Будущее аэс: Европа признала газ и атом чистой энергией. Но в зеленое будущее их брать не хочет

Европа признала газ и атом чистой энергией. Но в зеленое будущее их брать не хочет

• Алексей Калмыков
• Би-би-си

9 января 2022

Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.

Автор фото, AFP

Подпись к фото,

Многие в Европе против атомной энергетики. Но еще больше тех, кто против угля и неподъемных счетов за свет и отопление. ЕС выбрал меньшее из зол

Европейский союз после двух лет раздумий записал природный газ и ядерное топливо в чистые источники энергии, несмотря на недовольство экологов и крупнейшей европейской экономики — Германии.

На фоне энергетического кризиса и ренессанса угля ЕС рассудил, что АЭС и газовые станции не помешают, а помогут Европе перебраться из грязного ископаемого прошлого в зеленое будущее и достичь цели обнулить выбросы парниковых газов к 2050 году.

Еврокомиссия утвердила классификацию чистых источников энергии, и в ближайшие полгода она с большой вероятностью вступит в силу. Туда попали и атом, и газ. Правда, с оговорками — в нынешнем виде им светит забвение уже в ближайшие десятилетия.

Отказ признать их зелеными серьезно усложнил бы получение разрешений на строительство новых атомных и газовых электростанций и увеличил стоимость привлечения финансирования под эти проекты.

«Зеленая классификация» касается отраслей, на которые приходится 40% европейской экономики и 80% выбросов парниковых газов. Мир единогласно признал их причиной изменения климата и подписался под обязательством сократить выбросы, чтобы удержать глобальное потепление в пределах 2°С к доиндустриальному уровню.

• Европа хочет отказаться от природного газа. ЕС набросал план будущего без «Газпрома»
• Возрождение угля. Грязное топливо снова в моде, несмотря на климатический аврал
• Борьба с потеплением или «бла-бла-бла»? Чем закончился климатический саммит в Глазго

Судьбоносное решение ЕС важно еще и потому, что Европа далеко впереди планеты всей в деле озеленения экономики и борьбы с изменением климата.

Более того, Евросоюз — вторая по размерам экономика мира после США, но те серьезно отстают в сокращении выбросов. Поэтому европейская классификация чистой и грязной экономики потенциально может оказаться золотым стандартом для остального мира.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

ТЭЦ в берлинском пригороде Лихтерфельде работает на природном газе. На месте старой станции в 2019 году построили новую, более эффективную

Цель этой классификации — нормативно закрепить критерии того, что зеленое, а что не очень. Создать знак качества, а потом выдавать его компаниям и проектам. Чтобы финансисты точно знали, в какой бизнес вкладывать деньги граждан, компаний и казны, если те потребуют инвестировать только в «зеленые» отрасли.

Тяжелые времена, временные меры

Пропустить Подкаст и продолжить чтение.

Подкаст

Что это было?

Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.

эпизоды

Конец истории Подкаст

И природный газ, и ядерное топливо — ископаемые, грязные и далеко не возобновляемые источники энергии.

Газ является источником выбросов и при добыче, и при транспортировке, и при сжигании. Отходы АЭС токсичны. Хотя, конечно, газ чище угля, а ядерные реакторы не коптят вовсе.

И все же отказаться от них политически невозможно. По нескольким причинам.

Во-первых, в мире бушует энергетический кризис, и особенно он ощущается в Европе, которая закупает треть всего потребляемого газа в России, а в целом на три четверти зависит от импорта топлива. Население и бизнес в ЕС недовольны резким ростом цен, и все чаще звучат требования приостановить дорогостоящую зеленую перестройку.

Цены на газ в Европе в конце прошлого года достигли запредельных высот, а уголь вернулся в моду, причем не только в Старом Свете. Его сжигание на электростанциях по всему миру достигло рекордных показателей в 2021 году и останется на них еще по меньшей мере пару лет.

Для просмотра этого контента вам надо включить JavaScript или использовать другой браузер

Подпись к видео,

Почему дорожают газ и свет. Причины и последствия мирового энергетического кризиса

Пока возобновляемые источники энергии в достаточном количестве и промышленном масштабе недоступны, временно придется признать, что газ и атом полезнее для природы и климата, чем более грязные альтернативы вроде угля, счел ЕС.

Насколько временно?

Странам Евросоюза будет разрешено эксплуатировать существующие АЭС до тех пор, пока они обеспечивают захоронение токсичных отходов без ущерба для окружающей среды. А новые станции будут считаться чистыми источниками энергии, если их строительство одобрено до 2045 года.

С газовыми электростанциями сложнее. Новые попадут под категорию зеленых, только если их выбросы никогда не превысят 100 граммов углекислого газа на киловатт-час. Это очень мало, но ЕС допустил и строительство более стандартных станций с выбросами в 270 граммов на кВт/ч — правда, только до 2030 года и только в том случае, если они заменяют мощности выводимых из строя угольных электростанций, а не вводят новые.

Климатические активисты проиграли

Проект поддержало большинство членов ЕС, прежде всего страны Восточной Европы, которые зависят от угля и для которых газ открывает самый прямой путь к сокращению выбросов. А также Нидерланды и Франция.

Автор фото, AFP

Подпись к фото,

АЭС Фессенхайм закрыли при Макроне в 2020 году. Но потом Макрон изменил отношение к ядерной энергетике

АЭС на 70% покрывают потребности Франции в электроэнергии. Президент Эммануэль Макрон после избрания обещал сократить эту долю до 50% и выключить полтора десятка реакторов, однако передумал. Этой весной ему предстоят выборы, на которых соперники как один поддерживают ядерную энергетику. Теперь Макрон обещает вложить в отрасль 1 млрд евро до конца десятилетия.

