Всем привет! Меня зовут Александр Левченко, я работаю в компании ЭНИМЦ МС («Моделирующие системы») из города Первой в мире АЭС Обнинска. Стать атомщиком я твёрдо решил с раннего детства (только у них были компьютеры, чтобы поиграть в «Диггера»). В компании я занимаюсь разработкой тренажёров для АЭС, а также принимал участие в проектировании малых реакторов МАСТЕР для отопления коттеджей новых русских и МАРС для больниц с ядерной медициной.
Сегодня я хочу поговорить о малой атомной энергетике с позицией человека, видевшего эту кухню изнутри.
Начнём с определений
Малые модульные реакторы (ММР) – направление в атомной энергетике новое. О них говорят политики, журналисты, эксперты, бизнесмены, обычные интересующиеся и изредка даже сами атомщики. Обещают, что ММРы станут безопасными, экономичными и быстровозводимыми. Иными словами, что ММРы – это реакторы нового поколения, способные придать мирному атому новый импульс. Но так ли это?
Начнём со скучных определений. Малые реакторы – это реакторы, чья мощность не превышает 300 МВт(э). «Э» в скобках означает «электрическая», выдаваемая потребителю, в отличие от «т», тепловой мощности, выделяемой в реакторе. Чтобы не загромождать текст скобками, (э) далее мы будем опускать.
Как видите, диапазон огромный. В него попадают и Первая в мире АЭС (5 МВт), и блоки самой северной в мире Билибинской АЭС (блоки по 12 МВт), и большинство старых индийских тяжеловодных блоков (220 МВт), но при всём уважении такие малые реакторы трудно называть реакторами следующего поколения.
Заводское изготовление или монтажники на стройплощадке?
Может быть, на современность указывает вторая буква «М» в сокращении ММР, а именно, «модульный»? Тут есть над чем подумать. Основная идея модульных реакторов заключается в том, что их планируют изготавливать в виде модулей на заводах и доставлять к месту работы для сборки и подключению к сети. Модули могут иметь собственные турбины, а могут подключаться к общей турбине, как сделано, например, в китайском проекте HTR-PM, где на одну турбину собираются выводить пар с шести (!!) модульных реакторов по 100 МВт каждый.
Заводское изготовление, в отличие от традиционного монтажа оборудования на стройплощадке, обещает быть более быстрым и качественным. Обещает на бумаге, а на практике работает закон Мерфи («Если что-нибудь пойдёт не так, оно пойдёт не так»).
Справедливость закона ощутили на себе строители американских реакторов AP-1000. Да, это реакторы большой мощности, но у них так называемая блок-модульная структура. когда реакторную установку собирают из крупных кусков, блок-модулей. Оказалось, что заводы тем дальше отходят от спецификаций, чем сложнее изготавливаемое изделие, а поправить на месте кувалдой и болгаркой крупный кусок не получится, придётся отправлять его обратно на завод, что само по себе непростая операция.
Сроки строительства на бумаге и в реальности
Как насчёт сроков? Будут ли ММРы сооружаться быстрее, чем «обычные» реакторы большой мощности? Критерием истины является практика, а с ней по ММРам пока плохо. Первый реактор, претендующий на звание ММР, начали строить в Аргентине в августе 2015 года, реактор CAREM25. Проект тянется уже семь лет, и конца и края ему не видно, по некоторым позициям начать и кончить.
Да, среди больших реакторов тоже встречаются долгострои – например, финский энергоблок «Olkiluoto-3», контракт на который подписали в 2003 году, а пустили только в 2022-ом, но всё же обычно большие реакторы сооружают за 5-7 лет.
То есть, единственный пока строящийся ММР по срокам не выигрывает, а проигрывает большим реакторам. Ну вот свой ММР начали строить ещё и китайцы на курортном острове Хайнань, посмотрим, как получится у них.
Реакторы в транспортном контейнере
А если довести идею заводского изготовления до предела? Изготавливать реактор целиком, одним модулем, а потом довозить его на место транспортом по выбору (интересно, кто-нибудь из читателей вспомнит сейчас о советской передвижной АЭС ТЭС-3, за пультом управления которой однажды посидел Юрий Гагарин?). Так можно, но мощность у транспортабельного ММР будет очень небольшой. Для таких установок в США ввели неформальный термин «микрореактор», его мощность составляет единицы мегаватт или даже сотни киловатт.
