Ядерная энергия: мир готовится переходить на миниреакторы

В 20-м веке отношение к ядерной энергии колебалось, чередуясь между периодами оптимистического энтузиазма и рационального скептицизма.

Фото: Pravda.ru

Все началось с оптимистической инициативы "Мирный Атом" в 1950-х годах, за которой последовало мощное антиядерное движение в 70-х и 80-х годах, катализатором которого стали катастрофы на АЭС "Три Майл Айленд" и в Чернобыле. В начале 2000-х годов, когда усилилась озабоченность по поводу изменения климата, произошел резкий рост ядерных мощностей, известный как ядерный ренессанс. Однако в 2011 году после аварии на Фукусиме этот энтузиазм сошел на нет.

По мере того как мир движется к будущему, основанному на возобновляемых источниках энергии, роль ядерной энергетики становится неопределенной. Германия, например, недавно объявила о закрытии своих оставшихся атомных станций, которые ранее обеспечивали электроэнергией значительную часть домохозяйств страны. Это решение, принятое в соответствии с планами Германии от 2011 года, подверглось критике со стороны сторонников ядерной энергетики, которые утверждают, что оно ставит под угрозу для достижения углеродно-нейтральных климатических целей.

Германия не одинока в этом переходе. В США с 2012 года окончательно закрылись 12 ядерных реакторов, причем самым последним в 2021 году была закрыта нью-йоркская атомная станция Indian Point. Международное энергетическое агентство (МЭА) прогнозирует, что к 2025 году будет закрыто 25 процентов существующих ядерных мощностей в странах с развитой экономикой.

В то время как некоторые могут рассматривать эти закрытия как конец ядерной энергетики, другие считают это возрождением. В отрасли наблюдается прогресс в области реакторов нового поколения, которые значительно меньше по размерам по сравнению с традиционными электростанциями. Кроме того, значительные инвестиции из федеральных и частных источников, таких как TerraPower Билла Гейтса, поступают в компании, занимающиеся ядерными технологиями.

Что же ждет ядерную энергетику в будущем?

Ключевым аспектом будущего ядерной энергетики является сокращение масштабов производства. В то время как новые атомные электростанции в Соединенных Штатах становятся редкостью, основное внимание уделяется разработке реакторов меньшего размера. Джесс Гехин, заместитель директора лаборатории ядерных наук и технологий Национальной лаборатории Айдахо (INL), и Джон Джексон, национальный технический директор программы Министерства энергетики по микрореакторам, объясняют, что цель состоит в создании более управляемых и специализированных реакторов для конкретных энергетических потребностей. Эти малые модульные реакторы (SMRs) и микрореакторы представляют собой сборные блоки, которые могут быть доставлены и собраны практически в любом месте. Они значительно меньше обычных реакторов, но при этом вырабатывают внушительное количество энергии - от 50 до 300 мегаватт.

В отличие от традиционных реакторов, SMRs и микрореакторы включают в себя пассивные функции безопасности, снижая риск аварий и сводя к минимуму необходимость вмешательства оператора. Например, некоторые реакторы уменьшенного размера используют естественную конвекцию для охлаждения вместо механической откачки. Эти усовершенствования обеспечивают потенциальную экономию средств и времени по сравнению со строительством более крупных реакторов.

Более того, будущее атомной энергетики выходит за рамки производства электроэнергии. Все большее внимание привлекает когенерация — процесс использования избыточного тепла, вырабатываемого при делении ядерного топлива. Это избыточное тепло может быть использовано в системах централизованного теплоснабжения для отопления помещений и обеспечения горячей водой близлежащих населенных пунктов или в промышленных целях, где требуется высокотемпературное тепло. Объединяя производство электроэнергии с утилизацией тепла, атомные электростанции могут максимально повысить энергоэффективность и общую производительность, снижая при этом воздействие на окружающую среду.

Когенерация уже заинтересовала такие компании, как Dow Chemical, которая заключила партнерство с компанией X-energy, занимающейся ядерным инжинирингом, для создания реакторов SMR, которые будут обеспечивать теплом и электроэнергией ее предприятия. Кроме того, ядерная энергия изучается как средство для производства чистой водородной энергии, причем Министерство энергетики вкладывает значительные средства в эти исследования.

Еще одним важным аспектом будущего ядерной энергии является ее потенциал в качестве дополнения к возобновляемым источникам энергии. Хотя возобновляемые источники энергии, такие как солнце, ветер и гидроэнергия, становятся все более популярными, они страдают от непостоянства. Атомная энергия, с другой стороны, предлагает надежный и диспетчеризируемый источник энергии, который может дополнить изменчивость возобновляемых источников. Такая синергия может снизить зависимость от ископаемого топлива и облегчить переход к устойчивому и низкоуглеродному будущему.

Постоянные проблемы для распространения ядерной энергетики

Стоимость, политика и общественное мнение остаются препятствиями. Хотя малые модульные реакторы многообещающи, ожидается, что первоначальные затраты на их строительство будут высокими. Тем не менее, по мере строительства большего количества реакторов и развития технологии, экономические показатели, вероятно, будут улучшаться.

Правительства уже инвестируют миллиарды долларов в поддержание существующих атомных электростанций, а администрация Байдена пообещала выделить на эти цели 6 миллиардов долларов. Однако необходимы дальнейшие политические меры, чтобы сделать смягчение последствий изменения климата обязательным для промышленных секторов и обеспечить стимулы для декарбонизации.

Общественное восприятие ядерной энергии также создает проблемы. Сохраняются опасения по поводу распространения ядерного оружия, радиоактивных отходов и риска аварий. Такие печально известные инциденты, как Три-Майл-Айленд, Чернобыль и Фукусима, оставили неизгладимые впечатления в обществе.

Тем не менее, недавние геополитические сдвиги, такие как продолжающийся кризис на Украине, повлияли на то, что страны стремятся к энергетической независимости. Это привело к заключению соглашений по ядерной энергии между США и такими странами, как Польша и Чехия.

Будущее ядерной энергетики остается неопределенным, и возможность ядерного синтеза как более безопасной и чистой альтернативы все еще является экспериментальной. Однако потенциал малых модульных реакторов и микрореакторов, когенерация и дополнительная роль ядерной энергии в сочетании с возобновляемыми источниками энергии позволяют надеяться на многообещающее будущее.