Будущее ядерной энергетики будет решаться в Айдахо

Лаборатория в Айдахо, занимающая центральное место в мировой ядерной энергетике, уже более 50 лет ждет испытаний новой ядерной технологии. Кажется, что это вот-вот свершится, несмотря на недавний спад в отрасли.

Глобальное возрождение ядерной энергетики начинается в бесплодной высокогорной пустыне штата Айдахо.

Почти все атомные станции в мире сегодня ведут свою родословную от комплекса Национальной лаборатории Айдахо (INL) площадью 890 квадратных миль (2 300 квадратных километров). В 1951 году исследователи впервые получили электроэнергию в результате расщепления атома, и с тех пор бесчисленное множество ученых посещали это удаленное место, чтобы испытать конструкции реакторов.

Но, несмотря на то, что это был важнейший рубеж на пути от создания чертежей до развертывания систем в полевых условиях, прошло уже 50 лет с тех пор, как там был запущен последний реактор. Такой длительный перерыв говорит о сложностях, связанных с использованием реакции деления. Лаборатория готова вывести на рынок новую серию ядерных технологий, но недавняя отмена крупного проекта на этой площадке показывает, что одних научных достижений Национальной лаборатории Айдахо недостаточно для того, чтобы отрасль сыграла важную роль в борьбе с изменением климата в ближайшие десятилетия.

Десятки компаний разрабатывают усовершенствованные конструкции реакторов, которые, как правило, меньше гигантских электростанций, широко используемых сегодня. Такой подход преподносится как более быстрый и дешевый способ строительства реакторов. Многие компании планируют совершить деловые поездки в INL, где расположено огромное количество установок для оценки активных зон реакторов, топлива, материалов для охлаждения и других критически важных компонентов. Эти новые конструкции потребуют тщательных испытаний для обеспечения безопасности и надежности, прежде чем они поступят в эксплуатацию, и исследования этого десятилетия окажут большое влияние на форму ядерной промышленности в оставшуюся часть века. Ученым в лаборатории не терпится приступить к работе.

"Это самое сложное, но и самое интересное", − говорит Рон Кроун, заместитель директора лаборатории INL по комплексу материалов и топлива. "Это Диснейленд для атомной энергетики".

Исследовательские группы, включая Международное энергетическое агентство, призвали к агрессивному распространению безуглеродных ядерных технологий, чтобы помочь обуздать изменение климата. Но стартапам приходилось бороться с растущими затратами и невероятно медленным процессом утверждения регулирующими органами. В ноябре отрасль подверглась жесткому испытанию на прочность, когда компания NuScale Power Corp. отменила планы по строительству коммерческой электростанции на площадке INL, которая стала бы первой в США, использующей несколько так называемых малых модульных реакторов (SMR) вместо одного большого.

Рост цен на сталь и другие основные материалы, а также повышение процентных ставок привели к тому, что стоимость электроэнергии, которую компания могла поставлять, увеличилась более чем на 50 %. Поэтому компании было очень сложно найти достаточное количество клиентов, чтобы проект оправдал себя. NuScale − единственная компания, имеющая разрешение Комиссии по ядерному регулированию США на разработку проекта SMR, и проект в Айдахо является ее флагманским проектом. По словам Криса Гадомски, ведущего ядерного аналитика BloombergNEF, прекращение работ − это серьезная неудача на пути возрождения отрасли.

"INL пытается занять лидирующие позиции в разработке передовых реакторов", − говорит он. "Но коммерциализировать передовые реакторы в США не так-то просто".

INL называет себя американской лабораторией ядерной энергии, и в ее основные задачи входит поддержание в рабочем состоянии существующего парка реакторов и разработка следующего поколения электростанций, работающих на делении. В общей сложности 52 реактора были построены и эксплуатировались на этом объекте, поскольку эта технология стала основным источником электроэнергии. Последний раз он был введен в эксплуатацию в 1973 году.

"Мы остановились на 52", − говорит Брейди Орчард, директор по проектам в Комплексе материалов и топлива. "Как страна, мы отошли от ядерной энергетики".

Последние несколько десятилетий были неудачными для отрасли. Некоторые объекты в национальной лаборатории были законсервированы; реактор, использовавшийся в той ключевой попытке 1951 года запустить реакцию деления, был превращен в музей; а массивный защитный купол был в нескольких неделях от сноса, когда в 2018 году чиновники Министерства энергетики решили, что он еще может пригодиться. Этот шаг вполне может оказаться пророческим.

Здание высотой около 80 футов, снаружи покрыто блестящим слоем серебристой краски. Стены из бетона толщиной 12 дюймов и стали толщиной 1 дюйм призваны сдерживать радиацию, когда ученые начнут испытывать внутри новые реакторы. В настоящее время подрядчики расширяют погрузочные люки, чтобы облегчить перемещение крупногабаритного оборудования внутрь и наружу купола.

