Источник изображения: NuScale Power
Дата-центры потребляют огромное количество энергии. В странах, где их много, ЦОД являются одними из крупнейших ее потребителей. И их «аппетиты» растут. Так, например, по одному из прогнозов, к 2029 году (а это всего через 6 лет) дата-центры Ирландии будут потреблять около трети производимой и поставляемой в страну энергии. Похожая ситуация и в Дании. Здесь к 2030 году прогнозируют потребление около 15% производимой и поставляемой в страну энергии дата-центрами.
Если отрасль будет развиваться прежними темпами, то энергопотребление ЦОДов вскоре достигнет огромных величин. Некоторые страны могут попросту не справиться со снабжением столь прожорливых в отношении энергии объектов. Специалисты из разных стран ищут возможные пути решения проблемы — например, альтернативные источники, локальные ГЭС или даже мини-АЭС, предназначенные специально для снабжения ЦОД. Ну а в самом деле — ведь если есть военные корабли, подводные лодки и прочие объекты с собственными реакторами, почему бы не представить дата-центры с мини-АЭС? И решения, пригодные для реализации этой идеи, уже существуют. Это малые модульные реакторы.
Это действительно реальное решение?
В целом, да. Так, по данным МАГАТЭ, вполне себе серьезной организации, малые модульные реакторы могут вырабатывать от десятков до сотен мегаватт, чего вполне достаточно для ЦОД. Насколько можно судить, такие решения идеально подходят для средних и крупных дата-центров. Все же смысла строить мини-АЭС в подвале ЦОД любого размера и в любом месте нет. Есть страны, которые способны обеспечивать даже очень крупные ЦОД энергией без проблем. А есть и государства вроде Ирландии или той же Дании, которые упоминались выше. Там возможности постоянного масштабирования мощности энергетической инфраструктуры нет.
В общем, эксперты считают, что модульные реакторы оптимально подходят для объектов с энергопотреблением более 100 МВт. Если мини-АЭС производит энергии больше, чем нужно, то ее можно поставлять и обычным потребителям в муниципальную энергосеть. Если считать эталоном реакторы типа тех, что установлены в российской плавучей АЭС, то их на большой ЦОД понадобится 4. Мощность такого реактора — около 35 МВт (возможно, есть и более мощные варианты).
Насколько это выгодно? По словам одной из компаний, производящей модульные реакторы, LCOE электростанции, которая рассчитывается исходя из учета всего жизненного цикла, составляет около $40-65 МВт·ч. Что касается станций прочих типов, например, тех, что работают на природном газе и наземных ветряных электростанций, то этот показатель составляет $37/МВт·ч, для солнечной энергетики — $33 МВт·ч.
А что там за реакторы такие?
Если говорить о «мирном атоме», то работает пока лишь одна АЭС малой мощности. Это отечественная ПАТЭС «Академик Ломоносов» на Чукотке (70 МВт). Утверждены планы построить еще четыре плавучих блока на РИТМ-200 для Баимского ГОКа. Строительство подобных наземных объектов ведётся в Китае (ACP100 или Linglong One на 125 МВт, а также HTR-PM на 210 МВт) и в Аргентине (CAREME на 30 МВт).
Кроме того, близится к логическому завершению работа команды проекта NuScale Power. Компания разработала мини-реактор, высота которого составляет немногим больше 20 метров, а ширина — 5 метров. Это гораздо меньше, чем у обычных реакторов.
Каких-то революционных отличий в структуре мини-реактора нет — в целом, это все та же концепция, что и во «взрослых» АЭС, но несколько видоизмененная. Здесь, как и в обычных реакторах, есть топливные стержни, которые позволяют нагревать воду до нужной температуры во внутреннем контуре. Он передает температуру во внешний контур, в результате чего приводится в движение турбина, которая и вырабатывает электроэнергию. Здесь все стандартно.
Но зато сам реактор небольшого размера, плюс у него — система пассивного охлаждения. То есть насосов и дополнительных движущихся элементов, которые могут выйти из строя, почти нет. А это снижает уровень проблемности реактора, и довольно сильно.
Если что-то идет не так, реактор при помощи управляющих стержней глушит реакцию и переходит в режим ожидания. Если даже пропадает доступ к электричеству, которое используется для управления системами контроля, то управляющие стержни срабатывают автоматически — нужна только сила гравитации и ничего более. К сожалению, подробной технической документации для этих систем нет — разработчики по понятным причинам хранят коммерческие секреты. Но по данным, предоставленными авторами идеи, становится понятно, что все это действительно работает.
