного: навіщо потрібні проєкти ядерних мікрореакторів та де їх будуть використовувати

Окрім ММР, у деяких країнах триває розвиток мікромодульних реакторних установок, що мають доволі низьку встановлену потужність. Зазвичай мікрореактор має номінальну потужність менше 20 мегават, а багато з них мають потужність у діапазоні навіть менше 5 мегават.

У США наразі триває розробка програми "Янус", в межах якої виділено 2,2 мільярда доларів США на будівництво та експлуатацію ядерних мікрореакторів на військових об’єктах країни. Планується встановити до 20 мікрореакторів на базах Міністерства оборони, включаючи бази ВПС та ВМС США. Очікується, що всі обрані реактори будуть транспортабельними, тобто їх можна буде доставляти на бази внутрішньої оборони вантажівкою, залізницею або літаком. Причому перша така установка з мікрореакторів буде встановлена вже до кінця 2028 року.

Активно просуває розробки мікромодульних реакторів і Китай, де також тривають дослідження та створення компактних систем ядерної енергетики, зокрема мобільних модульних реакторів, що призначені для використання у віддалених районах або місцевостях, відключених від загальної енергомережі. Такі системи навіть називають "ядерними павербанками" через здатність забезпечувати енергією протягом тривалого часу.

Відповідно до попередніх висновків дослідників, портативна установка потужністю 10 мегават може забезпечувати електроенергією невеликі містечка або конкретні промислові об'єкти. Такі реактори розраховані на тривалу роботу без дозаправки, залежно від типу палива та конструкції.

Але до реалізації проєктів ще не дійшло: реактори, що встановлюються на вантажівки або є транспортабельними, наразі перебувають на стадії розробки та випробувань. А питання безпеки, захисту та логістики є основними викликами, які ще слід вирішити перед широким впровадженням таких систем. Проте, якщо усі випробування будуть успішними, з’явиться шанс забезпечувати надійне енергопостачання у віддалених районах, зонах стихійного лиха або на військових об’єктах.

Звісно, нові технології в ядерній енергетиці не обмежуються спробами розробити компактні та мобільні системи. Адже найголовніше, що є в основі будь-яких енергетичних інновацій, – це безпечна та ефективна експлуатація.

Серед ключових нових розробок, наприклад, реактори на розплавлених солях (MSR) від таких компаній, як Kairos Power і Terrestrial Energy. За цим принципом на сьогодні в США, Японії, Канаді і Великій Британії запропоновано кілька різних проєктів малих модульних установок потужністю до 300 мегават. Такі системи орієнтовані на підвищення безпеки та ефективності, а їхнє комерційне впровадження очікується до середини 2030 років.

Також варто згадати про високотемпературні газоохолоджувані реактори (HTGR). Китайський HTR-PM вже перебуває в експлуатації, тим часом, як американська компанія X-energy сьогодні розвиває аналогічні технології. Перспективи таких установок необхідно оцінювати як з точки зору безпеки, так і з точки зору економіки проєктів. Адже не лише високе збагачення палива вимагає відповідних виробничих потужностей, а й отримання гелію вимагає цілу індустрію його виробництва і поводження з ним. Тому такі установки можуть собі дозволити країни з високим рівнем ВВП і великим економічним потенціалом.

Інновації, як шлях до енергонезалежності: чи варто Україні концентруватися на нових технологіях?

Енергетика – величезний економічний напрям, який в Україні наразі переживає найскладніші виклики. Залишатися на певному етапі чи все ж таки прагнути розвитку – важливе питання, на яке має відповісти наша енергетична стратегія.

Для сталого розвитку атомної енергетики сьогодні в світі є три шляхи. Перший – розвивати усі необхідні напрями науки і промисловості на території власної країни. Другий – кооперація між країнами. Третій шлях – це шлях споживача, коли інші країни будують енергоблоки, тоді як країна, яка замовила будівництво станції, отримує прибуток від експлуатації, але відповідає за ядерну безпеку і нерозповсюдження радіоактивних матеріалів. Таким шляхом пішли Туреччина, Єгипет, ОАЕ.

Україна традиційно має закладений історією та роками напрацювань потужний науковий і інженерний потенціал, який дозволяв проєктувати, будувати і експлуатувати атомні станції певних типів (в основному ВВЕР). Цей потенціал і зараз дозволяє використовувати технології для будівництва і експлуатації установок типу BWR, PWR. Тому найкраще для нашої країни – кооперація. Можливо, з Чехією, США, Німеччиною, Францією, але з орієнтацією на розвиток проєктів водо-водяних ММР на базі енергетичних установок типу PWR і BWR.

Але чекати завершення війни для початку розвитку нових ядерних технологій не можна. Маємо працювати, домовлятися про співпрацю та розвивати нашу атомну енергетику попри усі виклики вже сьогодні і вже зараз.