Защо "Майкрософт", "Амазон" и "Гугъл" вкараха милиарди долара в модулни атомни реактори

Лесното и бързо изграждане на SMR засега ги прави да изглеждат като панацея за енергийния глад

Световният глад за чиста електрическа енергия нараства, особено след като към транспорт и отопление се добави и бумът на изкуствения интелект, който изисква огромни хранилища от данни. Това идва в момент, когато държавите се опитват да намалят вълглеродните емисии, да затварят тецове и да търсят други източници. Големите консуматори трябва спешно да намерят начин да девъглеродизират хиляди гигавата енергия. И според тенденциите това ще стане единствено през атомната енергия.

Но една атомна електоцентрала отнема десетилетия да се построи. Трябва да се намери подходяща площадка, да се търсят източници на вода за охлаждане. Заради това в момента има бум на разбработката на малки модулни реактори (SMR). Това е последният писък на атомните технологии и се смятат за бъдещето на индустрията.

SMR са компактни, сигурни и универсални. Изискват малко земя и имат потенциал за стандартизирано масово производство. Това може да помогне много за създаването на големи източници на чиста енергия, която дори да работи за тежката индустрия. И  за построяването на малък модулен реактор са нужни само 3-4 години.

Това предизвика гиганти като "Майкрософт", "Амазон" и "Гугъл" да обърнат внимание точно на SMR, за да поддържат своите системи в САЩ.

Заради малкия си размер тези реактори дори могат да се инсталират върху отпечатъка на съществуващите тецове или пък да се монтират в близост до рафинерии, стоманолеярни, химически и алуминиеви заводи, които са огромни консуматори.

На всички е ясно, че атомната енергия е най-ефективната. Процентът на използване на капацитета при ядрените реактори е 92. Природният газ е с 55, въглищата - с 54, водата - с 37, вятър - 37, и слънце - с 27. Очевидно въпреки всички приказки т. нар. чисти мощности не могат да се сравнят с ядрените.

Американското енергийно министерство смята да вкара 174 гигавата в нови атомни мощности на мястото на спрени или вече стари топлоцентрали, както и да увеличи с 95 гигавата съществуващите атомни централи.

В момента дори се разработва идеята SMR да бъде изграден на мястото на най-големия инцидент с атомна енергия в американската история - остров Трите мили, където на 28 март 1979 година бе стопен втори енергоблок.

След решенията на конференцията на ООН по климата, която се проведе в Дубай през миналата година, 120 компании за атомна енергия от 25 страни се заканиха да утроят дела на този сектор до 2050 г. Скоро 14 от най-големите финансови институции на планетата се ангажираха да подкрепят това по време на Нюйоркската седмица по климата.

Британският регулатор вече избра четири компании, които се класират за следващия етап за разработка на SMR, докато европейският алианс се спря на девет.

Но за да се превърне това желание в доставка, има още доста време. Големите консуматори на ток искат бързи решения с гарантирана ефективност. На тях им трябват реактори, които се произвеждат и лицензират в завода, за да се съкрати времето за тяхното разполагане. Това означава доста сериозна промяна в законите, които трябва да облекчат точно лицензирането.

Световният икономически форум заедно с Accenture и Terra Praxis се зае да прави точно законовите изисквания за бързо въвеждане на атомни мощности и SMR.

Наскоро се появи публикацията "Съвместна законова рамка за използване на нови ядрени мощности и малки модулни реактори", която маркира 9 приоритетни зони в тази посока.

Очаква се първите SMR да заработят до 2030 г. "Гугъл" подписа договор с "Кайрос Пауър" за изработката на 7 малки реактора, които да дадат мощност от 500 мегавата. Първият трябва да бъде включен през 2030 г., а целият проект ще бъде завършен 5 години след това.

Тестовият реактор "Хермес" вече се строи в Оук Ридж, Тенеси, на мястото на бившата газова централа К-33. Той трябва да бъде завършен през 2027 г.

"Амазон" пък предпочете да налее половин милиард долара в друг разработчик на реактори - X-energy. Техният проект е за 5 гигавата на цялата територия на САЩ до 2039 г. Все още обаче няма срок за начало и край на първия проект.

Първоначално "Амазон" се ангажира с доставката на първите четири реактора Xe-100, които трябва да генерират 320 мегавата в Северозапада. След това трябва да се доставят още 8 SMR.

