Создан компактный ядерный реактор для безопасного производства энергии
Наука 6 октября 2022
Далее
Александр Шереметьев новостной редактор Александр Шереметьев новостной редакторИнженеры разработали ядерный реактор, в котором опасные отходы растворяются в соли. Ему не нужна зона безопасности: он может разместиться на небольшой площади.
Читайте «Хайтек» в
Американские инженеры разработали микрореактор для атомной электростанции, в котором все опасные отходы утилизируются с помощью солей.
Устройство не только защищает от последствий взрыва, но также позволяет использовать полезные элементы в промышленном производстве.
Ядерные элементы могут излучать тепло или радиоактивное излучение в течение сотен тысяч лет, пока они медленно остывают. Поэтому они так опасны, в традиционных ядерных реакторах сквозь стержни постоянно проходит поток воды, которая защищает из от перегрева. Но, остановка системы охлаждения может привести к нарушению работы реактора и взрыву, подобному тому, что произошел в Чернобыле.
В новой системе все отходы хранятся в расплавленной соли. Она имеет чрезвычайно высокую температуру плавления около 550°C, объясняют ученые. В такой среде радиоактивные элементы очень быстро охлаждаются. При этом, как только соль кристаллизуется, излучаемое тепло поглощается, что сводит на нет опасность расплавления атомной электростанции.
Профессор Мэтью Меммотт работает над технологией безопасного производства ядерной энергии в лаборатории. Изображение: BYUЕще одно преимущество конструкции реактора на расплаве солей заключается в том, что он может устранить опасные ядерные отходы.
Например, из соли можно получить молибден-99 —дорогой элемент, который используется в процедурах медицинской визуализации и сканирования. Кроме того, в процессе работы реактора в отходах накапливаются кобальт-60, золото, платина, неодим и многие другие элементы.
Типовая атомная электростанция занимает гигантские площади, большая часть которых нужна для снижения радиационного риска. Реактор, созданный учеными, может быть размещен на площади 1,2 м на 2,1 м, при этом его будет достаточно, чтобы обеспечить электроэнергией около тысячи домов.
Читать далее:
Катапульта отправила в небо спутники НАСА
Гигантская магнитная буря приближается к Земле
Воссоздать Солнце на Земле: как физики решили главную проблему термоядерного синтеза
Читать ещё
Малая энергетика и автономные энергоисточники
Возрождение интереса к небольшим по размерам и более простым в исполнении ядерным установкам обусловлено желанием снизить капитальные затраты на производство ядерных источников энергии и необходимостью иметь в наличии источники энергии и тепла, работающие автономно и удаленно от крупных энергетических систем.
Глобализация, урбанизация, рост населения, стареющая инфраструктура и ужесточение природоохранного законодательства ставят под угрозу сегодняшние электрогенерирующие мощности. Между тем глобальный спрос на электроэнергию, по прогнозам, увеличится на 33% к 2030 году. Замена выбывающих генерирующих мощностей при одновременном обеспечении растущих новых мощностей в течение следующих 30 лет делает поиск доступных экологически чистых энергоносителей очень актуальным.
Сокращение выбросов CO2, значительные колебания цен на газ, периодичность мощностей, вырабатываемых с помощью солнечной энергетики и ветроэнергетики, делает преимущества ядерной энергетики очевидными.
Растущая потребность рынка в конкурентоспособных, масштабируемых, безопасных, надежных и автономных источниках энергии стимулирует инвестиции в новое поколение ядерных энергетических установок.Технологии, используемые для таких ядерных установок, весьма разнообразны.
С момента появления ядерной энергетики мощности реакторных установок выросли с 60 МВт до более чем 1600 МВт.
В то же время создавались и небольшие энергетические реакторы для использования в море (тепловая мощность до 190 МВт) (реакторы для подводных лодок и атомных ледоколов), на суше (ТЭС-3), в качестве источников нейтронов, что дало огромный опыт в проектировании энергоблоков для малой атомной энергетики.
Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) определяет энергоблоки мощностью менее 300 МВт как «малые», а до 700 МВт – как «средние». Вместе они именуются МАГАТЭ как малые и средние реакторы (Small Medium Reactor – SMR). Однако чаще всего аббревиатура SMR используется для обозначения «малогабаритного реактора», предназначенного для серийного строительства. Также существует подкатегория очень маленьких реакторов – vSMR – это установки с мощностью менее 15 МВт, предназначенные для использования в отдаленных районах.
