Атомные электростанции нового поколения

Множество атомных стартапов направлены на решение проблем, которые наносят ущерб атомной энергетике. Подробности — в материале портала Grist 

Еще в 2009 году Саймон Айриш, инвестиционный менеджер в Нью-Йорке, нашел такую возможность, которая, как он думал, могла бы изменить мир, в то время как деньги превращаются в богатство.

Айриш увидел, что страны всего мира нуждаются в создании ошеломляющего количества проектов в области экологически чистых источников энергии для замены инфраструктуры ископаемого топлива, обеспечивающих при этом достаточную энергию для увеличения спроса со стороны Китая, Индии и других быстрорастущих стран. Он понял, что все это трудноосуществимо для возобновляемых источников энергии, которые зависят от ветра и солнечного света. И он знал, что атомная энергетика, единственная существующая форма чистой энергии, которая могла бы заполнить пробелы, была слишком дорогой, чтобы конкурировать с нефтью и газом.

Но затем в 2011 году на конференции он встретил инженера с инновационным проектом ядерного реактора, охлаждаемого расплавами солей. Если это сработает, подумал Айриш, это могло бы не только решить проблемы с устареванием ядерной энергии, но и обеспечить реалистичный сценарий отказа от ископаемого топлива.

«Встал вопрос «Сможем ли мы сделать что-то лучшее, чем традиционные реакторы, коммерциализированные 60 лет назад?», – припомнил Айриш». И ответ был «Конечно»».

Айриш был настолько уверен, что новый реактор был отличной инвестицией, что поставил на кон свою карьеру. Почти десятилетие спустя Айриш является генеральным директором компании Terrestrial Energy, расположенной в Нью-Йорке, компании, которая, как ожидается к 2030 году, построит реактор на расплавах солей.

И компания Terrestrial далеко не единственная. По всей стране появляются десятки атомных стартапов, посвященных решению общеизвестных проблем атомной энергетики – радиоактивные отходы, разрушения, распространение оружия и высокие издержки.

Существуют реакторы, сжигающие радиоактивные отходы. Существуют реакторы, предназначенные для уничтожения изотопов, которые могут быть превращены в оружие. Есть небольшие реакторы, строительство которых обойдется заводам совсем недорого. Так много идей!

Бывший министр энергетики Эрнест Монис, консультант компании Terrestrial, чувствует зарождение чего-то нового. «Я никогда не видел подобных инноваций в данной отрасли», – отметил он. – «Это действительно волнительно».

Другие реакторы, подобно реактору на расплавах солей Terrestrial, автоматически охлаждаются при достижении слишком высокой температуры. Через обычные реакторы проходит вода, чтобы предотвратить их перегрев, но если что-то помешает этому потоку – например, землетрясение и цунами в Фукусиме – вода вытечет, не оставив ничего, что бы могло предотвратить расплавление.

В отличие от воды соль не вытекает, поэтому даже если операторы отключат системы безопасности и уйдут, соли продолжат охлаждать систему, сказал Айриш. Соли нагреваются и расширяются, расталкивая атомы урана друг от друга и замедляя реакцию (чем дальше друг от друга атомы урана, тем меньше вероятность того, что летящий нейтрон расколет их, вызвав следующее звено в цепной реакции).

«Это как ваша кастрюля на плите, когда вы кипятите макароны», – сказал Айриш. Неважно насколько сильно разогрета ваша плита, макароны никогда не превысят температуру в 212 градуса по Фаренгейту, пока вода не выкипит. Пока вода не выкипит, она просто циркулирует и рассеивает тепло. Однако, если заменить воду жидкой солью, ваш хладагент начнет испаряться не раньше, чем достигнет 2 500 градусов по Фаренгейту.

Возможно, это звучит как научная фантастика, но это реально. Россия производит электроэнергию с использованием передового реактора, сжигающего радиоактивные отходы с 2016 года. Китай построил реактор с шаровой засыпкой, который блокирует радиоактивные элементы внутри графитовых шарообразных сфер размером с мяч.

В 2015 году для отслеживания стартапов и проектов общественного сектора, посвященных обеспечению низкоуглеродной энергии более безопасной, дешевой и чистой атомной энергией, центристский научно-исследовательский центр Third Way начал сопоставлять все передовые проекты по атомной энергетике в стране. На первой карте было 48 отметок, теперь их 75 и их количество продолжает распространяться по карте словно цветная коревая сыпь.

