Малые модульные реакторы: глобальные перспективы

Согласно определению Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), к малым реакторам относятся реакторы, имеющие мощность до 300 МВт и состоящие из модулей, которые перед доставкой и монтажом на площадке изготавливаются на заводе. Концепция малых модульных реакторов (ММР) и их применение в производстве электроэнергии много лет оставались предметом обсуждения ученых, представителей властей и специалистов в области ядерной энергетики. На фоне технологических прорывов последнего десятилетия идея использования ММР кажется все более обоснованной и экономически оправданной.

Наряду с внушительными инвестициями начало промышленного применения ММР приближают и факторы, ставшие в последнее время очевидными в мировой энергетике: повышение спроса на электроэнергию, необходимую для экономического роста, а также растущий запрос на энергетическую безопасность и низкоуглеродную энергетику в условиях борьбы с изменением климата. Разработчики ММР, специалисты в области ядерной энергетики и правительства различных стран стараются ускорить работу, чтобы первыми запустить готовый к эксплуатации энергоблок и затем начать экспортировать технологию на мировой рынок на основе референтной системы лицензирования, охраны безопасности и регулирования.

По оценкам МАГАТЭ, сейчас в мире около 50 проектов ММР на разных стадиях разработки. Ожидается, что Аргентина, Китай и Российская Федерация начнут коммерческую эксплуатацию первых ММР в 2019—2020 годах. За ними последуют еще около двенадцати ММР, находящихся на стадиях лицензирования и строительства. Вполне вероятно, что следующими свои установки запустят страны Северной Америки: США планируют начало промышленной эксплуатации ММР в 2026 году, а Канада разрабатывает прогрессивную систему регулирования, чтобы законодательно обеспечить пуск демонстрационных реакторов в том же году.

В подготовленном Национальной ядерной лабораторией Великобритании технико-экономическом обосновании утверждается, что объем мирового рынка ММР к 2035 году может составить 65−85 ГВт и оценивается в £250−400 млрд ($ 300−500 млрд). По прогнозам Управления по информации в области энергетики США, рост энергопотребления в 2015—2040 годах составит 28%, причем бóльшая часть этого роста будет приходиться на страны, не входящие в Организацию экономического сотрудничества и развития (ОЭСР). Спрос на электроэнергию в этих странах будет обусловлен ускоренным экономическим ростом. Предполагается, что через 25 лет более 60% мирового энергопотребления будет приходиться на азиатские государства, не входящие в ОЭСР (в том числе Китай и Индию).

Объем чистой выработки электроэнергии в странах — членах ОЭСР в 2016 году составил 10 158,2 млрд кВт·ч, из которых 18,5% произведено атомными электростанциями (АЭС). Несмотря на рост доли АЭС в генерации электроэнергии стран ОЭСР (по сравнению с 18,3% годом ранее), совокупная мощность ядерной генерации снизилась на 0,6%. У ядерной энергетики есть множество альтернатив, позволяющих увеличить объем выработки и тем самым удовлетворить растущий спрос. Тем не менее ММР обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными АЭС: они могут занять долю в диверсифицированном энергобалансе, работать в отсутствие подключения к энергосетям, а также использоваться с целью выработки тепла для технологических нужд, опреснения воды и производства водорода.

В данном отчете проводится оценка рынка ММР по странам на основе разрабатываемых ими проектов, применяемых технологий и хода научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР) по подготовке к их лицензированию и промышленной эксплуатации. Помимо этого, в документе обзорно рассматриваются потенциальный объем внутреннего рынка и экспортные возможности каждой из стран.

Аргентина
За последние 13 лет энергопотребление в Аргентине выросло, увеличившись в пересчете на душу населения с ~2 тыс. кВт·ч в 2002 году до около 3 тыс. кВт·ч в 2015 году. В 2017 году валовое производство электроэнергии в стране составило 136 436,27 ГВт, из которых 6 161 ГВт (4,52%) приходилось на ядерную энергетику. При этом 51% электричества генерируется сжиганием природного газа, 26% — путем использования водных ресурсов, 14% — за счет нефти, а 2% — за счет угля.

В Аргентине работают две АЭС, совокупно вырабатывающие 1 627 МВт энергии. Одна из них, АЭС «Атуча», состоит из энергоблоков «Атуча‑1» (335 МВт) и «Атуча‑2» (692 МВт), использующих тяжеловодные реакторы (PHWR). Станция расположена в г. Лима (провинция Буэнос-Айрес). Другая — АЭС «Эмбальсе» (600 МВт), также использующая реактор PHWR, расположена в г. Эмбальсе (провинция Кордова). Строительство наземного ММР с водяным охлаждением CAREM мощностью 33 МВт начато на площадке Атуча в феврале 2014 года.

Энергетическая политика правительства Аргентины направлена на поддержку строительства инфраструктуры возобновляемой энергетики (в том числе реализации значительного гидроэнергетического потенциала страны), а также на снижение количества выбросов парниковых газов. В 2016 году начала работать программа по расширению доли ВИЭ (за исключением крупных гидроэлектростанций) с 2% до 20% к 2025 году.

На долю энергетики приходится 43% от общего числа выбросов парниковых газов в стране, на втором месте — земледелие и животноводство (28%). На Парижской конференции по изменению климата 2015 года аргентинское правительство взяло обязательство снизить объем выбросов на 15% к 2030 году.

Развитие ядерной энергетики относится к тем мерам, которые способны снизить или затормозить рост парниковых выбросов и могут быть реализованы за счет технологий собственной разработки. Правительство сформировало при министерстве энергетики Секретариат по ядерной энергетике, в задачи которого входят повышение эффективности ядерной отрасли, а также оказание помощи на местах в решении вопросов, связанных с использованием ядерной энергии в мирных целях и обращением с радиоактивными материалами.

Аргентинское агентство по инвестициям и международной торговле в качестве национального приоритета называет обеспечение объемов выработки электроэнергии, достаточных для удовлетворения растущего спроса на нее при одновременном уменьшении ее стоимости и снижении выбросов углекислого газа (CO₂). В докладе об инвестиционных перспективах от 2018 года агентство отмечает, что проект строительства реактора CAREM к 2023 году может привлечь финансирование в размере $ 3 млрд.