Сегодня отчасти из-за высоких капитальных затрат на создание крупных энергетических реакторов, вырабатывающих электроэнергию по паровому циклу, и отчасти из-за необходимости обслуживать небольшие электроэнергетические сети идет процесс разработки небольших ядерных установок.
Еще одна причина для интереса к SMR заключается в том, что они могут замещать выведенные из эксплуатации угольные ТЭС и ТЭЦ, мощность более 90% которых составляет менее 500 МВт, а некоторых менее 50 МВт.
В США мощность угольных электростанций, вышедших из эксплуатации в течение 2010-2012 годов, в среднем составляла 97 МВт, а тех, которые, как ожидается, будут выводится в течение 2015-2025 годов, в среднем 145 МВт.
Малые модульные реакторы (SMR) определяются как ядерные реакторы, как правило, эквивалентные 300 МВт или менее, спроектированные с использованием модульной технологии, что обеспечивает экономию за счет серийного производства и короткого времени строительства.
В настоящее время реализуются четыре основных варианта:
- легководные реакторы,
- реакторы на быстрых нейтронах
- реакторы с графитовым замедлителем,
- высокотемпературные реакторы различного типа (Molten Salt Reactor – MSR).
Первый вариант имеет самый низкий технологический риск, второй – реакторы на быстрых нейтронах (FNR) – меньше, проще и с более длительым сроком работы до перегрузки топлива. Перспективным является и направление MSR.
В западных странах для развитие SMR привлекается большое количество частных инвестиций, в том числе от небольших компаний. Участие этих новых инвесторов свидетельствует о глубоком сдвиге, происходящем в подконтрольных и финансируемых правительством ядерных НИОКР.
Целью частных инвесторов часто является развертывание недорогой экологически чистой энергии без выбросов углекислого газа.
Как правило, современные малые реакторы для выработки электроэнергии, и особенно SMR, должны иметь более простую конструкцию, серийное производство, короткие сроки строительства и сниженную стоимость размещения. Большинство из них также разрабатываются с учетом высокого уровня безопасности. Многие из них предназначены для установки под землей, что обеспечивает высокую устойчивость к террористическим угрозам. В то же время в отличие от крупногабаритных реакторных установок из-за использования пассивных систем безопасности требуемая зона планирования аварийного режима для малых реакторов должна составлять не более 300 м.
Огромный потенциал SMR опирается на ряд факторов:
- Из-за небольшого размера и модульности SMR можно полностью построить в заводских условиях и устанавливать затем модуль за модулем.
- Малые размеры и пассивные функции безопасности позволяют эксплуатировать их в странах с меньшим опытом использования ядерной энергии.
- Размер, скорость строительства и системы пассивной безопасности обеспечивают более легкое финансирование по сравнению с крупными проектами полномасштабных АЭС.
- Серийное производство для конкретной конструкции SMR значительно сокращает затраты.
Особенности SMR:
- Малая мощность и компактная архитектура, использование пассивных концепций (по крайней мере, для ядерной системы пароснабжения и связанных с ней систем безопасности). Поэтому в меньшей степени полагаются на активные системы безопасности и дополнительные насосы, а также на источники питания переменного тока для смягчения последствий аварии.
- Компактная архитектура обеспечивает модульность изготовления (на заводе), что также может способствовать внедрению более высоких стандартов качества.
- Более низкая мощность приводит к сокращению срока эксплуатации, а также к уменьшению радиоактивного запаса в реакторе (реакторы меньшего размера).
- Потенциал для подземного или подводного местоположения реакторного блока, обеспечивающий большую защиту от естественных (например, сейсмических или цунами) или от техногенных (например, воздушных) воздействий.
- Из-за более низких требований доступа к воде для охлаждения реакторы подходят для отдаленных регионов и для конкретных применений, таких как добыча или опреснение.
- Возможность удаления реакторного модуля или вывода из эксплуатации на месте в конце срока службы.
Наши разработки – это ядерные энергетические установки небольшой мощности различного назначения, основанные на разных технологиях:
- Легководные реакторы малой и средней мощности
- Высокотемпературные реакторы (HTR)
- Реакторы на быстрых нейтронах
- СВБР-100
- БРЕСТ-300
- Реакторы с термоэмиссионными одноэлементными электрогенерирующими каналами, такие как АСММ 10/100
Westinghouse представляет небольшой ядерный реактор
Художественный рендеринг нового небольшого модульного реактора Westinghouse AP300.
Художник, любезно предоставленный Westinghouse
Westinghouse предлагает ядерный реактор меньшего масштаба, чтобы расширить доступ к ядерной энергии, поскольку спрос на чистую энергию стремительно растет.