Насчет безопасности вроде бы тоже все неплохо. Это, в частности, охлаждающие бассейны, в которые предполагается помещать реакторы. Такие резервуары планируется строить ниже уровня земли. Если что не так — вступает в дело система охлаждения и излишки тепла оперативно отводятся. Ну а поскольку размер реактора небольшой, то и тепла нужно отводить меньше, по сравнению со стандартными вариантами.
Когда в строй?
Чем сильнее будет ощущаться энергетический кризис (в отношении дата-центров) тем, вероятно, быстрее введут в работу первый модульный реактор. Раньше считалось, что их вряд ли запустят ранее 2030 года. Но сейчас представители NuScale Power говорят уже о тестовых пусках в 2025 году. Насколько это соответствует реальности — неясно, поскольку компания коммерческая, заявлять она может всякое.
Возможно, эти тексты тоже вас заинтересуют:
→ Нужны ли изменения в работе команды? Рассчитываем ответ по формуле Глейчера
→ Чем заняться в 2023? Идеи для пет-проектов и подборка материалов по профессиональному развитию
→ Гиперскейлинг в 2023 году: что мы делали, чтобы поддержать бизнес клиентов
Тем не менее, проект прошел полный цикл рассмотрения, после чего Комиссия по ядерному регулированию США одобрила проект целиком и полностью. Правда, еще предстоят бюрократические процедуры, но, как ожидается, они должны пройти быстро и без особых проблем.
В РФ тоже существует программа «Малый атом», которая направлена на реализацию проекта малых реакторов. Но насколько активно ведется работа в ее рамках — сейчас неясно.
В целом, если малые модульные реакторы будут одобрены несколькими государствами, то появления первых таких систем в ЦОД можно ожидать в промежутке 2025-2030 гг.
Комментарии (14)
HEXFFFFFFFF
15.01.2023 03:49-1Любой современный ядерный реактор по своему принципу опасен- чуть упустили с охлаждение, или слишком сильно сблизили рабочие элементы и происходит бабах с выделением кучи энергии и выбросом большого количества сильно радиоактивных элементов. Маленькие ядерные реакторы можно строить только на другом принципе, это должны быть термоядерные реакторы. В таком реакторе должно происходить слияние небольшого количества легких элементов , например лития или гелия. За одну интерацию сливаються нанограммы вещества, а таких интераций может быть тысячи в секунду. Такой реактор практически безопасен, в случае выхода из строя максимум возможен взрыв с мощностью одной интерации, а это совсем небольшая энергия, по сути это будет хлопок а не взрыв. Радиоактивных элементов в результате слияния так же выделяется гораздо мнеьше, и разрушение такого реактора не будет катастрофой.
select26
15.01.2023 09:41+5Ага. Нужно строить термоядерный реактор. Маленький.
И почему нет ни одной в мире термоядерной АЭС?
Наверно, потому что никто не догадался и вы первый?
saege5b
15.01.2023 11:17ТВЭЛы никуда не двигают. Двигаются поглощающие стержни.
На малых реакторах возможен самобалансирующий режим - когда при перегреве активной зоны, возрастает поглощение нейтронов и реакция гасится.
vanxant
16.01.2023 20:44Строго говоря, лучше всего с пассивной безопасностью обстоит дело у высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов благодаря ядерному эффекту Доплера. Такие использовались в промышленности, которой нужны высокие температуры сами по себе - например, у металлургов. Но после Чернобыля всё закрыли.
lexa
15.01.2023 15:24+1Если говорить о «мирном атоме», то работает пока лишь одна АЭС малой мощностиА чего это одна? Минимум две, обе правда на Чукотке
1Fedor
15.01.2023 16:15Дискутируют о модульных мобильных нового поколения, на Чукотке Билинбинская к ним не относится, три блока работает 18 Мвт типа ЭГП., первый блок выведен из эксплуатации.
lexa
16.01.2023 09:37Если бы в цитате было бы слово "модульных" я бы может быть и не писал бы первый комментарий.
А его там нет.
rPman
15.01.2023 19:22Вопрос установки и обслуживания ядерной энергетики еще более политически ангажированы чем торговля углеводородными энергоносителями. Если с поставкой нефти можно где то как то реализовать через посредника, то ядерное топливо так не купишь/продаж.