Национальная комиссия по атомной энергетике Аргентины и ее основной партнер, компания INVAP S.E., разработали реактор CAREM‑25 и электростанцию на его основе, используя собственные технологии. Разработка реактора имела статус национального проекта. Цепочки поставок материалов и комплектующих для станции также были сформированы местными компаниями. По меньшей мере 70% материалов и услуг, закупленных для строительства станции (в том числе произведенных аргентинскими компаниями), прошли сертификацию Национальной комиссии по атомной энергетике в соответствии с международными стандартами качества.

В основе проекта лежит интегральный легководный реактор (LWR) электрической мощностью 30 МВт и тепловой мощностью 100 МВт. Среди ключевых характеристик этого прокта — интегральная компоновка первого контура охлаждения, охлаждение активной зоны естественной циркуляцией, внутрикорпусные механизмы управления регулирующим стержнем, а также системы безопасности с акцентом на пассивные механизмы защиты. В конструкции реактора CAREM сведены к минимуму неустойчивые компоненты и риски взаимодействия с внешней средой.

Планируется, что после пуска реактора в промышленную эксплуатацию он будет вырабатывать около 120 МВт электроэнергии. Таким образом, электростанция с четырьмя блоками сможет производить 480 МВт электроэнергии. Среди предполагаемых сфер применения установки — энергообеспечение регионов страны с малой потребностью в электроэнергии, а также на побережье (ввиду наличия у реактора CAREM функции опреснения воды и способности обеспечивать конечных потребителей питьевой водой и электричеством).

В 2015 году компания INVAP объявила о заключении соглашения с саудовской компанией TAQNIA о создании совместного предприятия в Саудовской Аравии. В задачи образованной в рамках этого партнерства компании INVANIA входит разработка технологий для саудовской атомной энергетики. При этом рассматривается и применение реактора CAREM в качестве опреснительной установки.

Австралия
Общий объем электроэнергии, произведенной в стране в 2013—2014 годах, составил 248 млрд кВт·ч, из которых на долю угля, газа и ВИЭ, таких как ветер, солнечная энергия и гидроэнергия, пришлось 61%, 22% и 15% соответственно. В Австралии запрещены строительство и эксплуатация АЭС, и нет ни одного реактора, за исключением исследовательского OPAL мощностью 20 МВт, который эксплуатирует Австралийская организация по ядерной науке и технике (ANSTO) для производства медицинских радиоизотопов. При этом в Австралии находится почти треть разведанных мировых запасов урана, а страна занимает третье место по объемам его производства.

На Парижской конференции по изменению климата СОР21 Австралия взяла обязательство к 2030 году снизить выбросы парниковых газов на 26−28% относительно показателей 2005 года. Согласно Целевой программе увеличения доли ВИЭ в электрогенерации Австралии, к 2020 году страна должна получать более 23% энергии за счет возобновляемых энергоносителей. Стремление сократить выбросы парниковых газов и объем связанных с достижением этой цели затрат стали двумя основными причинами того, что в последнее время все чаще стала обсуждаться возможность отмены запрета на строительство АЭС в Австралии, ведь ММР не загрязняют атмосферу и прекрасно дополняют ВИЭ.

В 2017 году компания SMR Nuclear Technology Pty Ltd опубликовала план развития ММР в Австралии на 2018−2030 годы, который начинается с проведения консультаций с местным населением и получения лицензий, а завершается вводом реакторов в промышленную эксплуатацию. Развитию программы ядерной энергетики помогут наличие инфраструктуры, а также присоединение Австралии к Договору о нераспространении ядерного оружия, членство в Конвенции по ядерной безопасности и наличие собственной организации в области ядерного регулирования — Агентства по радиационной защите и ядерной безопасности Австралии (ARPANSA).

Особое внимание в Австралии обращают на программы разработки и развития ММР в Канаде и США, прежде всего на меры по обеспечению их безопасности, снижение уровня углеродсодержащих выбросов и особенности регулирования. Строительство ММР повысит надежность энергоснабжения отдаленных районов Австралии, где местные сообщества вынуждены полагаться на дорогостоящее дизельное топливо, а также позволит диверсифицировать генерацию базовой нагрузки в энергосетях и сократить выбросы парниковых газов. Кроме того, ММР могут стимулировать инновации и приводить к возникновению новых отраслей промышленности.

Канада
Объемы годового потребления электроэнергии в Канаде одни из самых высоких в мире. В 2015 году в стране было выработано 670 млрд кВт·ч электроэнергии, из которых 380 млрд кВт·ч было произведено на гидроэлектростанциях, 101 млрд кВт·ч — на АЭС. Доля атомной энергетики в общем объеме поставок электричества в Канаде 15%, при этом 60% атомной энергии вырабатываются в провинции Онтарио, еще 33% — в провинции Нью-Брансуик.

В Канаде действуют 19 АЭС чистой совокупной мощностью 13 553 МВт. Региональные органы власти и поставщики электроэнергии приняли решение о продлении срока эксплуатации нескольких канадских тяжеловодных ядерных реакторов (CANDU) путем проведения масштабной модернизации, что позволит удовлетворить будущие потребности в электроэнергии.

Энергетическая политика канадского правительства признаёт важную роль ядерной энергии в переходе страны к низкоуглеродной и экологически чистой энергетике. В 2015 году на Парижской конференции Канада представила свои обязательства по снижению выбросов парниковых газов, назвав электростанции и транспорт крупнейшими источниками парниковых газов в своей экономике.

И хотя почти 80% электричества в стране производится без выбросов углерода, Канада обязалась к 2030 году сократить выбросы парниковых газов на 30% (от уровня 2005 года). В 2017 году Канадская ядерная лаборатория (CNL) направила заинтересованным сторонам запрос с просьбой выразить мнение о малых модульных реакторах как компоненте безуглеродной энергетики будущего, включающей ядерную энергетику.

