Подснежники ренессанса

Текст: Ингард ШУЛЬГА

В последние годы в мире обострился интерес к малым модульным реакторам. В ряде стран наметились планы внедрения подобных конструкций, а кое-где уже перешли от слов к делу. Однако о появлении настоящего рынка говорить пока рано. А может, и сам рынок в итоге окажется не таким, как представляется сегодня.


Фото: Фото: Shutterstock.com, Babcock.com,
Росатом, Cgnpc.com.cn, Nuscalepower.com, Flickr/IAEA
Казалось бы, ниши для малой ядерной мощности вполне очевидны. Например, удаленные, изолированные от крупных энергосистем регионы, труднодоступные в транспортном отношении: арктические территории России, Канады и США, Дальний Восток и Сибирь, Антарктида, некоторые горные, тропические и субтропические области, острова и так далее.

Энергоснабжение подобных территорий традиционно осуществляется с завозом топлива, причем нередко — наименее рациональных видов органического топлива для генерации (дизельное, мазут). Малые реакторы, способные работать на единожды загруженном топливе годами, некоторые — даже десятилетиями, на первый взгляд кажутся привлекательной альтернативой.

Локальные энергосистемы не всегда труднодоступны в транспортном отношении, но по тем или иным причинам иногда они функционируют обособленно и в силу небольших масштабов и слабых сетей не могут принять крупные энергоблоки. Единственный блок средней мощности иногда тоже не подходит: стабильная работа энергосистемы обеспечивается только набором нескольких небольших установок — в этом случае снижение мощности или остановка одних может компенсироваться работой других. В такие районы, казалось бы, просятся малые реакторы.

Также логично выглядит их использование для опреснения: некоторые страны с сухим климатом, имеющие внушительную площадь, испытывают проблемы с обеспечением пресной водой ряда своих районов. Опреснение традиционными методами требует больших объемов органического топлива, транспортировка которого к тому же иногда технически затруднительна. Не случайно такие государства (к примеру, Саудовская Аравия, Иран) проявляют интерес к малой ядерной нише.

Однако за примерно 60-летнюю историю ядерной генерации эти потенциально обширные ниши не были освоены малой атомной энергетикой — за редчайшими исключениями (например, Билибинская АЭС в России, несколько блоков, созданных в США), не позволяющими говорить о возникновении настоящего рынка.

Пропущенная станция
История ядерной генерации началась в 1950-х годах со строительства энергоблоков небольшой мощности — это было обусловлено незрелостью ядерной инженерии. Такие блоки создавались, как правило, в обычных энергосистемах, а не в тех, о которых говорилось выше.

Начиная с первых десятилетий внедрения ядерной генерации технические возможности и опыт стремительно возрастали, и большинство поставщиков реакторных технологий быстро «проскочили» малый диапазон мощностей. Уже к середине 1960-х годов хорошим стандартом при проектировании ядерных блоков стала средняя по нынешним меркам производительность (300–700 МВт), а в начале 1970-х стали внедряться гигаваттные установки. На протяжении нескольких десятилетий происходила гонка установленной мощности, которая к настоящему моменту добралась до максимальных отметок около 1700 МВт, превысив единичную производительность всех других видов генерации.

Однако в нынешнем столетии большинство поставщиков и потенциальных потребителей вдруг начали приглядываться к «пропущенной станции» на пути развития ядерных технологий — малой нише.

Как грибы после дождя, стали появляться новые и существенно переработанные конструкции, мощность которых нарочно ограничивается в угоду потенциальному спросу: сегодня в мире насчитывается около 100 преимущественно концептуальных, в отдельных случаях уже действующих или строящихся конструкций, разработанных множеством компаний. Но пока громких заявлений по этой теме, планов и всякого рода эскизных проектов гораздо больше, чем реально воплощаемых в металле объектов.

Если говорить об электрической мощности меньше 300 МВт, то сегодня в мире формально строятся всего четыре энергоблока гражданского назначения с такими реакторами: два в Китае и по одному в России и Аргентине. Некоторые проекты прошли сертификацию в национальных надзорных органах, но пока не реализуются (южнокорейский реактор SMART).
Транспортировка реактора КЛТ‑40С
Первым в нынешнем столетии строящимся малым реактором усовершенствованной конструкции стала российская плавучая атомная теплоэлектростанция (ПАТЭС)«Академик Ломоносов» с двумя реакторами КЛТ‑40С мощностью порядка 38 МВт каждый (см. с 38–39). Это по существу теплоэлектроцентраль, размещенная в корпусе несамоходного судна. Реализация проекта началась в 2007 году, но строительство завершилось лишь в конце 2016 года.

Основной причиной задержки стали проблемы в судостроительной части: за годы сооружения Росатому пришлось трижды сменить подрядчика, при этом сроки и стоимость строительства «баржи» возросли в несколько раз. Станцию решено разместить на Чукотке, в Певеке. В этой изолированной энергосистеме ПАТЭС должна заменить четыре блока Билибинской АЭС, которые планируется вывести из эксплуатации в 2019–2021 годах, а также Чаунскую ТЭЦ.

Китайская компания CGN недавно начала осуществлять отчасти похожий демонстрационный проект со своим реактором ACPR50S мощностью 60 МВт (э), разработка которого началась в 2011 году. Строительство блока формально стартовало в ноябре 2016 года — с начала изготовления корпуса реактора (в отличие от первого бетона, от которого принято отсчитывать старт сооружения стационарных АЭС).