Его позиция скажется и на общеевропейской — Франция только что приняла на полгода переходящий статус председателя ЕС.

Среди противников главный — Германия, самая населенная и богатая страна Евросоюза и центр европейской промышленности.

Германия решила отказаться от ядерной энергетики 10 лет назад после аварии на японской Фукусиме. На днях она выключила три АЭС, а оставшиеся три будут выведены из эксплуатации в течение года.

Однако немцы признали, что их мнение в этом вопросе не определяющее в Европе. И не собираются спорить с предложенной ЕС классификацией оттенков зеленой энергетики.

Зато соседняя Австрия настроена решительно. Она готова судиться, пригрозила министр по делам энергетики и климата Леонора Гевесслер. По мнению министра от партии Зеленых, Еврокомиссии самой стыдно за присвоение зеленого статуса газу и атому и поэтому проект был опубликован без лишнего шума в отпускной сезон, под самый Новый год.

«По одной дате публикации видно, что они сами не уверены в правильности своего решения, — написала Гевесслер. — Мы изучим проект и уже запросили юридическое заключение. Если он вступит в силу в таком виде, мы будем судиться. Потому что атомная энергия опасна и не является решением проблемы изменения климата».

Автор фото, AFP

Подпись к фото,

Немецкая АЭС Брокдорф — одна из трех закрытых накануне Нового 2022 года

Суд — единственное, что остается противникам зеленой классификации атомной энергетики и природного газа. Проект уже не будут выносить на публичную консультацию, и все идет к тому, что классификация автоматически вступит в силу к середине 2022 года.

Еврокомиссия планирует одобрить нормативный акт в январе после финальной консультации с экспертами, после чего отправит его на рассмотрение властям 27 стран ЕС и депутатам Европарламента.

Им отведено до полугода на организацию вето, однако уже сейчас ясно, что его не будет.

Еврокомиссия старается выносить на обсуждение только заранее согласованные документы и определять победителя внутренних битв до их начала, чтобы соблюсти единство и гармонию в крупнейшем политическом союзе на планете, созданном после двух разрушительных войн на некогда раздробленном континенте. Нынешнее сражение за классификацию уже выиграли сторонники ядерной энергетики и природного газа.

Чтобы отыграть назад и не дать ЕС присвоить зеленый знак качества газу и атому, их противники должны подбить на бунт большинство в Европарламенте, что маловероятно, либо 20 государств-членов ЕС, что невозможно, если только за эти полгода не случится чего-то катастрофически неприятного в газовой или атомной энергетике.

Нет ничего более постоянного, чем временные меры

ЕС первым делом принялся классифицировать оттенки зеленого в отраслях, которые ответственны за львиную долю выбросов парниковых газов. То есть в энергетике, промышленности и транспорте, а также в лесном и жилищно-коммунальном хозяйствах.

Остальным займутся позже.

Автор фото, AFP

Подпись к фото,

После решения ЕС для ядерной энергетики забрезжил свет в конце туннеля. Но туда еще нужно добраться

Более того, уже установленные критерии климатического и экологического соответствия нормам будут постоянно пересматривать, поскольку и технологии развиваются, и цели меняются под давлением обстоятельств — природных и политических.

«Классификация не обязывает инвестировать только в «зеленые» отрасли. И не вводит никаких обязательных экологических требований к компаниям и финансовым продуктам. Инвесторы вольны сами решать, во что вкладывать деньги, — объясняет новые правила Еврокомиссия. — Однако мы ожидаем, что со временем эта классификация станет проводником и катализатором зеленой перестройки экономики».

В результате деления на таксономические категории ЕС признает чистой и климатически обоснованной только ту деятельность, которая соответствуют двум критериям. С одной стороны, способствует достижению хотя бы одной из европейских климатических целей. А с другой, не представляет серьезной угрозы ни для одной из них.

Природный газ как раз соответствует первому требованию, поскольку в ближайшие годы именно газ является единственной доступной альтернативой грязному углю в энергетике и промышленности. А чтобы он вписался еще и во второй критерий и не нарушал его по достижении углеродной нейтральности в 2050 году, ЕС и вводит временные ограничения — строительство новых станций только до 2030 года.

С атомной энергетикой все еще более запутанно.

Ее сторонники радуются, потому что зеленый статус газа в документе четко назван «переходным», тогда как атом избежал такого эпитета. При этом четко определены сроки действия зеленой марки для АЭС, что придает ей не постоянный, а скорее переходный статус, делится сомнениями Дэвид Хесс из Всемирной ядерной ассоциации WNA, объединяющей компании отрасли.

Но шансы у АЭС закрепиться в зеленом будущем есть, в том или ином виде. Не только французский президент Макрон, но и его покинувшие ЕС британские соседи увлечены идеей мини-реакторов.

Они надеются решить проблему дороговизны и бесконечности строительства традиционных АЭС, которое занимает десятилетия и требует многомиллиардных инвестиций. Великобритания, например, в октябре утвердила стратегию обнуления выбросов, в которой отложила на разработку мини-реакторов 120 млн фунтов.

И в целом Запад признает, что без ядерной энергетики переход от ископаемых к возобновляемым источникам энергии невозможен. В своем последнем отчете Международное энергетическое агентство (IEA) называет атомные станции и мини-реакторы одной из четырех ключевых мер, призванных быстро и дешево перестроить энергетику таким образом, чтобы удержать повышение температуры на планете в рамках полутора градусов, предусмотренных Парижским соглашением.

Без ядерной энергетики у нынешней цивилизации нет будущего

Ядерная энергетика
Первый промышленный ядерный реактор мощностью 5 МВт был запущен в 1954 году в Обнинске. На пике развития ядерной энергетики (~ 1995 год) она производила в 33 странах 17,5% электричества планеты (во Франции — 78%, в США — 22%, в России — 16%, а в европейской части — 40%).