В кратком отчете о перспективах развития ММР в Канаде CNL заявила о намерении к 2026 году установить ММР на одной из своих площадок. В ответ на ее запрос были получены отклики и отзывы от 80 организаций и частных лиц из Канады и других стран, в том числе от разработчиков ММР, подавших заявки в Комиссию по ядерной безопасности Канады (CNSC) на получение лицензии.

В отзывах отмечалось, что использование экономичных ММР для электроснабжения добывающих предприятий, где отсутствует подключение к энергосетям, позволит повысить их рентабельность. Также было особо подчеркнуто, что населенные пункты, расположенные в отдаленных районах на севере Канады, могут обрести бóльшую энергетическую независимость, что будет способствовать развитию малого бизнеса и повышению уровня жизни. В таких населенных пунктах в основном используется дорогостоящее дизельное топливо, которое непросто перевозить в труднодоступные районы в сложных погодных условиях, что подрывает их энергетическую безопасность.

Министерство природных ресурсов Канады начало серию общенациональных консультаций и контактов со сторонами, заинтересованными в развитии ММР. В результате в ноябре 2018 года Руководящий комитет по реализации программы развития ММР в Канаде представил план действий, содержащий рекомендации по дальнейшей реализации Программы развития ММР, объединенные в четыре группы.

В первой группе рекомендаций подчеркивается необходимость реализации инициатив, представленных правительством и региональными органами власти и направленных на распределение расходов и рисков по разработке и совершенствованию демонстрационных реакторов. Во второй группе содержится призыв к правительству и Комиссии по ядерной безопасности Канады проработать административные, законодательные и нормативные аспекты использования ММР, в том числе ответственность операторов таких реакторов, безопасность эксплуатации и вопросы обращения с отходами.

Третья группа посвящена мощности реакторов, вовлечению заинтересованных сторон и повышению общественного доверия. В частности, здесь собраны рекомендации по работе с коренными народами. В четвертой группе говорится о необходимости создания международных механизмов, которые позволили бы Канаде усилить позиции по некоторым направлениям межгосударственной деятельности и на рынке ММР.

Кроме того, в документе приведены подробности встреч с конечными потребителями, например, живущими и работающими на отдаленных месторождениях, не подключенных к энергосетям, и на крайнем севере Канады. В ходе консультаций с представителями добывающих компаний подтвердилось, что существуют потребность в качественном высокотемпературном паре и обеспечении энергетической безопасности (то есть в источниках тепла и электроэнергии), а также необходимость успешной реализации демонстрационного проекта. Помимо этого выяснилось, что отраслевым компаниям потребуются опытные операторы атомных станций, ответственные за их эксплуатацию.

В Программе развития ММР сделан вывод о том, что в Канаде (одной из стран-первопроходцев в области высокотехнологичных инноваций) можно создать новые рабочие места и объекты интеллектуальной собственности и выстроить цепочки поставок. Инвестиции в реконструкцию реакторов в размере 26 млрд канадских долларов, выделенные из бюджета провинции Онтарио, будут способствовать развитию надежной цепочки поставок, а федеральные инвестиции в инфраструктуру Канадской ядерной лаборатории в размере 1,2 млрд канадских долларов позволят упрочить лидерство Канады в области ядерной науки и ­технологии.

Кроме того, Канада может претендовать на ведущее международное положение в этой сфере, определяя основные принципы и стандарты, а также использовать свое стратегическое влияние, чтобы обеспечить выполнение обязательств по борьбе с изменением климата и применению экологически чистой энергии.

Канадская программа внедрения ММР развивается быстрыми темпами: компании-разработчики оперативно реагируют на результаты новых научных исследований и ищут возможности для их реализации на практике. Помимо прочего, интересы разработчиков учитывают признанные в мире регулирующие органы, которые поддерживают применение новых технологий и отлаженной цепочки поставок в атомной отрасли.

Особое внимание разработчики реакторных технологий уделяют экономическим характеристикам ММР и гарантиям финансирования прототипа или демонстрационного реактора. В качестве потенциальных демонстрационных проектов были предложены в общей сложности 19 различных концепций ММР, причем 16 из них предусматривают размещение реактора на одной из площадок Канадской ядерной лаборатории, а три проекта предполагают возможность промышленной эксплуатации в Канаде.

Комиссия по ядерной безопасности Канады (CNSC) предлагает канадским и зарубежным разработчикам, планирующим подать заявку на получение лицензии на строительство и эксплуатацию новой АЭС, воспользоваться процедурой предварительной оценки проекта, в ходе которой Комиссия оценивает используемую разработчиком реакторную технологию. Предварительная оценка не гарантирует, что проект будет утвержден.

Первый этап оценки занимает от 12 до 18 месяцев, в течение которых проект оценивается с точки зрения соответствия канадским законам, нормам и стандартам. Второй этап длится 24 месяца, на нем выявляются возможные фундаментальные причины для отказа в выдаче лицензии. На третьем этапе у разработчиков есть возможность изучить результаты второго этапа оценки и внести в проект необходимые изменения.

По данным комиссии, заявки на предварительную оценку проектов подали уже 10 компаний-разработчиков. Ниже они перечисляются и характеризуются.

Реактор ISMR станет первым среди проектов ММР, полностью прошедшим процедуру оценки. Второй этап завершится ориентировочно в конце 2020 года, а в начале 2020-х годов у проекта появятся первый покупатель и первая площадка для строительства. Далее проект пройдет процедуру лицензирования, после чего начнется строительство, а пуск реактора произойдет в конце 2020-х годов.

Помимо выработки электроэнергии, реактор ISMR также способен производить тепловую энергию за счет использования расплава солей с температурой около 600 °C, благодаря чему в спектр возможных применений установки входят такие энергоемкие операции, как опреснение воды, производство водорода, нефтепереработка, а также изготовление чистого синтетического топлива для транспорта. Реактор ISMR также может применяться в комбинации с другими ВИЭ, так как он способен быстро реагировать на изменение нагрузки в энергосети, позволяя обойтись без использования накопителей.