В четверг компания объявила о запуске уменьшенной версии своего флагманского ядерного реактора AP1000. Новый реактор под названием AP300 должен быть доступен в 2027 году и будет генерировать около трети мощности флагманского реактора AP1000.
Переезд компании Westinghouse стал заметным переломным моментом в попытках ядерной отрасли перестроиться, чтобы решить проблему изменения климата. Электроэнергия, вырабатываемая ядерным реактором деления, не производит выбросов парниковых газов.
AP300 будет генерировать около 300 мегаватт энергии, которая будет питать около 300 000 домов, по сравнению с 1200 мегаватт для AP1000, по словам Дэвида Дарема, президента по энергетическим системам в Westinghouse.
Небольшие ядерные реакторы дешевле в строительстве, что является важным преимуществом.
Стоимость AP300 оценивается примерно в 1 миллиард долларов за единицу, сказал Дарем CNBC. По оценкам исследования Массачусетского технологического института 2022 года, которое Дарем процитировал CNBC, установка AP1000 должна стоить около 6,8 миллиарда долларов.
Электростанция Vogtle в Джорджии добавляет два AP1000, и этот проект подвергся широкой критике за превышение бюджета и графика. Но Дарем говорит, что опубликованные оценки затрат, которые достигли более 30 миллиардов долларов, включают такие вещи, как проценты на деньги, взятые взаймы для оплаты проекта.
Поскольку малые модульные реакторы меньше и дешевле, они также более универсальны.
«В отличие от атомных электростанций предыдущего поколения, которые использовались только крупными интегрированными предприятиями, размеры усовершенствованных реакторов, которые варьируются от микрореакторов мощностью полмегаватт до 300 мегаватт и более, означают, что существует значительно большее количество коммунальных предприятий, которые могут использовать эти технологии», — сказал CNBC Джеффри С.
Меррифилд, юрист в области ядерной энергетики и бывший комиссар Комиссии по ядерному регулированию США. (Новости о AP300 компании Westinghouse не публиковались до утра четверга, поэтому Меррифилд говорил с CNBC об общих тенденциях в ядерной отрасли.)
Промышленные производители также рассматривают малые ядерные реакторы как безуглеродные источники тепла, сказал Меррифилд CNBC.
«Одним из аспектов многих передовых реакторных технологий, включая высокотемпературные газовые, жидкосолевые и натриевые реакторы на быстрых нейтронах, является то, что они могут производить тепло промышленного качества для неэнергетических целей или комбинированных тепловых и энергетических приложений для таких отраслей, как сталелитейная промышленность. производство, химическое производство, производство цемента, фрезерование и добыча полезных ископаемых среди многих других», — сказал Меррифилд.
Также проще подключить небольшие реакторы к энергосистеме. В США линии электропередач практически отключены.
На подключение новых источников энергии могут уйти годы, потому что часто требуется модернизация пропускной способности. Но ядерный реактор AP300 будет производить примерно такое же количество электроэнергии, как и типичная угольная электростанция, поэтому заменить одну угольную электростанцию небольшим ядерным реактором было бы проще.
Чтобы AP300 стал доступен для клиентов в США в конце 2027 года, Комиссия по ядерному регулированию должна будет предложить одобрение, но Дарем сказал, что уверен, что это произойдет.
«У нас есть абсолютная уверенность, потому что NRC уже лицензировала каждую часть этой технологии», — сказал Дарем CNBC. «Это все то же самое».
смотреть сейчас
AP300 имеет те же функции безопасности, что и AP1000, сказал Дарем. Пассивная система охлаждения особенно критична в обеих моделях.
Вода охлаждает топливные стержни, предотвращая их перегрев. Когда ядерный реактор останавливается, топливные стержни по-прежнему необходимо охлаждать, для чего требуются резервные источники электроэнергии.
«А если у вас нет резервных источников электроэнергии или резервных источников воды, то может возникнуть ситуация, когда топливо перегреется, как это было на Фукусиме», — сказал Дарем. «Пассивные системы безопасности охлаждают топливо сами по себе, без вмешательства человека, без резервного источника электроэнергии, без резервного источника воды, потому что все, что вам нужно для охлаждения топлива, находится внутри реактора».
В системе пассивного охлаждения над реактором находится большой бассейн с водой. Если реактор нужно остановить, вода высвобождается и падает на топливные стержни. По мере того, как вода нагревается, она производит пар, который поднимается вверх, снова конденсируется в воду, а затем продолжает цикл в течение примерно трех дней, сказал Дарем. По истечении трех дней, если реактор все еще не работает, необходимо добавить еще воды в бак в верхней части реактора.
