Когато някой спомене думите „ядрена енергия“, обикновено си представяме едно от трите неща – разрушителни руски оръжия, огромни реактори в атомна електроцентрала или пък по-малки версии на фантастичните двигатели от високобюджетните филми на Холивуд, които тепърва ще захранват космически кораби в програмите на НАСА. Генерирането на електричество чрез ядрени реакции отдавна е признато, като далеч по-чисто спрямо това от изкопаемите горива, но дори това не е спомогнало то да е отговорно за повече от 17,6 % от цялата създаваната по света електроенергия – дори в пика на своето развитие.
Всичко, което чуваме и четем напоследък за ядрената енергетика, се състои предимно от негативи – рискът от мащабна авария (като бедствието във Фукушима или Чернобил) или трудностите при съхранението на отработените горивни пръти от реакторите (защото не може просто ей така да ги хвърлим на боклука). Но не всички експерти от бранша робуват на тези негативни стереотипи и се опитват да ги разкъсат, предлагайки различни решения. Затова е логично да се запитаме: „възможно ли е следващата голяма вълна от възобновяема екологична енергия да бъде създадена от малки, локални и безопасни ядрени устройства?“.
Когато казваме „малки ядрени мощности“, нямаме предвид нещо, което да може да се побере в гаража ви. Съвременните малки модулни реактори, които са по-известни като SMR (Small Modular Reactor), се състоят от осемметрови цилиндри, в които е разположено ядреното гориво. Те са значително по-малки от традиционните реактори, но пък са и по-маломощни. Един стандартен пълномащабен ядрен реактор (дори нашите в Козлодуй) може да генерира около и дори повече от един гигават енергия (1000 мегавата), докато всеки от тези SMR генерира, само по 60 мегавата. Но сами по себе си и те хич не са малко. Зависи кой и за какво ще ги ползва.
Едно от разработваните в момента решения за мини-реактори е дело на NuScale Power: компания, базирана в Корвалис, щата Орегон, САЩ. Понастоящем техните SMR реактори съществуват само като точни компютърни модели, плюс един истински все още не-функциониращ макет. Засега.
Основната разлика спрямо традиционните реактори обаче е, че при малките SMR, инженерите могат да създадат цяла електроцентрала, като просто добавят един по един или цели серии от тези модулни реактори един до друг. Отгоре те може би ще ви приличат на кутийки от бира, наредени една до друга, нещо което е далеч по-различно спрямо познатите ни масивни охладителни кули и гигантски конструкции. Но работещите процеси в тях реално са същите.
Най-голямата разлика между тези модулни реактори и техните по-големи аналози е фактът, че се предполага, че са устойчиви на разтопяване. Няма да коментираме дали е така, но е добре да се знае, че те ще са оборудвани с допълнителни функции за безопасност, както и ще притежават значително по-опростени конструкции (така че да има по-малко движещи се части и възли, които евентуално биха могли да се повредят). Но дори тогава в евентуален случай на авария, те ще могат да бъдат изключвани от мрежата поотделно, което да позволи на останалата част от модула да продължи да функционира нормално Във време, когато ефективността и правителствените отстъпки и помощи са по-важни от всякога, разработването на по-безопасни и ефективни енергийни технологии е наложително.
Освен това те ще струват по-малко от традиционните ядрени реактори. Построяването на стандартна ядрена централа с мощност от гигават може да струва между 6 и 9 милиарда долара. Изграждането на централа с множество модулни реактори NuScale, която ще генерира сравними нива на мощност, ще струва доста по-малко – около 3 млрд. долара.
NuScale и Съединените щати като цяло не са единствените, които се интересуват от модулните ядрени реактори в ролята им на екологична алтернатива за производство на електроенергия. Русия също стартира малък SMR, който може да генерира 70 мегавата директно на мястото на местоположението си – в Северния ледовит океан. Китай пък публикува планове за плаващ SMR още през 2016 г., започна строителството му през 2019 г. и планира да пусне в експлоатация първия си напълно функционален такъв реактор до 2025 г. Канада и Обединеното кралство не остават по-назад и също работят над свои проекти за модулни реактори. В САЩ компанията NuScale се надява да завърши първия си реактор и да го пусне в експлоатация около 2026 г. в щата Айдахо. Тя планират да започне експлоатацията им в рамките на следващите две години.