Микромодульный реактор MMR представляет собой высокотемпературный газоохлаждаемый реактор, предназначенный для когенерации (т. е. одновременной выработки электроэнергии и тепла для промышленных нужд) и имеющий срок службы 20 лет. Данная установка предназначена для использования в горнодобывающей промышленности и в отдаленных поселениях на севере Канады.

Реактор ARC‑100 рассчитан на продолжительный срок службы, причем используемое в нем топливо соответствует международным требованиям о нераспространении делящихся материалов, что открывает ему доступ к новым рынкам. Его модульные элементы заводского производства подходят для быстрой сборки непосредственно на площадке ­электростанции.

Основные сценарии применения реакторной установки — малая энергетика, генерация базовой нагрузки и работа в режиме следования за нагрузкой, опреснение воды. Модель также ориентирована на применение в сфере добычи сланцевой нефти.

В июне 2018 года компания-разработчик ARC договорилась с энергетической компанией New Brunswick Power о сотрудничестве, в рамках которого предполагаются строительство и пуск реактора ARC‑100 на АЭС «Пойнт-Лепро», после чего планируется реализация полученного опыта на других площадках в Канаде и по всему миру.

Разработку предварительного проекта реактора SMR‑160 планируется завершить в 2019 году. Подача предзаявки и начало процедуры лицензирования проекта назначены на 2020 год. Предполагается, что первые реакторы заработают уже к середине 2020-х годов.

Основное назначение установки — выработка электроэнергии, однако при наличии дополнительного оборудования возможны и другие сценарии использования: производство водорода, централизованное отопление, а также опреснение воды. Реактор SMR‑160 способен работать автономно и поэтому подходит для регионов без подключения к энергосетям и территорий с нестабильной работой сети.

В феврале 2018 года компании Holtec International, SMR LLC, Global Nuclear Fuel и GE Hitachi Nuclear Energy подписали меморандум о взаимопонимании с целью разработки, проектирования, лицензирования, пуска и обслуживания реактора SMR‑160 в разных странах мира.

Микрореактор e-Vinci спроектирован для надежного снабжения отдаленных районов дешевой энергией с минимальными затратами на техническое обслуживание. Его срок службы составляет более 10 лет при увеличенном цикле перегрузки топлива.

Согласно плану развития реакторов e-Vinci компании Westinghouse, первым крупным этапом станет создание в 2019 году полномасштабной демонстрационной установки. Комплексная модель реактора будет построена и испытана с загрузкой ядерного топлива с таким расчетом, чтобы обеспечить готовность реактора к строительству и промышленной эксплуатации к 2024 году.

Проект U-Battery был запущен компанией URENCO в 2008 году. Концепция разработана совместно Далтонским ядерным институтом, Манчестерским университетом (Великобритания) и Делфтским техническим университетом (Нидерланды). К 2026 году планируется начать эксплуатацию демонстрационной установки U-Battery. Одна установка вырабатывает 10 МВт тепловой мощности и может быть переведена в комбинированный режим производства до 4 МВт электроэнергии или 750 °C технологического тепла.

Целевые рынки сбыта — промышленные и не подключенные к энергосетям районы. Реакторы U-Battery могут применяться для различных целей, включая ­снабжение тяжелой промышленности энергией и теплом, опреснение морской воды, а также производство водорода в качестве топлива для транспорта. В 2017 году URENCO подписала протокол о взаимопонимании с компанией Bruce Power, чтобы ускорить процесс разработки, лицензирования и строительства реакторов U-Battery на территории Канады.

Стандартные модули для данного высокотемпературного газоохлаждаемого реактора рассчитаны на пять лет службы и способны вырабатывать 20 МВт (э) / 36 МВт (т) с возможностью дальнейшего увеличения совокупной мощности до 100 МВт. Они также способны работать как в режиме базовой нагрузки, так и в режиме следования за нагрузкой.

Компания StarCore Nuclear планирует работать по схеме «строй-владей-эксплуатируй», а также самостоятельно выводить из эксплуатации каждую станцию. Потребители будут получать энергию по договорам поставки. Данный модульный реактор предназначен для обеспечения энергией отдаленных поселений, горнодобывающих и перерабатывающих предприятий. Он также полностью отвечает задачам внедрения ВИЭ.

Китайская Народная Республика
По данным государственного энергетического управления КНР, в 2015 году объем энергопотребления в Китае составил 5,6 трлн кВт∙ч. Самый распространенный энергоноситель — уголь, доля которого составляет 74,37%. Остальные 17,79% приходятся на гидроэнергетику и 3,56% — на атомную энергетику.

Китай производит 23,75% мировых выбросов парниковых газов. В плане действий, представленном на Парижской конференции по изменению климата, Китай обязуется «приложить все усилия», чтобы начать сокращение выбросов углекислого газа не позднее 2030 года. Кроме того, Китай дал обязательство сократить к 2030 году соотношение выбросов к единице ВВП на 60−65% относительно аналогичного показателя 2005 года, что позволит начать сокращение выбросов уже после 2027 года.

Признав, что в структуре энергопотребления Китая доминируют ископаемые виды топлива, правительство поставило перед собой цель довести долю первичной энергии, получаемой из неископаемых видов топлива, до 15% к 2020 году и до 20% — к 2030 году. В структуре энергопотребления постепенно будет увеличена доля возобновляемой и ядерной энергии, а также природного газа.

К концу 2016 года в стране действовали 35 АЭС, еще 21 станция находилась в процессе возведения. В 2016 году был принят 13-й пятилетний план развития КНР, который предусматривает строительство новых мощностей ядерной генерации объемом 30 млн кВт, что позволит к 2020 году увеличить установленную ядерную мощность до 58 млн кВт. Всего планируется реализовать 25−30 новых атомных проектов с общей суммой ежегодных инвестиций в размере 100 млн китайских юаней.