Начало изготовления большей части остального оборудования и строительства самого судна запланировано на 2017 год, а пуск блока — на 2020 год — примерно на полтора года позже первоначально намеченного графика. Плавучий блок сможет обеспечивать энергией и пресной водой платформы для оффшорной разработки полезных ископаемых (прежде всего в заливе Бохайвань и Южно-Китайском море), а также островные и изолированные прибрежные энергосистемы. По оценкам поставщика, удельная стоимость сооружения серийных блоков не превысит $5000/кВт, а стоимость генерации составит около $0,11/кВт·ч.
Проект китайской плавучей АЭС с реактором ACPR50S
Совсем иной проект осуществляет Национальная комиссия по атомной энергии Аргентины (CNEA) в сотрудничестве с аргентинской компанией INVAP — известным поставщиком технологий исследовательских реакторов. С начала 2014 года на площадке рядом с АЭС «Атуча» строится демонстрационный реактор CAREM25 электрической мощностью 27 МВт. В дальнейшем в качестве коммерческого продукта предусматривается создание более производительных (100–300 МВт) реакторов, основанных на этой конструкции. Она предназначена для снабжения электроэнергией или комбинированной выработки тепла и электричества, опреснения, а также может использоваться в качестве исследовательской установки.

Пуск демонстрационного блока предполагается в 2019 году, что означает примерно двухлетнюю задержку по сравнению с планами при начале строительства.
Четвертым реализуемым проектом в малой нише можно считать экспериментальный энергоблок с двумя высокотемпературными газоохлаждаемыми реакторами HTR-PM суммарной электрической мощностью 210 МВт. Он строится с декабря 2012 года на площадке «Шидаовань» в китайской провинции Шаньдун. Проект осуществляется консорциумом китайских организаций, в который входят крупнейшая энергокомпания China Huaneng Group, инжиниринговая группа CNEC и китайский институт INET —разработчик реакторной технологии.

Перспективы более производительных серийных блоков, которые предполагается создать на базе этой конструкции в случае ее успеха, связывают с выработкой высокотемпературного тепла для производства водорода в составе энергопромышленных комплексов, а также с поставкой энергии в сети. Пуск демонстрационной реакторной установки намечен на 2018 год, хотя раньше предполагался уже в нынешнем году. В любом случае после ввода в эксплуатацию HTR-PM на какое-то время станет единственным в мире действующим ВТГР промышленного уровня мощности.
Строительство демонстрационного реактора CAREM25
Следующая остановка
Авторитетные в атомной сфере экспертные организации предсказывают появление заметной рыночной ниши для малых реакторов в ближайшие два десятилетия. Например, по последним оценкам OECD-NEA, к 2035 году объем рынка малых реакторов в максимальном сценарии составит 21 ГВт (э). Британская NNL прогнозирует этот показатель к тому же сроку в диапазоне 65–85 ГВт, или 250–400 млрд фунтов стерлингов в денежном выражении. По оценке UxC, в умеренном сценарии этот рынок составит к 2040 году 22 ГВт.

На фоне перечисленных, уже реализуемых проектов в ряде зарубежных стран в последнее время наблюдается явное оживление интереса к малым и микрореакторам (до 10–20 МВт). К таким странам относятся, в частности, США, Китай, Канада, Великобритания.

Раньше всего нечто похожее на бум в нише малой ядерной генерации началось в США. Федеральные и некоторые региональные органы власти стали поддерживать развитие этой сферы посредством частичного финансирования перспективных НИОКР, участия в проектах создания и внедрения конструкций, обязательств предоставления государственных площадок под сооружение малых реакторов, финансовых госгарантий и так далее. На этом фоне множество поставщиков (как американских, так и зарубежных) начали создавать и продвигать свои концептуальные конструкции в США. Однако все это происходит медленнее, чем ожидалось.

Некоторые из перечисленных проектов продвинулись дальше остальных (см. Табл. 1). Однако это не дает гарантий их первоочередной реализации, о чем свидетельствует опыт других конструкций, чье внедрение в США зашло дальше большинства конкурентов, но в самое последнее время фактически приостановилось. Речь идет, например, о реакторе SMR разработки Westinghouse и реакторе mPower компании BWX Technologies Inc. (правопреемницы B&W на атомном рынке).
Так, mPower несколько лет назад представлялся одним из наиболее близких к реализации проектов. С 2009 года осуществлялось предварительное рассмотрение конструкции регулирующим органом — Комиссией по ядерному регулированию США (NRC); долю в проекте приобрела крупнейшая инжиниринговая компания Bechtel; федеральная энергокомпания TVA выразила готовность стать инвестором строительства такого реактора на своей площадке в Клинч-Ривер; а в декабре 2012 года mPower был выбран Минэнерго США в качестве первой из двух наиболее перспективных конструкций малых реакторов, на внедрение которых министерство решило выделить в общей сложности до $452 млн на условиях государственно-частного партнерства (предполагающего, что расходы частного бизнеса должны составить не меньше 50% суммарных).

За последние годы поставщик mPower успел освоить около половины выделенной суммы ($226 млн) наряду с несколькими сотнями миллионов долларов собственных инвестиций. Но, несмотря на столь многообещающие предпосылки, Bechtel вышла из проекта, и к весне 2017 года он был фактически заморожен. Также свернула свой проект в США Westinghouse, однако эта компания надеется заинтересовать им инвесторов в Великобритании, о чем будет рассказано ниже. Создатели нескольких реакторов других типов также предприняли первые шаги по их внедрению в США (см. Табл. 1).

mPower реактор


верхний модуль реактора NuScale Power включает блок оборудования, устанавливаемого на крышку реактора
Сегодня среди легководных реакторов наиболее вероятным претендентом на первоочередное внедрение выглядит NuScale Power, созданный на базе разработок Орегонского университета одноименной компанией, контролируемой инжиниринговой корпорацией Fluor Corp. Он стал первым в Соединенных Штатах малым реактором современной конструкции, в отношении которого Комиссия по ядерному регулированию начала (в декабре 2016 года) процедуру сертификации.