Общото при двата подхода е горивото - TRISO (триструктурен изотоп). То е с големината на маково семе и е от уран, въглерод и кислород, покрито със специални керамики, които съдържат продукти за начало на делене и гарантират механична и химическа стабилност по време на ирадиация и температурни промени. То е много високоефективно и се разработва от 60 години.

В дизайна KP-FHR горивото е компактно разположено в ядрото на реактора, а при Xe-100 е в сферична форма върху легло от камънак, което позволява постоянно презареждане.

SMR са два вида. Първият е термонеутронен. Те разчитат на модератор (вода, графит, берилий) да забави неутроните и почти всички използват уран-235. Повечето от тези, които работят в момента, са точно такива. Реално само Русия и Китай имат напълно функционални SMR в момента. Плуващият ядрен реактор "Академик Ломоносов" функционира от 2020 г. Китайският HTR-10 пък работи от миналата година. Той е инсталиран в АЕЦ "Залив Шидао" край Вейхай на Китайско море срещу Република Корея.

Вторият вид са бързите реактори. Те нямат модератор, а разчитат на горивото да поглъща бързите неутрони. Това означава промяна в разполагането на горивото в ядрото на реактора или пък да се използват различни горива. Например плутоний-239 ще погълне по-лесно неутрон от уран-235. Бързите реактори могат да бъдат "развъждащи". Те освобождават достатъчно неутрони, които да трансмутират неделящи се елементи в делящи се такива. Обикновено такъв реактор има около ядрото си "одеяло" от уран-238, най-леснодостъпния изотоп. След поглъщане на неутрони той се превръща в плутоний-239. Новият елемент може да се извади от реактора по време на смяна на горивото и след преработка сам да стане годен за използване като гориво.

КАКВО ПРЕДСТАВЛЯВАТ

Малките модулни реактори (SMR) са ново поколение атомни централи, които произеждат до 300 MW, или една трета от нормалните. Те са:

1. Малки - физически са малка част от конвенционалния.

2. Модулни - системите и компонентите се произвежат и след това се транспортират сглобени на място.

3. Реактори - използват атомното деление да произвеждат електроенергия.

Предимства

Най-големите предимства са в техния дизайн. При производството им се намалява въглеродният отпечатък и може да се слагат на места, които са неудобни за нормалните централи. Всичко се произвежда фабрично и след това се сглобява на място. Това ги прави по-евтини от конвенционалните, които обикновено се проектират за точно определено място. Това понякога води до забавяне на строителството. Пестят от цена и време за строителство и може да се поставят близо до заводи, които имат голяма консумация.

Едно от предизвикателствата за ускоряване на предлагането на електроенергията е инфраструктурата - в населените места мрежата е с по-малко покритие и това са допълнителни разходи за включването. Една електроцентрла не бива да бъде повече от 10% от общата инсталирана мощност на мрежата. SMR може да бъдат инсталирани на места, където няма достатъчно преносни линии и капацитет на мрежата. Те могат да работят в съществуващата мрежа или извън нея като функция на по-малката си мощност и така предоставят нисковъглеродна енергия за индустрията и населението. Това се отнася най-вече до микрореакторите, които са подразделение на SMR, но генерират максимум 10 MW. Микрореакторите може да се използват като резервни към централи, които работят на дизел.

Дизайните на SMR позволяват да бъдат и по-безопасни заради по-ниското работно налягане. Заради това не им трябва човешка намеса или външен източник на енергия при аварийни ситуации и необходимост за изключване. Пасивните системи, които използват, се основават на физически феномени като натурална циркулация, конвекция, притегляне и самоналягане. Така се елиминира почти напълно шансът за изпускане на радиация в атмосферата.

SMR имат по-ниски изисквания за презареждане. При тях периодът е ог 3 до 7 години, при 1-2 при конвенционалните. Някои дизайни позволяват 30 години работа без презареждане.

Какъв е статутът им

Обществени и частни организации работят здраво да има стабилна SMR технология в близките 20 г. Русия вече направи първата плуваща атомна централа на "Академик Ломоносов". Тя работи от май 2020 г. с два 35 MW реактора. Други SMR се строят или се лицензират в Аржентина, Канада, Китай, Русия, Република Корея и САЩ.

В момента се разработват над 80 дизайна на SMR за различно приложение - производство на електроенергия, хибридни енергийни системи, отопление, пречистване на морска вода и производство на пара за индустрията. Въпреки че първоначалната инвестиция е по-малка, все още икономическата им ефективност е под въпрос.