Конец мечты Оппенгеймера об атомной энергетике: модульные реакторы поддерживаются только идеологией

С самого начала использования Оппенгеймером силы атома, сначала как устройства для войны, а затем как средства производства энергии в мирных целях, ядерная энергия была одновременно многообещающей и опасной.

Поскольку крупные атомные электростанции изо всех сил пытаются конкурировать на нерегулируемом рынке с возобновляемыми источниками энергии и природным газом, небольшие модульные реакторы (ММР) обещают сохранить альтернативу ядерной энергии.

В последние несколько лет инвесторы, национальные правительства и средства массовой информации уделяли значительное внимание небольшим модульным ядерным реакторам как решению проблемы стоимости традиционной ядерной энергии и длительного времени строительства, а также недостатка пространства и эстетических недостатков возобновляемых источников энергии, но за шумихой стоит очень мало конкретные технологии, чтобы оправдать это.

Исследуя проблемы, стоящие перед технологией малых модульных реакторов, я продемонстрирую, что возрождение ядерной энергетики говорит о народном воображении, а не материализуется в виде реальных технологических инноваций.

На прошлой неделе стало известно, что компания Oklo, разработавшая передовую микроядерную электростанцию, станет публичной в результате слияния с AltC Acquisition Corporation.

«Микроядерный» завод забраковали

Соучредитель AltC Acquisition и председатель правления Oklo Сэм Альтман надеется привлечь с помощью этого предложения 500 миллионов долларов США. Новости Oklo — это образец почти постоянного ажиотажа вокруг потенциала малых модульных реакторов (ММР) для смягчения последствий изменения климата.

Но могут ли они?

История с Oklo интригует, поскольку его заявка на получение лицензии на строительство и эксплуатацию реактора проекта «Аврора» была категорически отклонена Комиссией по ядерному регулированию США, регулирующим орган страны в области ядерной безопасности (полное раскрытие: я был председателем NRC с 2012 по 2014 год).

И обратите внимание, что такой отказ является достижением: NRC редко сразу отклоняет заявку, вместо этого работая с лицензиатами до тех пор, пока они либо не получат правильное заявление, либо не решат уйти. При этом Oklo отказалась восполнять «информационные пробелы», связанные с «системами и компонентами безопасности».

В США, Канаде, Великобритании, Европе, Китае и других странах появилось много новых компаний, производящих ММР, а также множество конструкций самих реакторов.

Существуют уменьшенные версии существующих легководных реакторов, например, в США, Франции, Японии и других странах. Существуют более «продвинутые» конструкции, такие как быстрые реакторы с натриевым охлаждением (такие как конструкция Terrapower компании Окло и Билла Гейта), высокотемпературные газовые реакторы и реакторы на расплавленных солях.

В продаже нет SMR, это всего лишь конструкции.

Большинство этих дизайнов — это просто дизайн. Было продемонстрировано очень мало предлагаемых ММР, и ни один из них не является коммерчески доступным, не говоря уже о лицензии, выданной ядерным регулирующим органом.

В машиностроении новые технологии проходят этапы от этапа проектирования, через этап демонстрации (обычно в небольшом масштабе) до полномасштабного и коммерческого этапа. На каждом этапе в проект вносятся изменения на основе отзывов о том, что сработало, а что нет.

Одна американская компания, NuScale, является единственным проектом SMR в США, получившим «сертификат дизайна» от NRC. NuScale имеет соглашение с UAMPS, консорциумом коммунальных компаний, о строительстве первых реакторов NuScale в штате Айдахо в США.

Но NuScale не будет создавать уже сертифицированный проект в Айдахо; у компании есть новая заявка в NRC на создание более крупной и предположительно более экономичной модели реактора.

Тем не менее, по данным Института экономики энергетики и финансового анализа, смета расходов на реактор выросла с 55 долларов США за мегаватт электроэнергии (МВт) в 2016 году до 89 долларов США за МВт электроэнергии в 2023 году.

Судя по недавним анализам, многие конструкции ММР, не работающие на легкой воде, вероятно, будут еще дороже.

Недавнее исследование Массачусетского технологического института предполагает, что ММР будут иметь значительно более высокую стоимость, чем большие легководные реакторы, особенно с точки зрения сопоставимых «ночных» затрат на МВт (сколько будет стоить построить новый реактор, если можно будет сделать это за одну ночь) и затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание.

Усовершенствованные реакторы могут усугубить проблему отходов

Недавний опыт строительства в США и Европе не предвещает успеха новостроек SMR. Строительство двух эволюционных энергетических реакторов (ЭЭР) французского дизайна значительно превысило бюджет и график.

Первоначально предполагалось, что EPR в Финляндии будет стоить 3 миллиарда евро и будет открыта в 2009 году. Наконец, в 2023 году она начала производить электроэнергию стоимостью 11 миллиардов евро.

Похожая история есть и во Франции, где EPR во Фламанвиле должен был начать работу в 2012 году и стоил 3,5 миллиарда евро. Вместо этого он все еще находится в стадии строительства, а затраты выросли до 12,4 млрд евро.

И Европа – это правило, а не исключение. Точно так же пострадал американский AP-1000 Westinghouse, прочная конструкция с функциями пассивной безопасности.

Два строящихся блока в Южной Каролине были заброшены в 2017 году после инвестиций в размере 9 миллиардов долларов США. Две установки AP-1000 в Грузии должны были быть запущены в 2016/2017 годах по цене 14 миллиардов долларов США.

Один блок был запущен в апреле 2023 года, второй блок обещают запустить позже в 2023 году. Общая стоимость в настоящее время превышает 30 миллиардов долларов США.