През януари 2023 г. Holtec International е подала заявка на патент за многостепенни компресори, които биха позволили да се промени предназначението на всяка централа, работеща с въглища, като се замени нейният въглищен котел с чиста пара от малкия модулен реактор SMR-160. Компанията заяви, че нейният „технически пробив“ ще позволи да се запазят повечето от материалните активи на въглищните централи. А това звучи чудесно! Просто заменяме мърлявите въглища с чист уран. Ще трябва да внимаваме повече, но си струва.
„Концепцията, залегнала в основата на този подход, се състои в използването на многостепенни компресори, които са в състояние да повишат относително ниската енталпия на парата от SMR-160 (700 psi при 313°C) до повишено налягане и прегряване, необходими за работата на турбогенератора на електроцентрала на изкопаеми горива“, заяви Holtec. „Необходимото повишаване на енталпията може да се модифицира, за да поддържа продължителната работа на турбогенератора на всяка централа, и в повечето случаи не изисква външно влагане на енергия.“
Holtec твърди, че е подадена временна заявка за патент за тази иновация, която открива пътя за промяна на предназначението на всяка централа, работеща с въглища, чрез замяна на нейния въглищен котел с чиста пара от ядрения реактор SMR-160. Компанията разпространява и следния цитат: „Хиляди въглищни електроцентрали по света, които понастоящем са обречени на преждевременно извеждане от експлоатация, могат да бъдат използвани, като продуктивни активи за производство на чиста енергия и да не бъдат затваряни.“
Публикувано през септември 2022 г. проучване на Министерството на енергетиката на САЩ установи, че стотици въглищни електроцентрали в САЩ могат да бъдат превърнати в ядрени, което ще осигури огромни ползи от декарбонизацията, както и осезаеми икономически ползи, ползи за заетостта и околната среда за общностите, в които се намират тези централи. Преминаването от въглища към ядрена енергия – разполагането на ядрен реактор на мястото на наскоро излязла от експлоатация въглищна електроцентрала – може да помогне за увеличаване на ядрения капацитет на САЩ до над 350 GWe, се казва в доклада.
SMR-160 е реактор използващ „лека вода“ под налягане с мощност 160 MWe, а за да задвижи верижна реакция използва ниско обогатено ураново гориво, с гъвкавост за производство на топлина за промишлени приложения и за производство на водород. Проектът е завършил първа фаза от трифазния преглед на проекта на продавача преди издаване на лиценз от Канадската комисия за ядрена безопасност и е в процес на дейности по издаване на предварителен лиценз от Комисията за ядрено регулиране на САЩ. Holtec също така е подала заявление за обща оценка на проекта на SMR-160 в Обединеното кралство.
„Възможността на SMR-160 да доставя пара при всяко желано налягане също така открива нови възможности за използване на чиста енергия, като например за пара под високо налягане като суровина за промишлени приложения или за осигуряване на пара под ниско налягане за централно отопление на градове и общини, които желаят да премахнат сегашното си използване на изкопаеми горива, произвеждащи метан и CO2, независимо дали за постигане на целите за чиста енергия или за защита срещу принудителен недостиг на изкопаеми горива поради геополитическо напрежение“, заявяват от Holtec.
Междувременно компанията сподели информация, че разработва и нова, високоефективна технология за слънчеви колектори, която може да бъде разположена съвместно с реакторите SMR-160, за да се извлича допълнителна енергия от слънцето, като се използва земята, която вече не е необходима за въглища и съоръжения за обработка на пепелта в централите, работещи с въглища. Holtec очаква балансът между търсенето и предлагането на енергия да бъде постигнат 24 часа в денонощието, 7 дни в седмицата, чрез внедряване на своя зелен котел с висок топлинен капацитет, който разработва и съхранява излишната електроенергия, произведена от ядрена, слънчева или вятърна енергия. Това ще бъде добре изолирано и подсигурено устройство за съхранение на топлинна енергия с вградени парогенератори, способни да произвеждат прегрята пара под високо налягане за разнообразни приложения, включително производство на водород.