Преимущества ядерной энергетики очевидны: АЭС не требуют огромных масс топлива, идеально приспособлены для выработки электричества, не выбрасывают в атмосферу углекислоту, окислы азота и серы. По большому счету, они значительно безопаснее тепловых: для того чтобы обеспечить в течение года работу ТЭС мощностью 1 ГВт, в ее топливном цикле гибнет 300 человек, а при работе АЭС — в 500 раз меньше.

Как и в любой индустрии, крупные аварии на АЭС случаются (за всю историю атомной энергетики их было три: «Три-Майл-Айленд», Чернобыль, «Фукусима‑1»), но они не связаны со спецификой ядерной энергетики, скорее это следствие огромной концентрации энергии, которая опасна во всех производствах. По числу жертв аварий АЭС многократно уступают другим объектам энергетики: при ликвидации последствий чернобыльской аварии погибло 50 человек, при аварии на Саяно-Шушенской ГЭС — 76, при обрушении плотины в Италии — свыше 500; а вот авария на химическом комбинате в Бхопале (Индия) унесла жизни 2500 человек (и это без учета долговременных последствий). Наконец, число жертв автомобильных аварий в год превышает миллион, но никто на этом основании не предлагает запретить автомобили.

Вопреки этой логике в последние годы ширятся протесты против использования ядерной энергии, а в некоторых странах даже приняты решения о ее запрещении. Причины этих протестов отчасти иррациональны: человек также безотчетно боится темноты, а радиация, с которой неразрывно связана ядерная энергия, внушает страх своей непонятностью. И логические доводы здесь бессильны, даже такой: радиоактивные выбросы с дымом ТЭС многократно превышают аналогичные выбросы АЭС.

Однако профессионалы понимают и более глубокие причины этого инстинктивного протеста: современная ядерная энергетика далека от совершенства. Она возникла после мировой войны как побочный продукт военной программы создания ядерного оружия, когда не было времени думать ни о гарантиях безопасности, ни о радиоактивных отходах, ни об экономике. Но сегодня эти проблемы встали в полный рост. Перечислим их.

Первая проблема
Современные реакторы небезопасны, несмотря на многоуровневую инженерную систему предотвращения аварий. Серьезные аварии случаются редко, но их последствия приходится ликвидировать долго, и обходится это дорого. Необходимо создать внутренне безопасный реактор, в котором аварии будут запрещены законами физики, а не инженерными барьерами. Отдельная проблема безопасности — это риск попадания ядерной взрывчатки в руки террористов, что наиболее вероятно на стадии переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) и выделения из него свежего топлива.

Вторая проблема
Современные ядерные реакторы, работающие на тепловых нейтронах, жгут 235U. В природном уране его содержится всего 0,72%, а общие запасы 235U, которые можно извлечь по приемлемой цене, не превышают ~ 50 тыс. тонн. Каждый атомный энергоблок электрической мощностью 1 ГВт тратит в год примерно одну тонну 235U. Всего в мире работает сейчас 447 энергетических реакторов, их общая мощность на конец 2017 года составляла 391 ГВт, и потребляют они ~ 400 тонн 235U в год. Если учесть атомные ледоколы, корабли, авианосцы, подводные лодки, то ежегодное потребление 235U вырастет до ~ 600 тонн, то есть его разведанных запасов хватит примерно на 100 лет. Надо создать реактор, в котором «горит» 238U — его запасов хватит на сотни тысяч лет. А с учетом запасов тория и урана в океанах ресурсы ядерной энергии поистине безграничны.

Третья проблема
При работе реактора выгорает менее 10% загруженного ядерного топлива (сегодня ~ 6%), и, чтобы его использовать полностью, нужно многократно очищать ОЯТ от продуктов деления и изготавливать из него новое топливо — замкнуть топливный цикл. Такая технология пока не создана, и в ее ожидании в хранилищах ОЯТ накоплено ~ 300 тыс. тонн ОЯТ, ждущих переработки.

Четвертая проблема
При работе АЭС образуются продукты деления — ~ 1 тонна в год для реактора электрической мощностью 1 ГВт. Среди них ~ 10 кг долгоживущих отходов, которые сохраняют свою радиоактивность сотни тысяч и миллионы лет, и оставлять их будущим поколениям люди пока не решились. За 60 лет атомной энергетики в мире накоплено таких отходов более 300 тонн, и что делать с ними — пока неясно.

Пятая проблема
Строительство ядерного реактора стоит дорого; пока мы живем в системе рыночной экономики, этот фактор имеет существенное значение. Не исключено, что в будущем дефицит энергии скорректирует важность экономических критериев: если жизни человека угрожает смертельная болезнь, он готов платить за лекарство любые деньги. К примеру, сегодня солнечная энергетика стремительно растет, несмотря на то что она вчетверо дороже ядерной.

Все эти проблемы известны давно, и они уже привели к снижению вклада АЭС в электрические мощности планеты: с 1995 года этот вклад снизился с 17,7% до 10,5%.

Скептики предсказывают и дальнейшее снижение вклада АЭС — вплоть до их исчезновения в следующем столетии.

Состояние ядерной энергетики сегодня и перспективы

Энергетика

Состояние ядерной энергетики сегодня и перспективы

Атомная электростанция Перри в Огайо. Фото: NRC

Избранный президент Джо Байден вступает в должность в то время, когда отказ от ископаемого топлива имеет решающее значение. Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) предупредила, что к 2030 году мы должны не допустить нагревания планеты более чем на 1,5°C по сравнению с доиндустриальным уровнем. Каждый путь, предусмотренный МГЭИК для достижения этой цели, требует увеличения ядерной энергии — на 59до 106 процентов по сравнению с уровнем 2010 года к 2030 году. Климатический план Байдена стоимостью 2 триллиона долларов, признающий эту безотлагательность, включает поддержку развития ядерной энергетики. Каково нынешнее состояние ядерной энергетики в США и какую роль она может сыграть в обезуглероженном будущем?

