АЕС «на мінімалках»: що таке малі реактори, про які говорять в Україні

У середині листопада США та Україна оголосили про запуск трьох нових проектів у сфері малих модульних реакторів. Це будівництво пілотного заводу з виробництва чистого водню та аміаку ("Чисте паливо"), перепрофілювання вугільних електростанцій на ММР ("Фенікс") та розробка дорожньої карти декарбонізації сталеливарної промисловості за допомогою ММР ("Чиста сталь").

"Україна пов'язує своє майбутнє з атомною енергетикою. Незважаючи на те, що наша країна пережила аварію на Чорнобильській АЕС і зараз стикається з безпрецедентними викликами через окупацію Росією найбільшої в Європі атомної електростанції - Запорізької АЕС", - заявив міністр енергетики Герман Галущенко.

Як зазначили у Міненерго, Україна приєдналася до декларації країн на Кліматичній конференції COP28, зобов'язавшись потроїти потужності атомної генерації до 2050 року. Це включає розробку та будівництво як великих енергоблоків, так і малих модульних реакторів.

Розвиток технології ММР розглядається як важливий елемент післявоєнного оновлення України. Проте робота у цьому напрямі ведеться не перший рік.

Два роки тому Україна, США, Японія та Південна Корея запустили консорціум з науково-практичних розробок. З боку України - "Енергоатом" та Державний науково-технічний центр з ядерної та радіаційної безпеки, з боку США - NuScale, FuelCell Energy, Clark Seed, Argone National Laboratory.

Навесні 2023-го "Енергоатом" та американська компанія Holtec International домовилися про розгортання малих модульних реакторів SMR-160. Восени обговорювалося прискорення проекту, але вже з компанією NuScale, оскільки проект був єдиною технологією ММР, готовою до комерційного впровадження.

Навесні 2024 року стало відомо, що в Україні вироблятимуть компоненти для малих реакторів. А також було підписано угоду про співпрацю щодо розгортання ММР компанії Holtec International.

Згідно з планами Україна хоче розмістити 20 малих реакторів SMR-160 (потужність 160 МВт) замість пошкодженої теплової генерації. Проблема в тому, що ніхто на світі ще не реалізував цю технологію. Перші прототипи лише починають одержувати ліцензії.

За даними МАГАТЕ, на сьогодні у світі розробляються понад 70 проектів комерційних ММР. На етапі будівництва знаходяться реактори в США, Канаді, Китаї, Аргентині, Південній Кореї та інших країнах.

Що таке малі модульні реактори

ММР - це відносно новий напрямок в атомній енергетиці. Але вже активно розрекламований як майбутнє галузі, здатне надати мирному атому нового імпульсу.

Малі реактори - це реактори потужністю від 10 до 300 МВт. До цього класу можна зарахувати майже всі атомні станції першого покоління, які будувалися з середини ХХ століття. А нинішня інноваційність полягає якраз у модульності.

Згідно з матеріалами на сайті МАГАТЕ, реактори потужністю до 300 МВт на енергоблок здатні забезпечити приблизно третину від генеруючої потужності традиційних ядерних установок. ММР можуть виробляти велику кількість "чистої енергії" та є:

• малими - у кілька разів менші за традиційні реактори
• модульними - що дозволяє збирати системи та компоненти на заводі
• реакторами - використовується ядерний поділ для виділення тепла з метою одержання енергії

Основна ідея модульності полягає в тому, що такі реактори доставляються до місця роботи в зібраному вигляді та підключаються до мережі. Модулі можуть мати власні турбіни або підключатися до загальної турбіни. Останній проект, наприклад, реалізується в Китаї, де на одну турбіну хочуть вивести пару із шести ММР по 100 МВт.

Принцип роботи реактора NuScale наочно представлено на відео.

У чому переваги технології ММР

Багато переваг пов'язано з конструкцією: малі реактори невеликі і модульні. З огляду на малу площу їх можна розмістити в місцях, які не підходять для великих атомних станцій.

Можливість заздалегідь зібрати блоки робить їх будівництво більш доступним порівняно з реакторами великої потужності. Які часто спеціально проектуються під конкретне місце, що може спричинити затримку проекту.

ММР дозволяють заощадити витрати та час на будівництво. Їх можна розгортати поступово, щоб відповідати попиту на енергію.

Інфраструктура є одною з перешкод для розширення доступу до енергії. Зокрема, обмежене охоплення енергомережами сільських районів та висока вартість підключення до мереж. У районах без достатньої кількості ЛЕП та мережевих потужностей ММР можуть бути підключені до існуючої мережі або працювати автономно завдяки меншій потужності.

Це особливо актуально для мікрореакторів для виробництва електроенергії до 10 МВт. Крім того, мікрореактори можуть служити як резервне джерело живлення або використовуватися замість генераторів, які часто працюють на дизельному паливі.

Концепція безпеки більшою мірою спирається на пасивні системи та такі внутрішні характеристики, як мала потужність та низький робочий тиск. Це означає, що для відключення систем не потрібне втручання людини. Завдяки чому в деяких випадках ймовірність радіоактивних викидів та контакту з населенням у разі аварії усувається або значно знижується.

ММР мають знижені вимоги до палива. На електростанціях із цією технологією можна рідше завантажувати нове ядерне паливо - кожні 3-7 років, замість 1-2 на традиційних АЕС. Деякі малі реактори проектуються таким чином, щоб працювати без перевантаження до 30 років.

Можливі недоліки малих модульних реакторів

Може здатися, що технологія ММР - доступний "на завтра" спосіб генерації атомної енергії. Проте всі переваги поки що заявлені лише на папері.

Наприклад, навряд чи проекти стануть реально швидкими та дешевими. Як правило, на будівництво звичайної АЕС йде в середньому 10 років, але реактор не можна побудувати відразу - він має пройти перевірку безпеки, сертифікацію та отримати ліцензію на експлуатацію. Крім того, встановлення атомних блоків не обходиться без громадських консультацій, що може затягти процес на роки.

На сьогодні найближчий до реалізації реактор компанії NuScale Power. Його розробляли майже два десятиліття та найоптимістичніший термін, коли перший такий реактор можуть почати будувати - кінець 2020-х.

Щодо вартості, то атомна енергетика взагалі найдорожчий спосіб виробництва електроенергії. І реальні прогнози показують, що ММР у перерахунку на мегавати обійдуться дорожче. Згідно з розрахунками, вартість одного модульного реактора на 200 МВт становитиме до 40% вартості "тисячника".

Є сумніви щодо безпеки. А малі розміри реакторів не виглядають переконливим аргументом. Наприклад, у 1966 році сталася аварія на американському реакторі Fermi 1. Звичайно, за цей час технології стали більш надійними. Але повністю виключати ризики не можна, а можливість об'єднувати реактори в блоки тягне за собою додаткові загрози, коли аварія на одному з них може призвести до аварії на інших у зв'язці.

Також існує ризик розповсюдження ядерної зброї. Оскільки чим більше буде у світі атомних реакторів, то складніше МАГАТЕ стежити, чи справді вони використовуються лише з мирною метою.