Малките ядрени реактори - енергийна революция или твърде малко и твърде късно

Докато Европа се готви за тежка зима на енергийни икономии, отвъд Океана дойде откритие, което има потенциала да предизвика революция в енергетиката, устойчивото развитие и борбата с климатичните изменения.

Ядрената енергия може да играе важна роля в декарбонизирането на енергийния сектор, но реакторите просто са твърде скъпи и сложни, за да бъдат пуснати бързо и от голям брой оператори. Нов, по-малък реактор може скоро да промени това, след като получи сертификат от Комисията за ядрено регулиране в началото на месец август 2022 г.

Докато страните по света се надпреварват да заменят електроцентралите с изкопаеми горива, дебатът дали ядрената енергия трябва да играе роля се разгорещи. Въпреки че технологията може да осигури големи и надеждни количества безвъглеродна електроенергия, опасенията за разходите и безопасността възпрепятстват нейното внедряване като решение на климатичната криза.

През последните години обаче се появиха редица нови компании, които обещават да заобиколят много от тези опасения, като намалят мащабите на реакторите. Така наречените малки модулни реактори (SMR) са проектирани да бъдат достатъчно малки, за да се построят във фабрика, преди да бъдат изпратени до мястото, където са необходими, което би трябвало значително да намали разходите. Те също така са проектирани да бъдат много по-безопасни от съществуващите реактори.

Джобен АЕЦ

Комбинацията от малък и модулен дизайн е нова за ядрената енергетика. Преди десетилетия първите ядрени централи бяха малки, защото това беше просто границата на нововъзникващите технологии по това време. Концепциите за модулен дизайн тогава присъстваха в дискусиите, защото, честно казано, на този ранен етап всякакви идеи бяха обсъждани. Съществуват дори концепции за семейни седани с ядрено захранване още през 50-те години на миналия век. Често рекламирана като по-гъвкава, мощна алтернатива на възобновяемите енергийни източници, предимствата на ядрената енергия и до днес вървят ръка за ръка с нейната нестабилност. Свързваме ядрените реактори по-често с бедствие, отколкото с иновация, но докато много индустриализирани държави спират да работят повече с въглищна и традиционни централи, инженерите се надяват, че нови концепции за реактори могат да заздравят позицията на ядрената енергия в световната енергетика. По-голямото вече не е по-добро. Експертите казват, че бъдещето изглежда като „многоскоростна“ ядрена енергия – комбинация от традиционни големи централи и по-малки, по-безопасни мегаватови реактори.

Реактор, проектиран от базираната в Орегон енергийна компания NuScale Power, се превърна в първия дизайн на малък модулен реактор, одобрен за използване в САЩ от Комисията за ядрено регулиране, проправяйки пътя за нови централи, които използват реактора. Решението не беше точно изненада, тъй като дизайнът премина окончателната оценка на безопасността през 2020 г., но това е решаваща стъпка към действителното внедряване на технологията в реални условия.

Докато някои разработвани SMR разчитат на нови екзотични дизайни, които използват разтопени уранови или ториеви соли като гориво, реакторът на NuScale, който е наречен VOYGR, не се различава драстично от традиционните пълномащабни инсталации. Той се основава на дизайн, разработен в Орегонския държавен университет в началото на 2000-те, наречен „Многоприложен малък лек воден реактор“.

Дизайнът се състои от висок 23 метра и широк 4.5 метра цилиндричен съд за задържане, в който се помещава реакторът. Водата преминава през серия от уранови горивни пръти, които генерират топлина чрез реакции на делене. След това нагрятата вода се издига нагоре към парогенераторите, които използват топлината от водата, за да произвеждат прегрята пара. После се използва за задвижване на турбина, която генерира електричество.

Всеки модул е проектиран да генерира 50 мегавата енергия, но компанията планира да комбинира до 12 SMR, за да постигне сходни резултати с конвенционалните ядрени централи. SMR идват с нови функции за безопасност, предназначени да предотвратят вида бедствия и аварии, които настроиха общественото мнение срещу ядрената енергия.