През февруари 2023 г. GE Hitachi Nuclear Energy подписа споразумение за изграждане на първия свързан към мрежата малък модулен реактор в Северна Америка – важен етап за тази нова индустрия. Търговският договор с Ontario Power Generation и две други компании е за изграждането на 300-мегаватов леко воден SMR в Онтарио, Канада, в ядрената електроцентрала Дарлингтън, която вече разполага с 3,5 гигавата ядрени мощности.
Така въпреки, че са конкуренти, GE Hitachi, NuScale и Holtec възнамеряват да пуснат в експлоатация свои реактори, свързани с мрежата, дори още преди края на това десетилетие! GE Hitachi има споразумения за изграждане на своите SMR с компании в Канада, Полша, Швеция, Великобритания и САЩ. През 2022 г. Tennessee Valley Authority започна планиране и предварително лицензиране за потенциално внедряване на GE Hitachi SMR в ядрената площадка Clinch River в Тенеси, а SaskPower обяви, че е избрала GE Hitachi SMR за потенциално внедряване в Саскачеуан, Канада, в средата на 30-те години на века. NuScale е подписала споразумения за разполагане на SMR централи в 12 държави, включително в Чешката република, Йордания, Полша и Румъния. Моделите SMR на GE Hitachi, NuScale и Holtec са леко водни реактори, каквито са по-голямата част от гражданския ядрен парк, работещ в момента по света. Тъй като ядрените регулатори са запознати с леко водните конструкции, за тях не е много трудно да се справят с малки, модулни варианти. Обратно, стартиращите компании за SMR, които използват нелеководни конструкции и неконвенционални горива – като TerraPower, X-Energy и Oklo – ще се сблъскат с повече регулаторни предизвикателства.
Междувременно, от другата страна на Атлантическия океан: в Чехия и Румъния, държавната компания Nuclearelectrica си партнира с NuScale за инсталиране на модел VOYGR-6 на NuScale с обща мощност 462 MW, плюс възможности за допълване с още 80 MW мощност от възобновяеми източници. Практически всички европейски държави вече подписаха така наречените „Споразумения 123“ – споразумение за мирно ядрено сътрудничество за трансфер на ядрени материали или оборудване от Съединените щати. Те имат за цел да подпомогнат напредъка на американските принципи за неразпространение на оръжия. Споразуменията 123 правят възможни проекти като тези в Чешката република, Румъния и България, и то без усложнения с разположението на обектите и с изпълнението на изискванията на Комисията за ядрено регулиране, които често забавят разгръщането на ядрени проекти в САЩ.
В крайна сметка изборът на производство на енергия се свежда до цената. Слънчевата енергия е широко разпространена днес, защото е най-евтиният източник на производство. Ако малките ядрени реактори успеят да докажат ценовото си предимство при реално строителство, ще последват допълнителни поръчки и отдавна обсъжданото „ядрено възраждане“ може би наистина ще настъпи. Дали бъдещето на възобновяемата енергия е под формата на малки ядрени реактори? Още е рано да се каже, тъй като повечето от малките модулни реактори, които се появяват по света, няма да бъдат пуснати в експлоатация до няколко години. Но всички ранни модели и прогнози са доста оптимистични.
Най-голямото предизвикателство обаче вероятно няма да бъде инженерството или строителството. То ще се крие в преодоляването на негативния обществен имидж, който понастоящем обгражда технологията за добиване на енергия чрез делене на ядрото на атома. Тя може и да е по-чист вариант от изкопаемите горива, но много общности биха предпочели да имат традиционната въглищна централа (макар и замърсяваща), а не ядрена. Именно защото тази технология е залята изцяло с доста негативизъм от пресата и журналистите.
Все пак тласъка към създаването на малки ядрени реактори вероятно ще определи следващия етап в производството на енергия от възобновяеми източници и през следващите години може би ще виждаме все повече такива. Във всеки град, квартал или… във всеки дом!
Иво Цеков е журналист с дългогодишен опит в областта на технологиите с интереси, насочени към киберсигурността, устойчивото развитие и изкуствения интелект.
Завършил е специалност Международни отношения в СУ „Св. Кл. Охридски“, специализирал е в академични и изследователски центрове в Германия, Австрия, Словения и др.
