Немного о децентрализованной энергетике
В последнее время все большее развитие получает концепция автономного энергоснабжения. Будь это загородный дом с его ветряками и солнечными панелями на крыше или деревообрабатывающий завод с отопительным котлом, работающим на отходах производства — опилках, суть не меняется. Мир постепенно приходит к тому, что пора отказываться от централизованного обеспечения теплом и электричеством. Центральное отопление в Европе уже практически не встречается, индивидуальные дома, многоквартирные небоскребы и промышленные предприятия отапливаются самостоятельно. Исключение составляют разве отдельные города северных стран – там централизованное отопление и большие котельные оправданы климатическими условиями.
Что касается автономной электроэнергетики, то к этому все идет – население активно скупает ветряки и солнечные панели. Предприятия ищут способы рационального использования тепловой энергии от технологических процессов, строят собственные тепловые электростанции и тоже скупают солнечные панели с ветряками. Особо повернутые на «зеленых» технологиях даже планируют покрывать солнечными панелями крыши заводских цехов и ангаров.
В конечном итоге это оказывается дешевле, чем покупка необходимых энергетических мощностей из местных энергосетей. Однако, после чернобыльской аварии, все как-то забыли, что самым экологически чистым, дешевым и доступным способом получения тепловой и электрической энергии все равно остается энергия атома. И если на протяжении существования атомной промышленности электростанции с ядерными реакторами всегда ассоциировались с комплексами на гектары площади, огромными трубами и озерами для охлаждения, то целый ряд разработок последних лет призван сломать эти стереотипы.
Сразу несколько компаний заявляют что выходят на рынок с «домашними» ядерными реакторами. Миниатюрные станции с размерами от гаражного бокса до небольшого двухэтажного здания готовы поставлять от 10 до 100 МВт в течение 10 лет без дозаправки. Реакторы полностью автономны, безопасны, не требуют обслуживания и по истечении срока службы просто перезаряжаются еще на 10 лет. Чем не мечта для завода по производству утюгов или хозяйственного дачника?
«А за хранение ядерных отходов дома мы получаем скидку по ипотеке», — такова была шутка некоего карикатуриста, не слишком любящего атомную энергетику. Но хотя АЭС на кухне ещё не созданы, похоже, всё идёт к тому. Как вам миниатюрная ядерная станция, предназначенная для групп домов или частных фирм? Её уже можно заказать у производителя. Юридические согласования в своей стране – оставим за рамками рассказа.
Hyperion — необычайно компактная установка, питаемая низкообогащённым ураном. Она способна выдавать электрическую мощность 25-27 мегаватт, которых хватит на 20 тысяч среднестатистических домохозяйств или не слишком крупное промышленное предприятие. Цена «ядерного» электричества от этого устройства составит 10 центов за киловатт-час, обещают разработчики.
Но, может, сами эти «реакторы будущего» баснословно дороги? Нет. Джон Дил (John Deal), исполнительный директор Hyperion, говорит: «Они будут стоить примерно $25 миллионов. Для сообщества в 10 тысяч домохозяйств это окажется весьма доступным приобретением — всего $2500 на дом».
Помимо стального корпуса Hyperion облачён ещё и в бетонную оболочку. Наружу выходят только несколько труб. Интересно, что для перегрузки ядерного топлива весь реакторный модуль предполагается демонтировать и отвозить на завод-изготовитель, а потом (со свежим «зарядом») – обратно. Благо этот реактор легко транспортировать на грузовике, самолёте или судне. Накладно? Зато очень безопасно. Для конечного пользователя этот агрегат будет «невскрываемым ящиком».
Полностью саморегулирующаяся система Hyperion обладает внутренне присущей безопасностью. Авторы технологии уверяют, что этот реактор никогда не выйдет на сверхкритический режим и никогда не расплавится от перегрева, а если кто-то преднамеренно повредит оболочку (которую вообще-то предполагается «хоронить» под землю и охранять), крошечное количество активного материала быстро остынет. (При этом из имеющегося в устройстве ядерного топлива нельзя получить уран «оружейных кондиций», подчёркивает компания.)
Внутри основного модуля нет подвижных частей, что повышает надёжность системы. И эта АЭС не нуждается в обслуживании в течение месяцев, а то и лет. Она автоматически настраивает генерируемую мощность в зависимости от текущей нагрузки в сети. А срок работы на одной заправке составляет (по разным данным) от 5 до 10 лет. При этом ядерные отходы за один цикл оказываются по размеру вдвое меньше футбольного мяча.