А отсутствие предложения (два с половиной производителя с количеством продаж наверное по пальцам посчитать — это буквально отсутствующий рынок) означает — нет в ответе на вопрос в заголовке.
У потребителя буквально не остается никаких альтернатив — либо бери что дают по ценам каким хочет продавец, либо топай к альтернативной энергетике (солнце/ветер/вода и экзотика в виде гео/петротермальной энергетики, кстати идеальна для малого потребителя).
georgevp
15.01.2023 20:41Если говорить о «мирном атоме», то работает пока лишь одна АЭС малой мощности. Это отечественная ПАТЭС «Академик Ломоносов» на Чукотке (70 МВт).
и
Но по данным, предоставленными авторами идеи, становится понятно, что все это действительно работает.
По-моему, 2-ой фрагмент несколько противоречит 1-ому.
1Fedor
Проблем у этой концепции много, давайте попробуем посмотреть:
1. какое топливо и обогащение у топлива, (уран 235 до 20%), в современных реакторах обогащение 4,4%
Это будет стоить очень дорого, уран ныне недешев. 20% обогащение будет проблема, движение в сторону оружейного, только Россия или США (не сильно уверен, может еще кто-то) это центрифуги.
2. Количество реакторов (блоков). Для обеспечения надежности надо два или три.
3. Заглублять - плохая идея, если авария с расплавлнением активной зону, всё уйдет в почву и в грунтовые воды.
4. Ядерный объект вблизи крупных городов нельзя, 30 километровая санитарно-защитная зона.
5. От выхода радиоактивности предусмотрено несколько барьеров: матрица таблетки-оболочка ТВЭЛа-корпус реактора-гермооболочке. Для каждого реактора необходима гермооболочки, которая выдерживает падение самолета, сейчас они многослойные.
6. Каждый объект необходимо защищать от возможных атак, например, террористических, положена охрана войска прикрытия, ракеты и все такое.
7. Человеческий фактор есть, захочет ли персонал ехать в резервации? Мне казалось, что на ту же Билибинскую ехать не сильно хотели, но попав туда мечтали уехать. Зачем строить ЦОД в ненаселенной местности, там же мини АЭС, общество урбанизируется, едет в крупные города или возле них.
8. Стоимость с учетом всех факторов стоимость э/э будет выше существенно, требования надземных органов сильно ужесточены, что ведет к удорожанию капекса и опекса (капитальные и эксплуатационные затраты), потому они и не взлетают.
Решение России принятое на "Ломоносове" считаю наиболее оптимальным, ремонт можно отправить в док, окончание эксплуатации - тоже, нет отходов, нет отчужденной территории. Есть риски другие, но они тоже решаемые.
Основное направление снижения стоимости - это увеличение единичной установленной мощности блока до 1600 Мвт-1800 Мвт.
А воды строить возле АЭС, как на Калининской АЭС. Есть инфраструктура городская, транспортная, энергетическая - надежность самой высокой категории, что надо еще?
vanxant
Простите, у вас неточности почти в каждом пункте.
1.В США нет коммерческого обогащения (есть только военное, да и то не всё, плутоний для ритэгов НАСА у нас покупает). Рыночек порешал во времена воу-ноу.
3.Если не заглублять, всё равно вытечет в почву и после первого дождика/приезда пожарных в грунтовые воды. Поэтому строят ловушки под реакторами, которые дают существенный прирост итоговой стоимости.
4-5-6.Зависит от размеров и злобности местных атомнадзоров. В моей родной Бауманке есть действующий реактор, на котором, ну, учат реакторщиков. Это метро Бауманская если что, здание факультета Э, прямо на берегу Яузы. Сборки там НЯЗ подкритические, но уран самый настоящий. Войск прикрытия с ракетами не встречал, хотя с улицы просто так не зайдёшь, конечно.
7.Даже 30 км от города это отнюдь не резервации, при наличии нормальной дороги это 20 минут на машине или 30 на автобусе. Вот 300 км уже далековато, да.
8.Вот стоимость надо считать, и, заметьте, считать в каждом конкретном случае. Например, модные ВИЭ для датацентров непригодны от слова совсем, а минимум два луча питания от разных электростанций нужно как-то обеспечить. Один луч обычно не проблема, а вот в роли второго малая АЭС может и взлететь.