Задумайтесь, а кто может быть потребителем микрореакторов? Раньше их разработчики скромно отводили глаза в сторону и рассказывали о страдающих от дефицита энергии канадских шахтёрах где-то в Лабрадоре. Или о сотрудниках МЧС, спасающих от последствий урагана удалённый остров. Сейчас глаза отводить перестали и признаются честно: «Главные возможные потребители – это военные».
В США открыто проводятся сразу два конкурса на лучший транспортабельный микрореактор для снабжения военных баз, один такой аппарат собираются испытать в 2024 году в нацлаборатории Айдахо, другой – на базе ВВС на Аляске.
Микрореакторы нового поколения
В пользу микрореакторов можно сказать, что они действительно могут считаться реакторами следующего поколения с точки зрения безопасности, в отличие от многих проектов гражданских ММР.
Из зарубежных ММРов самым известным и «раскрученным» в СМИ является проект ММР «NuScale», сертифицированный (спойлер: нет!) в США. Но если посмотреть на «NuScale» внимательнее, то мы увидим, что его активная зона по-прежнему охлаждается водой, как это принято в больших реакторах, да и конструкция топлива выглядит до боли знакомой. Значит, у него остаются всё те же проблемы – и большой запас реактивности, который придётся чем-то компенсировать, и угроза пароциркониевой реакции (привет, Фукусима!).
Микрореакторы в силу своей природы обязаны использовать новые технические решения как для охлаждения активной зоны, так и для топлива, причём эти решения действительно можно отнести к следующему поколению.
Наиболее популярный выбор для микрореакторов сегодня – высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы с шаровыми твэлами. У них безопасность значительно выше, да и КПД установки в целом побольше, но сверхмалая мощность реактора ставит крест на экономических показателях и сужает до предела круг потребителей.
Сколько стоит малый атом?
Теперь поговорим об экономике. На первый взгляд, дело с ней у ММРов обстоит однозначно хуже, чем у больших реакторов. Конструкторы стремились проектировать всё более и более мощные реакторы (1000 МВт, 1100 МВт, 1200 МВт, 1500 МВт, а то и 1700 МВт!!) не из стремления к рекордам, а из простого соображения – чем выше мощность реактора, тем дешевле удельная стоимость киловатта, а значит, и киловатт-часа. Соответственно, если мы снижаем мощность реактора, то его экономика должна ухудшаться.
Но не всё так плохо, как кажется. Есть минимум два аргумента в пользу ММР. Во-первых, изложенное выше соображение касается цены установленного киловатта overnight, то есть для фантастической ситуации, когда реакторы возводятся мановением руки за одну ночь. В реальности в стоимости больших реакторов существенный вклад вносят непроизводственные расходы – управление, регулирование, проценты по кредитам, да и издержки вследствие многочисленных переделок и срывов сроков.
Как пример, упоминавшиеся американские блоки с AP-1000 исходно оценивались в 14-15 миллиардов долларов за два блока, а в итоге их стоимость превысила 30 миллиардов. Если ММРы действительно научатся строить быстро, то все эти издержки не исчезнут, но сильно сократятся, и это улучшит их экономику.
Второе соображение касается порога входа. В мире есть немало стран-новичков, которые хотели бы завести у себя атомную энергетику, но не в состоянии платить многие миллиарды за большие реакторы. ММРы с их ценой в сотни миллионов долларов для новичков, а это многие страны Африки, могут стать первой ступенькой на пути к созданию атомной отрасли.
Российский подход
Пару слов о российском подходе к ММРам. На самом деле, он практически не отличается от советских подходов к развитию малой атомной энергетики, в которых предполагалось, что малые АЭС нужно строить в удалённых районах и в первую очередь на Крайнем Севере. Если мы построим на «Росатом», то госкорпорация построила плавучую АЭС для Певека и будет строить ММР РИТМ в Якутии. То есть, в России ММРы – нишевый продукт, не претендующий на конкуренцию с большими реакторами, как это происходит в мире.
Cui prodest?