«С точки зрения количества проектов, количества людей, задействованных в нем, и объема частного финансирования, нет ничего, что могло бы сравниться с ним, если только не возвращаться в 1960-е годы», – сказал Райан Фитцпатрик, работающий над чистой энергией для Third Way.

В то время, когда Уолт Дисней только выпустил фильм «Наш друг Атом», популяризирующий ядерную энергию, когда футуристическое понятие электричества «слишком дешевого, чтобы измерять» казалось правдоподобным, электроэнергетические компании планировали построить сотни реакторов по всей территории Соединенных Штатов.

Почему все это происходит сейчас? В конце концов, ученые работают над такими альтернативными типами реакторов с начала холодной войны, но пока так и не освоили их. История передовых реакторов усеяна обломками неудачных попыток. Реактор с солевым охлаждением впервые был успешно запущен в 1954 году, но США решили специализироваться на реакторах с водяным охлаждением и ликвидировать другие модификации.

Но кое-что фундаментальное изменилось: Раньше у ядерных компаний не было причин выкладывать миллиард долларов, необходимый для получения новой модификации в рамках федерального регуляторного процесса, поскольку обычные реакторы приносили прибыль. Сейчас же ситуация изменилась.

«Впервые за последние полвека действующие лидеры рынка атомной энергетики терпят финансовое бедствие», – сказал Айриш.

В последнее время ставка Соединенных Штатов на обычные реакторы с водяным охлаждением обходится очень дорого. В 2012 году компания South Carolina Electric & Gas получила разрешение на строительство двух гигантских традиционных реакторов на 2200 мегаватт, достаточных для снабжения энергией 1,8 миллионов домов, пообещав запустить их к 2018 году. Потребители электроэнергии увидели, что их счета выросли на 18 процентов для оплаты строительства, которое вскоре столкнулось с задержками. В прошлом году, после вливания 9 миллиардов долларов в проект, энергокомпания сдалась.

«Последние проекты строительства в Соединенных Штатах стали катастрофой, в основном из-за плохой технологии производства строительных работ», – сказал Джон Парсонс, содиректор центра малоуглеродной энергетики для передовых ядерных энергосистем MIT.

Аналогичная ситуация сложилась и в других странах. В Финляндии строительство нового реактора на электростанции Олкилуото на восемь лет отстает от графика и на 6,5 млрд долларов превышает бюджет.

Ввиду этого, такие атомные стартапы разрабатывают собственный бизнес, чтобы избежать ужасных перерасходов средств. В планы многих из них входит строительство отдельных частей реактора на заводе, а затем уже их сборка, подобно Лего, на строительной площадке. «Если у вас есть возможность перенести строительство на завод, вы можете существенно снизить затраты», отметил Парсонс.

Новые реакторы могут также способствовать снижению расходов за счет более высокого уровня безопасности. В обычных реакторах существует значительный риск разрушения, главным образом потому, что они предназначены для подводных лодок. Легко охладить реактор водой, если речь идет о подводной лодке, находящейся под водой, однако когда такие реакторы оказываются на суше, для их охлаждения приходится начинать закачивать воду, объяснил Айриш. Такая система подкачки не имеет права на поломку, иначе в итоге получится еще одна Фукусима. Ваша система безопасности и резервирование должны быть лучшими из лучших.

Информационно-аналитический центр Third Way

Проект реактора стартапа из Силиконовой долины Окло основывается на прототипе, не подверженном разрушениям. «При отключении инженерами системы охлаждения реактор охлаждается самостоятельно, затем запускает резервирование и возвращается к нормальной работе в этот же день», отметила Кэролин Кочран, одна из сооснователей Окло. Если бы таким более безопасным реакторам не требовались резервные системы охлаждения и бетонные защитные оболочки, строительство электростанций обходилось бы компаниям гораздо дешевле.