Завершение этой процедуры будет означать потенциальную возможность внедрения реактора в США, при условии получения инвестором разрешения регулятора на строительство и эксплуатацию атомной станции с такой РУ на конкретной площадке. К тому же сам факт сертификации реактора в США помогает его продвижению на зарубежных рынках (а компания NuScale Power нацелена и на экспорт технологии).

Сооружение демонстрационного реактора, а впоследствии и атомной станции на его базе, включающей 12 реакторов суммарной мощностью около 600 МВт (типовая АЭС, предлагаемая поставщиком), намечается на площадке Айдахской национальной лаборатории. Проекту обещана поддержка властей нескольких западных штатов США и региональных энергетических структур. Потенциальным инвестором выступает Utah Associated Municipal Power Systems (UAMPS), а эксплуатацию пилотного блока и АЭС должна осуществлять Energy Northwest — ассоциация муниципальных энергокомпаний Северо-Запада США, которая управляет, в частности, атомной станцией «Коламбия» в штате Вашингтон.

Внедрение реактора NuScale пользуется и существенной федеральной поддержкой: в 2013 году NuScale Power LLC стала второй компанией, получившей грант Минэнерго на разработку своей конструкции и прохождение разрешительных процедур. Большая часть выделенной суммы — $217 млн — была освоена; в 2017 году компания должна получить последний транш. К тому же Минэнерго, помимо выделения площадки подведомственной ему национальной лаборатории, готово дополнительно поучаствовать в расходах на получение комбинированной лицензии на строительство и эксплуатацию. Поставщик технологии планирует пустить первые реакторы NuScale в США в 2026–2030 годах.
Макет реактора SMR разработки Westinghouse
Также неплохо продвигается другая легководная конструкция — реактор SMR‑160 (разработчик — компания Holtec International, известная на рынке ядерных технологий, прежде всего бэкенда). Внедрение этого реактора, претендовавшего на финансовую помощь Минэнерго, но не получившего ее, поддерживают власти Южной Каролины и региональная ассоциация частных и государственных структур NuHub, выступающая за дальнейшее развитие атомных технологий в этом штате.

Основные частные партнеры проекта SMR‑160: американская энергетическая группа Public Service Enterprise Group (PSEG; совладелец трех АЭС в США) и японская Mitsubishi Electric Co. Рассматриваются несколько альтернативных площадок для строительства SMR‑160.

Среди наиболее вероятных инвесторов проектов строительства малых реакторов в США — федеральная энергокомпания TVA, которая выполнила свое давнее обещание, подав в мае 2016 года заявку в NRC на предварительное утверждение площадки в Клинч-Ривер (территория атомного комплекса в Ок-Ридже) для строительства АЭС с малыми реакторами суммарной тепловой мощностью до 2420 МВт и электрической — около 800 МВт.

При этом рассматриваются рамочные параметры; модель реактора не конкретизируется. Раньше TVA планировала внедрить на этой площадке реактор mPower, но на фоне приостановки этого проекта энергокомпания стала рассматривать и другие конструкции, прежде всего NuScale Power, SMR‑160 и SMR Westinghouse. Предварительное утверждение площадки предположительно займет менее 3,5 лет. Расходы на рассмотрение этой заявки частично финансируются Минэнерго.
Наметились и другие возможные варианты размещения малых реакторов: Минэнерго США готово предоставить часть территории в ядерном центре Саванна-Ривер под строительство до пятнадцати пилотных малых реакторов разных конструкций для энергоснабжения этой площадки. Ряд поставщиков согласны, но важнейшим условием реализации будут частные инвестиции в проекты (государство за свой счет строить не готово).

Таким образом, в нынешнем столетии в Соединенных Штатах потенциальный интерес к малым реакторам проявляют многие поставщики технологий и инвесторы при поддержке федеральных и региональных властей. Они создают различные ассоциации для продвижения малых конструкций (самая широкая по составу —ассоциация SMR Start, учрежденная в 2016 году и лоббирующая общие интересы представителей конкурирующих проектов). Однако пока ни один проект не достиг зрелой стадии осуществления: нет ни одной утвержденной регулятором конструкции или площадки, не принято ни одно твердое инвестиционное решение о строительстве. Поэтому, если прежние планы предусматривали пуск первых малых РУ уже в текущем десятилетии, то теперь этот срок отодвигается в лучшем случае до середины 2020-х годов.

По оценкам, представленным ассоциацией SMR Start в конце 2016 года, расходы на внедрение нового малого реактора (стадии создания демонстрационной и типовой конструкции, проектирования, сертификации) в условиях США могут составить $2–2,5 млрд. Поэтому, согласно заявлениям представителей бизнеса и атомных отраслевых организаций, для внедрения малых реакторов необходимо расширение поддержки со стороны государства, в частности, продление до середины 2020-х годов истекающей в 2017 году программы поддержки министерством энергетики внедрения малых реакторов.

Без этого, как полагает отраслевое лобби, дальнейшее продвижение в «малой» нише — слишком рискованное занятие. Хотя эти оценки предвзяты и могут оказаться преувеличенными, значительная доля правды в них, несомненно, есть, о чем свидетельствует медленная реализация практически всех проектов в «малой» нише.

С недавних пор ряд компаний, предлагавших свои малые реакторы в США, стали связывать надежды на их первоочередное внедрение с некоторыми другими странами. Среди них в самое последнее время особое место заняли Канада и Великобритания.

Канада, будучи второй в мире страной по площади, имеет множество отдаленных, труднодоступных районов с суровым климатом, в которых ведется разработка природных ресурсов, требующая создания многочисленных локальных источников генерации, изолированных от больших энергосистем. Учитывая относительную открытость местного атомного рынка для конкуренции (в отличие от похожей по многим объективным показателям России), Канада не случайно представляется ряду зарубежных и отечественных поставщиков ядерных технологий одним из привлекательных рынков для малых реакторов.

По оценкам некоторых компаний (например Urenco), емкость рынка малых и микрореакторов для изолированных районов Канады составляет несколько сотен потенциальных площадок.