Итак, резюмируем. Малые модульные реакторы строятся пока что не быстрее больших реакторов, по экономике как минимум не выигрывают, по безопасности мало отличаются от больших собратьев, так как нередко используют те же технические решения. Так чем же обусловлен наблюдающийся к ним в мире интерес?
Похоже, что ответ на вопрос придётся поискать не в области техники или экономики. Может быть, восхваление преимуществ ММР служит инструментом конкурентной борьбы западных реакторных компаний с успешными российскими и китайскими проектами реакторов большой мощности? А может быть, правы те конспирологи, кто говорит о том, что из малых реакторов можно создать распределённую сеть энергоисточников, более дорогую, чем один большой реактор, но гораздо более устойчивую к чрезвычайным ситуациям и военным действиям? А что вы думаете вы, уважаемые хабровчане?
Комментарии (46)
DenisSDK
12.07.2022 12:50+15МВт - не сказать, что много. Запитать дачный поселок домов на 300, и это если никто не обзавелся Теслой
Говоря о микрореакторах, не упомянули РИТЭГ
ScienceA Автор
12.07.2022 14:15+2Радиоизотопные источники териоэлектрические генераторы (РИТЭГ) я не упомянул по причине совсем уж малой мощности - несколько десятков Вт, да и источником самой энергии является радиоактивный распад изотопов.
bfs22
12.07.2022 14:48Хороший и долгоживущий РИТЭГ получится на плутонии-238 (период полураспада примерно 88 лет). Но он на Земле не окупится. Вот в космосе имеет смысл его использовать.
arheops
13.07.2022 00:53Не получится у вас запитать им дачный поселок.
Вам надо дополнить его аккумулирующими мощностями для этого, или, как Франция, большими радиаторами для сброса излишков.DenisSDK
13.07.2022 12:33Вариант - отдавать в общую электросеть, но если все по ночам начнут отдавать в электросеть, то, как вариант - экспортировать в другие часовые пояса
BugM
13.07.2022 13:27Если есть общая электросеть, то зачем все это вообще?
Постройте в подходящем месте обычную большую АЭС. Она точно дешевле и эффективнее выйдет.
ScienceA Автор
13.07.2022 14:31А для отдаленных поселков как? Например, взять Якутию где местами расстояния между населенными пунктами от 1000 и более км.
BugM
13.07.2022 14:34А там есть общая электросеть? Тогда как обычно. Если нет, то надо думать над проблемой какое озеро греть по ночам будем.
ScienceA Автор
13.07.2022 15:26В том то и дело, что нет электросети. Кстати греть что-то тоже проблематично там условия вечной мерзлоты - потеплеет и постройки утонут.
Кстати ниже сеть ЛЭП на дальнем востоке. Как видно дальше Иркутска практически ничего нет. Источник- FrexOSM
BugM
13.07.2022 15:29Посмотрите первое сообщение на которое я отвечал. Там предлагается сливать излишки в электросеть. Которая предполагается достаточно большой чтобы принять всю лишнюю мощность.
DenisSDK
14.07.2022 00:01так или иначе излишки нужно будет куда-то девать, если не отдавать в электросеть - заряжать электромобили в домах и на трассе, запускать насосы для воды, подсвечивать теплицы, и в целом делать промышленное и бытовое потребление в противофазе
BugM
14.07.2022 00:13На практике только озеро или воздух греть получается. Все остальное не хочет по ночам столько потреблять.
Люди не хотят ночью работать, а днем спать. Вот же странные какие.
Belking
14.07.2022 06:20Ух ты, отвечал Вам на другой комментарий, но перечисленные Вами в этом варианты утилизации энергии в противофазе намного интереснее и применимы на практике - получается эдакая классическая сельскохозяйственная, но уже хай-тек, деревня.
Я бы ещё добавил увеличение генерации в активную фазу потребления солнечными панелями и индивидуальное отопление тепловыми насосами. Красивое и не такое далекое будущее.
Belking
13.07.2022 07:45+1>> 5МВт - не сказать, что много. Запитать дачный поселок домов на 300, и это если никто не обзавелся Теслой
Как раз таки без Тесел вы что предлагаете - по ночам греть близлежащий пруд до полного испарения? А так 300 электрокаров как раз ночной спад потребления возьмут на себя (и то, в лучшем случае половину, а по факту не больше четверти) и нужно будет не аккумулировать по 25 МВт, а лишь регулировать, "управлять частотой" так сказать.