Роль ядерной энергии в борьбе с изменением климата

Атомная энергетика является вторым по величине источником чистой энергии после гидроэнергетики. Энергия для добычи и очистки урана, используемого в ядерной энергетике, и производства бетона и металла для строительства атомных электростанций обычно обеспечивается за счет ископаемого топлива, что приводит к выбросам CO2; однако атомные станции не выбрасывают CO2 и не загрязняют воздух во время работы. И, несмотря на потребление ими ископаемого топлива, их углеродный след почти такой же низкий, как у возобновляемых источников энергии. Одно исследование подсчитало, что киловатт-час электроэнергии, вырабатываемой на АЭС, имеет углеродный след в размере 4 граммов эквивалента CO2 по сравнению с 4 граммами энергии ветра и 6 граммами солнечной энергии по сравнению со 109 граммами. граммов угля, даже при улавливании и хранении углерода.

По данным Международного энергетического агентства, за последние 50 лет ядерная энергетика предотвратила образование 60 гигатонн углекислого газа. Без ядерной энергии вырабатываемая ею энергия была бы получена за счет ископаемого топлива, что увеличило бы выбросы углерода и привело бы к загрязнению воздуха, которое могло бы ежегодно приводить к миллионам смертей.

Состояние атомной энергетики сегодня

В настоящее время 440 ядерных реакторов по всему миру обеспечивают более 10 процентов мировой электроэнергии. В США за последние 20 лет атомные электростанции произвели почти 20 процентов электроэнергии.

Индиан-Пойнт недалеко от Нью-Йорка будет закрыт к 2021 году. Фото: Тони Фишер

Большинство действующих сегодня атомных станций были рассчитаны на срок службы от 25 до 40 лет, а при среднем возрасте 35 лет четверть из них в развитых странах, вероятно, будет закрыта к 2025 году. После аварии на Фукусиме ряд стран начал рассмотреть вопрос о поэтапном сворачивании своих ядерных программ, поскольку к 2022 году Германия, как ожидается, закроет весь свой ядерный флот9.0003

В США работает 95 ядерных реакторов, но за последние 20 лет был запущен только один новый реактор. Планируется строительство более 100 новых ядерных реакторов в других странах, и предлагается построить еще 300, в первую очередь в Китае, Индии и России.

Как работают ядерные реакторы

Все коммерческие реакторы выделяют тепло посредством ядерного деления, при котором ядро ​​атома урана расщепляется на более мелкие атомы (называемые продуктами деления). При расщеплении высвобождаются нейтроны, которые запускают цепную реакцию в других атомах урана.

Процесс деления. Фото: БК Открытые учебники

При расщеплении атомов выделяется огромное количество энергии — при делении килограмма урана выделяется в в три миллиона раз больше энергии, чем при сжигании килограмма угля. Хладагент, часто вода, циркулирует вокруг активной зоны реактора, поглощая тепло, создаваемое делением; тепло кипятит воду, создавая пар под давлением, который вращает турбину и вырабатывает электричество.

Реакторное топливо обычно представляет собой уран в таблетках, которые помещаются в топливные стержни и располагаются в активной зоне реактора. Ядерный реактор мощностью 1000 МВт может содержать до 51 000 стержней с более чем 18 миллионами гранул.

Внутри бассейна с отработавшим топливом
Фото: МАГАТЭ

После того, как оно проработает реактор в течение четырех-шести лет, отработавшее топливо заменяется новыми топливными стержнями. Высокорадиоактивные и горячие отработавшие топливные стержни переносятся в бассейн с водой на площадке, который охлаждает и защищает их.

Примерно через пять лет, когда израсходуется достаточное количество энергии, топливо перемещают в сухие бочки, которые хранятся на месте в бетонных бункерах. Именно так в настоящее время хранится большая часть ядерных отходов, которые были произведены за эти годы.

Проблемы, стоящие перед атомной энергетикой

Атомная промышленность США сталкивается с сопротивлением из-за ряда факторов.

Ядерные аварии

Американская общественность испытывает опасения по поводу ядерной энергетики из-за трех ядерных аварий, которые произошли: частичная авария на Три-Майл-Айленде в 1979 году, авария и взрыв в Чернобыле в 1986 году и авария на Фукусиме в 2011 году, вызванная землетрясением и цунами.

Школа в Чернобыле. Фото: Фи Точка

Аварии на Три-Майл-Айленде и Фукусиме начались после того, как реакторы были остановлены, а из-за отсутствия электроэнергии насосы не могли циркулировать воду для охлаждения разлагающегося топлива. Подобные легководные реакторы, охлаждаемые обычной водой, составляют большинство используемых ядерных реакторов.

Хотя ядерные аварии случаются редко, их последствия катастрофичны. Авария на Фукусиме вынудила более 200 000 человек покинуть свои дома. Площадка Чернобыльского реактора будет радиоактивной в течение десятков тысяч лет.

Распространение ядерного оружия

Встречающийся в природе уран состоит в основном из урана-238 и небольшого количества урана-235, который необходим для деления. Процесс концентрирования и повышения содержания урана-235 по отношению к урану-238 называется обогащением. Однако обогащение вызывает споры, потому что этот процесс иногда можно использовать для создания урана для ядерного оружия, как и переработку отработавшего топлива для извлечения урана и плутония для их переработки в новое топливо.