В настоящее время в разработке находятся несколько ядерных реакторов, призванных достичь целей и задач государственной политики в области энергетики. В рамках программы атомного развития Китая также разрабатываются ММР следующих моделей: HTR-PM (два реактора по 250 МВт (т) и одна турбина на 211 МВт (э)), ACP100 (125 МВт (э) / 385 МВт (т)), CAP200 (200 МВт (э) / 660 МВт (т)) и ACPR50S (50 МВт (э) / 200 МВт (т)).

Институт ядерных и новых энергетических технологий Университета Цинхуа совместно с компанией CHINERGY и Шаньдунским институтом электроэнергетики разрабатывает высокотемпературный газоохлаждаемый малый модульный реактор с шаровой засыпкой активной зоны (HTR-PM).

Станция находится на завершающем этапе строительства и должна приступить к выработке электроэнергии уже в 2019 году.

Концептуальная проработка конструкции началась в 2001 году, а уже в 2008 году, после технико-экономического обоснования, был утвержден план осуществления проекта. Также в 2008 году был завершен эскизный проект демонстрационной установки, а годом позже Национальное управление по ядерной безопасности утвердило предварительный отчет по обоснованию безопасности (ПООБ).

В 2008 году начались земляные работы на площадке будущей станции HTR-PM, расположенной в г. Рончен (провинция Шаньдун), чтобы подготовить ее к возведению строений для ядерного острова. В 2016 году были установлены два корпуса ядерного реактора, а год спустя в них установили внутренние керамические элементы и засыпали шаровые графитовые тепловыделяющие элементы. В декабре 2017 года была установлена крышка первого корпуса.

В 2013 году Китайская национальная ядерная корпорация на заводе по производству топлива для промышленных ядерных реакторов начала производить шаровые тепловыделяющие элементы, число которых уже к декабрю 2017 года достигло 300 000 шт. Далее планируется возвести установку из шести модулей общей мощностью 600 МВт с одной паровой турбиной, которая будет дополнять выработку электроэнергии водо-водяными реакторами. Такие АЭС могут стать полноценной заменой угольным электростанциям.

В 2010 году Китайская национальная ядерная корпорация совместно с Институтом ядерной энергии Китая и компанией China Nuclear Power Engineering Co. также приступила к разработке водо-водяного ядерного реактора с интегральной компоновкой оборудования ACP100. Проект подразумевает установку от одного до восьми модулей, в зависимости от требуемой электрической и/или тепловой мощности.

Процесс разработки реактора ACP 100 подходит к завершению, и в скором времени планируется начать его возведение. Данный реактор стал первым ММР, по которому в 2016 году МАГАТЭ составил положительное заключение о его безопасности. Годом позже был завершен эскизный проект реактора и выбрана площадка для возведения пилотной демонстрационной установки ACP100 на острове Хайнань. ПООБ был утвержден в 2018 году.

Реактор ACP100 планируется использовать в отдаленных районах, где возможности энергоснабжения ограничены или отсутствует промышленная инфраструктура. В спектр его возможностей входят когенерация, централизованное отопление, выработка пара и опреснение воды.

Потенциальные потребители — три северо-восточные провинции: Ляонин, Цзилинь и Хэйлунцзян, где наблюдается нехватка тепла и энергии, и прибрежные провинции Чжэцзян, Фуцзянь и Хайнань, которым требуются энергия, пар и питьевая вода. Также планируется снабжение энергией и паром других провинций, включая Хунань и Цзянси. Кроме того, рассматривается вариант использования плавучей АЭС в Бохайском заливе. Из зарубежных рынков рассматриваются Северная Африка и Ближний Восток, где данный тип реакторов может использоваться для выработки энергии, тепла, пара и питьевой воды.

Концептуальная проработка конструкции реактора CAP200, разрабатываемого совместно Шанхайским инженерно-конструкторским институтом ядерных исследований и Национальной ядерно-энергетической корпорацией Китая, была завершена в 2015 году.

Конструкция основана на водо-водяном реакторе с использованием пассивных элементов безопасности, разработанных Шанхайским инженерно-конструкторским институтом ядерных исследований. Реактор CAP200 может использоваться для ядерной когенерации, а также в качестве дополнительного источника энергии на крупных АЭС или для замены городских электростанций, работающих на ископаемом топливе.

В 2009 году Китайская генеральная корпорация атомной энергетики (CGN) приступила к проработке концепции плавучего реактора ACPR50S, в 2014 году она представила законченный технический проект. В конце 2015 года проект нового ММР был утвержден и включен в программу развития экспериментальных реакторов в рамках 13-го пятилетнего плана КНР.

Ожидается, что ПООБ будет утвержден в 2018—2019 годах. Тогда же предполагается начать планирование строительства и получение соответствующих разрешений. Ожидается, что работы по возведению станции и установке реактора ACPR50S будут завершены к 2020 году, а ввод в эксплуатацию и подключение к электросети запланированы на 2021 год.

ММР ACPR50S разработан для эксплуатации в морских условиях, например, для размещения на островах, нефтебуровых платформах на шельфе Бохайского залива, атомных судов и глубоководного нефтегазового бурения в Южно-Китайском море. Реакторы этого типа — экономичные и экологически чистые источники энергии, которые также могут использоваться для выработки тепла и опреснения воды, что позволит удовлетворить потребности островных жителей и персонала нефтебуровых платформ в свежей питьевой воде.

Требования к морским ММР отличаются от требований к их наземным аналогам, например, в плане обеспечения безопасности судоходства или рисков попадания на мель. Необходимо будет также избегать суровых погодных условий и предусмотреть возможность создания соответствующих мест для швартовки. Также рассматриваются различные правовые аспекты, связанные с транспортировкой ядерных материалов в международных водах.

Российская Федерация
Россия — крупнейший производитель нефти-сырца и занимает второе место по производству сухого природного газа. Поскольку экономический рост страны напрямую связан с экспортом энергоносителей, Россия также относится к крупным экспортерам нефти и природного газа. В 2016 году выработка электроэнергии в стране составила 1 091 млрд кВт·ч, при этом 48% было получено сжиганием природного газа, 18% — за счет атомной генерации, 17% — за счет гидроэлектростанций и 16% — сжиганием угля.

