Идея компактных источников дешевой или почти бесконечной энергии бродит в умах людей уже давно. И как насчёт своего собственного атомного реактора, который можно было бы разместить за домом? Конечно, чудес уровня компактного Mr. Fusion из фильма «Назад в будущее 2» учёные нам не приготовили. Но некоторые подвижки в области атомных станций малой мощности (АСММ) заметны, правда, даже самые перспективные проекты пока находятся в очень неопределённом статусе.
Строительство маленькой атомной станции на компактном реакторе видится отличным решением для энергоснабжения удалённых небольших городков, в которых нет возможностей для «зелёной» энергетики, а везти ископаемое топливо долго и дорого. Берём какое-нибудь приполярное поселение, где даже пруд-охладитель не организовать, и ставим там крохотную АЭС на 100 МВт — быстро, удобно и даже недорого! С такими мыслями и разрабатывались многочисленные проекты АСММ. Но то, что на бумаге казалось простым и доступным, на деле оказалось дорогим и сложным.
Одной из разработок Toshiba в области энергетики как раз и стали реакторы малой мощности. Проект, получивший название Toshiba 4S, представлял собой модульный необслуживаемый реактор с мощностью от 10 до 50 МВт. 4S — сокращённая аббревиатура от слов Super-Safe, Small and Simple, то есть «сверхнадёжный, компактный и простой». Устройство представляет собой 30-метровый герметичный корпус, внутри которого находится активная зона реактора без управляющих стержней. Вместо стержней по периметру активной зоны установлены панели-отражатели нейтронов, которые поддерживают реакцию, а в случае ЧП останавливают цепную реакцию.
Отсутствие привычных стержней — не единственное отличие этих реакторов от полноразмерных. Для охлаждения вместо воды здесь используется жидкий натрий. Металл не выкипает и не повышает давление внутри реактора, а заодно сохраняет свои свойства при температурах на 200 градусов выше, чем вода — а это ещё +1 к безопасности. Натрий качают электромагнитные насосы. 4S не нужны насосы охлаждения, в случае остановки он сбрасывает тепло через корпус в окружающий холодный грунт. И опять +1 к безопасности — отказ насосов из-за исчезновения питания усугубил аварию на Фукусиме, привёл к перегреву реакторов, расплавлению активной зоны и утечке ядерного топлива.
Но самое важное преимущество Toshiba 4S — его необслуживаемость. Топливо загружается ещё на заводе, после чего реактор работает на одной заправке около 30 лет. Со временем его мощность неизбежно снижается, до полутора раз в конце жизненного цикла первой заправки. Затем реактор демонтируется и на его место устанавливается новый. На самом деле, это не расточительство, а большая экономия. Цена одной тепловыделяющей сборки для реактора ВВЭР-1000, в зависимости от страны производства и контракта колеблется на уровне $0,6-1 млн. А их в ВВЭР 163 штуки, и каждая служит не более 4,5-5 лет. Для сравнения, цена всей АЭС на Toshiba 4S теоретически должна составлять $25-30 млн. Стоимость же постройки АЭС высокой мощности — что-то около $8 млрд, и она сильно разнится в зависимости от страны и числа энергоблоков.
Но тут с практической реализаций дело обстоит ещё хуже, чем в случае с РИТЭГами. Предполагалась установить реактор Toshiba 4S на Аляске рядом с городом Галина, но в 2010 году проект заморозили. Прогресс остановился под беспощадным натиском американского бюрократического катка. Атомные станции — вещь серьёзная и при неграмотном с ними обращении крайне опасная, за примерами далеко ходить не надо. Поэтому любой проект, связанный с атомной энергетикой, в США должен пройти сложнейшую процедуру сертификации в Комиссии по ядерному регулированию (NRC). Сказать, что это чудовищно долгий и чудовищно дорогой процесс — значит, преуменьшить его сложность и стоимость.
Сертификация реактора в NRC требует предоставление массы рабочей документации, которую для ещё нереализованного проекта надо написать с привлечением квалифицированных специалистов. Её объём запросто может превысить 10 тысяч страниц, и каждая будет стоить немалых денег. После подачи заявки комиссия будет рассматривать её в течение… четырёх лет. Мы же помним, что атомная энергетика — это серьёзно. Попытка получения сертификата NRC, который даст реактору пропуск в жизнь, запросто может обойтись в $200 млн — это очень впечатляющая сумма, которую можно выложить, только если быть абсолютно уверенным в коммерческом успехе своего проекта.
А с этим не всё гладко. Одна из прозаических причин обречённости «дешёвых» реакторов — недооценка затрат на их обслуживание. В теории всё выглядит красиво, ведь малые реакторы требуют надзора всего нескольких человек. Но также нужен персонал для остальных обязательных элементов атомной станции, а уж какие деньги нужно вложить в безопасность! Надзорные органы просто не позволят оставить такой привлекательный для террористов объект как АЭС без мощной охраны. Человек за человеком, штат дешёвой АЭС растёт, вместе с ним растёт стоимость вырабатываемой электроэнергии, и в какой-то момент мирный атом проигрывает обычному дизелю. Так и случилось на Аляске, когда после детальных расчётов оказалось, что из-за высоких первичных затрат цена киловатт-часа оказывается даже выше, чем в случае с дизельной электростанцией. Нужно было либо сильно удешевлять производство, либо значительно наращивать мощность.
К сожалению, до получения злосчастного сертификата Toshiba 4S не добрался. В интернете осталась предварительная заявка в NRC с описанием реактора. Но реактор не предали забвению, им заинтересовался Билл Гейтс, являющийся одним из главных инвесторов TerraPower, занятой разработкой реакторов на бегущей волне. Конструкция 4S была взята за основу будущей разработки, уже скоро мир должен увидеть результат коллаборации.
А было бы красиво...
Судя по темпам развития «зелёной» энергетики, атомная энергия уже никогда не станет таким же бытовым явлением, как ветряк или солнечная панель на крыше дома. Не видать нам реакторов вместо дизель-генератора у дома, не владеть смартфонами с почти бесконечными аккумуляторами. Наверное, это даже к лучшему. Опыт поколений показал, что человечеству не всегда удаётся совладать с мирным атомом.
Материал подготовлен компанией Toshiba.