На замену газовому транзиту. Как Украина может заработать на малых ядерных реакторах

10 июня Нацкомпания "Энергоатом" и Государственный научно-технический центр по ядерной и радиационной безопасности подписали с американской Holtec International соглашение о партнерстве. Документ предусматривает создание международного консорциума для внедрения в Украине технологии малых модульных реакторов (ММР) SMR-160 разработки Holtec.

На первом этапе партнеры планируют проанализировать концепцию энергоблока с реактором SMR-160 на атомной электростанции (АЭС) в Украине, оценить проект на соответствие общим и техническим критериям Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) и подготовить соответствующую документацию на национальном уровне. А в перспективе американская компания предложит не только свои ММР для украинских АЭС, но и совместный бизнес: в нашей стране может быть создан хаб по экспорту этих реакторов в Европу, Азию и Африку, причем с частичной локализацией производства комплектующих на украинских предприятиях. При этом технологический операционный центр консорциума может быть расположен в Киеве (сама компания зарегистрирована в штате Делавэр).

В целом Holtec уже разрабатывает пилотные проекты для реализации не только в Украине, но также в Канаде, на Ближнем Востоке, в Индии. Компания планирует запустить в эксплуатацию первые блоки SMR-160 в середине 2020-х.

Разберемся, чем же так примечательны и выгодны малые модульные реакторы и какие шансы Украины на них заработать? Но для начала в двух словах о технологии.

От большого - к малому 

Наиболее популярные на сегодня - водо-водяные ядерные энергетические реакторы (ВВЭР), они же установлены на всех АЭС в Украине (15 блоков). Цепная ядерная реакция используется для получения тепловой энергии - результата контролируемого деления изотопов урана (плутония или тория), которые разбиваются нейтронами. Это происходит в так называемой активной зоне, куда в специальных сборках загружено ядерное топливо в форме стальных или циркониевых трубок с запаянными в них таблетками - чаще всего урановыми. Через активную зону протекает обычная вода (теплоноситель), которая нагревается, затем попадает в парогенератор, где без соприкосновения отдает тепло воде второго контура, которая и закипает. А дальше - все, как и на других типах электростанций: пар поступает в турбину, вращающую электрогенератор.

Принцип действия малых модульных реакторов в общем такой же (в особенности водо-водяных), но они разработаны с использованием интегральных технологий (активная зона, парогенератор и компенсатор давления расположены близко). В таких установках меньше разных насосов и клапанов, они намного компактнее и имеют мощность до 300 МВт. Так, в SMR-160 теплоноситель циркулирует естественным образом, без применения насосов. Такие реакторы планируется запустить в серийное производство на заводах, они могут строиться независимо друг от друга или в виде модулей в большем комплексе, что дает возможность постепенно наращивать мощность.

Кстати, малые реакторы строились и в прошлом веке, некоторые из них до сих пор работают (CNP-300 в Пакистане, PHWR-220 в Индии, EGP-6 на Билибинской АЭС в России), однако нас интересуют новейшие проекты, которые создаются по модульной технологии.

Итак, в мире насчитывается около 50 проектов и концепций ММР, но лишь четыре из них - на прогрессивной стадии строительства: в Аргентине (CAREM-25, 27 МВт), Китае (HTR-PM, 210 МВт; ACPR50S, 60 MВт) и России (KLT-40S, 35 МВт). Еще порядка десяти таких проектов готовы к запуску в производство в ближнесрочной перспективе, среди них и Holtec SMR-160.

Построить и заменить 

У крупных реакторов ниже стоимость за киловатт-час (кВт-ч) произведений электроэнергии за счет экономии на масштабе, однако намного больше капитальные расходы и траты на снятие с эксплуатации. Одно из ключевых конкурентных преимуществ ММР - возможность разделить первоначальные затраты на строительство АЭС, добавляя модули по мере накопления средств от работы уже имеющихся мощностей и увеличения спроса в регионе. Если стоимость строительства одного энергоблока большой мощности достигает нескольких миллиардов долларов, то Holtec обещает производство энергоблока с SMR-160 не более чем за миллиард (кстати, это меньше, чем требуется на достройку одного из блоков на Хмельницкой АЭС).