На Парижской конференции по изменению климата Российская Федерация представила свой национальный план действий по снижению выбросов, согласно которому она берет обязательство к 2030 году снизить выбросы парниковых газов на 25−30% относительно показателей 1990 года (с учетом поглощающей способности лесов). Выполнение этого обязательства также зависит от выполнения обязательств другими странами — основными эмитентами парниковых газов и от результатов переговоров по изменению климата в рамках ООН.

На данный момент в стране эксплуатируются 35 реакторов общей мощностью 26 983 МВт. Недавно принятая в России Федеральная целевая программа направлена на то, чтобы к 2030 году увеличить долю атомной энергетики в энергобалансе страны на 25−30%, и предусматривает завершение строительства 11 энергоблоков в эти сроки. Известно, что роль атомной энергетики в России постоянно растет, в том числе благодаря разработке новых технологий с использованием реакторов на быстрых нейтронах для замыкания топливного цикла.

В России реализуется масштабная программа внедрения ММР, в рамках которой в Опытном конструкторском бюро машиностроения им. И. И. Африкантова (дочернем предприятии Росатома) были разработаны и скоро будут построены три реакторные установки: КЛТ‑40С, РИТМ‑200 и РИТМ‑200М. Плавучий энергоблок КЛТ‑40С находится на завершающей стадии строительства и должен быть введен в эксплуатацию в период с 2019 по 2022 год. На ледоколах «Сибирь» и «Арктика» уже установлены четыре реакторные установки РИТМ‑200; их пуск запланирован на 2020 год.

Водо-водяной реактор КЛТ‑40С был разработан для установки на плавучую атомную электростанцию, в том числе и на ледоколы, эксплуатирующиеся в суровых северных условиях. Сборка, проверка и подготовка реакторов к работе осуществляются на верфи, а размещение возможно в любом прибрежном регионе. Предполагаемые сферы применения: когенерация электроэнергии и тепла для отдаленных населенных пунктов, не подключенных к энергосетям, а также производство электроэнергии на буровых платформах и опреснение воды.

Росатом сообщил, что после завершения швартовных испытаний в мае 2018 года плавучая АЭС «Академик Ломоносов» была перевезена из Мурманска на объект ФГУП «Атомфлот», где была проведена загрузка ядерного топлива. Предполагается, что «Академик Ломоносов» заменит Билибинскую АЭС и Чаунскую ТЭЦ, которые планируется вывести из строя в 2019—2021 годах.

Промышленная эксплуатация реакторной установки РИТМ‑200 должна начаться в ближайшее время, причем ее модульная конструкция с различными вариантами комплектации позволяет вырабатывать электроэнергию в небольшом (100 МВт) или существенном (до 300 МВт) объеме. РИТМ‑200 изначально предназначался для установки на ледоколах, причем четыре блока уже установлены на двух судах. Сейчас реактор дорабатывается с целью выработки электроэнергии и тепла для отопления жилых и промышленных зданий, а также опреснения воды.

Концептуальная проработка конструкции наземной установки была завершена в 2018 году, а рабочая документация по проекту предположительно будет готова в 2020 году. Строительство первого наземного реактора должно начаться в 2022 году, а ввод в эксплуатацию ожидается в 2025 году.

ЮАР
В 2016 году в этой стране было произведено 253 млрд кВт·ч электроэнергии, 90% из которых было получено сжиганием угля, 6% — за счет атомной генерации и 4% — за счет гидрогенерации, а также солнечной и ветровой энергии. Компания Eskom Holdings SOC Ltd владеет единственной в Южной Африке АЭС «Коберг» с двумя водо-водяными реакторами общей мощностью 1 830 МВт. Эти реакторы планируется остановить к 2024−2025 годам. Правительство ЮАР отказалось от реализации новых проектов в атомной отрасли, в рамках которых к 2030 году было бы сооружено энергоблоков АЭС суммарной установленной мощностью 9,6 ГВт.

В национальном плане действий по снижению выбросов, презентованном на Парижской конференции по изменению климата, представители ЮАР признали сильную зависимость от угля и обозначили проблемы, с которыми этой развивающейся стране приходится сталкиваться при осуществлении любых мер по переходу к низкоуглеродному обществу и соответствующей экономике. В связи с этим для сокращения выбросов парниковых газов в ЮАР применяется подход, основанный на максимальных, стабильных и снижающихся значениях. С 2020 по 2025 год максимальный объем выбросов будет эквивалентен 398−614 млн тонн CO2, а затем показатели стабилизируются примерно до 2035 года, после чего начнут снижаться.

ЮАР — единственная в Африке страна, имеющая АЭС. Многие развивающиеся страны, планирующие реализацию у себя ядерной энергетической программы, сталкиваются со значительными сложностями. Согласно рекомендациям МАГАТЭ, мощность энергосистемы должна в десять раз превышать мощность любой планируемой к строительству АЭС, а такие энергосистемы есть только в некоторых африканских странах. Кроме того, есть сложности с финансированием и инвестициями, необходимыми для строительства АЭС, ее эксплуатации и вывода из эксплуатации, а также с обеспечением необходимого надзора за безопасностью и за соответствием требованиям регулятора.

Учитывая их меньший размер, мощность, пассивные механизмы защиты и упрощенную конструкцию, ММР могут стать приемлемым вариантом ядерной генерации в африканских странах с точки зрения финансирования, простоты строительства и эксплуатации. ММР уже проектируются для выработки электроэнергии, тепла и опреснения воды в отдаленных, территориально изолированных населенных пунктах на севере Канады, и такие проекты могут подойти для небольших неэлектрифицированных поселений в Африке, где условия аналогичны, ММР можно построить непосредственно там, где это требуется, без подключения к энергосетям, а их мощность повышать за счет новых блоков по мере необходимости для удовлетворения растущего спроса на энергию.

Компания Eskom рассматривала возможность разработки проекта ММР с шаровой засыпкой активной зоны еще с начала 1990-х годов, но эта идея была отложена из-за финансовых трудностей и необходимости строительства крупной АЭС. В 2016 году компания возобновила изучение проекта и возможности его модификации для производства тепла и применения в сочетании с ВИЭ.