Власти ряда канадских провинций и федеральных территорий (Онтарио, Саскачевана, Нунавута и других) рассматривают возможность строительства малых реакторов. Так, в последнее время признаки серьезного интереса к этой теме проявляет Онтарио — экономически наиболее мощный и «самый ядерный» регион Канады, где сосредоточены все действующие АЭС страны, кроме одной, основные ресурсы ядерных НИОКР и важнейшие объекты «верхних этажей» ядерно-топливного цикла; Онтарио же имеет наиболее масштабные планы развития атомной энергетики. По заказу регионального министерства энергетики было подготовлено и представлено в июне 2016 года технико-экономическое обоснование возможности внедрения малых модульных реакторов на территории провинции, прежде всего для энергоснабжения добывающих предприятий на севере региона, в районе Гудзонова залива.

Согласно исследованию, стоимость электроэнергии малых реакторов может быть существенно ниже, чем у дизельных генераторов, преобладающих в отдаленных изолированных районах. Еще один значимый в условиях Канады аргумент в пользу малых реакторов — фактическое отсутствие парниковой эмиссии, в отличие от выработки энергии на органическом топливе. Немаловажным косвенным плюсом внедрения малых реакторов, согласно исследованию, станет вклад в дальнейшее развитие ядерной индустрии Канады, которая испытывает последствия сокращения заказов и некоторых программ НИОКР по сравнению с прошлыми десятилетиями.

На этом фоне резко активизировался интерес к Канаде поставщиков концептуальных технологий малых реакторов: за последние полтора года семь компаний из разных стран (см. Табл. 2) изъявили желание пройти процедуру так называемой предлицензионной оценки конструкции (ПОК) в федеральном регулирующем органе — Канадской комиссии по ядерной безопасности (CNSC). ПОК — первая, необязательная ступень отраслевой лицензионной системы, не дающая права на внедрение реактора. Однако многие поставщики, заинтересованные в канадском рынке (в том числе полноразмерных реакторов), проходят эту стадию, поскольку она позволяет выявить и заранее устранить основные проблемы, с которыми предстоит столкнуться при получении «настоящих» разрешений на внедрение.

Согласно нормативам, процедура предлицензионной оценки занимает от года до 3,5 лет, в зависимости от особенностей конструкции и выбранной поставщиком полноты анализа (наиболее глубокая ПОК предусматривает три стадии; можно ограничиться одной). Первые малые реакторы могут пройти ограниченную оценку уже в 2017 году.

Следующие, обязательные ступени для допуска реактора к внедрению в Канаде (в необходимой последовательности) таковы: сертификация типовой конструкции реакторной установки; оценка воздействия проекта на окружающую среду в районе выбранной площадки; получение трех отдельных лицензий на подготовку площадки, на строительство и на эксплуатацию АЭС.

С учетом сроков и необходимости последовательного (не одновременного) прохождения части этих процедур и при условии твердых инвестиционных намерений, планового финансирования и соблюдения сроков строительства, внедрение первых проектов малых реакторов в Канаде займет порядка 12–13 лет.

В соответствии с выводами упомянутого исследования Минэнерго Онтарио, сектор малых реакторов в этой стране находится «на очень ранней стадии развития», и, согласно базовому сценарию прогноза, первые заявки на сооружение малых реакторов могут быть поданы в 2022–2023 годах, а ввода в строй первых реакторных установок следует ожидать к 2030 году.

Реальные сроки могут оказаться еще больше, с учетом характерной особенности нарождающегося рынка малых реакторов Канады: абсолютного преобладания нетрадиционных технологий с ограниченным опытом применения (ВТГР, быстрые, жидкосолевые реакторы, в том числе в весьма необычных вариантах), что потенциально продлевает сроки внедрения. В этом отличие рынка Канады от рынка США, где пока преобладают легководные конструкции, во многом аналогичные распространенным большим реакторам (вплоть до унификации многих элементов и производственных процессов).

В общем, если проекты внедрения малых реакторов не получат каких-то особых преференций, включая упрощение процедур сертификации и лицензирования, пуск первых реакторных установок этого класса в Канаде вряд ли произойдет раньше, чем в США.

В Великобритании в самые последние годы малые модульные реакторы были объявлены одним из наиболее перспективных направлений НИОКР. Правительство стало рассматривать их как одну из сфер, в которых Соединенное Королевство может занять передовые позиции в мире и компенсировать отставание от лидирующих стран в технологиях ядерной генерации и ряде атомных НИОКР, возникшее в конце прошлого века (о таком отставании в последние годы неоднократно говорилось в парламенте и правительстве).

Перспективы этой ниши для Соединенного Королевства были впервые отмечены в Стратегии атомной отрасли, принятой правительством в 2013 году. В 2014 году под эгидой Национальной ядерной лаборатории (NNL) было подготовлено исследование, свидетельствующее о значительном потенциальном эффекте для британской атомной индустрии от возможного развития технологий малых реакторов.

В конце 2015 года правительство Великобритании утвердило пятилетние расходы на приоритетные направления развития страны, включая, по его оценке, «амбициозную программу» поддержки ядерных НИОКР, на которую было решено направить в течение пяти лет 250 млн фунтов стерлингов из бюджета профильного ведомства — Департамента энергетики и климатических изменений (DECC; после смены правительства летом 2016 года правопреемником DECC стало новое ведомство — Департамент бизнеса, энергетики и промышленной стратегии — BEIS).

Одним из центральных пунктов этой программы, призванной «восстановить компетенции Соединенного Королевства в ядерной сфере и позиционировать его как глобального лидера в инновационных ядерных технологиях», стало развитие малых модульных реакторов передовых конструкций. В марте 2016 года DECC объявил о сборе предложений для участия в конкурсе конструкций такого реактора с целью внедрения в Великобритании.