Часто технологии долгое время терпят неудачи, прежде чем увенчаться успехом: 45 лет доработок отделяет первую электрическую лампочку и патент Томаса Эдисона на лампу накаливания. При проектировании могут уйти десятилетия, прежде чем удастся уловить ту самую идею. Похоже, что другие в прошлом уже испробовали каждую возможную идею в области передовой атомной энергетики, отметил Парсонс. «Но наука не стоит на месте», – сказал он. – «Материалы, которые имеются сейчас, гораздо лучше тех, что были десятилетия назад. И перспектива того, что это может сработать, выглядит вполне правдоподобно.»

Недавнее исследование в рамках некоммерческого проекта «Инновационная реформа в области энергетики» показало, что последняя серия атомных стартапов может обеспечить электроэнергией где-то за 36–90 долларов США за мегаватт-час. Такая стоимость может составить конкуренцию любым электростанциям на природном газе (стоимость которого колеблется от 42 до 78 долларов США) и обеспечить реальную альтернативу ископаемому топливу.

При наилучшем варианте развития событий, атомная энергия могла бы быть даже дешевле. Существуют прогнозы, что подобные исследования могут быть основаны, скажем, на усовершенствованной конструкции, которая позволит снизить затраты на строительство, однако она не может предвосхитить революционные достижения.

«Будем надеяться, что эти разработчики придумают гораздо более радикальные способы сокращения затрат – вы хотели бы, чтобы энергия была более доступной для миллиардов людей – настолько, чтобы атомная энергетика стала дешевой альтернативой, способной обойти природный газ, даже при отсутствии цен на углеродные квоты», – сказал Парсонс. – «Пока это лишь мечта, но предприниматели должны ее реализовать».

Мэтью Банн, эксперт по атомной энергетике из Гарварда, сказал, что если атомная энергетика будет играть роль в борьбе с изменением климата, таким передовым атомным компаниям придется развиваться невероятно быстро. «Чтобы обеспечить десятую часть чистой энергии, необходимой нам к 2050 году, мы должны ежегодно добавлять 30 гигаватт в энергосеть», – сказал он.

Это означает, что в мире необходимо будет построить в 10 раз больше атомных станций, нежели до катастрофы в Фукусиме в 2011 году. Насколько это возможно?

«Я думаю, что мы должны пытаться – я не оптимист», – сказал Банн, отметив, что темпы, с которыми нам нужно будет развивать солнечную и ветровую энергетику, чтобы прекратить использование ископаемого топлива, так же устрашают.

На пути к атомному перерождению все еще стоят большие преграды. Потребуются годы для испытания прототипов и получения одобрения от федеральных регулятивных органов, прежде чем компании смогут хотя бы приступить к строительству. «Для того, чтобы передовые ядерные технологии сыграли определенную роль в глубокой декарбонизации в течение следующих нескольких десятилетий, США потребуется пересмотреть способ внедрения технологии, согласно исследованию, опубликованному ранее в этом месяце в Трудах Национальной Академии наук.»

Эксперты отмечают практически те же шаги, дающие передовым ядерным технологиям хороший шанс на победу: Создание более благоприятной для инновационных технологий нормативно-правовой базы вместо приоритизации традиционных реакторов. Мотивация коммунальных предприятий к приобретению низкоуглеродной энергии. Значительное увеличение финансирования.

Люди, стоящие за новым пополнением ядерных компаний, считают, что при соответствующей поддержке они смогут выйти на рынок гораздо быстрее. Окло нацелены запустить промышленный реактор к 2025 году.

«Можем ли мы ускорить декарбонизацию при помощи атомной энергии? Франция сделала это, это возможно», – отметила Кочран из Окло. – «Наши реакторы в 500 раз меньше, чем [новейшие обычные реакторы], они обладают всеми неотъемлемыми характеристиками безопасности, и могут перерабатывать ядерные отходы. Будет ли процесс рассмотрения нашего заявления хоть сколько-нибудь короче?»

Снижение этих барьеров могло бы обойтись дешевле, чем позволить правительству выбрать одну перспективную идею и нянчиться с ней как с привилегированным ребенком, подобно тому, как раньше относились к обычной атомной энергетике, сказала Джессика Лаверинг, которая изучает ядерную энергию в Институте Прорыва, про-технологическом экологическом аналитическом центре.

«Мы могли бы выбрать одну идею, потратить много денег, чтобы ее коммерциализировать, а затем субсидировать каждый еще более затратный проект», – сказала Лаверинг. «Или мы могли бы инвестировать гораздо меньшую сумму в модернизацию системы в целом».

