30 июня 2020

Rolls-Royce намеревается создать "автомобильный" атомный реактор

Rolls-Royce Rolls-Royce

Производитель легендарных автомобилей — ​один из последних игроков, решившихся вступить в технологическую гонку проектов малой ядерной энергетики. В начале этого года компания обнародовала план строительства в Великобритании 10–15 модульных реакторов к 2030 году. Причем каждый модуль должен легко поместиться в прицеп обычного автотягача. Rolls-Royce уже получила 23 млн долларов от британского правительства, но компании еще нужно найти около 250 млн.

В 2016 году правительство объявило конкурс проектов малых модульных реакторов. Это стало первым шагом в признании их важным элементом будущего энергобаланса. Великобритания, как и многие страны Европы, остро нуждается в надежной, дешевой, безуглеродной и безопасной генерации. Энергетическая структура страны стареет и все еще слишком зависима от ископаемого топлива. В меняющейся политической обстановке из-за «Брекзита» у Великобритании появилась необходимость в собственных энергомощностях.

По подсчетам Rolls-Royce, проектирование, разработка оборудования и строительство парка АЭС с модульными реакторами создадут до 40 тыс. рабочих мест для квалифицированного персонала и принесут более 100 млрд фунтов стерлингов в экономику страны за счет внутренних и экспортных продаж.

Глава компании Уоррен Ист расценивает программу строительства ММР как уникальную возможность сэкономить огромные ресурсы, создав передовые ядерные технологии в период заката больших АЭС — последние из них будут остановлены в стране к 2030 году.

В чем же преимущества модульных АЭС по сравнению со станциями большой мощности? Так, в Rolls-Royce упирают на то, что производство сразу нескольких малых реакторов выгоднее. Это делает проект строительства модульной АЭС предсказуемым по времени: от первого бетона до ввода в эксплуатацию всего четыре года, включая 500 дней на сборку реактора. Срок почти рекордный, если учесть, что сооружение некоторых АЭС в Великобритании занимало и 20 лет. Правда, есть другие примеры. Самые ранние, уже вышедшие на пенсию, блоки с реакторами Magnox строились в среднем четыре года от закладки до подключения к сети.

Если предсказуем срок проекта, если оборудование стандартизировано, то предсказуем и бюджет строительства. То есть производитель на начальном этапе может определить себестоимость блока и рассчитать стоимость электроэнергии, которую он будет вырабатывать, говорят в Rolls-Royce.

Корпус реактора состоит из самого корпуса, торосферической крышки и комплекта креплений (болтов, гаек, сферических шайб и уплотнений). Диаметр корпуса — ​не более 4,5 м, так как максимальная транспортировочная высота в Великобритании составляет 4,95 м. Все патрубки подсоединяются к корпусу реактора выше зоны размещения топливных элементов. Подключения и подсоединения ниже этого уровня не допускаются, чтобы минимизировать риск аварий с потерей теплоносителя.

Журнал «Популярная механика» назвал технологию модульных станций, предложенную британской автомобильной компанией, чем-то средним между «роллс-ройсом» и стеллажом «ИКЕА»: непревзойденное качество и простота в реализации.

Двухблочная «Тросфинидд» — ​единственная в Великобритании АЭС, построенная не на морском побережье: она стоит на берегу большого искусственного озера, обеспечивающего водой гидроэлектростанцию. И именно там Rolls-Royce может возвести первые модульные реакторы.

По словам главного технолога Rolls-Royce Пола Стейна, у вторичной застройки есть несомненные преимущества: жители округа настроены положительно, среди них есть квалифицированные сотрудники, которые обслуживали станцию (АЭС «Тросфинидд» закрыта в 1991 году). Осталось оборудование для подключения к сети, известны сейсмические характеристики площадки. «Можно сказать, «Тросфинидд» отвечает практически всем нашим требованиям для размещения первого модульного реактора», — ​заключает Пол Стейн.

Из 1 тыс. жителей деревни Тросфинидд, например, работают около 200 человек. Строительство блока создаст 600 рабочих мест в округе. Пока нет точных цифр, но в Rolls-Royce прикинули, что по всей Великобритании на производстве оборудования, строительстве и эксплуатации маломощных станций будут заняты 40 тыс. человек.

По мнению представителя местной администрации Элфеда Робертса, Тросфинидд нуждается в новых рабочих местах, особенно для молодежи, но необходимо взвесить все за и против: «Важно соблюсти все нормы безопасности. Нам потребуется проделать большую работу и на ее основе вынести окончательное решение».

Станция состоит из модулей, которые могут быть доставлены автомобильным, железнодорожным или морским транспортом. На модульную сборку отводится 500 дней. Трехконтурный реактор с водой под давлением (PWR) обеспечивает выходную мощность 400–450 МВт электрической из 1200–1350 МВт тепловой энергии, используя стандартное промышленное ядерное топливо из оксида урана. Теплоноситель подается через три циркуляционных насоса реактора к трем вертикальным парогенераторам с U-образными трубками (рис. слева).

Трехконтурный реактор (рис. справа) располагается на ядерном острове (выделен на рисунке красным цветом), рядом находится машинный зал (выделен желтым), и в самом конце — ​насосная станция для охлаждающей воды (выделена синим). Эти объекты укрыты защитным куполом. Вспомогательные здания находятся внутри бермы, которая огибает площадку и предохраняет от внешних угроз, таких как цунами или падение самолета.

99 % РАО с площадки были вывезены через два года после закрытия станции, оставшиеся классифицируются как отходы средней и низкой активности. Среднеактивные сейчас извлекают из подземного хранилища, помещают в металлические контейнеры, которые покрывают бетоном. Пока их будут держать на территории станции. Британское правительство планирует создать для таких отходов централизованное хранилище.

Место за общим столом

Проект Rolls-Royce появился в подходящий момент. Энергетический сектор находится под давлением: нужно как можно скорее перейти на производство экологически чистой электроэнергии по доступным ценам и уменьшить углеродный след. Малые модульные реакторы в совокупности с возобновляемыми источниками смогут дать вполне устойчивую базисную электрическую нагрузку и конкурентные цены.

Модульная конструкция облегчает массовое производство компонентов и позволяет масштабировать станцию в зависимости от потребности. Десятилетиями малые реакторы снабжают энергией подводные лодки, корабли и ледоколы. У НАСА даже есть программа разработки малых ядерных реакторов для баз на Марсе, а американские военные хотят мобильные реакторы, которые можно было бы использовать на удаленных объектах.

Пол Стейн говорит: «Для снижения затрат и ускорения строительства мы используем готовые детали, цифровую сварку и роботизированную сборку. Готовые компоненты доставляются на площадку и соединяются». Размер тоже имеет значение: реактор помещается в прицепе тягача, площадь станции составит около 60,7 тыс. м2 плюс примерно 40,5 тыс. м2 обслуживающих территорий. Это приблизительно 1/16 площадки АЭС «Хинкли-Пойнт» стоимостью 20 млрд долларов, которую планируется завершить к середине 2020-х годов. АЭС с двумя блоками сможет похвастаться впечатляющей мощностью 3200 МВт по сравнению со скромными 440 МВт малой станции Rolls-Royce.

По данным Forbes, Rolls-Royce пока ориентируется на 77 долларов за 1 МВт·ч, что в два раза больше средней стоимости электроэнергии, вырабатываемой АЭС в США, — ​около 33 долларов за 1 МВт·ч. Но, как и многие новые технологии, при реализации которых стартовые цены всегда высоки, малые станции не отпугивают инвесторов: во многих странах проекты разработки и строительства модульных реакторов набирают обороты.