«Это революционная технология, — сказал он. «Если бы AP1000 работал на Фукусиме, это было бы совершенно не событие».
В то время как малые ядерные реакторы представляют собой новую область интересов для промышленности, спрос на большие реакторы по-прежнему высок за пределами США. «Если страна берет на себя обязательство по декарбонизации, то коммунальное предприятие является средством реализации этой декарбонизации».
На большей части территории США побеждает самая дешевая энергия, а ядерная энергия обычно не самая дешевая.
В США на электростанции Фогтле есть два реактора AP1000 — один будет запущен в конце этого года, второй — в начале 2024 года. Но четыре работают в Китае, а еще шесть находятся в стадии строительства.
У Westinghouse есть соглашение о строительстве девяти AP1000 в Украине, она была выбрана для строительства трех AP1000 в Польше и находится в процессе строительства еще 11 AP1000 по всей Европе, сообщил Дарем CNBC.
По словам Меррифилда, интерес к крупным ядерным реакторам проявляют еще несколько стран Африки и Азии, в том числе Египет, Индонезия, Нигерия, Филиппины, Саудовская Аравия и Объединенные Арабские Эмираты.
Более крупные реакторы, несмотря на то, что их строительство обходится дороже, будут производить электроэнергию по более низкой цене.
«МСМ будут очень полезны, они будут играть важную роль во многих областях», — сказал Дарем. «Их электроэнергия будет немного дороже, чем более крупные блоки. Поэтому, если страна ищет безуглеродное производство электроэнергии для большой базовой нагрузки, она, как правило, будет смотреть на эти более крупные блоки».
СМОТРЕТЬ: Как меняется ядерная энергетика
смотреть сейчас
Westinghouse представляет небольшой модульный ядерный реактор
ВАШИНГТОН, 4 мая (Рейтер) — Американская компания Westinghouse в четверг обнародовала планы по созданию небольшого модульного реактора для выработки практически безэмиссионной электроэнергии, которая могла бы заменить угольные электростанции или обессоливать воду и другие отрасли промышленности.
Рита Баранвал, старший технический директор Westinghouse Electricity Co, сказала, что реактор, получивший название AP300 из-за запланированной мощности в 300 мегаватт, не будет использовать специальные виды топлива или жидкометаллические теплоносители, в отличие от некоторых других реакторов следующего поколения.
Это будет уменьшенная версия реактора AP1000, несколько из которых работают в Китае и наращиваются в Джорджии на заводе в Фогтле после многих лет задержки и превышения бюджета на миллиарды долларов.
Несмотря на препятствия на пути к новому атому, Баранвал был уверен. «Мы сохранили простоту, разработали ее на основе продемонстрированной и лицензированной технологии, и я думаю, что это одно из преимуществ, которые у нас есть с этой концепцией», — сказала она в интервью агентству Reuters. Westinghouse, принадлежащая Brookfield Business Partners (BBU.N), планирует начать строительство реактора к 2030 году и запустить его к 2033 году9.0003
Малые модульные реакторы (ММР) предназначены для новых применений, таких как замена закрытых угольных электростанций и размещение в более отдаленных населенных пунктах. Администрация президента Джо Байдена считает, что поддержание существующих атомных электростанций и разработка реакторов следующего поколения имеют решающее значение для ее цели по обезуглероживанию экономики к 2050 году.
был одобрен регулирующими органами США, и ему все еще нужны разрешения.
Westinghouse не сообщила, сколько будет стоить первый реактор, но сообщила, что более поздние блоки будут стоить около 1 миллиарда долларов. Компания, базирующаяся в западной Пенсильвании, провела неофициальные переговоры с заинтересованными сторонами в соседних штатах Огайо и Западная Вирджиния о возможном строительстве AP300 на бывших угольных электростанциях.
Westinghouse также надеется продавать реакторы в страны Восточной Европы, несмотря на то, что критики ядерной энергетики выражают обеспокоенность тем, что разработчики и правительства должны тщательно подумать, прежде чем строить новые атомные станции где-либо вблизи региона. Они отметили, что Россия заняла Запорожскую АЭС на Украине, место неоднократных обстрелов.
Баранвал сказал, что действия России побудили страны стать более энергетически независимыми, а AP300 будет пассивно безопасен, поскольку ему не требуется электропитание или вмешательство человека в течение 72 часов в случае аварии.