«Позиция США со времен администрации Форда заключалась в том, чтобы не перерабатывать топливо, потому что мы действительно не хотим, чтобы другие страны перерабатывали свое топливо», — сказал Мэтт Боуэн, научный сотрудник, специализирующийся на ядерной энергии в Центре глобальной энергетической политики Колумбийского университета.

Чтобы предотвратить распространение ядерного оружия, большинство стран подписали международные соглашения об ограничении ядерного оружия, а Международное агентство по атомной энергии регулярно инспектирует ядерные объекты для контроля их ядерных материалов.

Ядерные отходы

До сих пор не существует жизнеспособного способа окончательного захоронения радиоактивных материалов, которые производятся на каждом этапе жизненного цикла атомной электростанции, от добычи и обогащения урана до эксплуатации и отработавшего топлива. Из этого радиоактивного материала три процента — в основном отработавшее топливо — считаются высокоактивными отходами, а это означает, что они чрезвычайно опасны и будут радиоактивными в течение десятков тысяч лет; его нужно охладить, а затем надежно изолировать практически навсегда. Семь процентов составляют промежуточные отходы, материалы из активной зоны реактора и других частей реактора; это также опасно, но может содержаться в канистрах. Остальное, состоящее из строительных материалов, пластика и прочего, считается низкоактивными отходами, но их также необходимо хранить.

Контейнеры с отработавшим топливом. Фото: NRC

По оценкам отчета Гринпис, в 14 странах находится 250 000 тонн высокоактивных отходов, находящихся на временном хранении. В самих США имеется почти 90 000 тонн высокоактивных отходов, ожидающих постоянного захоронения. Хотя правительства и промышленность согласны с тем, что наилучшим решением для ядерных отходов является глубокое захоронение, ни в одной стране нет действующих площадок для глубокого захоронения. Один эксперт-ядерщик сказал , что «нет научно доказанного способа» захоронения высоко- и среднеактивных отходов.

В 1987 году гора Юкка в штате Невада была выбрана местом захоронения ядерных отходов США, но против этого выступили лидеры штатов и жители, и ее судьба находится в подвешенном состоянии.

Стоимость

Новые ядерные реакторы могут стоить более 7 миллиардов долларов, что делает их дорогостоящими предложениями, особенно когда природный газ так дешев. Некоторые из новейших ядерных проектов значительно превысили график и бюджет. Боуэн сказал, что отказ Westinghouse построить два из четырех новых и усовершенствованных реакторов AP1000, запланированных для Южной Каролины и Джорджии, имел серьезные последствия для всей ядерной отрасли. После стоимости 9 долларовмиллиардов долларов, два реактора в Южной Каролине были остановлены. «Высокие затраты связаны не с материалами, а с удвоением сроков строительства», — сказал он. «Для AP1000 общепризнанно, что строительство было начато на относительно низкой зрелости проекта. Дело не в том, что Westinghouse не была полностью осведомлена о том, что они начали строительство до того, как закончили проектирование, и [что] был связан с этим определенный риск. Они просто не думали, что все пойдет так плохо».

Боуэн добавил, что, по его мнению, отмена самолетов AP1000 в Южной Каролине — это «тень, брошенная на всю американскую промышленность. Он отключил коммунальное предприятие, что должно заставить другие коммунальные предприятия более осторожно относиться к строительству первого в своем роде ядерного реактора».

Реакторы в Джорджии, также с опозданием и превышением бюджета, должны быть введены в эксплуатацию в 2021 и 2022 годах.

Эволюция ядерных реакторов

Первое поколение ядерных реакторов было разработано в 19 веке. 50-е годы; к 2015 году все они были закрыты. Реакторы поколения II в основном эксплуатируются сегодня. Хотя они были рассчитаны всего на 40 лет, по состоянию на 2018 год Агентство по ядерному регулированию продлило лицензии 89 реакторам еще на 20 лет. (С тех пор три из этих реакторов были остановлены.) Лицензия на несколько станций была продлена до 80 лет. Повторное лицензирование обычно включает модернизацию или замену старого оборудования и технологий и обходится дешевле, чем строительство совершенно нового реактора.

Усовершенствованные реакторы, иногда называемые поколением III и III+, эксплуатируются в Японии и строятся в других странах. Реакторы поколения IV все еще находятся на стадии проектирования.

Компьютеры помогают создавать виртуальные проекты новых реакторов. Фото: Национальная лаборатория Айдахо

Многие проекты новых атомных станций, находящиеся на продвинутых стадиях планирования, строительства или исследований в Северной Америке, Европе, Японии, России и Китае, направлены на решение основных проблем ядерной энергетики. Они включают в себя улучшения безопасности и стоимости, а также надежности, устойчивости к распространению и сокращения отходов.

В то время как традиционные реакторы зависели от механических систем для устранения неисправностей, многие новые реакторы используют пассивные меры безопасности, которые не требуют внешних операторов. Это влечет за собой системы, которые полагаются на гравитацию, конвекцию или устойчивость к высоким температурам для предотвращения несчастных случаев. Некоторые из них имеют более простую конструкцию, а это означает, что в них меньше компонентов, которые могут выйти из строя. Другие имеют более стандартизированную конструкцию, поэтому можно использовать модульные компоненты, которые можно изготовить на заводе, что сокращает время и затраты на строительство; старые ядерные реакторы обычно приходилось изготавливать на месте. Многие новые реакторы также более эффективно используют топливо и производят меньше отходов, а некоторые предназначены для использования ядерных отходов в качестве топлива.