Подразумевается выбор модели РУ, которая пройдет процедуру сертификации в надзорных органах Соединенного Королевства (так называемую Оценку типовой конструкции) и затем может быть построена на территории страны. Предполагается возможность участия государственных структур во внедрении и финансировании, но вопрос о формах и параметрах такого участия остается открытым.

На фоне новых приоритетов британского правительства ряд компаний предложили свои конструкции малых реакторов. Среди них NuScale Power (реактор с водой под давлением NuScale Power Module), Terrestrial Energy (жидкосолевой IMSR), Urenco (ВТГР U-Battery), Westinghouse (Westinghouse SMR), Moltex (быстрый жидкосолевой вариант Moltex), GE Hitachi (быстрый натриевый PRISM), CNNC (PWR ACP100+), Rolls-Royce (PWR, пока не получивший официального названия), Tokamak Energy (концепция модульного термоядерного генератора). То есть ряд поставщиков выступили с конструкциями, которые предлагают и на американском рынке (США и Канады).

Создатели малых реакторов стали заранее выстраивать связи с британскими компаниями для частичной локализации производства и обеспечения строительства. При этом предлагается высокая степень локализации, что соответствует целям правительственной стратегии развития британских ядерных компетенций (например, Westinghouse предлагает минимальный уровень локализации 70% при серийном строительстве своих малых реакторов).

Начали формироваться производственные консорциумы для изготовления оборудования и строительства определенных конструкций, в которые входят ведущие британские поставщики и индустриальные ассоциации (такие как Sheffield Forgemasters, Amec Foster Wheeler, Cammell Laird, Rolls-Royce, Nuclear Advanced Manufacturing Research Centre). Некоторые поставщики готовы участвовать в нескольких консорциумах.

Лондон рассчитывает, что уже в 2020-х годах в Великобритании будет построен один из первых в мире малых модульных реакторов. По оценкам NNL, к 2035 году объем британского рынка малых реакторов может составить до 7 ГВт (э). В силу относительно небольшой территории и хорошо развитой, разветвленной энергосистемы Соединенное Королевство практически не нуждается в маломощных ядерных (именно ядерных) генераторах для снабжения отдаленных, изолированных районов.

Тем не менее предполагается возможность массированного строительства малых реакторов в качестве замещающих мощностей (на площадках выводимых из эксплуатации атомных, угольных станций) или для решения особых технологических задач (утилизации значительных запасов плутония, производства водорода и других). Это обеспечит, среди прочего, внедренным и локализованным в Соединенном Королевстве ядерным технологиям референции для их дальнейшего продвижения на международных рынках.

Однако конкретизация государственной политики в этой области затянулась: выработка правительственного плана действий в сфере малых реакторов, который предполагалось представить в 2016 году, задерживается. Правительство не конкретизировало критерии и условия конкурсного отбора малых модульных реакторов, параметры государственного участия в проектах.

По оценкам представителей отрасли (в частности, британской Ассоциации атомной промышленности — NIA, компаний Westinghouse, Rolls-Royce и других), все это мешает компаниям понять истинные перспективы рынка Соединенного Королевства и принять серьезные инвестиционные решения. То есть планы в этой области как правительства, так и бизнеса пока остаются неопределенными, а заявленные прогнозы развития выглядят чрезмерно оптимистичными.

В Китае задача создания малых модульных реакторов отечественной конструкции закреплена в качестве одного из приоритетных технологических направлений в целом ряде важнейших стратегических документов, начиная с 2011 года (в 12-м государственном пятилетнем плане научно-технического развития в энергетической сфере на 2011–2015 годы; в программе развития ядерной энергетики на 2011–2020 годы и других).

Эти документы подразумевают разработку, строительство и введение в эксплуатацию нескольких энергоблоков с малыми реакторами в нынешнем десятилетии. Сегодня, помимо уже строящихся плавучего блока и ВТГР, развиваются и другие проекты в «малой» нише; они пока не дошли до стадии сооружения, но некоторые подошли к ней близко. Такие конструкции создают три поставщика реакторных технологий: CNNC, CGN и SPIC/SNPTC. Каждый из них разрабатывает (в разных вариантах) или уже внедряет стационарный и плавучий малые реакторы.

CNNC планирует линейку малых реакторов: стационарные ACP25, ACP50, ACP100, ACP200 и разрабатываемые на их основе плавучие версии ACP100S и ACP25S. Первым внедряется интегральный реактор ACP100. В последнее время создается его усовершенствованная версия ACP100+, которая отличается от первоначального варианта несколько большей мощностью (~125 МВт (э)) и «еще более» интегральной компоновкой (см. справку). Демонстрационный реактор этой модели решено построить на острове Хайнань, рядом с блоками средней мощности CNP‑600 на АЭС «Чанцзян», совладельцем которой является CNNC.

Строительство должно стартовать в декабре 2017 года и завершиться в 2020 году. При соблюдении этих сроков Китай станет второй в мире страной, строящей стационарный энергоблок на базе интегрального PWR. Кроме того, CNNC ведет переговоры с рядом китайских провинций (в основном материковых) для внедрения там таких же реакторов в целях промышленного и муниципального энергоснабжения.

Компания CGN, помимо описанного выше плавучего энергоблока с реактором ACPR50S, создала стационарную реакторную установку ACPR100 мощностью 140 МВт (э), которая во многом унифицирована с плавучей версией, однако, в отличие от нее, имеет интегрированную компоновку (см. справку). Ранее предполагалось построить и ввести в эксплуатацию первый блок с ACPR100 в 2018 году, но площадка до сих пор не названа и внедрение задерживается минимум на два-три года.

Компания SNPTC, входящая в группу SPIC, с начала нынешнего десятилетия также создавала свои малые реакторы для стационарного энергоблока электрической мощностью ~150–200 МВт и для плавучего производительностью ~40–50 МВт (см. справку). В них используются некоторые решения, характерные для технологий больших РУ AP1000 и CAP1400, которые эта компания развивает совместно с Westinghouse. Однако внятные планы внедрения еще не объявлены.