DenisSDK
13.07.2022 12:29Вы правы, говоря о пике потребления, я упустил обратный пик, когда никто не потребляет
BugM
12.07.2022 12:51+2Проблему необходимости наличия взвода вооруженной охраны у реактора уже решили?
Этот взвод стоит очень дорого. С ним экономика не сойдётся.
ScienceA Автор
12.07.2022 14:18+2Да, не дешёвое удовольствие. Например в США такие небольшие источники электроэнергии предполагалось использовать для отдаленных военных баз.
InfisAmk
12.07.2022 13:51+1Не знаток атомной энергетики, но много небольших реакторов разве безопаснее, чем один большой? Ведь на небольших реакторах также нужен персонал и охрана. Я думаю, на большом реакторе легче контролировать и персонал и охрану, чем на куче небольших. То есть не получится ли так, что небольшие реакторы в итоге создадут плохо контролируемый атом? Особенно в условиях каких-нибудь бедных стран.
ScienceA Автор
12.07.2022 16:06+1Конечно не стоит доводить ситуацию до "плохо контролируемого атома". Задача авторов проекта сделать реактор максимально безопасным с внутренними силами/свойствами самозащиты.
Как уже отмечалось в комментариях идеально было бы иметь только 2 провода или две трубы наружу, а все остальное залить бетоном надолго.
Bedal
13.07.2022 11:16В безопасности АЭС главное не охрана, а собственная безопасность принципов и конструкции. Скажем, ВВЭРы по самой сути гораздо безопаснее РБМК (где слишком велика активная зона). А есть (и названы в посте) конструкции с естественной безопасностью, когда при повреждениях или отказах цепная реакция останавливается безо всяких аварийных стержней.
Малые реакторы в этом смысле хороши тем, что там задача расплава и убегания активной зоны стоит гораздо менее остро. Плюс схемы с естественной безопасностью (на расплавах солей, на газовом охлаждении) для больших АЭС дороговаты, а для малых эта относительная дороговизна не так критична (в сравнении с остальными факторами, приводящими к дороговизне).
Nikita_64
13.07.2022 13:25В безопасности АЭС главное не охрана, а собственная безопасность принципов и конструкции.
Я бы не говорил так однозначно. В МАГАТЭ физическая безопасность (охрана) выделяется (почти) наравне с ядерной и радиационной безопасностью, в частности, есть отдельные резолюции Генеральной Конференции и по той, и по другой.Bedal
13.07.2022 14:15Да пожалуйста. Разница в том, что наличие естественной безопасности устраняет возможность тяжёлых последствий в принципе, а охрана — только лишь узкую часть вызова последствий. Охрана нужна, кто спорит — она и на ГЭС/ТЭС нужна.
Nucl0id
12.07.2022 14:27+4Какое совпадение. На днях я писал о ММР (SMR) чуть более подробно - https://habr.com/ru/company/timeweb/blog/674834/
Первые ММР уже есть и у Китая и у РФ, хотя там тоже сроки большие были, но для головных проектов это нормально. Большинство преимуществ SMR будут реализованы при серийном строительстве.
bfs22
12.07.2022 14:51Вопрос в том, что годы идут, тема ММР активно обсуждается, а серийного строительства как не было, так и нет.
Nucl0id
14.07.2022 12:30Вообще-то уже есть. Чем 4 ПАТЭС не серия? Три года назад не было рабочих SMR. 2 года назад появился "Академик Ломоносов", в прошлом году - HTR-PM. Сейчас на стадии стриотельства три проекта. Так что прогресс есть.
bfs22
14.07.2022 14:46+1Во-первых, её ещё нет. С КЛТ-40 наши коллеги маялись лет 10, если не больше. Поэтому давайте сплюнем через плечо, чтобы у "Росатома" на этот раз всё прошло более гладко.
Во-вторых, наши плавучие станции под понятие ММР подходят с очень большой натяжкой.
И в-третьих, это и есть российский нишевый подход к малой энергетике, о котором сказано в статье - только там, где они реально нужно. Никому в "Росатоме" не придёт в голову притащить РИТМы, например, для замены ленинградских блоков с РБМК.