Китай также задумался о строительстве мини-АЭС.
Первая мини-АЭС получила название «Линлун». Она имеет реактор ACP-100. Мощность станции будет составлять примерно 100 МВт, что примерно в десять раз меньше, чем у стандартных АЭС. Также известно, что эта маломощная атомная станция будет использоваться для энергетического обеспечения и отопления отдельных жилых районов. Как отмечает CRI, эта мини-АЭС своего рода домашняя станция, которая пришла на смену бойлерам и угольным тепловым электростанциям.
АЭС Линлун уже получила всю необходимую документацию на работу от МАГАТЭ. Так, она стала первой мини-АЭС в мире, которая успешно прошла все процедуры международной атомной организации.
Реактор ACP-100, который используется на АЭС Линлун, предусматривает модульное использование. На площадке атомной станции может быть установлено от двух до восьми модулей с ACP-100.
Тепловая мощность модуля составляет 310 МВт(т), максимальная электрическая мощность модуля составляет 100 МВт(эл.). Давление в первом контуре - 15 МПа. Средняя температура теплоносителя 303°C.
Проектный срок службы модуля - 60 лет. КИУМ свыше 90%. Перегрузка раз в два года или ещё реже в зависимости от выбранного топливного цикла. Сроки сооружения одного модуля - три года.
Атомные станции малой мощности — это один из самых реальных вариантов разрешения проблемы с энергообеспечением удаленных районов. Как правило, на труднодоступных территориях низкая плотность населения. Соответственно, проблема развития энергетики не может решиться крупным сетевым строительством. В этом случае маломощные АЭС решают сразу ряд важных энергетических проблем и повышают уровень жизни населения в таких районах.
Необходимость мини-АЭС давно осознали, например, в Японии. Причем на примере этой страны стало понятно, что подобные станции могут быть эффективным и в условиях мегаполисов. Работы одного отдельного такого устройства достаточно для того, чтобы снабдить энергией определенное количество жилых домов, небоскребов или небольшого завода. Малые АЭС не занимают много места. Как отмечают «Новости энергетики», небольшие станции могут компенсировать пиковые нагрузки в крупных городских зонах.
К примеру, японская компания Toshibа уже не один год разрабатывает проект атомной станции малой мощности (АСММ) — Toshiba 4S. Мощность такой АЭС должна будет составить 10 МВт, срок эксплуатации — 30 лет без отгрузки топлива, размер — 22 на 16 на 11 метров. Для такой станции используется топливо из металлического сплава плутония, урана и циркония. Станция требует эпизодического контроля, зато ей не нужно постоянное обслуживание. Подобный реактор японцы планирует использовать в различных сферах деятельности, в том числе и при добыче нефти. Серийный выпуск таких АЭС планируется наладить к 2020 году.
Подобный проект был и в СССР — проект «Елена». Демонстрационный прототип «Елены» уже 12 лет успешно работает в Институте атомной энергии. Разработана такая мини-АЭС была в Курчатовском институте. Теплофикационная мощность установки — около 3 МВт, а электрическая — порядка 100 кВт. Этой мощности достаточно, чтобы обеспечить основные энергетические потребности небольшого посёлка.
В России вообще атомные реакторы малой мощности уже несколько десятков лет успешно используются в судоходстве. Так, на Балтийском заводе, почти в центре Петербурга, был построен энергоблок «Академик Ломоносов» с двумя модифицированными двигателями KЛT-40С для плавучей АЭС (ПАЭС), который может вырабатывать до 70 МВт электроэнергии и 300 МВт тепловой энергии. Он может использоваться в качестве опреснителя, давая ежедневно до 240 тыс. кубометров чистой воды. В 2019 году этот реактор планируется ввести в эксплуатацию в городе Певек на Чукотке. Правда, в случае с «Академиком Ломоносовым» не обходится без протестов «зеленых». В апреле активисты Гринписа провели протест против запуска реакторов плавучего энергоблока.
Для России плавучие АЭС и АЭС малой мощности также могут оказаться очень эффективными в труднодоступных регионах, в зонах децентрализованного энергоснабжения. Прежде всего, это Крайний Север и Дальний Восток. К тому же в этих регионах имеются значительные запасы полезных ископаемых. Их добыча не развивается или останавливается зачастую именно по причине большой затратности в сфере энергетики и транспорта.