Битва ядерных компактов: рыночные перспективы малых АЭС

Российская госкорпорация "Росатом" является безусловным фаворитом в мире по количеству экспортных проектов атомных электростанций (АЭС). Однако основной коммерческий продукт корпорации — энергоблоки с реактором ВВЭР-1200 — политически, технически и экономически доступны не такому большому количеству стран в мире. И большая часть из них уже охвачена контрактами. В "запасных" у "Росатома" остаются в основном довольно экзотичные направления вроде Саудовской Аравии, Филиппин, Колумбии или Нигерии. С учетом тренда на отказ от атомной энергетики во многих развитых странах перспективы новых контрактов выглядят все более тревожно. Текущие объемы по продаже больших атомных энергоблоков рискуют в будущем сильно сократиться. "Известия" изучили некоторые перспективы развития рынка атомной энергетики.

Разворот к малому

В сложившейся ситуации выходом может быть создание нового продукта, коим видятся атомные станции малой мощности (АСММ). Снижение размеров не только позволяет расширить круг клиентов, которые могут себе позволить атомную станцию финансово и с точки зрения совместимости с размером своей электросети, но и изменить отношение публики к атомной энергетике.

На фоне неприятия традиционной атомной энергетики в развитых странах развитие АСММ спонсируется государством и нейтрально встречается публикой в США, Великобритании и Канаде. Обсуждение первых АЭС с АСММ ведется в ключе "новой низкоуглеродной энергетики", а не "страшно опасного атома". Фактически малые АЭС начинают выглядеть спасительной палочкой для всей индустрии атомной энергетики.

В борьбу за будущий рынок вступает порядка ста проектов АСММ
Фото: GettyImages/Allkindza

В борьбу за будущий рынок вступает порядка ста проектов АСММ различного облика, впрочем, буквально десяток из них имеют продвинутую стадию разработки и готовы получить лицензии (свидетельства о безопасности конструкции) от национальных атомных регуляторов. В частности, американский стартап NuScale начал процедуру получения лицензии у регулятора NRC в феврале 2018 года. Получение лицензии NRC на строительство и эксплуатацию будущего реактора предполагает расходы в пару сотен миллионов долларов, которые складываются из проведения обосновывающих безопасность экспериментов и расчетов, подготовки документации, и наконец — оплаты работы собственно специалистов атомнадзора США. Причем подается не какая-то концепция, а проект, проработанный практически до рабочей документации. В случае NuScale речь идет о поданных 12 000 страниц документов. Такие инвестиции в лицензию показывают определенную уверенность инвесторов NuScale в коммерческом будущем разработки. Есть у NuScale уже и проект строительства АЭС с 12 модулями реакторов в штате Айдахо, в котором два модуля готово выкупить государство.

Затаившиеся плюсы, крадущиеся минусы

В чем же преимущества малых АЭС перед традиционными, большими, которые заставляют разработчиков плодить все новые и новые проекты? К ним можно отнести несколько моментов:

— Реакторные модули малых АЭС должны производиться на машиностроительных заводах крупными сериями в виде законченных блоков. Это сокращает сроки и снижает сложность строительства АЭС — краеугольные камни сегодняшних проблем рынка новой атомной энергетики.

— Малые АЭС должны быть высокоманевренными, в отличие от своих больших собратьев, и поэтому хорошо дополнять переменчивые возобновляемые источники энергии — ветер и солнце. Поскольку все более менее перспективные планы строительства ветро-солнечной энергетики требуют дополняющих партнеров, подхватывающих энергетику ночью и в штиль, возникает большой потенциальный рынок — и он для маневренных АЭС.

— Но и в рамках традиционных энергорешений АСММ получают новые ниши по сравнению с блоками гигаваттного калибра — это энергосистемы небольшого размера, куда большие АЭС просто "не лезут".

— Малая модульная АЭС стоит дешевле в абсолютных значениях или может наращивать мощность последовательно, путем строительства все новых модулей, что сильно упрощает поиск финансирования для энергопроектов.