Некоторые новые реакторы

Вот лишь некоторые из многих планируемых новых реакторов с различными технологиями и конструкциями. Первые два из перечисленных были выбраны в рамках Демонстрационной программы усовершенствованных реакторов Министерства энергетики (DOE). Каждый из них получит по 80 миллионов долларов в этом году и дополнительно от 400 миллионов до 4 миллиардов долларов в течение следующих пяти-семи лет. Министерство энергетики также планирует к декабрю выделить еще от двух до пяти грантов на общую сумму 30 миллионов долларов за усовершенствованные конструкции реакторов.

TerraPower, соучредителем которой является Билл Гейтс, и GE Hitachi Nuclear Energy разрабатывают натриевый реактор мощностью 345 МВт, в котором в качестве теплоносителя будет использоваться расплавленный металлический натрий . Натрий имеет гораздо более высокую температуру кипения, чем вода, поэтому охлаждающая жидкость не нуждается в повышении давления, что упрощает работу. Кроме того, это экономит средства, поскольку нет необходимости строить большую защитную конструкцию. Тепло натрия будет передаваться расплавленной соли либо для приведения в действие паровой турбины, либо для последующего использования. Это позволяет системе увеличить мощность до 500 МВт в течение более пяти с половиной часов, если это необходимо. Natrium также будет использовать более высокообогащенный уран, что позволит более эффективно сжигать топливо. Ожидается, что реактор Natrium будет введен в эксплуатацию в конце 2020-х годов.

Высокотемпературный реактор мощностью 80 МВт, Xe-100, разработанный X-Energy, использует топливо в виде гальки, которая не может расплавиться. 220 000 графитовых шариков, наполненных керамическими ядрами, наполненными ураном, медленно продвигаются вниз через активную зону и покидают дно, когда они израсходованы. Они охлаждаются гелием под давлением, который нагревается до 750°C для производства пара для электричества. В более простой конструкции реактора используются компоненты, которые можно изготовить на заводе, а затем собрать, а благодаря модульной конструкции его можно комбинировать с другими реакторами мощностью 80 МВт для производства 320 МВт и более. Боуэн отметил, что более высокая эффективность этого реактора означает, что он может производить меньше отходов на вырабатываемый мегаватт-час.

Реактор бегущей волны Terrapower  – это реактор с жидкостным натриевым теплоносителем, работающий при атмосферном давлении. Он использует топливо, изготовленное из обедненного урана, побочного продукта процесса обогащения топлива, который часто утилизируется. Отработанное топливо хранится в активной зоне, поэтому нет необходимости в его хранении. Terrapower утверждает, что реактор на бегущей волне в конечном итоге устранит обогащение и переработку, тем самым снизив риск распространения. За 60 лет эксплуатации общее количество производимых отходов заполнило бы всего полтора вагона. Поскольку проектирование почти завершено и начаты инженерные работы, ожидается, что он начнет работу в середине 2020-х годов.

Визуализация небольшой модульной реакторной установки Nuscale. Фото: Университет штата Орегон

NuScale разрабатывает небольшой модульный легководный реактор , который будет генерировать 77 МВт. Он будет занимать площадь всего в один процент от площади обычного реактора. Конструкция была упрощена, чтобы исключить насосы и другие движущиеся части, что делает ее более безопасной, а реактор может самостоятельно останавливаться и охлаждаться без необходимости во внешнем операторе. Его компактный размер позволяет использовать его в сообществах, которым требуется меньше энергии, а также для медицинских и военных объектов. Двенадцать небольших модульных реакторов можно было соединить вместе, чтобы сформировать 9Электростанция мощностью 24 МВт, некоторые модули которой производят электроэнергию, а другие обеспечивают тепло для промышленности. Министерство энергетики сотрудничало с NuScale и Utah Associated Municipal Power Systems для разработки этого реактора, но недавно восемь из 36 участвующих коммунальных предприятий отказались от проекта. Тем не менее, по словам Дианы Хьюз из NuScale, NuScale планирует ввести в эксплуатацию первый модуль к середине 2029 года, а остальные 11 модулей — к 2030 году, чтобы согласовать это с выходом из эксплуатации угольных электростанций UAMPS. Прогнозируется, что общий бюджет составит 6,1 миллиарда долларов.

Существует множество конструкций реакторов на быстрых нейтронах , которые разрабатываются с теплоносителями на основе натрия, свинца, газа и расплавленных солей. Поскольку эти теплоносители позволяют нейтронам двигаться быстрее, чем вода, быстрые реакторы могут производить в 60 раз больше энергии из урана, чем традиционные легководные реакторы. В любом реакторе часть U-238 во время работы превращается в различные формы плутония, а часть затем подвергается делению с выделением тепла. Реакторы на быстрых нейтронах могут оптимизировать этот процесс так, чтобы он фактически «выращивал» больше топлива. Хотя быстрые реакторы существуют с 1950-х годов, сегодня к ним больше интереса из-за скопления ядерных отходов и способности этих реакторов разрушать путем деления элементы в отработавшем топливе, которые так долго делают его высокорадиоактивным, вместо того, чтобы отходы оставались токсичными в течение десятков тысячи лет, он токсичен сто лет.

Микрореакторы , которые можно разместить в кузове полуприцепа, могут производить от 1 до 20 МВт энергии и использоваться для производства тепла или электричества. Их небольшой размер позволяет им генерировать энергию для промышленных процессов, а также для отопления и охлаждения в отдаленных районах, зонах стихийных бедствий и военных базах по всему миру; кроме того, их можно легко интегрировать с возобновляемыми источниками энергии в микросети. Oklo Power разрабатывает микромодульный реактор на быстрых нейтронах Aurora, который будет вырабатывать 1,5 МВт электроэнергии и тепла в Национальной лаборатории Айдахо. Компактная конструкция включает в себя солнечные батареи и будет использовать новый вид топлива «низкообогащенный уран с высоким содержанием урана» под названием HALEU. Это означает, что уран обогащается, чтобы иметь более высокую концентрацию U-235, необходимую для деления, что позволяет реактору получать больше энергии от топлива и реже дозаправляться. HALEU еще не поступил в продажу.

