На заміну газового транзиту. Як Україна може заробити на малих ядерних реакторах

10 червня Нацкомпания "Енергоатом" та Державний науково-технічний центр з ядерної та радіаційної безпеки підписали з американською Holtec International угоду про партнерство. Документ передбачає створення міжнародного консорціуму для впровадження в Україні технології малих модульних реакторів (ММР) SMR-160 розробки Holtec.

На першому етапі партнери планують проаналізувати концепцію енергоблоку з реактором SMR-160 на атомній електростанції (АЕС) в Україні, оцінити проект на відповідність загальним та технічним критеріям Міжнародного агентства з атомної енергії (МАГАТЕ) та підготувати відповідну документацію на національному рівні. А в перспективі американська компанія запропонує не тільки свої ММР для українських АЕС, але і спільний бізнес: у нашій країні може бути створений хаб з експорту цих реакторів в Європу, Азію та Африку, причому з частковою локалізацією виробництва комплектуючих на українських підприємствах. При цьому операційний технологічний центр консорціуму може бути розташований в Києві (сама компанія зареєстрована в штаті Делавер).

В цілому Holtec вже розробляє пілотні проекти для реалізації не тільки в Україні, але також в Канаді, на Близькому Сході, в Індії. Компанія планує запустити в експлуатацію перші блоки SMR-160 в середині 2020-х.

Розберемося, чим же так примітні та вигідні малі модульні реактори і які шанси України на них заробити? Але для початку в двох словах про технології.

Від великого до малого

Найбільш популярні на сьогодні - водо-водяні ядерні енергетичні реактори (ВВЕР), вони ж встановлені на всіх АЕС в Україні (15 блоків). Ланцюгова ядерна реакція використовується для отримання теплової енергії - результату контрольованого поділу ізотопів урану (плутонію або торію), які розбиваються нейтронами. Це відбувається в так званій активній зоні, куди у спеціальних збірках вивантажено ядерне паливо у формі сталевих або цирконієвих трубок з запаяними в них таблетками - найчастіше урановими. Через активну зону протікає звичайна вода (теплоносій), яка нагрівається, потім потрапляє в парогенератор, де без дотику віддає тепло воді другого контуру, яка і закипає. А далі - все, як і на інших типах електростанцій: пара надходить у турбіну, що обертає електрогенератор.

Принцип дії малих модульних реакторів загалом такий же (в особливості водо-водяних), але вони розроблені з використанням інтегральних технологій (активна зона, парогенератор і компенсатор тиску розташовані близько). У таких установках менше різних насосів і клапанів, вони набагато компактніше і мають потужність до 300 МВт. Так, у SMR-160 теплоносій циркулює природним чином, без застосування насосів. Такі реактори планується запустити в серійне виробництво на заводах, вони можуть будуватися незалежно один від одного або у вигляді модулів у більшому комплексі, що дає можливість поступово нарощувати потужність.

До речі, малі реактори будувалися і в минулому столітті, деякі з них до цих пір працюють (CNP-300 в Пакистані, PHWR-220 в Індії, EGP-6 на Билибинской АЕС в Росії), однак нас цікавлять новітні проекти, які створюються за модульною технологією.

Отже, у світі налічується близько 50 проектів і концепцій ММР, але лише чотири з них - на прогресивній стадії будівництва: в Аргентині (DELF.JC-25, 27 МВт), Китаї (HTR-PM, 210 МВт; ACPR50S, 60 МВт) і Росії (KLT-40S, 35 МВт). Ще близько десяти таких проектів готові до запуску у виробництво в близькотерміновій перспективі, серед них і Holtec SMR-160.

Побудувати і замінити

У великих реакторів нижче вартість за кіловат-година (кВт-год) творів електроенергії за рахунок економії на масштабі, однак набагато більше капітальні витрати і витрати на зняття з експлуатації. Одне з ключових конкурентних переваг ММР - можливість розділити початкові витрати на будівництво АЕС, додаючи модулі по мірі накопичення коштів від роботи вже наявних потужностей і збільшення попиту в регіоні. Якщо вартість будівництва одного енергоблоку великої потужності досягає декількох мільярдів доларів, то Holtec обіцяє виробництво енергоблоку з SMR-160 не більше ніж за мільярд (до речі, це менше, ніж потрібно на добудову одного з блоків на Хмельницькій АЕС).