Была разработана новая концепция усовершенствованного высокотемпературного реактора (AHTR‑100) мощностью 50 МВт (э) / 100 МВт (т), который планируется построить после 2030 года. В 2017 году была разработана первая концепция реактора AHTR‑100, НИОКР осуществлялись на протяжении всего 2018 года.

HTMR Ltd, сестринская компания Steenkampskraal Thorium Ltd (STL), владеющая правами на добычу тория на месторождении монацитовых песков Стинкампскрааль, проектирует высокотемпературный модульный реактор HTMR‑100. Высокотемпературный газоохлаждаемый реактор с шаровой засыпкой активной зоны может работать на ториевом или урановом топливе и имеет мощность 35 МВт (э) и 100 МВт (т) (пара высокого качества).

Данная установка может использоваться в отдаленных районах, на островах, а также для производства водорода и удобрений, опреснения, металлообработки и промышленного теплоснабжения на нефтехимических и нефтеперерабатывающих заводах. Ожидается, что концептуальная проработка прокта будет завершена в 2019 году.

Великобритания
В 2016 году валовая выработка электроэнергии в стране составила 336 млрд кВт·ч, из которых 42% пришлось на газ, 21,4% — на ВИЭ, 21% — на атомную энергетику, 9% — на уголь, 8% — на гидроэнергетику. Из атомных мощностей сегодня действуют 15 реакторов: 14 усовершенствованных газоохлаждаемых (AGR) и один водо-водяной (PWR) — совокупной мощностью 9,5 ГВт. Реакторы AGR должны быть остановлены в 2023—2030 годах, а PWR — в 2025 году. В качестве замены устаревающих мощностей планируется запуск восьми новых объектов общей мощностью 12,2 ГВт.

На долю Евросоюза, одним из 28 членов которого является Великобритания, в 2012 году пришлось 8,97% мировых выбросов парниковых газов. Представляя свой национальный план действий на Парижской конференции по изменению климата, ЕС взял обязательство снизить объем парниковых выбросов не менее чем на 30% к 2030 году. В докладе Комитета по изменению климата Великобритании за 2018 год утверждается, что выбросы парниковых газов в стране уменьшились на 43% по сравнению с уровнем 1990 года, что позволяет поставить новую цель — снижение не менее чем на 80% к 2050 году. На энергетическую отрасль приходится 75% от общего снижения выбросов за период с 2012 года.

В 2018 году Совет по ядерной промышленности Великобритании представил британскому правительству новую программу развития ядерной отрасли, в которой, в числе прочего, предлагалось внести ясность в перспективы технологий ММР. Правительство учло эти предложения и сейчас прорабатывает новую правовую базу, создающую условия для НИОКР, формирования цепочек поставок и надлежащего регулирования в сфере строительства ММР. Данные условия призваны стимулировать выработку отраслью коммерчески реализуемых технических решений для новых реакторов, привлекательных для инвесторов и конкурентоспособных на энергетическом рынке.

Планируется, что £44 млн на технико-экономическое обоснование и разработку усовершенствованного модульного реактора (AMR) выделит Департамент по делам бизнеса, энергетики и промышленной стратегии Великобритании. В рамках первого этапа разработки с восемью компаниями заключены договоры на сумму до £300 тыс. для проведения технико-экономического обоснования проектов. В число технологий, рассматриваемых в качестве ММР, входят следующие: SSR от Moltex Energy Limited, SEALER от LeadCold, U-Battery от U-Battery Developments Ltd, ARC‑100 от Advanced Reactor Concepts LLC, а также MMR от Ultra Safe Nuclear Corporation.

Департамент по делам бизнеса, энергетики и промышленной стратегии считает, что атомная энергетика играет важную роль в переходе к низкоуглеродной экономике, а ММР потенциально позволяют снизить издержки за счет модульной конструкции и привлечения рабочей силы и экспертов из самой Великобритании. Помимо генерации электроэнергии, реакторная установка будет также предназначена для работы в режимах пиковой нагрузки и следования за нагрузкой, выработки технологического и низкопотенциального тепла, производства водорода и опреснения воды.

С целью изучения потенциала ММР на фоне других технологий, которые будут отработаны к 2030 году, проводится исследование стоимостью £4,5 млн. Министерство признаёт, что существующие механизмы лицензирования и оценки проектов могут создавать излишние барьеры для промышленного использования ММР, и на их устранение потребуется больше усилий.

Процесс утверждения проекта регулирующими органами состоит из трех этапов и может длиться шесть и более лет до начала строительства. По этой причине правительство Великобритании объявило в 2017 году о предоставлении регулирующим органам £7 млн на усовершенствование механизмов работы. Управление по регулированию в сфере ядерных технологий и Агентство по охране окружающей среды будут выполнять общую оценку проекта для выдачи предварительной лицензии, после чего будет выбрана площадка и начнется строительство под надзором регуляторов.

Образованный компанией Rolls-Royce британский консорциум по разработке ММР сейчас занимается созданием проекта атомных электростанций для Великобритании.

Согласно исследованию Национальной ядерной лаборатории Великобритании, спрос на ММР на внутреннем рынке к 2035 году составит около 7 ГВт. Объем международного рынка к тому времени оценивается в £400 млн. В 2017 году компания Rolls-Royce подписала меморандум о взаимопонимании с Иорданией ­относительно проведения ­технико-экономического обоснования строительства ММР в этой стране.

Британские ММР мощностью 400−450 МВт создаются на основе реакторов PWR, предназначенных главным образом для генерации электроэнергии, но они также способны вырабатывать тепло и функционировать в режиме когенерации. Ожидается, что первая такая установка будет пущена в промышленную эксплуатацию в 2030 году.

Соединенные Штаты Америки
В 2017 году объем производства электроэнергии в США составил 4 015 млрд кВт·ч, причем 32% из этого объема выработано за счет природного газа, 30% — за счет угля, 20% — АЭС, по 7,6% — ГЭС и ВИЭ (солнечная и ветровая генерация). Население США — свыше 325 млн человек, и ежегодная потребность в электроэнергии к 2030 году должна вырасти до 5000 млрд кВт·ч.

