Малый модульный реактор NuScale пошел на лицензирование
Весьма интересная новость появилась вчера на World Nuclear News - компания NuScale передала в американский атомнадзор NRC заявку на комбинированную лицензию (строительство и эксплуатацию) на свою малую модульную ядерную энергоустановку IPWR (Integral Pressurized Water Reactor). NRC пообещало рассмотреть ее за 40 месяцев.
Реакторный модуль NuScale внутри вакуумного контейнмента.
Чего интересного в этой бюрократии? Дело в том, что это первая заявка на получение американской лицензии для атомной станции малой мощности (АСММ). В профессиональной атомной среде последние двадцать лет идет почти холиварная дискуссия на тему альтернативной ветки атомной энергетики - модульных станций малой мощности. Малыми считаются станции до 300 мегаватт. Однако до сих пор никто из разработчиков подобных реакторов (а таких проектов в мире существует больше 100 штук, причем около 10 из них - в весьма продвинутом состоянии разработки) не замахивался на американскую лицензию (да и не американских получено всего несколько штук). Тут еще надо понимать, что процедура NRC (и регуляторов других стран) предполагает расходы в пару сотен миллионов долларов - сначала на подготовку документации, а потом на общение с атомнадзором. Причем, подается не какая-то концепция, а проект, проработанный практически до рабочей документации, в случае NuScale это 12000 страниц документации. Таким образом данную новость можно перевести так: первый из разработчиков АСММ довел разработку до продвинутой стадии и видит коммерческие перспективы своего реактора.
Кстати, по собственному план-графику NuScale находится в конце "год 3" - событие Submit COLA. Соотвественно летом следующего года можно ожидать заказ железа.
Почему вообще тема АСММ вызывает интерес? Хорошо известно, что повышение мощности единичной энергоустановки снижает удельные затраты и стоимость электроэнергии, поэтому маленькие реакторы не способны конкурировать с 1000-1600 мегаваттными стандартными PWR/ВВЭР по цене. Однако создатели АСММ считают что есть несколько моментов, которые делают этот подход конкурентными:
Серийное производство готовых блоков, которые не требуют сложной сборки и пусконаладки на площадке, а весь цикл изготовления выполняется на заводе.
Конструктив и мощность, позволяющий использовать гораздо большее количество потенциальных площадок для строительства АСММ - вплоть до замены больших угольных ТЭС. А это в свою очередь расширение рынка и серийности. Есть и вариант замены дизель-генераторных электростанций удаленных поселений, обычно такие проекты имеют мощность до 50 МВт(э)
Для подобных проектов обычно наблюдается попытка избавится от одной из самых сложных и дорогих операций на АЭС - перегрузок ядерного топлива. Либо через создание “ядерных батареек” с очень длинной кампанией топлива, либо через замену блока ЯЭУ целиком, либо через использование в качестве топлива расплава солей (например смеси фторидов лития бериллия и урана с рециклингом на АЭС.)
Есть еще одна немаловажная деталь - для АСММ проще обеспечить необходимое аварийное расхолаживание реактора с помощью полностью пассивных элементов с отводом тепла в атмосферу, т.е. часть проблем с безопасностью у таких реакторов отсутствует.
Минусом же выступает бумажность большинства концепций и экономика. Кроме высоких удельных затрат на изготовление и строительство есть и другая серьезная проблема - на каждый мегаватт нужно много персонала. Даже если эксплуатация, теоретически, может делаться удаленно, то охраны ядерному объекту нужно столько же, сколько и “взрослой” АЭС, и при вдумчивом расчете стоимость электроэнергии получается запредельной.
Общий вид 12-модульной АЭС с реакторами NuScale.