Рабочие в турбинном зале Белоярской атомной электростанции в Заречном
Фото: ТАСС/Донат Сорокин

Разумеется, есть и минусы, которые сводятся к одному: стоимость киловатт-часа, вырабатываемого на АСММ. Так, в известном проекте строительства реакторного модуля Toshiba 4S (10 МВт) в городке Галена (штат Аляска) стоимость электроэнергии получалась на уровне 56 центов за кВт·ч (~36 рублей за кВт·ч) — заметно дороже даже электроэнергии с дизель-генераторов. Проект плавучей малой АЭС (ПАТЭС) "Академик Ломоносов" в бездотационном варианте имел бы стоимость электроэнергии в районе 60 рублей за кВт·ч — и опять эта цена была бы неконкурентна с дизель-генерацией или угольной ТЭС, которая существует сегодня в месте будущей дислокации "Академика Ломоносова".

Такое несоответствие бумажных преимуществ, стремления занять "перспективный рынок" и неконкурентности реальных проектов обескураживает. Причины дороговизны, впрочем, известны разработчикам, и они ведут работу по снижению себестоимости АСММ.

Один из важных элементов высокой цены — отношение атомных регуляторов к малым станциям, как к большим. Например, охрана малых энергоблоков требуется вполне взрослая, хотя строительство АЭС пока предполагается в регионах Крайнего Севера или на территории военных и атомных обьектов, куда невозможно попасть незамеченным. Также полем дискуссий является обращение с отработанным ядерным топливом малых станций. На полноразмерных АЭС для этого существует полноценная дорогостоящая инфраструктура, а конструкторы АСММ хотели бы вынести ее за пределы станций и в идеале перевозить модули ядерных реакторов на специальный завод для разгрузки (существующее законодательство не позволяет этого делать). Наконец, проекты АСММ отходят от традиционных эшелонированных систем расхолаживания реактора в случае аварии.

Реакторы NuScale способны охлаждаться до безопасного состояния без каких-либо действий операторов
Фото: Getty Images/ Anadolu Agency

При этом конструкторы АСММ не просят поблажек, просто физика малых реакторов позволяет бороться с потенциальными аварийными ситуациями естественным путем, без привлечения активных систем. Так, реакторы NuScale способны охлаждаться до безопасного состояния без каких-либо действий операторов: просто за счет запаса выкипающей воды вокруг реактора и на завершающем этапе — за счет конвекции атмосферного воздуха. Размеры реакторных установок малых АЭС позволяют закапывать их в землю, упрощая конструкции барьеров нераспространения.

Есть еще один немаловажный аспект, делающий АСММ перспективными. Относительно небольшие размеры и капиталовложения при строительстве опытного блока позволяют доводить до практики многие идеи конструкций и технологий ядерных реакторов, проигравших в свое время соревнование традиционным двухконтурным реакторам с водой под давлением.

Китайский проект "водяной" станции – ACP100
Фото: gnssn.iaea.org

Среди АСММ можно найти быстрые натриевые реакторы (вышеупомянутый проект Toshiba 4S и General Electric PRISM), реакторы с расплавом урановой (американско-канадский проект IMSR от Terrestrial Energy) или ториевой соли (LTFR от Flibe Energy) в качестве топлива или отечественные свинцово-висмутовые и свинцовые проекты СВБР-100 и БРЕСТ-300-ОД. Есть и совсем концептуально революционные, вроде "реактора-свечи" от стартапа TerraPower, финансировавшегося Биллом Гейтсом.

Преобладают, впрочем, традиционные водные решения, разработчики которых надеются достичь конкурентной стоимости проектов за счет серии и упрощения конструкции. К таким можно причислить проекты Westinghouse SMR, корейский KAERI SMART, китайский ACP100 (.pdf), отечественный КЛТ-40С и РИТМ-200 или французский подводный Flexblue. Чуть более экзотичные варианты представлены проектами NuScale IPWR, кипящим водяным реактором GE NMR, Mitsubishi IMR и аргентинским (!) проектом CAREM 25 (.pdf).

Государственное покровительство

Одним из государств, активно меняющим атомное законодательство под строительство малых реакторов, является Великобритания. В 2017 году Национальная ядерная лаборатория Великобритании провела анализ технической зрелости и применимости существоваших в мире на тот момент проектов АСММ по критериям их готовности к обоснованию безопасности по существующим подходам, техническим рискам, доступным разработчикам ресурсам и экономическим перспективам. Как итог в 2018 году стартовала программа по созданию инфраструктуры малых реакторов, включающая в себя прежде всего настройку законодательства с целью упростить сертификацию АСММ, но также подразумевающая грантовое финансирование в размере $262 млн английских, американских и канадских разработчиков малых реакторов и компонентов.