Другие виды использования ядерной энергии

Ядерная энергия должна будет играть ключевую роль в обезуглероживании экономики, потому что возобновляемым источникам энергии трудно собрать интенсивное тепло, необходимое для промышленных процессов, таких как производство стали и цемента. По данным Центра глобальной энергетической политики Колумбийского университета, на эти виды промышленных процессов приходится 10 процентов глобальных выбросов. Некоторые передовые реакторы, такие как высокотемпературный реактор с газовым охлаждением, могут обеспечивать как электроэнергию, так и тепло для переработки нефти или для производства удобрений и химикатов. Ядерные реакторы также можно использовать для производства электроэнергии, необходимой для расщепления воды на водород и кислород; затем чистый водород можно было бы использовать для выработки тепла для производства стали и другой промышленной деятельности, для заправки транспортных средств, производства синтетического топлива или хранения энергии для сети.

Большинству опреснительных установок, преобразующих морскую воду в питьевую воду, требуется много энергии, которая обычно поступает из ископаемого топлива. Небольшие модульные реакторы, расположенные на берегу океана, могли бы вырабатывать электроэнергию, необходимую для опреснения воды.

Перспективы атомной энергетики

Климатический план

Байдена поддерживает исследования «доступных, меняющих правила игры технологий, которые помогут Америке достичь нашей цели 100-процентной чистой энергии», с акцентом на небольшие модульные реакторы и проблемы, которые мешают развитию ядерной энергетики: стоимость, безопасность и утилизация отходов. Байден потенциально мог бы заручиться поддержкой республиканцев в отношении климатического законодательства с помощью ядерной энергетики, поскольку в прошлом законопроекты об атомной энергии получали поддержку обеих партий. С 2018 года два закона, призванные ускорить модернизацию Комиссии по ядерному регулированию, поддержать разработку усовершенствованного реакторного топлива и помочь разработчикам атомной энергии сотрудничать с университетами и национальными лабораториями, получили двухпартийную поддержку в Конгрессе и были подписаны в качестве закона. В 2019 году принят двухпартийный Закон о лидерстве в ядерной энергетике.поможет передовым концепциям ядерных реакторов перейти от исследований к коммерциализации за счет привлечения частного капитала для строительства двух демонстрационных реакторов к 2025 году и, возможно, еще пяти к 2035 году. Двухпартийная группа сенаторов представила Закон об управлении ядерными отходами 2019 года с целью сосредоточиться на обращении с ядерными отходами.

«С точки зрения управления рисками имеет смысл сделать инвестиции в атомную энергетику частью решения [противодействия изменению климата]», — сказал Боуэн. «Но поколению, о котором мы говорим, потребуются годы, чтобы как бы созреть, и им все равно придется построить свой первый блок относительно точно в срок и в рамках бюджета. В противном случае второго блока не будет». И, несмотря на акты Конгресса и множество планов по новым реакторам, он считает, что мы можем не увидеть много новых реакторов в США, если Конгресс не примет федеральный стандарт чистой энергии. Боуэн считает, что повторное лицензирование может стать ключом к большему использованию ядерной энергии. «У меня больше уверенности в том, что будут приняты меры по поддержанию существующего парка, который намного легче», — сказал он. «Я оптимистично настроен в отношении того, что последующее повторное лицензирование будет происходить все чаще и чаще, когда мы продлеваем эксплуатацию завода с 60 до 80 лет».

Что касается новых реакторов, то небольшие модульные реакторы Nuscale находятся дальше всех и не будут работать до 2030 года. Но если компания сможет успешно реализовать проект в разумные сроки и если национальная климатическая политика приведет нас к нулевым выбросам углерода, Боуэн считает, что к 2050-м годам можно будет построить больше атомных электростанций, чтобы существенно поддержать декарбонизацию электросети. .

Теги:

Администрация Байдена-ХаррисаЦентр глобальной энергетической политикиизменение климатаэкокарбонизацияЭнергияДжо Байденядерная энергетика

Будущее ядерной энергетики

15 февраля 2022 г. обновлено 04 июля 2022 г. 15:25

Мы рассказываем о пяти предстоящих ядерных проектах со всего мира, поскольку страны все чаще обращаются к этой технологии для достижения целей обезуглероживания.

По
Скарлетт Эванс

Проект Olkiluoto 3 по-прежнему выходит за рамки бюджета и отстает от графика. Кредит: общественное достояние.

Атомная энергетика растет во всем мире: данные Международного энергетического агентства (МЭА) показывают, что глобальное производство энергии на ядерных объектах выросло на 3,5% в 2021 году по сравнению с уровнем 2020 года, восстановившись после падения почти на 4%, наблюдавшегося в результате пандемии. Тем не менее, МЭА также заявило, что нынешние уровни не соответствуют целям глобального обезуглероживания, и что для достижения этой цели потребуется удвоение годовой мощности.

Несмотря на то, что в последнее время ведутся споры о том, насколько «зеленой» является ядерная энергетика, несколько стран уже сделали ее ключевой частью своего будущего энергетического ландшафта. По оценкам Всемирной ядерной ассоциации, в мире строится 55 новых ядерных реакторов. В то время как большинство из них запланированы в азиатских странах, страны почти на каждом континенте имеют такие объекты в стадии разработки, с общей мощностью около 100 ГВт на горизонте для ядерных энергетических проектов.

Итак, какие сайты появятся в сети в ближайшие несколько лет? Мы смотрим.