Тем не менее, можно было бы легко взять передовые атомные проекты на 30 лет, провести их через проверку на соответствие требованиям законодательства, зафиксировать непредвиденные проблемы, возникающие в процессе, и доказать их конкурентоспособность, заявил Дэн Каммен, занимающийся изучением чистой энергии в Калифорнийском Университете в Беркли. И к тому времени, считает Каммен, в конкуренции появятся и другие варианты: Аккумулирование энергии развивается в лучшую сторону, и вполне возможен прорыв в аккумулировании с использованием теплоты плавления.

«В конце концов, на планете с 10-миллиардным населением, некоторое количество мощной, доступной, недорогой, безопасной базовой энергии – подобно той, что мы получаем из атомного деления – могло бы оказаться чрезвычайно полезным», – отметил Каммен. – «Есть и другие представители рынка в отношении прямой солнечной энергии, которые еще 10 лет назад звучали как научная фантастика – космические солнечные электростанции, солнечные батареи в виде пленки на каждое окно. Такое тоже существует.»

На нынешнем историческом этапе все кажется далекой перспективой. Нам необходимо полностью заменить нашу энергосистему не раздумывая. Для этого люди подготавливают много различных почв. Но о сборе урожая говорить еще очень рано, хотя уже и заметен обильный рост свежих побегов в саду передовых ядерных технологий.

Такой рост новых ядерных возможностей вдохновил молодых людей, рассматривающих ядерные технологии как способ отказаться от ископаемого топлива. Студенты колледжей устремились в сферу ядерной энергетики. Число студентов, занимающихся данным предметом, резко снизилось при обвале ядерной промышленности в конце 1970-х (авария на АЭС Три-Майл-Айленд в 1979 не способствовала улучшению ситуации), однако с начала 2000-х стало неуклонно расти.

Количество дипломов, полученных в области ядерной энергетики, начиная с 1966 года. Оук-Риджский институт науки и образования

Некоторые из его студентов планируют запускать свои собственные предприятия продвинутой ядерной энергетики. Документалист Дэвид Шумахер встретился с некоторыми из них и настолько заразился их энтузиазмом, что посвятил им документальный фильм «The New Fire», вышедший в прошлом году.

«Они настоящие молодые идеалисты, пытающиеся спасти нашу планету, предпринимая действительно значимые, но непопулярные шаги», – заявил Шумахер. – «Они могли бы заработать гораздо больше где-нибудь еще, однако вместо этого они основывают такие ядерные компании, заранее зная, что будут высмеяны.»

Это чувство, с которым Саймон Айриш из компании Terrestrial Energy знаком не понаслышке. «Взгляды на ядерную энергетику такие негативные», – отметил он. «Просто убедить деловых людей выслушать тебя – уже большая победа».

Пока его компания борется с общественным мнением, Айриш заявил, что все ключевые задачи были реализованы вовремя. В прошлом году канадские регулирующие органы объявили, что компания Terrestrial завершила начальную стадию – анализ проекта – первый шаг на пути к получению одобрения властей страны. Айриш уже выбрал территории в Онтарио, где компания Terrestrial могла бы построить свои первые реакторы.

И все же Айриш умолчал об остальных этапах Terrestrial, он описал опыт, который, по его словам, вселяет в него большую уверенность в перспективах компании, нежели остальные ее достижения, имеющиеся на данный момент.

В августе прошлого года он оказался в офисе крупного нью-йоркского инвестора, главного спонсора природоохранных организаций. Добиться этой встречи было непросто – опять же, из-за неутихающих споров вокруг ядерной энергетики. В конце концов Айриш убедил предпринимателя в том, что возобновляемые источники энергии и ядерная энергетика могут не просто сосуществовать, но и отлично дополнять друг друга.

По словам Айриша, он был в разгаре объяснения проекта реактора Terrestrial, когда тот прервал его и сказал: «Погодите-ка, он способен вырабатывать тепло! Промышленному сектору необходимо тепло, а ветровые и солнечные электростанции никаким образом не могут этого обеспечить».

«Он – это как раз то звено, которого нам не хватало», – заявил Айриш.