Про HTR-PM, чтобы два раза не вставать. В интернете есть много ссылок на статьи, откуда взялся этот проект. Это старая германская технология, которую китайцы купили. Китайцы тянут её под нажимом со стороны заводов. ВТГРы очень металлоёмки, а китайские заводы недозагружены (они рассчитаны на 20 комплектов тяжёлого оборудования в год, а сколько реально строится, можете посмотреть сами). Поэтому заводы активно лоббировали HTR-PM. Но продолжение проекта может не состояться, так как китайцам ещё предстоит столкнуться на практике со всеми проблемами эксплуатации ВТГРов. из-за которых от них отказались немцы.
ScienceA Автор
12.07.2022 14:58Да, вот такое совпадение. Спасибо за ссылку.
Статья готовилась не один день, конечно. А вообще я хотел сделать акцент именно на модульных реакторах.
В статье забыл еще упомянуть проект СВБР, тренажер которого, кстати, мы тоже делали. Однако проект также пока в легкой заморозке, насколько я знаю, но, может, не прав.
Grand_piano
14.07.2022 12:07Прошу прощения, просто проглядел вашу статью в текущем потоке новостей. Да она у вас более разложенная и отвечает на многие вопросы, которые я задал в первом комментарии. Спасибо. Остаётся тематика ториевых реакторов, хотя, насколько я понял это дела сильно далекого будущего. Очень хотелось бы конечно и узнать о них больше и понять будет ли развиваться это направление в атомной энергетике в будущем.
Amtell
12.07.2022 14:59+4ММР получит "жизнь" только тогда, когда его конструкция будет развита до такой степени, что можно будет:
выкопать яму
залить бетонный котлован
поставить в этот котлован модуль/капсулу ММР
причем он должен быть облачен в стальной кокон, в котором ему не будет угрожать, ни погода, ни сейсмические явления, ни прямое попадание выстрелом такнкового снаряда
закопать его землей / накрыть бетонной плитой, вытащив перед этим на поверхность проводок с кнопкой ВКЛ/ВЫКЛ
и забыть про него на весь срок службы реактора, чтобы ему не были нужны квалифицированные специалисты, он сам подстваивал вырабатываемую мощность под текущее потребление, и вообще не требовал к себе внимания
ну и конечно же не забываем про экономическую составляющую
Ну а пока что подобные "штуки будут интересны только военным, в каких-нибудь дальних краях, в которых добытие бочки солярки - является оооооооочень бооооооольшой проблемой.
ScienceA Автор
12.07.2022 16:10+1Согласен с Вами.
У нас был как раз такое проект с необслуживаемым аппаратом из которого торчат две трубы к потребителю тепла (первая картинка).
У нас нормативы относятся все к большим станциям с дубляжем многих систем безопасности и для маленького блока накручивается неимоверное количество дополнительного оборудования которое также требует обслуживания, что практически ставит точку на экономических выгодах для инвестирования таких проектов.
Grand_piano
12.07.2022 19:22+1Ой, совсем забыл, не могли бы вы как-то осветить тему необслуживаемых ториевых реакторов, где там собака порылась? Почему и мы, и остальные атомные страны никак не могут сделать "нормальные" модели подобных реакторов. Про падение уровня инженерных компетенций в западных атомных странах мы не говорим, тут важен сам принцип почему никак не выходит ториевый "цветок"?
ScienceA Автор
13.07.2022 14:28Мы еще никогда не считали ториевый реактор, в компании.
Из общих соображений в ториевом цикле сейчас нет и долго ещё не будет потребности, потому что достаточно много ещё урана-235 и осваивается плутониевый топливный цикл. Ториевый цикл - это, скорее всего, XXII век.
nikolas78
13.07.2022 20:38А разве торий не больше отвечает критерию «нераспространения военного атома»? Уже это одно должно привлечь к нему много внимания.
bfs22
14.07.2022 14:39Так часто говорят, но это не совсем так.
1) Торий - сырьевой изотоп, поэтому для ториевых реакторов на старте всё равно потребуется либо уран-5, либо плутоний.
2) Из тория получается уран-233, материал также пригодный для бомбы. Более того, бомбы на уране-233 были испытаны в прошлом веке (см., например, Operation Teapot, одно из испытаний в этой серии было с ураном-233).