В 2018 году в Великобритании стартовала программа по созданию инфраструктуры малых реакторов
Фото: Getty Images/David Goddard

Драйвером интереса к малым АЭС в стране является наличие большого количества реакторного плутония, который было бы очень дорого и обидно захоранивать, и дороговизна в английских условиях традиционных проектов АЭС. Пока программа по малым реакторам не имеет конкретных задач по строительству, однако планируется, что в будущих итерациях подобные АЭС будут профинансированы и построены до 2030 года.

Одновременно с Англией в Канаде в 2018 году была опубликована "дорожная карта" по атомным станциям малой мощности, направленная на создание "индустрии АСММ", которая должна заняться их строительством где-то между 2025 и 2040 годом. Как и в Великобритании, работа пока направлена на оптимизацию процесса лицензирования (который, впрочем, в Канаде проще и дешевле, чем в США, в связи с чем страна уже привлекла несколько групп разработчиков), на снижение технических рисков и стоимости АСММ и на вывод из тупика атомной промышленности Канады, обладающей уникальным опытом по строительству тяжеловодных энергетических реакторов, окончательно проигравших рынок легководным примерно 15 лет назад.

Тем временем, пока Англия, Канада и США пытаются играть в долгую, разрабатывая инновационные решения, улучшая технический облик и экономику своих проектов АСММ, "Росатом" пытается реализовать свое главное преимущество — наличие реального "железа". Не пытаясь перепрыгнуть пропасть между сегодняшней удельной стоимостью малых АЭС и потребной, госкорпорация делает ставку на строительство АСММ здесь и сейчас. Пускай электроэнергия с таких АЭС обходится в разы дороже, но потенциальные ниши есть и для него — например, страны, желающие обзавестись атомной энергетикой из-за ее престижности, но не имеющие $10 млрд на большой проект (к таким странам относят, например, Иорданию).

 

РИТМ-200 — водо-водяной ядерный реактор
Фото: rosatom.ru

Для захвата рынка "Росатом" использует ледокольные реакторы КЛТ-40С и РИТМ-200: первый используется в ПАТЭС, а на базе последнего предлагается создать наземную АЭС с 50-мегаваттными модулями. Проект РИТМ-200 не отличается особой инновационностью, что с одной стороны не позволяет реализовать все теоретические фишки АСММ и снизить стоимость электроэнергии, с другой стороны означает надежность и отработанность. Серийное строительство этих реакторов также добавляет козырей потенциальным покупателям малых АЭС по всему миру.

Кроме того, "Росатом" ведет широким фронтом разработку и более передовых вариантов малых реакторов: тут стоит назвать проекты "Шельф", "Витязь", АТГОР, СВБР-100, АБВ-6, наконец, сооружаемый в рамках проекта "Прорыв" БРЕСТ-300. Пока кроме БРЕСТа все эти реакторы остаются в стадиях технического предложения или эскизного проекта, не имея финансирования и привязки к конкретному строительству, однако при изменении конъюнктуры и пожеланиях заказчиков могут быть доведены до реальной АЭС за 5–10 лет.

Блеск будущих побед

Впрочем, финансирование перспективных проектов пока хромает, и основной упор госкорпорация делает на предложение "здесь и сейчас" — в частности, по зарубежным клиентам активно продвигается как ПАТЭС, так и наземная АЭС, набираемая из модулей РИТМ-200. Пока более инновационные и экономически интересные предложения конкурентов остаются на бумаге, этот подход может сработать. Тем более что в атомной энергетике многие клиенты требуют референтность — т.е. наличие работающего блока — для того, чтобы можно было оценить его экономику и безопасность в реальности, а не в задумках.

В ближайшие годы мы увидим реализацию первых проектов атомных станций малой мощности "в железе" и их реальную экономику
Фото: Depositphotos

Рынка АЭС малой мощности на сегодня еще не существует. Однако, в условиях большого давления на традиционную энергетику, положительного отношения публики к "новому облику" и потенциально большего объема строительства, в мире уже разворачивается борьба за этот несуществующий рынок. В ближайшие годы мы увидим реализацию первых проектов атомных станций малой мощности "в железе" и их реальную экономику, что и определит объем рынка и его возможную спасительную роль для всей мировой атомной промышленности.