В целом темпы создания и внедрения китайских малых реакторов выше, чем в других странах: за несколько последних лет китайцы прошли путь от постановки самой общей задачи развития «малой» ниши до разработки ряда конструкций и строительства демонстрационных образцов. Проекты сооружения первых таких реакторов в Китае обеспечат необходимые референции для продвижения на мировых рынках.

В то же время спешное развитие «малой» ниши продиктовано не только обычными соображениями развития технологий и завоевания рынков, но и политическими мотивами: Пекин намерен осваивать акваторию Южно-Китайского моря, часть которой является спорной территорией. Для энергоснабжения морских платформ, которые планируется там строить, как нельзя лучше подходят плавучие ядерные блоки.



Транзитные пассажиры
Итак, на фоне многолетних разговоров о больших перспективах малых реакторов до практической фазы осуществления в мире дошло лишь несколько проектов, причем все они имеют статус опытных, демонстрационных установок, иными словами — не обязаны иметь продолжение.

Гораздо больше таких проектов приостановлено, заморожено, фактически отменено, в лучшем случае отложено на неопределенный срок: начиная от неудавшихся попыток коммерциализации технологий ВТГР в Германии и ЮАР (где их планировали строить серийно в гигаваттных масштабах, как сегодня в Великобритании) и заканчивая обильно политыми денежным дождем и хорошо проработанными конструкциями BWXT mPower и SMR Westinghouse, внедрение которых в США застопорилось.

Можно выделить несколько причин, по которым развитие «малых форм» в ядерной генерации пока идет относительно медленно.

Первая из них: широкий рыночный спрос до сих пор так и не появился. Далеко впереди пока идет предложение: поставщики технологий предлагают десятки конструкций (точнее, в основном концепций), наперебой расхваливая прелести и перспективы «малой» ниши. То есть речь идет скорее о целенаправленном формировании продавцами некой технологической моды, чем о массовом интересе потребителей. В отдельных случаях, когда такой интерес пробуждается, он, как правило, долго остается на самом общем уровне либо быстро угасает, столкнувшись с вопросами, на которые пока нет исчерпывающих ответов.

Например, «экономика» малых реакторов в большинстве случаев не ясна; особенно это касается малоосвоенных технологий, которые до сих пор коммерчески не применялись (жидкосолевых, быстрых, ВТГР), не говоря уж о более экзотических вариантах. Однако даже в случае легководных реакторов, имеющих шестидесятилетний стаж рентабельного применения, их «экономика» в малой ипостаси остается не до конца ясной.

Понятно, что малые генерирующие мощности существенно дороже больших реакторных установок: даже китайские поставщики, в условиях дешевого местного производства, оценивают стоимость строительства малой атомной мощности начиная от ~$5000/­кВт, что раза в полтора дороже, чем заявленная стоимость их же, китайских больших реакторов.

Расходы на безопасность (ядерную, физическую) также будут выше, чем для других видов генерации: сколько бы ни увещевали создатели технологии, говоря о внутренне присущей безопасности любой малой конструкции, по затратам на нее (в том числе на этапе проектирования и строительства) ядерный энергоблок вряд ли когда-нибудь сравняется, например, с дизелем или небольшой угольной станцией.

Еще один вопрос: во что обойдутся обращение с ОЯТ и последующий вывод из эксплуатации? Последний для малых реакторов несколько проще, чем для больших: интегральная и блочная конструкции позволяют вывезти АЭС с площадки «почти целиком» (что особенно удобно в случае плавучих блоков) и поместить на длительное хранение, подобно реакторным отсекам атомных субмарин, покоящимся в Хэнфорде, Сайда-Губе или у мыса Устричный. Но затраты на это окажутся, как ни крути, выше, чем вывод из эксплуатации дизельного или маленького угольного генератора.

Конечно, потребитель потом сэкономит на топливе, что особенно важно для отдаленных районов: там обычная цена углеводородов умножается на денежные и трудовые затраты по доставке горючего, и все это усугубляется проблемами сезонности. Но расходы на обращение с отработавшим ядерным топливом для малых АЭС «съедят» часть экономии. А с ОЯТ некоторых реакторов возникают и особые, специфические проблемы: например, ВТГР «плодят» массу облученного графита — радиоактивных отходов, особенно опасных в случае контакта с биосферой.

Между тем страны, применявшие или применяющие до сих пор реакторы с графитовым замедлителем в наибольшем масштабе (Великобритания, Россия, США, Франция), до сих пор окончательно не решили, что с ним делать: пока его оставляют преимущественно в местах использования — на десятилетия, а то и столетия.

В общем, вопросов у потенциальных инвесторов/потребителей возникает немало. В результате после изучения темы они не спешат заказывать малые реакторы. Подобные ситуации возникали в США, Канаде, Китае, где компании или муниципалитеты в некоторых районах (например, Аляска, север Канады) загорались идеей малой ядерной генерации, но затем охладевали.

Баланс расходов и экономии может существенно сдвинуться в пользу малых реакторов в случае дальнейшего ужесточения норм выброса парниковых газов. Если это ощутимо коснется небольших генераторов на органическом топливе в изолированных, труднодоступных районах, то шансы малых реакторов там возрастут. Заменить их не менее «экологичными» ВИЭ во многих подобных районах невозможно: они не обеспечивают необходимой устойчивости, бесперебойности энергоснабжения (жизненно необходимой в условиях заполярных морозов), а некоторые технологии в принципе не пригодны для тамошних климатических условий (например, солнечная генерация на Крайнем Севере). Однако пока экологические издержки не перевешивают остальных соображений.