Вместо того чтобы заставлять посетителей использовать свое воображение, лаборатория оснащена набором очков дополненной реальности, которые позволяют увидеть, как будет выглядеть объект, когда его запустят. Надев их, вы сможете увидеть виртуальные версии сложных механизмов, установленных внутри помещения, хотя до появления настоящего реактора в здании пройдет еще немало времени.

Виртуальный вид передает атмосферу оптимизма, царящую в INL. Реактор № 53 должен быть построен в 2025 году, а за ним на очереди еще как минимум три. У INL есть график, в котором расписаны проекты реакторов, разрабатываемых здесь и на других американских объектах, включая другую национальную лабораторию в Ок-Ридже, штат Теннесси, а также коммерческие проекты, запланированные в Техасе, Вайоминге и других местах. В этих различных проектах используются различные виды уранового топлива и используются новые охлаждающие материалы. Некоторые предназначены для исследований, и есть крошечный микрореактор, предназначенный для питания удаленных военных баз, в то время как другие больше и, как ожидается, поступят в коммерческую эксплуатацию для питания энергосистемы. Все вместе они — история отрасли, оживленной новыми идеями.

Тем не менее, перед этой отраслью стоят сложные задачи. Долгожданным пятьдесят третьим реактором, скорее всего, станет "Марвел" (Marvel) − проект Министерства энергетики по созданию микрореакторов, цель которого − продемонстрировать возможности использования деления для получения тепла, например, в промышленных процессах, а также для выработки электроэнергии. Как только он будет протестирован и введен в эксплуатацию, сотрудники INL ожидают, что данные, собранные в ходе этого проекта, помогут в разработке дальнейших инициатив. Для реактора уже подготовлено место внутри другого объекта, используемого для испытания воздействия очень коротких, но интенсивных всплесков энергии, высвобождаемой в результате ядерных реакций. Но подготовка реактора "Марвел" занимает больше времени, чем ожидалось: первоначально планировалось, что он будет готов в 2024 году.

В отрасли, прославившейся проектами, превышающими бюджеты и сроки, подобные задержки уже никого не удивляют. Несмотря на свой оптимизм, никто не забывает про суровую реальность.

"Все ли это сработает? − Нет", − заявляет Кроун. "Но сработает ли хоть что-то? − Абсолютно точно."

Существуют также более широкие вопросы о возрождении атомной отрасли, не только о том, могут ли компании поставлять новые реакторы, но и о том, должны ли они вообще это делать. Известные экологические организации, такие как "Гринпис", решительно выступают против продвижения ядерной энергетики, поскольку при этом образуются опасные отходы, которые будут оставаться смертельно опасными в течение столетий. Вместо этого эти группы призывают страны использовать больше энергии ветра и солнца.

Кроме того, это позволит быстрее подавать чистые электроны в сеть. Правительства ряда стран рассматривают возможность внедрения возобновляемых источников энергии как более легкий путь и в преддверии климатических переговоров COP28 в Дубае призвали утроить мировые мощности возобновляемых источников энергии к 2030 году.

"Мы забираем деньги у по-настоящему возобновляемых ресурсов", − говорит Ли Форд, исполнительный директор Snake River Alliance, наблюдательной группы из Айдахо, которая критически относится к миссии INL. "Я очень обеспокоен тем, что мы пойдем по пути создания новых ядерных отходов".

Но для сторонников исследование INL имеет решающее значение. Этот объект сыграл важную роль в создании мирового парка реакторов, который сегодня обеспечивает около 10% электроэнергии на планете. Ядерная энергетика является вторым по величине источником безуглеродной энергии после гидроэнергетики, и она вполне может стать ключом к сокращению выбросов. Помимо пропаганды возобновляемых источников энергии на COP28, США возглавляют усилия по утроению атомной мощности во всем мире к 2050 году.

По словам Джона Котека, старшего вице-президента по разработке политики и связям с общественностью торговой группы Института ядерной энергии, испытание новых конструкций в INL станет важным шагом на пути к развертыванию большего количества реакторов по всему миру.

"Вероятно, нет ни одной конструкции реактора, которая не была бы связана с работой, проделанной здесь", − говорит Котек. "Там было много первых разработок".

Появление новых конструкций реакторов, отличающихся размерами и возможностями, вероятно, будет способствовать расширению отрасли. Обычные атомные станции, находящиеся в эксплуатации, обычно имеют мощность около 1 гигаватта. Этого достаточно для обеспечения энергией 876 000 домов, а их строительство требует больших усилий. Атомный проект "Вогтль" в Джорджии должен быть завершен в следующем году с отставанием от графика более чем на семь лет и превышением бюджета по меньшей мере на 16 миллиардов долларов.

Многие из новых проектов реакторов гораздо меньше (некоторые из них могут достигать всего 1 мегаватта), и ожидается, что они будут строиться на заводах и собираться на месте. Такой подход может облегчить и ускорить развертывание систем, а также открыть двери для выхода атомной энергетики на новые рынки по всему миру. Но, по словам Кроуна из INL, это значит, что проверка технологии будет иметь решающее значение.

Он говорит: "То, над чем мы работаем сегодня, окажет огромное влияние на мир".

Источник: @thebugged