В мире огромные проблемы с электричеством. Возвращаемся к ядерным реакторам?

18th August 2018, Илья Хель 50

Еще в 2009 году Саймон Айриш, инвестиционный менеджер из Нью-Йорка, обнаружил способ, с помощью которого, по его мнению, можно было изменить мир. Айриш увидел, что страны всего мира нуждаются в колоссальном количестве проектов в области экологически чистых источников энергии, чтобы заменить свою инфраструктуру на ископаемом топливе, а также обеспечить достаточно энергии, чтобы удовлетворить спрос со стороны Китая, Индии и других быстрорастущих стран. Он понял, что одними только возобновляемыми источниками, которые полагаются на дуновение ветра и свечение солнца, не отделаться. И он также знал, что ядерная энергия, единственная существующая форма чистой энергии, которая может заполнить пробелы, была слишком дорогой, чтобы конкурировать с нефтью и газом.

Но затем, на конференции в 2011 году, он встретил инженера с инновационным проектом ядерного реактора, охлаждаемого расплавленной солью. Если это сработает, подумал Айриш, это не только решит проблемы со старением ядерной энергии, но и обеспечит реалистичный путь к отказу от ископаемого топлива.

И тогда он задал себе вопрос: «Можно ли разработать реакторы лучше тех, что были 60 лет назад?». Ответом было: «Абсолютно точно».

Можно ли построить домашний ядерный реактор?

Айриш был настолько убежден, что этот новый реактор станет отличным поводом для вложений, что посвятил ему всю карьеру. Почти десять лет спустя Айриш стал генеральным директором компании Terrestrial Energy, расположенной в Нью-Йорке. Компании, которая ожидает создать реактор на основе расплавленной соли до 2030 года.

Terrestrial не одна занимается этим. Десятки ядерных стартапов появляются там и тут, и все они посвящены решению известных проблем с ядерной энергетикой — радиоактивные отходы, выбросы, распространение оружия и высокие издержки.

Реакторы, сжигающие ядерные отходы. Реакторы, спроектированные уничтожать изотопы, которые можно использовать в оружии. Небольшие реакторы, которые можно было бы недорого строить на заводах. Идей так много.

Бывший министр энергетики Эрнест Мониц, советник Terrestrial, считает, что происходит что-то новое. «Я никогда не видел таких инноваций в этом сегменте», говорит он. «Это действительно интересно».

Другие реакторы, вроде спроектированного Terrestrial реактора с соляным охлаждением, автоматически охлаждаются, если становятся слишком горячими. Вода течет через обычные реакторы, защищая их от перегрева, но если что-то остановит этот поток — например, землетрясение и цунами на Фукусиме — вода уйдет, не оставив ничего, чтобы остановить расплавление.


В отличие от воды, соль не закипает, поэтому даже если операторы отключат системы безопасности и уйдут, соль продолжит охлаждать систему, говорит Айриш. Соль нагревается и расширяется, расталкивая атомы урана и замедляя реакцию (чем дальше атомы урона, тем меньше вероятность того, что пролетающий нейтрон разделит их, запустив следующую цепочку реакций).

«Это похоже на кастрюлю на плите, в которой варятся макароны», говорит Айриш. Независимо от того, насколько горячая ваша плита, паста никогда не будет горячее 100 градусов Цельсия, если только вода не испарится. Пока она присутствует, вода циркулирует и рассеивает тепло. Однако если заменить воду жидкой солью, придется разогреть все это до 1000 градусов Цельсия, прежде чем ваш хладагент начнет испаряться.

Все это может показаться фантастикой, но это реальность. Россия производит электроэнергию из передового реактора, который сжигает радиоактивные отходы, с 2016 года. Китай построил реактор из «гальки», который блокирует радиоактивные элементы внутри графитовых сфер.

В 2015 году, чтобы отслеживать стартапы и проекты государственного сектора, пытающиеся добывать низкоуглеродную энергию при помощи безопасного, дешевого и чистого ядерного процесса, аналитический центр Third Way начал картировать все передовые ядерные проекты по всем США. На карте было 48 точек тогда, а теперь 75, и они распространяются как саранча.

«С точки зрения количества проектов, количество людей, над ними работающих, и объема частного финансирования, нет ничего, с чем можно было бы сравнить, не вернувшись в 1960-е годы», говорит Райан Фитцпатрик, работающий над чистой энергией в Third Way.

В те времена, когда Уолт Дисней выпустил фильм «Наш друг Атом», пропагандирующий развитие ядерной энергетики, когда футуристическое понятие электричества, которое «слишком дешевое, чтобы его мерить», казалось правдоподобным, электротехники планировали построить сотни реакторов по всей территории Соединенных Штатов.

Почему все это происходит только сейчас? В конце концов, ученые работают над альтернативными типами реакторов с начала холодной войны, но так и не развернулись в полную силу. История передовых реакторов усеяна трупами неудачных попыток. Реактор с солевым охлаждением впервые успешно запустили в 1954 году, но США решили специализироваться на реакторах с водяным охлаждением и ликвидировать другие конструкции.