Не менш важливі і терміни. Зведення нового енергоблоку на "класичних" атомних об'єктах у середньому займає 10 років, тоді як цикл будівництва SMR-160 буде не більше п'яти років (при терміні експлуатації 80 років, в два рази довше великих побратимів).

Зважаючи на відносно невеликих розмірів SMR-160 їх можна збирати на одному заводі, а потім привозити на виробничу площадку для остаточної установки. При експлуатації при необхідності всі комплектуючі можуть бути замінені окремо. В Україні планується побудувати такий завод, який надасть виробничі можливості для вітчизняних підприємств, таких як постачальники парових турбін, насосів і клапанів, що інтегрує нашу країну в ланцюжок поставок SMR-160.

Малі реактори підходять для розміщення в районах, де великі будувати було б економічно або технологічно недоцільно. Наприклад, у регіонах з малою кількістю населення або утрудненим водопостачанням (в останньому випадку в SMR-160 застосовується конденсатор з повітряним охолодженням, що не вимагає великої кількості води). При цьому в силу своєї компактності ММР підходять і для густонаселених районів. За словами віце-президента реакторних технологій Holtec International Томаса Марсила, SMR-160 діаметром 25 м і висотою 30 м можна встановлювати поблизу великих виробництв і великих міст. Тим більше що розміщення енергоблоків поблизу споживачів знижує втрати при передачі електроенергії.

Серед інших переваг ММР називаються достатню кількість пасивних систем безпеки, стійкість до втрати електроживлення, скорочення обслуговуючого персоналу.

Для України одне з найважливіших характеристика малих реакторів - маневреність, тобто можливість призупинення і розгону потужностей в залежності від перепадів попиту на електроенергію протягом доби. Зараз ці функції у нас в основному виконують теплоелектростанції (ТЕС), однак вони забруднюють атмосферу вуглецем, що йде в розріз із зобов'язаннями України зменшити викиди парникових газів, а відповідна модернізація теплової генерації може коштувати невиправдано дорого. Навпаки, багато ТЕС повинні бути виведені з експлуатації в найближчі 20 років. Тим не менш до 2035 р. в Україні планується підвищити маневрову потужність з 8,5 до 18%. Цього можна досягти в тому числі завдяки впровадженню ММР.

У нашій країні близько 53% електроенергії виробляється на АЕС. За оптимістичним сценарієм, протягом наступних десятиліть SMR-160 могли б частково замінити у нас традиційні реактори, 12 з яких вийдуть з експлуатації в 2030-х, а решту три - до 2055 р. Згідно дорожньої карти розвитку ядерно-енергетичної системи України, до 2035 р. в країні з'явиться перша АЕС модульного типу з десятьма реакторами SMR-160, а в наступні два десятиліття - ще чотири аналогічні станції, і вся їхня сумарна потужність складе 8000 МВт (загальна потужність АЕС сьогодні - 13835 МВт).

Вийти у світ

Глобальний сектор малих ядерних реакторів сьогодні оцінюється всього в $4,5 млрд, але очікується його бурхливий розвиток у найближчі роки в зв'язку з необхідністю зменшити капітальні витрати на будівництво АЕС. За прогнозами, після 2025 р. світовий ринок ММР досягне вже $1 трлн. І хоча до того часу у Holtec, ймовірно, будуть десятки конкурентів з запущеними в серію моделями, Україна в силу свого інженерно-технічного і виробничого потенціалу, а також географічного положення має непогані шанси стати помітним експортером модульних реакторів. Ясно, що мова йде про мільярди доларів експортної виручки.

Однак варто ставитися до таких прогнозів стримано. Адже майбутнє невизначено, особливо коли йдеться про нової технології на великому ринку (сьогодні у світі працюють 457 ядерних реакторів загальною потужністю 402 ГВт). Навіть в Агентстві з ядерної енергії при ОЕСР губляться в здогадах: загальна потужність ММР до 2035 р. за оптимістичним сценарієм оцінюється в 21 ГВт, а за песимістичним - всього 820 МВт.