Строительство завода — это риск

Разработчики SMR обращаются к заводской конструкции, чтобы избежать некоторых ловушек конструкции больших реакторов (отсюда и «модульность» в Small Modular Reactor).

Но AP-1000 должен послужить предостережением: это также модульная конструкция, и завод в Лейк-Чарльзе, штат Луизиана, годами не мог производить должным образом сваренные модули и страдал от проблем с рабочими. Атомной электростанции в Джорджии пришлось построить собственную установку для сварки модулей, чтобы повторно сваривать прибывающие модули, что привело к перерасходу средств и задержкам.

Одна из причин, по которой ММР будут стоить дороже, связана с расходами на топливо. Для большинства конструкций с нелегкой водой требуется низкообогащенное урановое топливо высокой пробы (HALEU), другими словами, топливо с обогащением по изотопу урана-235 в пределах 10–19,99%, что чуть ниже уровня, называемого «высокообогащенным ураном». подходит для ядерных бомб.

В настоящее время нет обогатительных компаний за пределами России, которые могут производить HALEU, и, таким образом, возникает проблема курицы и яйца: обогатительная компания хочет, чтобы поставщики реакторов гарантировали инвестиции в развитие производства HALEU.

Но поскольку ММР коммерческого масштаба, скорее всего, появятся через несколько десятилетий, если они вообще будут жизнеспособны, это сопряжено с риском. Использование HALEU также приведет к повышенным требованиям к безопасности и мерам безопасности, что повысит цену.

Медиа-эхо-камера

Топливо HALEU необходимо, чтобы компенсировать меньший размер активной зоны реактора, что приводит к увеличению утечки нейтронов, а нейтроны являются инициаторами реакций деления, которые высвобождают энергию, используемую в виде электроэнергии.

Меньшие размеры реактора также могут привести к сравнительно большему объему отходов по сравнению с существующими большими легководными реакторами. Фактически, в недавнем анализе Национальной академии наук США отмечается, что усовершенствованные реакторы не решают проблемы ядерных отходов и могут даже усугубить проблему.

Некоторые конструкции реакторов будут производить значительно больше высокоактивных отходов по объему, чем нынешние легководные реакторы, другие конструкции будут производить отходы, требующие химической обработки перед захоронением. Эти типы вопросов относительно мало изучены и добавятся к окончательной цене новой технологии.

Со всеми этими потенциальными недостатками и задержками, зачем кому-то инвестировать в компанию SMR? Я задал аналогичный вопрос Рэю Ротроку, венчурному капиталисту, на заседании комитета Национальной инженерной академии, изучавшего потенциал этих новых реакторов (членом которого я был).

Если эти реакторы не поступят в продажу в течение десяти или более лет, как инвесторы будут зарабатывать деньги?

Его ответ? «Еще до того, как они продадут [energy], они становятся публичными, и именно так ранние инвесторы зарабатывают деньги… это соответствует модели — компания не заработала денег, но инвесторы заработали». Далее он говорит, что выход на биржу открывает двери для гораздо большего количества денег, которые необходимы.

Вряд ли поможет сократить выбросы

Но все это в будущем. Если МСМ не будут готовы к развертыванию в ближайшие десять лет, каковы будут последствия? Есть два существенных. Во-первых, учитывая сроки разработки этих новых конструкций реакторов, они вряд ли окажут существенное влияние на сокращение выбросов CO2 в течение десятилетий, и в результате их значимость для климатического аргумента снижается.

Что еще более важно, если, как показало недавнее исследование, ММР будут значительно дороже, чем солнечные фотоэлектрические (ФЭ) и береговые ветряные и даже геотермальные, как будет выглядеть рынок через 20 или 30 лет, когда возобновляемые источники энергии предположительно будут быть еще дешевле?

Безусловно, существующие атомные электростанции играют и будут продолжать играть значительную роль в сокращении выбросов парниковых газов. Но перспективы ММР сомнительны, и потребуются огромные инвестиции, чтобы оказать значительное влияние на изменение климата.

Так почему же столько ажиотажа вокруг новых технологий ядерной энергетики, которых пока, по большому счету, не существует и, скорее всего, они будут очень затратными?

Необходимость обезуглероживания производства энергии играет свою роль, привлекая таких активистов-экологов, как Майкл Шелленбергер и Стюарт Брэнд.

Появление больших объемов доступного венчурного капитала в последнее десятилетие является еще одним фактором. Один аналитик сказал мне: «Сейчас много дурацких денег. [for investing]».

«Технический братан либертарианская культура»

Либертарианская культура «технического брата», которая ценит новые технологии, ненавидит регулирование и принимает рынок, породила новое поколение, согласно Вашингтон пост«ядерные братаны».

Наоми Орескес отмечает, что обращение к ядерной энергетике для удовлетворения наших энергетических потребностей в условиях потепления мира отражает наш «технофидеизм», веру в то, что технологии решат наши проблемы.

Средства массовой информации превратились в эхо-камеру, где каждое средство массовой информации карабкается по соседнему, чтобы кричать о больших преимуществах ядерной энергетики на вводящих в заблуждение формулировках, которые предполагают, что эта технология уже полностью проверена.

В сегодняшнем настроении, посвященном ядерной празднованию, у трезвых голосов мало терпения или политической воли, чтобы обсудить реальность того, что новая ядерная энергетика на самом деле не окажет сколько-нибудь ощутимого воздействия на изменение климата, если вообще окажет.

Эллисон Макфарлейн — директор Школы государственной политики и глобальных отношений Университета Британской Колумбии и бывший председатель Комиссии по ядерному регулированию США.