Не менее важны и сроки. Возведение нового энергоблока на "классических" атомных объектах в среднем занимает 10 лет, тогда как цикл строительства SMR-160 будет не более пяти лет (при сроке эксплуатации 80 лет, в два раза дольше крупных собратьев).

Ввиду относительно небольших размеров SMR-160 их можно собирать на одном заводе, а затем привозить на производственную площадку для окончательной установки. При эксплуатации при необходимости все комплектующие могут быть заменены по отдельности. В Украине планируется к постройте такой завод, который предоставит производственные возможности для отечественных предприятий, таких как поставщики паровых турбин, насосов и клапанов, что интегрирует нашу страну в цепочку поставок SMR-160.

Малые реакторы подходят для размещения в районах, где большие строить было бы экономически или технологически нецелесообразно. Например, в регионах с малым количеством населения или затрудненным водоснабжением (в последнем случае в SMR-160 применяется конденсатор с воздушным охлаждением, не требующий большого количества воды). При этом в силу своей компактности ММР подходят и для густонаселенных районов. По словам вице-президента реакторных технологий Holtec International Томаса Марсила, SMR-160 диаметром 25 м и высотой 30 м можно устанавливать вблизи крупных производств и больших городов. Тем более что размещение энергоблоков вблизи потребителей снижает потери при передаче электроэнергии.

Среди других преимуществ ММР называются достаточное количество пассивных систем безопасности, устойчивость к потере электропитания, сокращение обслуживающего персонала.

Для Украины одна из важнейших характеристика малых реакторов - маневренность, то есть возможность приостановки и разгона мощностей в зависимости от перепадов спроса на электроэнергию в течение суток. Сейчас эти функции у нас в основном выполняют теплоэлектростанции (ТЭС), однако они загрязняют атмосферу углеродом, что идет в разрез с обязательствами Украины уменьшить выбросы парниковых газов, а соответствующая модернизация тепловой генерации может стоить неоправданно дорого. Наоборот, многие ТЭС должны быть выведены из эксплуатации в ближайшие 20 лет. Тем не менее до 2035 г. в Украине планируется повысить маневренную мощность с 8,5 до 18%. Этого можно достичь в том числе благодаря внедрению ММР.

В нашей стране около 53% электричества вырабатывается на АЭС. По оптимистичному сценарию, в течение последующих десятилетий SMR-160 могли бы частично заменить у нас традиционные реакторы, 12 из которых выйдут из эксплуатации в 2030-х, а оставшиеся три - до 2055 г. Согласно дорожной карте развития ядерно-энергетической системы Украины, к 2035 г. в стране появится первая АЭС модульного типа с десятью реакторами SMR-160, а в следующие два десятилетия - еще четыре аналогичных станции, и вся их суммарная мощность составит 8000 МВт (общая мощность наших АЭС сегодня - 13835 МВт).

Выйти в мир

Глобальный сектор малых ядерных реакторов сегодня оценивается всего в $4,5 млрд, но ожидается его бурное развитие в ближайшие годы в связи с необходимостью уменьшить капитальные затраты на строительство АЭС. По прогнозам, после 2025 г. мировой рынок ММР достигнет уже $1 трлн. И хотя к тому времени у Holtec, вероятно, будут десятки конкурентов с запущенными в серию моделями, Украина в силу своего инженерно-технического и производственного потенциала, а также географического положения имеет неплохие шансы стать заметным экспортером модульных реакторов. Ясно, что речь идет о миллиардах долларов экспортной выручки.

Однако стоит относиться к таким прогнозам сдержанно. Ведь будущее неопределенно, особенно когда идет речь о новой технологии на большом рынке (сегодня в мире работают 457 ядерных реакторов общей мощностью 402 ГВт). Даже в Агентстве по ядерной энергии при ОЭСР теряются в догадках: общая мощность ММР к 2035 г. по оптимистичному сценарию оценивается в 21 ГВт, а по пессимистичному - всего в 820 МВт.