3) Самое главное - в ториевом цикле обязательно будет присутствовать переработка ОЯТ, то есть технологии переработки всё равно пойдут по миру. Если страна умеет перерабатывать ториевое ОЯТ, то также переработает и урановое ОЯТ.
Поэтому ценность ториевого цикла для дела нераспространения несколько преувеличена, иначе те же США давно бы его постарались внедрить и навязать всем остальным странам.
nikolas78
14.07.2022 14:51Спасибо за подробный ответ!
bfs22
14.07.2022 15:06Всегда пожалуйста!
А вообще торий атомщики имеют в виду, но как запасной сырьевой материал. Может быть, не XXII век, а вторая половина XXI века. Когда почувствуем дефицит урана, то обратимся к торию. Пока такого дефицита не видно.
Bedal
13.07.2022 11:10Извините, но буквально на днях на хабре уже была статья на эту тему — и гораздо, гораздо лучше проработанная.
ScienceA Автор
13.07.2022 14:26Да, автор статьи уже упомянул это несколькими комментариями выше. Это означает, что ММР действительно тема интересная, правда пока непонятно к чему это все приведет.
Bedal
13.07.2022 16:04у «взрослых» АЭС есть недостаток: очень большой стартовый объём вложений при большом сроке строительства и окупаемости.
И даже в какой-нибудь европе строительство ММР может вполне оказаться более реальным, чем полноразмерной станции — просто потому, что общество, оказавшись в энергетическом кризисе, не согласно ждать так долго. Меньшая мощность — психологически менее опасна, так что можно будет строить ближе к потребителю, а это тоже экономия.
Всё это при условии, конечно, что для ММР будет технология, эту самую скорость и безопасность обеспечивающая.
Grand_piano
Крайне интересная тема, но, кмк, вы её не совсем раскрыли. Смотрел несколько выпусков Бориса Марцинкевича посвящённого этой тематике, как и тематике вообще атомной промышленности. Он раскрывает это направление получше, но наливает много "воды", что приводит к неоднозначным выводам по результатам просмотра.
Если уж писать об ММР, то, опять же кмк, то было бы крайне интересно увидеть:
1) Историю создания вообще реакторов - или краткую историю их создания со ссылкой на какие-то развёрнутые источники.
2) Куда движется сегодняшняя мысль инженеров конструкторов атомной отрасли в плане создания вообще реакторов, не только в РФ, но и вообще в мире.
3) Почему текущее направление развития ММР в том виде, которое есть сейчас является не совсем верным?
В любом случае спасибо!
bfs22
Конструктора пытаются выскочить из ловушки, в которую они попались. После любого чиха на АЭС их стоимость возрастала (добавление новых систем безопасности, многократное резервирование всего-всего и т.д. и т.п.). Как результат, современные АЭС стоят неподъёмные деньги, и строить их возможно только при прямой финансовой поддержке государства. Интерес к малым реакторам - попытка вернуть в атомную отрасль частные инвестиции (да, маленькие, но стоят миллионы, а не миллиарды, и строятся быстро). То есть в теории это выглядит именно так, но на практике эти преимущества ММР до сих пор не доказаны.
casuss
Надо Илона Маска заинтересовать этой темой )
На Марсе такие штуки ох как пригодятся ))
Правда с его подходом при разработке: концепция - модель - испытание - (взрыв) ..... повторить х раз...
ScienceA Автор
Я думаю, что такими реакторами и без Маска занимаются те кто думает о создании каких-либо баз на других "небесных телах", в той же НАСА. Пока других стабильных значимых источников энергии мы не придумали
ScienceA Автор
Спасибо за Ваш комментарий! Таких реакторов, точнее проектов, неимоверное множество, как отмечал коллега в совей статье каталог таких проектов практически ежегодно публикует МАГАТЭ, насчитывающий не одну сотню страниц.
Постараюсь позже попробовать ответить на Ваши вопросы.
ScienceA Автор
Кто интересуется темой ММР и хочет узнать больше, могу посоветовать периодически обновляемый справочник МАГАТЭ. Последняя версия 2020 года, ссылка: https://aris.iaea.org/Publications/SMR_Book_2020.pdf