На США приходится 12,1% от мирового объема выбросов парниковых газов. В национальном плане действий, представленном на Парижской конференции по изменению климата, США взяли обязательство поставить перед всеми секторами экономики задачу снизить к 2025 году объем парниковых выбросов на 26−28% по сравнению с уровнем 2005 года (максимальные усилия будут приложены для снижения выбросов на 28%). Сейчас Соединенные Штаты планируют выйти из Парижского соглашения и отказаться от выполнения своих обещаний.

США — крупнейший производитель ядерной энергии (30% от общемирового объема). Всего в стране работают 98 АЭС, расположенных в 30 штатах и управляемых 30 компаниями — поставщиками коммунальных услуг. При этом средний возраст реакторов 37 лет, а строительство новых объектов заморожено уже более 30 лет. К 2021 году будут введены в строй максимум два новых энергоблока. Все действующие АЭС в стране — легководные (LWR). Мощность одного энергоблока в среднем составляет 1000 МВт.

В 2018 году министерство энергетики США объявило о выделении $ 60 млн на проведение НИОКР по усовершенствованию технологий атомной энергетики. Также в рамках паритетного финансирования министерство выделило $ 40 млн на доработку проекта модульного реактора NuScale и формирование цепочки поставок, чтобы обеспечить возможность промышленной эксплуатации объекта уже в 2026 году. Компания NuScale уже в третий раз пользуется финансовой поддержкой министерства энергетики США. В 2013 и 2015 годах она получила финансирование на разработку технологий и подготовку заявки на получение строительно-эксплуатационной лицензии для проекта безуглеродной энергетики своего первого клиента, компании Utah Associated Municipal Power Systems.

Комиссия по ядерному регулированию США принимает участие в рассмотрении предварительных заявок, поданных разработчиками (легководных) ММР, и уже завершила первый этап оценки модульного реактора NuScale мощностью 50 МВт. Предварительную заявку также подала компания SMR Inventec, LLC (дочернее предприятие компании Holtec International), представляющая проект своего модульного реактора SMR‑160. Обе модели ММР уже рассматривались в разделе, посвященном Канаде.

Активную разработку проектов для реализации внутри страны и за рубежом ведут и другие американские компании. Ниже они перечислены и кратко охарактеризованы.

Высокотемпературный газоохлаждаемый реактор с паровым циклом (SC-HTGR) предназначен для применения в различных целях, в том числе выработки тепла для промышленности, производства водорода и небольших объемов электричества для микроэнергосетей, а также работы в режиме следования за нагрузкой.

Паровой цикл облегчит ­когенерацию электрической энергии и тепла, которые ­требуются нефтехимической ­промышленности при производстве аммиака и удобрений, а ­также на нефтеперерабатывающих предприятиях. В 2017 году были завершены работы по подготовке эскизного проекта с описанием предварительных ­технических ­требований к ­установке.

EM2 — это высокотемпературный реактор на быстрых нейтронах с гелиевым охлаждением, в котором в качестве топлива используется отработавшее топливо действующих ядерных реакторов. EM2 предназначен для выработки электричества и тепла. Реактор преобразует воспроизводящие изотопы в делящийся материал, продолжительность кампании его активной зоны составляет 30 лет. Реактор имеет модульное ­исполнение.

SUPERSTAR — это автономный реактор с расплавом свинца в качестве теплоносителя. Используемое в нем топливо соответствует международным требованиям о нераспространении делящихся материалов.

Реактор может работать в режиме следования за нагрузкой и разрабатывается специально для интеграции в строящиеся энергосети отдаленных районов или развивающихся стран с растущими потребностями в электричестве.

В данном реакторе в качестве теплоносителя используется расплав солей. Основная цель его разработки — выработка электричества с минимальными затратами за счет эффективного использования тория.

Проект реактора все еще находится на раннем этапе разработки, а процедуру лицензирования еще только предстоит пройти. В июле 2018 года компания Flibe Energy получила грант на $ 2,6 млн от министерства энергетики США на исследование процессов фторирования расплавов солей (фторид лития/ фторид бериллия).

MCSFR — это реактор на быстрых нейтронах с расплавом хлоридов в качестве теплоносителя. Его мощность достигает 1200 МВт. Модульная конструкция реактора обеспечивает возможность строительства как на существующих, так и на новых рынках ядерной энергии. Поскольку в качестве топлива в нем используется отработавшее топливо традиционных реакторов, целевыми рынками для этой модели являются США, Канада, Великобритания и Япония, где уже накопились значительные объемы использованного топлива.

Разработка эскизного проекта реактора близится к завершению. Его полноценный анализ начнется в 2020 году. Проведение ТЭО запланировано на 2020−2025 годы, когда будет построен прототип очень малой мощности. Тестирование с использованием делящихся материалов может начаться уже в 2025 году. Получение лицензий запланировано на 2021−2027 годы, а начало ­промышленной эксплуатации — на 2030 год.

Компания Elysium получила от министерства энергетики США грант в размере $ 3,2 млн на создание гидродинамической модели, необходимой для стимулирования и оптимизации потоков жидкосолевого топлива в реакторе и теплообменниках при разработке проекта MCSFR.

Mk1 PB-FHR — это высокотемпературный реактор с теплоносителем на основе фторидов и шаровой засыпкой активной зоны. Реактор этого типа способен генерировать 100 МВт базовой нагрузки. Выходная мощность может быть увеличена до 242 МВт за счет использования газовой когенерации при пиковых нагрузках. Такой функционал открывает новые возможности для эксплуатации данного реактора, поскольку он может гибко подстраиваться под уровень нагрузки в сети.

Электростанция из 12 энергоблоков сможет производить 1 200 МВт базовой нагрузки и до 2 900 МВт (э) при использовании генерации на основе природного газа в периоды пикового спроса на электроэнергию. Ведутся дальнейшая проработка проекта, а также определение стратегии лицензирования для строительства промышленных образцов в США и других странах.