15 июля 2021

Якопо Буонджорно, профессор ядерной инженерии MIT: “Микрореакторы могут полностью изменить правила игры в атомной отрасли”

Atomic-Energy.ru
MIT Рендеринг концепции ядерной батареи Массачусетского технологического института, где показываются система управления, микрореактор и генерирующий модуль MIT

Профессор MIT Якопо Буонджорно и его коллеги утверждают, что микрореакторы или так называемые “ядерные батареи” заводского изготовления, доставляемые грузовиками к местам использования, могут стать безопасным и эффективным способом декарбонизации мировых электроэнергетических систем.

Возможно, мы стоим на пороге новой парадигмы для атома, предположила группа специалистов в области атомной энергетики в журнале Национальной инженерной академии "The Bridge". Подобно тому, как большие, дорогие и централизованные компьютеры уступили место широко распространенным сегодня ПК, новое поколение относительно крошечных и недорогих микрореакторов заводского изготовления, разработанных для автономной работы по принципу "подключи и эксплуатируй", подобно подключению к сети крупногабаритной батареи, уже на горизонте, считают они.

Данные предлагаемые системы могут обеспечивать теплом промышленные процессы или электричеством военную базу или район, работать без участия человека в течение 5-10 лет, а затем доставляться обратно на завод для дозаправки и восстановления ресурсоемкости. Авторы этой предлагаемой к обсуждению парадигмы – Якопо Буонджорно, профессор ядерной науки и инженерии “TEPCO” Массачусетского технологического института, Роберт Фрида, основатель компании GenH, Стивен Аумайер из Национальной лаборатории Айдахо и Кевин Чилтон, отставной руководитель Стратегического командования США – назвали эти небольшие электростанции или микрореакторы "ядерными батареями". По словам этих специалистов, благодаря простоте эксплуатации микрореакторы могут сыграть значительную роль в декарбонизации мировых систем электроснабжения, чтобы предотвратить возможное наступающее катастрофическое изменение климата. Научный портал “Атомная энергия 2.0” приводит интервью университетского издания MIT News с профессором Якопо Буонджорно об исследования его группы ученых в этой области.

- Идея актуального внедрения малых модульных реакторов обсуждается уже несколько лет. В чем отличие вашего предложения относительно так называемых “ядерных батарей”?

- Установки, которые мы описываем, доводят концепцию фабричного производства и модульности до крайности. Предыдущие предложения рассматривали реакторы в диапазоне от 100 до 300 мегаватт электрической мощности, что в 10 раз меньше традиционных крупных атомно-энергетических реакторов гигаваттного масштаба. Эти АЭС малой и средней мощности также могут быть собраны из заводских компонентов, но все равно требуют некоторой сборки на строительной площадке и большой подготовительной работы. Таким образом, это только определенное улучшение по сравнению с крупными традиционными АЭС, но не изменение правил самой игры.

Концепция ядерной батареи или микрореакторов – это совсем другое, потому что физический масштаб и выходная мощность этих систем – около 10 мегаватт. Она настолько мала, что вся мини-электростанция фактически строится на заводе и помещается в стандартный контейнер.

Это дает несколько преимуществ с экономической точки зрения. Развертывание этих ядерных батарей не потребует управления большой строительной площадкой, что было основным источником задержек графика и перерасхода средств для строительных проектов атомной отрасли в течение последних 20 лет.

Ядерная батарея разворачивается быстро, скажем, за несколько недель, и становится своего рода услугой "энергия по требованию". Атомную энергию можно будет рассматривать уже как продукт, а не как мегапроект.

MIT Различные варианты применения ядерных батарей в мире MIT

- Вы говорите о потенциальном широком распространении таких установок, в том числе даже в жилых районах для обеспечения энергией целых кварталов. Насколько люди могут быть уверены в безопасности этих микрореакторов?

- Разрабатываемые конструкции ядерных батарей отличаются исключительной надежностью; это, собственно, одна из самых привлекательных сторон данной технологии. Небольшой физический размер помогает обеспечить безопасность различными способами. Во-первых, количество остаточного тепла, которое необходимо отводить при остановке реактора, невелико. Во-вторых, активная зона реактора имеет высокое отношение поверхности к объему, что также облегчает поддержание ядерного топлива в холодном состоянии при любых обстоятельствах без какого-либо внешнего вмешательства. По сути, система сама о себе сможет позаботится.

В-третьих, микрореакторы также имеют очень компактную и прочную стальную защитную конструкцию, окружающую его для защиты от потенциального выброса радиоактивности в биосферу. Для повышения безопасности мы предполагаем, что на большинстве площадок эти ядерные батареи будут расположены под землей, что обеспечит дополнительный уровень защиты от потенциальных внешних воздействий.

- Откуда мы знаем, что эти новые виды реакторов будут работать, и что должно произойти, чтобы такие установки стали широко доступны?

- NASA и Лос-Аламосская национальная лаборатория успешно разработали и продемонстрировали микрореактор для применения в космосе за три года, с 2015 по -2018 гг., от начала проектирования до изготовления и испытаний. И это обошлось им в 20 миллионов долларов, используя имеющуюся научно-исследовательскую инфраструктуру Министерства энергетики США. Эта стоимость и сроки выполнения на порядки меньше, чем для традиционных крупных атомных станций, которые легко обходятся в миллиарды долларов, а их строительство занимает от пяти лет до десятилетия и больше.

В настоящее время полдюжины компаний разрабатывают свои собственные проекты. Например, компания Westinghouse работает над микрореактором eVinci, применяющем технологию тепловых труб для охлаждения, и планирует запустить демонстрационную установку уже через три года. Это будет экспериментальная установка в одной из национальных лабораторий, например, в Национальной лаборатории Айдахо, где есть ряд объектов, которые будут модифицированы для размещения этих небольших реакторов и проведения интенсивных испытаний на них.

Например, реактор там может быть подвергнут более экстремальным условиям, чем те, которые могут возникнуть при нормальной эксплуатации, и при этом прямые испытания покажут, что пределы отказов установки не превышаются. Это даст уверенность для реализации последующего этапа широкого коммерческого внедрения новых микрореакторов.

Эти ядерные батареи идеально подходят для создания энергетической и экологической устойчивости во всех секторах экономики, обеспечивая стабильный, надежный и безопасный источник безуглеродной электроэнергии и тепла, который может быть размещен именно там, где это необходимо, что снижает потребность в дорогостоящей и хрупкой инфраструктуре передачи и хранения энергии. Если эти технологии получат столь широкое распространение, как мы предполагаем, они смогут далее внести значительный вклад в сокращение мировых выбросов вредных парниковых газов.

MIT Рендеринг концепции размещения ядерной батареи от компании Westinghouse MIT