Так, в известном случае, когда малый реактор Toshiba 4S предлагался для снабжения городка Галена (Galena) вместо дизель-генераторного он проиграл в т.ч. экономически. Очень невысокая мощность реактора (10 мегаватт(э)) не отменяла необходимости в персонале атомной станции около 100 человек, что вкупе с высокими капитальными затратами сделало LCOE дороже(!) дизеля (а электроэнергия с дизеля обходится примерно в 300 долларов за мегаватт*час). Интересно, что в момент обсуждения этого проекта Toshiba все собирался подавать в NRC заявку на получение лицензии, да так и не собралась.
Кстати, конструктив Toshiba 4S очень похож на NuScale, однако это быстрый натриевый реактор с 40-летней топливной компанией.
Кстати, интересно посмотреть на первый проект новичка, для которого будет выдаваться лицензия. Это 540-мегаваттная АЭС,которую построят на территории американского ядерного центра INL в айдахо. Дизайн АЭС предусматривает 12 реакторным модулей (и 12 турбогенераторов), стоимостью 2,9 миллиарда долларов. Такая цена вполне конкурентноспособна для США, а учитывая вышеописанные плюсы - более чем интересна. Однако, надо помнить, что цена названа разработчиком, а не подрядчиком и еще не раз поменяется. В целом по экономике NuScale есть вот такая презентация.
Проектный облик многомодульного реакторного здания NuScale. Перегрузка топлива осущесвляется путем отстыковки на специальной оснастке сначала днища контейнментного блока, а затем и реакторного модуля - после чего операции выполняются как на обычном PWR/ВВЭР.
В техническом плане один реакторный модуль NuScale представляет собой цилиндр контейментна высотой 20 и диаметром 2,7 метра (весом 700 тонн), с возможностью доставки готового с завода и установки в специальном бассейне на АЭС, который выполняет роль источника аварийного охлаждения. В бассейн погружены контейнменты внутри которых расположена ядерная парогенерирующая сборка. Контейнемент вакуумирован для теплоизоляции и исключения образования гремучего газа в случае тяжелой аварии. Активная зона набрана из 37 кассет конструктивно схожих с обычными ТВС западного типа (“квадрат” 17х17) и использует стандартное оксидное топливо с обогащением <5%. Тепловая мощность 160 мегаватт выводится в тяговые трубы расположенные над АЗ, вокруг которых организован парогенератор.
Прототип парогенератора. Да-да, у этой фирмы за душой не только красивые картинки.
Температура теплоносителя на выходе - 290 С. Топливная кампания - 24 месяца, но наличие многих модулей, работающих на одну турбину позволяет перегружать один модуль при выдаче энергии в сеть. Для реактора запланированы высокие маневровые способности - изменение мощности до 40% в час, маневрирование от 20 до 100%. В плане безопасности NuScale позиционирует себя как “тройную вершину” - после автоматической остановки реактору не требуется питание, действия операторов и подача охлаждающей воды для перехода в режим холодного останова.
Прототип щита управления АЭС с 12 энергомодулями модулями.
Однако, оторвемся от NuScale - пускай и самого продвинутого, но далеко не единственного представителя проектов малой мощности. При этом АСММ представляют собой невероятный зоопарк технологий. Настолько невероятный, что хочется даже перечислить их:
Традиционные PWR уменьшенные до размеров 300 мегаватт и меньше, зачастую с интегрированным парогенератором, без особых признаков идеологии АСММ. Наиболее отработанное решение, но и больше всего вопросов по конкурентоспособности реактора. Сюда можно записать проекты Westinghouse SMR (300 МВт(э)), корейский KAERI SMART (100 МВт(э), кстати уже получивший лицензию на родине, новость о начале строительства ждем со дня на день), китайский ACP100, отечественный КЛТ-40С (и имеющая наибольшую готовность из всех АСММ ПАТЭС) или французкий подводный Flexblue.
Проект KAERI SMART. Говорят, аванпроект этого реактора давным-давно нарисовал НИКИЭТ.