Като начало контролните пръти, използвани за спиране на реакцията на делене чрез обвиване на горивните пръти, се държат над ядрото на реактора от електрически мотор. Това означава, че в случай на прекъсване на електрозахранването те автоматично ще паднат на мястото си под силата на гравитацията. Целият реактор също се къпе във воден басейн, който може да отведе излишната топлина в случай на авария. Освен това, чрез използване на по-малки количества гориво, общото количество произведена топлина е значително намалено.

Надеждата е, че тези допълнителни функции за безопасност - съчетани с намалени разходи поради възможността за масово производство на тези реактори във фабрика, а не на място - биха могли да доведат до ренесанс в ядрената енергетика. NuScale работи по редица проекти в САЩ, включително един в щата Айдахо, който е планиран да бъде завършен до 2029 г. и втори в Румъния, с което северната ни съседка ще се превърне в първата европейска държава с подобна инсталация.

Разбира се, това е само едната страна на медала

Вече бяха повдигнати въпроси относно това дали SMR наистина ще отговарят на изискванията си като по-евтина и по-безопасна алтернатива на традиционните атомни електроцентрали. Проучване, публикувано в Proceedings of the National Academy of Sciences през май 2022 г., установи, че противно на твърденията на производителите на SMR, тези по-малки реактори всъщност вероятно ще произвеждат повече радиоактивни отпадъци от конвенционалните инсталации.

Някои експерти по ядрена енергия също така посочват, че цената на възобновяемата енергия като вятърна и слънчева вече е по-ниска от тази на ядрената енергия и продължава да пада бързо. За разлика от това, ядрената енергия всъщност стана по-скъпа през годините.

SMR могат да струват повече от по-големите ядрени централи, защото нямат същата икономия от мащаба. На теория това може да се компенсира чрез масово производство, но само ако компаниите получат стотици поръчки. Показателно е, че някои комунални услуги вече са се отказали от първия проект на NuScale поради опасения за разходите.

Най-важното уточнение е, че малко вероятно тези нови реактори да бъдат готови навреме, за да допринесат за борбата с климатичните промени. Проектите не се очаква да бъдат пуснати в експлоатация до края на десетилетието, а дотогава Международният панел по измененията в климата казва, че вече трябва да сме направили драстични намаления на емисиите.

Нарастваща конкуренция

NuScale не е единствената компания, която търси минимизиране на дизайна при същата функционалност и безопасност. Базираната в Калифорния стартираща компания Oklo предприема още повече превенция на риска, до точката, в която избягват цялото наследство на реакторите с водно охлаждане. Техният усъвършенстван микрореактор за делене може да използва натрий като охладител (наред с други методи), така че не изисква вода. 1,5-мегаватовата централа функционира много като батерия при производството на електричество. Това е самодостатъчна инсталация и може да се поддържа самостоятелно в продължение на 20 години без зареждане с гориво.

Ultra Safe Nuclear Corporation е компания, която използва по-екстремни подходи от NuScale в опит да тласне мисленето към нови стандарти за безопасност и по-възможни случаи на употреба. Предложеният дизайн на USNC се основава на ниска енергийна плътност и ниско генериране на топлина след спиране, което означава по-малък риск от разтопяване. Енергийният стартъп припомня, че именно нестабилността е обричала други ядрени усилия в миналото.

Технологията има някои мощни поддръжници, не на последно място президентът Джо Байдън, който наскоро изтъкна „новаторската американска технология“ на NuScale, докато обявяваше безвъзмездна помощ за SMR завод, който компанията ще построи в Румъния. Инженерният гигант Rolls-Royce също наскоро обяви кратък списък за местоположението на бъдещата си фабрика за SMR, която ще бъде използвана за изграждането на 16 малки реактора за правителството на Обединеното кралство до 2050 г.

Остава да се види дали малките реактори могат да изпълнят обещанието си, но като се има предвид обхватът на климатичното предизвикателство, пред което сме изправени, проучването на всички налични опции изглежда разумно и не бива да се пренебрегва.