Атомна енергетика - більш ґрунтовна альтернатива вугіллю, нафти і газу, ніж сонячна або вітроенергетика. Однак для багатьох атомні станції асоціюються швидше з аваріями, ніж з новими технологіями. Американські енергетики мріють вдихнути в ідею мирного атома нове життя.
У США багато говорять про новий тип реакторів - на порядки менш потужних, ніж звичайні. Експерти вважають, що майбутнє енергетики - за гібридною системою, що складається з традиційних, гігаватних, і нових, скромних мегаватних реакторів.
"Раніше, коли була потрібна атомна станція, вибору не було: потрібно було зводити гігаватну, - пояснює секретар з ядерної енергії американського Міністерства енергетики Рита Баранвол. - Зараз, якщо запити невеликі, можна побудувати станцію поменше ". Мегаватні реактори (один приблизно на 650 домогосподарств) з часом стануть дешевшими і простішими в обслуговуванні, і тоді їх можна буде ставити де завгодно. Віддалені поселення, маленькі містечка і навіть райони мегаполісів зможуть вибрати собі ядерний реактор за розміром, замінивши ним вугільні, газові та дизельні станції, якщо з іншими відновлюваними джерелами енергії в регіоні складно.
Розміри реактора NuScale в 100 разів скромніші, ніж у звичайного ядерного, а енергії він дає всього в 10 разів менше
Історія атомних реакторів почалася з установки, яку 1942 року побудував під Чикаго Енріко Фермі. Згодом його команда спроектувала ще багато різних реакторів - і експериментальних, і промислових. Було багато оригінальних ідей, наприклад реактори з натрієвим та іншими теплоносіями. Але як DVD-диски впали перед натиском BluRay, екзотичні види реакторів поступилися водяним.
Ідею компактного реактора можна простежити до кінця 1960-х, коли інженер Річард Екерт запропонував концепцію плавучої АЕС малої потужності. У таких реакторів є свої переваги. По-перше, вони дають більше енергії на одиницю обсягу. У 2019 році стартап з Орегона NuScale побудував модульний реактор розміром всього в 1% від звичайного реактора, а енергії виробляє лише в 10 разів менше. По-друге, в радіусі 15 км від звичайного реактора нічого будувати не можна: це буферна зона на випадок аварії. Для мегаваттного реактора таку територію можна взагалі не відгороджувати. Маленькі розміри і потужність дозволяють повністю покладатися на пасивні системи безпеки - такі, які приводяться в дію не людьми і не автоматикою, а законами фізики. По-третє, до одного маленького реактора завжди можна додати другий, третій, десятий - і точно так само зменшити їх число, якщо потреба в енергії знизиться.
Паливо в реакторі USNC завантажується в графітові блоки
Будувати атомні реактори малої потужності планують багато. З усіх учасників енергоринку NuScale - найбільші консерватори. Їх реактор - це традиційна установка з водним теплоносієм, тільки менше. До того ж насоси для перекачування охолоджувача не потрібні, а парогенератори можна заховати всередині корпусу, а не встановлювати зовні, як у більш потужних аналогів. NuScale стверджує, що такий реактор виходить дешевшим і простішим в експлуатації, а ризики для його операторів нижчі, ніж для працівників звичайних АЕС.
При цьому енергії тут виробляється більше, ніж в інших малопотужних реакторах. Більшість виробників ліцензують проекти потужністю всього кілька мегават, а установка NuScale розрахована на 60 МВт. Творці NuScale вважають, що найкраще застосування їхніх «малюк» знайде в енергосистемі, в якій головну роль відіграватиме сонячна енергія. Протягом дня реактор може працювати упівсили, поступаючись головною роллю сонячним панелям, а вночі включатися на всі 100%.
Кеті Хафф з Іллінойського університету та її колеги з Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC) запропонували ще більш компактну конструкцію. Особливість установки в дуже малому питомому тепловиділенні в активній зоні. "У звичайному реакторі цей показник становить 20-40 Вт на 1 куб. см, а у нас - від 1 до 3 Вт на той же обсяг ", - пояснює засновник USNC Лоренцо Віннері. Температура в активній зоні такого реактора буде низькою навіть при різкій зупинці. Творці добре пам'ятають уроки історії: нестабільність означає ризик.
Реактор USNC дає 15 МВт теплової і 5 МВт електричної енергії
"Паливо для ядерних реакторів розробляли з прицілом на підводні човни, адже у них абсолютно особливі вимоги до джерела енергії. Різниця між атомним підводним човном і АЕС приблизно така ж, як між спорткаром і мікролітражним автомобілем. Човну потрібно швидко спливати і занурюватися, тобто йому потрібно багато енергії за короткий час. У звичайних АЕС все має бути інакше ".
У реакторі USNC використовується цільнокерамічне мікрокапсульоване паливо (Fully Ceramic Microencapsulated, FCM), де гранули оксиду урану введено в кераміку. Керамічний компонент розділяє і захищає уран, відводить від нього тепло. За словами Веннері, низька питома потужність палива в поєднанні з уповільнюючими нейтрони графітовими блоками дають реактор, в якому паливо в принципі не може розплавитися. А значить, ця система набагато безпечніша, ніж звичайна, яка покладається на захисні оболонки.
Каліфорнійський стартап Oklo в гонитві за безпекою пішов ще далі - він взагалі відмовився від традиційної для Штатів схеми реакторів з водним охолодженням. Розроблений тут мікрореактор потужністю 1,5 МВт охолоджується рідким натрієм. За словами творців, їх установку можна розглядати як велику батарейку: всі важливі деталі розміщуються всередині корпусу, а одного завантаження палива вистачить на 20 років. "В атомній промисловості прийнято нарощувати потужність стрибками. Ми пропонуємо менш амбітний підхід: для планети так краще ", - говорить співзасновник і директор Oklo Джейкоб ДеВітте.
"