Всякие нетрадиционные вариации на тему водяных реакторов - прежде всего реакторы с естественной циркуляцией на мощности (т.е. без циркуляционных насосов): герой сегодняшнего дня NuScale IPWR (50 МВт(э)), аргентинский(!) проект CAREM, кипящий реактор от GE NMR мощностью 50 МВт. Есть и более странные варианты - например весьма проработанный Bechtel/B&W mPower мощностью 180 МВт(э) с принудительной циркуляцией встроенными насосами, но при этом кипящий и не использующий борное регулирование. Есть хорошо проработанный проект Mitsubishi IMR мощностью 350 МВт(э) который вроде как PWR с парогенератором, но вода у него подкипает(!) на выходе из АЗ, что позволяет уменьшить общие габариты (кажется весь проект был сделан в попытке побить все рекорды уменьшения габаритов для гигаваттного (по теплу) реактора). Сюда, пожалуй, можно записать отечественные бумажные реакторы Унитерм, Шельф, АБВ-5, Витязь и прочее.
Проект mPower напоминает обычную АЭС, только закопанную в землю.
Быстрые реакторы. Очень популярная тема у разработчиков АСММ, т.к. позволяет делать долгоиграющие на бумаге реакторы с небольшой избыточной реактивностью (т.е. формально более безопасные). К быстрым натриевым тут относятся уже упомянутый проект Toshiba 4S, не требующий замены топлива на весь срок жизни, проект от GE PRISM мощностью 300 МВт(э) (ориентированный, кстати, на утилизацию накопленного энергетического и оружейного плутония - что-то вроде уменьшенного БН-800).
Наконец еще большая экзотика, почти не имеющая никаких протопов. Например проект “реактора-свечи” TWR от финансируемой Биллом Гейтсом компании TerraPower, который вроде как быстрый натриевый, но на деле представляет из себя реактор, где активная зона из плутония “ползет” по конструкции из U238 постепенно превращая его в новый плутоний. Очень далек от реализации. Есть здесь и проекты свинцовых и свинцово-висмутовых реакторов, ну например отечественные СВБР-100 и БРЕСТ-300 или американскую компанию Hyperion со свинцово-висмутовым реактором мощностью 25 МВт. Есть несколько проектов жидкосолевых реакторов, например IMSR мощностью 150 МВт(э) от канадской Terrestrial Energy - собравшей достаточно много финансирования, и собирающейся пойти по пути NuScale и подать на лицензию и схожий проект Flibe Energy мощность 25 МВт(э). Можно еще вспомнить ториевые бридеры разной упоротости (например Fuji MSR) - в общем желающие проверить свою идею в области атомной энергетики выбирают формат АСММ.
Проект АЭС с реакторами на расплаве солей от Terrestial. Интересной фишкой является сменные модули реакторов, которые после выработки топлива должны высвечиваться в пристанционном хранилище (справа) и увозится на переработку на завод.
Кроме того к АСММ относятся и вполне реальные китайские высокотемпературные газовые реакторы HTR-PM, первая АЭС с которыми будет запущена в 2018-2019 году. Реакторы эти маломощные и имеют модульное исполнение (2 реактора работают на одну турбину мощностью 250 мегаватт), а недавно китайские начальники высказали идею замены угольных блоков именно HTR-PMами, очень в духе идеологии АСММ.
Сравнение размеров разных малых реакторов.
В заключение можно сказать, что АСММ не зря уже 20 лет топчутся в перспективных - эти проекты требуют больших вложений и рискованны экономически и технически. В основном интерес к теме АСММ определяется интересом к атомной энергетике вообще, и сейчас после 5 летнего провала начался новый виток инвестиций и попыток довести малые АЭС до реализации. Так, например, в этом заинтересована Великобритания, которая проводит конкурс по выбору проекты для строительства ~1 гигаватта малых мощностей, поддерживает долларом тему АСММ и правительство США. Думается, первые реализованные проекты дадут измеримые экономические показатели и смогут определить, если у темы АСММ будущее или нет.
Взято: tnenergy.livejournal.com