При низком рыночном спросе все без исключения проекты создания малых ядерных энергоблоков в настоящее время продвигаются лишь при поддержке государств, без которой ни поставщики, ни потребители не готовы идти до конца. Строятся сегодня только те малые ядерные блоки, финансирование которых осуществляется из государственных средств (бюджета или госкорпораций) в полном объеме. Не случайно наивысшими темпами малая ниша развивается в Китае. В тех же странах, где правительство уповает на рынок, господдержка пока составляет в лучшем случае 10–20% расходов (как в США), чего бизнесу в данном случае явно недостаточно, и в итоге проекты идут ни шатко ни валко.

Почему же вендоры так активно лоббируют «малую» нишу?

Во-первых, это возможность коммерциализировать давно имеющиеся у них и не приносящие дохода разработки — допустим, судовые или быстрые реакторы — при некотором их усовершенствовании. Хороший пример — энергоблок PRISM, который GE (ныне GE Hitachi) безуспешно пыталась внедрить в США еще четверть века назад, в нынешнем столетии долго уговаривала британское правительство купить эту РУ для утилизации плутония, а теперь пытается продать ее Лондону «в новой упаковке» — в образе малого реактора.

Вторая причина гиперактивности вендоров в «малой» нише — желание освоить новые технологии, оседлав (или даже подхлестнув) волну интереса к малым реакторам. При такой стратегии демонстрационные конструкции разрабатываются не столько для завоевания «малой» рыночной ниши, сколько с целью отработки новых физических и технических принципов, которые слишком рискованно воплощать сразу в крупные конструкции.

В случае успеха новая технология вряд ли задержится в «малой» нише, она будет масштабирована и поможет проникнуть на совершенно другие, «немаленькие» рынки. Это может относиться ко всем нетрадиционным для действующей атомной энергетики конструкциям, начиная от ВТГР, ЖСР и быстрых и заканчивая термоядерным генератором, предлагаемым сегодня в Великобритании под предлогом развития рынка малых реакторов.

В ряде случаев никто и не скрывает, что мощность демонстрационных установок лишь по совпадению вписалась в малую весовую категорию. Пример — российский проект БРЕСТ-ОД‑300, который вовсе не планируется для «малой» ниши, а предназначен для освоения технологии свинцового быстрого реактора и пристанционного ЯТЦ с нитридным топливом; в случае успеха в рамках данного направления будут создаваться аналогичные реакторы более чем гигаваттной мощности.

Другой похожий пример — индийская концепция кипящего тяжеловодного реактора AHWR, которая после освоения технологии также наверняка будет масштабирована (ко всему прочему, тяжеловодные РУ плохо вписываются в «малую» нишу по габаритам).

В подобных случаях новые реакторные конструкции формально (хотя и непреднамеренно) раздувают мировой перечень малых реакторов, усиливая иллюзии вокруг ближайших перспектив «малой» рыночной ниши (например, именно в контексте этой ниши их нередко рассматривает МАГАТЭ). И уж совсем зря в одном списке с интегральными малыми модульными реакторами фигурируют конструкции, которые современными не назовешь: канальные графитовые ЭГП‑6 в Билибино, индийские деривативы старых канадских реакторов (PHWR‑220) и первое «мирное упражнение» китайской атомной энергетики — реакторная установка CNP‑300. Их присутствие в перечне малых реакторов носит сугубо технический характер, что не мешает в многочисленных исследованиях по малым реакторам упоминать их в контексте перспектив «малой» ниши.

Таким образом, рынок малых реакторов вольно или невольно раздувается за счет «транзитных пассажиров». Однако в перспективе, «в сухом остатке», рынок этот может оказаться не столь грандиозным, каким представляется сегодня во многих прогнозах и государственных программах.


Особенности реализуемых проектов строительства малых ядерных энергоблоков
Основой российской плавучей атомной станции служат два реактора с водой под давлением КЛТ‑40С, способные выдавать вместе свыше 75 МВт электрической мощности и порядка 145 Гкал тепла.

Каждый реактор имеет собственную турбину и может работать независимо, что позволяет поддерживать энергоснабжение в период ремонтов и других перерывов в работе одного из реакторов. КЛТ‑40С — переработанная версия судовых реакторных установок КЛТ‑40 и КЛТ‑40М, используемых на ледоколах «Таймыр», «Вайгач» и контейнеровозе «Севморпуть».

В отличие от них, в КЛТ‑40С применяются кассетная активная зона увеличенного размера и топливо с меньшим уровнем обогащения (менее 20 %). Реактор имеет блочную судовую компоновку с четырьмя петлями первого контура.

В основе плавучего энергоблока китайской компании CGN — единственный реактор с водой под давлением ACPR50S тепловой мощностью 200 МВт и электрической ~60 МВт.

В двухконтурной реакторной установке использована блочная компоновка с двумя петлями первого контура, двумя циркуляционными насосами и прямоточными парогенераторами со спиральными трубами. РУ помещена в стальную защитную оболочку высотой и диаметром порядка 16 метров.

Топливо с выгорающим поглотителем (гадолиний) унифицировано со стандартными ТВС реакторов PWR (37 укороченных сборок размерности 17×17 с обычным для стационарных АЭС обогащением урана до 5%). Интервал между перегрузками — 2,5 года. Конструкция предусматривает пассивное аварийное расхолаживание без вмешательства персонала в течение 168 часов, что достигается, в частности, размещением корпуса реактора высотой 7,1 метра и парогенераторов ниже ватерлинии судна. Назначенный срок службы реактора — 40 лет.

Аргентинская реакторная установка CAREM25 также относится к конструкциям с водой под давлением. Однако, в отличие от российской и китайской, она имеет полностью интегральную компоновку: активная зона, 12 прямоточных парогенераторов со спиральными трубами, встроенная система компенсации давления и внутренние приводы СУЗ интегрированы в моноблок высотой 11 метров и диаметром 3,2 метра. Демонстрационный реактор функционирует на мощности без циркуляционных насосов — за счет конвекции. Необычная для PWR черта — гексагональные тепловыделяющие сборки.