Финляндия, Olkiluoto 3 (2022)

Финский ядерный реактор Olkiluoto 3 (OL3), европейский реактор с водой под давлением, является первой новой атомной станцией, введенной в эксплуатацию в стране за более чем 40 лет. Блок с большим опозданием начал критически важные функции в декабре прошлого года, а полная интеграция в национальную сеть ожидается в конце этого месяца, хотя обновления о точной дате запуска еще не подтверждены.

Проект изначально планировалось открыть в 2009 году., однако технические трудности привели к постоянным задержкам и убыткам в размере около 2,8 млрд долларов, а ввод в эксплуатацию был окончательно подтвержден в 2014 году. Немецкие заводы N4 и Konvoi обеспечивают максимальную безопасность и надежность. После полного ввода в эксплуатацию блок будет удовлетворять 14% потребности страны в электроэнергии, а чистая электрическая мощность составит около 1600 МВт.

Площадка объединяет блоки OL1 и OL2, расположенные на западной стороне острова Олкилуото, при этом совокупная мощность трех блоков обеспечивает 30% выработки электроэнергии в Финляндии.

Атомная энергетика составляет значительную часть энергетического баланса Финляндии. Согласно оценкам GlobalData, потребление за последнее десятилетие увеличивалось в среднем на 2,6% в год и в 2020 году достигло 103,3 ТВтч. должны быть импортированы, ожидается, что успешное создание OL3 приведет к повышению внутренней стоимости и повышению энергетической безопасности страны.

Аргентина, Карем (2023)

Проект Central Argentina de Elementos Modulares (CAREM) является первым в Аргентине атомным энергоблоком, спроектированным и разработанным внутри страны, где около 70% компонентов поставляются местными производителями. Ожидается, что прототип блока будет иметь первоначальную мощность 25 МВт, за которой последует более крупная версия, 100 МВт или, возможно, 200 МВт, в северной провинции Формоза.

Общая стоимость проекта оценивается в 446 млн долларов (3,5 млрд аргентинских песо).

Первый бетон был залит в 2014 году, однако проект страдал от задержек из-за нарушения контракта, несвоевременных платежей и изменений в проекте. О продолжении строительства было объявлено в апреле 2020 года, а контракт на достройку реактора подписан в июле 2021 года.

Блок представляет собой упрощенный реактор с водой под давлением, разработанный Национальной комиссией по атомной энергии (CNEA). Благодаря интеграции системы теплоносителя блока внутри корпуса реактора конструкция предназначена для уменьшения аварий с потерей теплоносителя, а также означает, что на блоке не требуются насосы, что обеспечивает дополнительную защиту от расплавления активной зоны. В настоящее время в Аргентине есть три ядерных реактора, вырабатывающих около 5% электроэнергии. Наряду с CAREM, CNEA планирует построить реактор CAREM мощностью 100 МВт возле Формозы в Аргентине и более крупную версию мощностью 300 МВт, предназначенную для экспорта.

Иран, Бушер 2 (2024)

Бушерская АЭС (БАЭС) — первый коммерческий ядерный реактор Ирана. Соглашение между Тегераном и Москвой о строительстве легководного реактора мощностью 1000 МВт было первоначально подписано в 1994 году; однако политические потрясения из-за иранской революции и ирано-иракской войны заставили страну приостановить строительство. Немецкая компания Siemens, которая изначально согласилась построить два реактора для проекта, также отказалась от участия из-за политического давления со стороны США.

После этого периода потрясений российская государственная корпорация «Росатом» приняла на себя функции Siemens и завершила строительство одного реактора в 2012 г., а в 2014 г. были заключены контракты на два дополнительных энергоблока с ожидаемой датой завершения в 2024 г.

Два блока ВВЭР-1000 будут построены с использованием технологии поколения III+, включая новейшие функции безопасности, и имеют общую мощность 2100 МВт. По оценкам Организации по атомной энергии Ирана, ядерная энергетика будет обеспечивать от 8% до 10% электроэнергии страны, как только эти блоки будут подключены к сети.

Стоимость проекта оценивается примерно в 10 миллиардов долларов.

Россия, БРЕСТ-ОД-300 (2026)

В июне прошлого года в Северске Томской области России началось строительство атомного энергоблока Росатома мощностью 300 МВт. По словам нефтяного гиганта, этот завод изменит правила игры в отрасли благодаря своей способности перерабатывать собственные отходы.

Блок будет использовать смешанное уран-плутониевое нитридное топливо и будет включать реактор на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем, известный как Брест-ОД-300. Ожидается, что после завершения проект продемонстрирует замкнутый топливный цикл с реактором на быстрых нейтронах, производством топлива и установкой по переработке, размещенными на одной площадке. Таким образом, мы надеемся ответить на постоянный вопрос о том, что делать с отработавшим ядерным топливом.

В начале строительства Михаил Ковальчук, президент НИЦ «Курчатовский институт», заявил, что проект выведет атомную энергетику «на новый уровень».

На церемонии закладки первого камня генеральный директор Росатома Алексей Лихачев сказал: «Успешная реализация этого проекта позволит нашей стране стать первым в мире обладателем атомной энергетической технологии, полностью отвечающей принципам устойчивого развития с точки зрения экологии, доступность, надежность и эффективное использование ресурсов».

Реактор БРЕСТ-ОД-300 планируется ввести в эксплуатацию в 2026 году, к следующему году – построить завод по производству топлива, а в 2024 году – начать строительство модуля переработки облученного топлива.

Весь комплекс строится в рамках проекта Росатома «Прорыв», созданного для ускорения атомной энергетики в стране и разработки технологических решений для ее развертывания.

UK, Hinkley Point C2 (2027)

Hinkley Point C компании EDF — первая новая атомная электростанция, построенная в Великобритании за более чем два десятилетия.