Китайский экспериментальный энергоблок с высокотемпературным газовым реактором включает два реактора HTR-PM тепловой мощностью 250 МВт и электрической 105 МВт каждый, приводящих в движение общую турбину. Используется технология ВТГР с шаровым топливом и гелиевым теплоносителем, разогреваемым до 750 °C.

Двухконтурная реакторная установка включает по одному парогенератору для каждого реактора и обеспечивает значительно более высокие параметры пара (температура 567 °C, давление 13,25 МПа), чем большинство действующих в мире энергетических реакторов.

Из ряда вон
GE Hitachi решила поучаствовать в британском конкурсе малых реакторов. Эта компания несколько лет назад предложила свой реактор PRISM для утилизации накопленных в Великобритании запасов «неоружейного» плутония (~114 тонн в британской собственности). Правительство рассматривало это предложение как один из приоритетных вариантов, но окончательный выбор до сих пор не сделало.

Теперь GE Hitachi решила представить свое старое предложение в новом формате — малого реактора. По сугубо формальным показателям энергоблок PRISM едва вписывается в рассматриваемую нишу: он имеет мощность 622 МВт и состоит из двух реакторов, которые даже по отдельности относятся по классификации МАГАТЭ скорее к средней нише. Впрочем, в условиях конкурса для GE Hitachi имеется одна лазейка: правительство рассматривает конструкции максимальной электрической мощностью «порядка 300 МВт».

Формальные проблемы возникли и у Rolls-Royce. Создавая концепцию нового PWR, компания прорабатывала варианты мощности от 220 МВт до 440 МВт. Однако, посчитав «экономику», Rolls-Royce пришла к выводу, что приемлемая окупаемость проекта будет достигнута при серийном строительстве не менее 10 реакторов мощностью 440 МВт каждый, а в случае снижения единичной производительности реакторной установки «экономика» ухудшится, причем сильно. Хотя предпочтительная для компании мощность однозначно относится к средней нише, Rolls-Royce имеет некоторые шансы пролоббировать расширение «рамок дозволенного».

Ведь правительство стремится возродить британские компетенции в реакторных технологиях, а Rolls-Royce — единственная сугубо британская компания, сохранившая комплексные возможности в реакторостроении (она поставщик PWR двух поколений для атомных субмарин Королевского флота) и теперь, при создании нового малого реактора, формирующая вокруг себя консорциум из «чистокровных» британских компаний. Ради такого Лондон вполне мог бы ввести собственное, английское понятие малого реактора.

Пальму первенства среди нестандартных претензий следует отдать Tokamak Energy. Компания предложила Лондону не мелочиться с освоением всяких изощренных конструкций, работающих на энергии распада тяжелых ядер (как делают все создатели малых реакторов во всех странах мира), а радикально «подняться над толпой» на рынке атомных технологий: Tokamak Energy обещает уже к 2030 году создать коммерческий термоядерный модульный реактор. Если, конечно, британское правительство раскошелится.
Конструктивные особенности китайских малых реакторов
Усовершенствованная реакторная установка ACP100 компании CNNC (главный конструктор — ее дочерняя структура NPIC) имеет тепловую мощность 385 МВт и электрическую ~125 МВт. Для нее характерна интегральная компоновка, однако ее содержание эволюционировало.

В изначальном исполнении конструкции внутри единого корпуса были размещены активная зона и 16 прямоточных парогенераторов, однако у РУ были внешний компенсатор давления, внешние приводы СУЗ и четыре вертикальных насоса, присоединенных к корпусу короткими патрубками. Доработанная в последнее время версия реактора (под обозначением ACP100+), которая предлагается, в частности, в Великобритании, отличается внутренними электромагнитными приводами СУЗ, внутрикорпусной системой компенсации давления, горизонтальными внешними циркуляционными насосами, встроенными непосредственно в корпус реактора, и рядом других особенностей. Интервал между перегрузками топлива составляет два года.

Реактор ACPR100 компании CGN имеет тепловую мощность 450 МВт и электрическую 140 МВт. Он также имеет интегрированную компоновку: в корпусе объединены активная зона, компенсатор давления и 16 прямоточных парогенераторов со спиральными трубами; восемь вертикальных насосов первого контура присоединены снаружи к корпусу короткими трубопроводами по принципу «труба в трубе».

Парогенерирующий блок высотой 17 метров помещен в стальную гермооболочку высотой 22 метра и диаметром около 10 метров, в которой поддерживается пониженное давление для снижения теплопотерь. Защитная оболочка целиком погружена в воду в шахте, располагаемой ниже уровня земли. Конструкция топлива в основном аналогична описанной для ACPR50S, но активная зона насчитывает 69 ТВС. Интервал между перегрузками — 2,5 года.

Концептуальный реактор CAP150 компании SNPTC (конструктор — ее дочерняя структура SNERDI) имеет тепловую мощность 450 МВт и электрическую ~150 МВт. В нем используется интегральная компоновка с активной зоной, компенсатором давления, приводами СУЗ и восемью парогенераторами, объединенными в корпусе, к которому снаружи присоединены восемь циркуляционных насосов. Характерная особенность — попытка применения парогенераторов с U-образными трубами.

Реакторная установка для «плавучки» CAP-FNPP имеет тепловую мощность 200 МВт и электрическую ~40 МВт. Она скомпонована по блочному принципу и включает две петли первого контура с двумя относительно большими парогенераторами и двумя ЦНПК, внешним компенсатором давления. Эти конструкции продолжают дорабатываться с некоторым увеличением мощности и в конечном итоге могут существенно видоизмениться, как это происходит у китайских конкурентов SNPTC.

ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ НОМЕРА