Но что-то фундаментальное изменилось: раньше не было никакой причины у ядерной компании выпрашивать миллиарды долларов на новую конструкцию в рамках федерального регулирующего процесса, поскольку обычные ядерные реакторы были прибыльными. Теперь это не так.

«Впервые за полвека действующие ядерные игроки терпят финансовое бедствие», говорит Айриш.

В последнее время США делают ставку на обычные реакторы с водяным охлаждением и она играет не лучшим образом. В 2012 году South Carolina Electric & Gas получила разрешение на строительство двух огромных обычных реакторов для производства 2200 МВт энергии, которых достаточно для питания 1,8 миллиона домов, и пообещала, что они будут запущены в 2018 году. Оплачивая счета за электричество, люди увидели, что они выросли на 18%, что, разумеется, привело к задержкам в строительстве реакторов. Слив в проект 9 миллиардов долларов, коммунальщики сдались.

Подобные истории происходят и за границей. В Финляндии строительство нового реактора на электростанции Олкилуото на восемь лет отстает от графика и на 6,5 миллиардов долларов — от бюджета.

В ответ эти ядерные стартапы разрабатывают свой бизнес, чтобы избежать ужасных перерасходов средств. Многие из них планируют построить стандартизированные частиц реактора на заводе, а затем собрать их вместе, как LEGO, на строительной площадке. «Если вы можете переместить строительство на завод, вы сможете значительно снизить затраты», говорит Парсонс.

Новые реакторы также могли бы снизить затраты, если бы были безопасными. Обычные реакторы имеют огромный риск разрушения вследствие плавления, главным образом потому, что они предназначены для подводных лодок. Охладить реактор водой, когда он находится на подводной лодке, достаточно просто, но когда реактор на суше, приходится закачивать в него воду, чтобы охладить. «И эта насосная система никогда, никогда не должна ломаться, иначе вы получите Фукусиму. Нужна система безопасности для системы безопасности, избыточность поверх избыточности».

Oklo, стартап из Кремниевой долины, основал проект своего реактора на прототипе, не подверженном разрушениям. «Когда инженеры отключили все системы охлаждения, он остыл сам и затем начал резервное копирование, после чего работал нормально», говорит Кэролайн Кокран, соучредитель Oklo. Если эти более безопасные реакторы не будут нуждаться во всех этих резервных системах охлаждения и куполах из бетона, компании смогут строить электростанции намного дешевле.

Зачастую технологии долгое время терпят крах, прежде чем преуспеть: 45 лет прошло с момента появления первой электрической лампочки до патента Томаса Эдисона на лампу накаливания. Инженерам могут потребоваться десятилетия, чтобы воплотить идею в форму. Некоторым кажется, что все идеи передовых ядерных технологий были опробованы в прошлом. «Но наука продвинулась вперед», говорят ученые. «У вас гораздо лучше материалы, чем несколько десятилетий назад. Есть шансы, что все получится».

Недавнее исследование некоммерческого проекта Energy Innovation Reform оценивает, что последняя партия ядерных стартапов может поставить электроэнергию по цене 36-90 долларов за мегаватт-час. Любые энергетические станции, работающие на природной газе продают электричество по цене 42-78 долларов за мегаватт-час.

В лучшем случае, ядерные станции смогут стать еще дешевле. Есть прогнозы

Мэтью Банн, ядерный эксперт из Гарварда, говорит, что если ядерная энергия будет играть роль в борьбе с изменением климата, передовые атомные стартапы ждет неизбежный и быстрый рост. «Чтобы обеспечить десятую часть чистой энергии, которая нам понадобится к 2050 году, нам придется добавлять в сеть по 30 гигаватт ежегодно», говорит он.

Это значит, что миру нужно будет построить в 10 раз больше ядерной энергии, чем это было до катастрофы Фукусимы в 2011 году. Это вообще реально?

«Думаю, нам стоит пытаться — хоть я и не оптимист», говорит Банн, отмечая, что темпы, которыми нам нужно будет строить солнечные и ветряные технологии добычи энергии, чтобы отказаться от использования ископаемого топлива, так же сложны».

На пути к ядерному ренессансу остаются большие барьеры. Потребуются годы, чтобы протестировать прототипы и получить одобрение правительства в любой стране.

«В конечном счете на планете с 10 миллиардами человек, любое количество доступной и безопасной энергии — будь она от ядерного синтеза или деления — найдет себе применение».

50 комментариев Оставить свой

  1. mkmv

    60 лет прошло, а мы еще кипятим воду. Ядерный паровоз.

    • prinzip

      mkmv, Вы не поверите, но даже при термоядерном синтезе мы так же будем "кипятить воду". Впрочем, что в этом плохого?

      • Shurin

        prinzip, Вот именно. Большинство электростанций кипятят воду и термоядерная, если построят, в том числе. Да, атомные не выбрасывают окись углерода, в этом большой плюс. Но надо признать, что все электростанции еще и мощные источники тепла, что не есть хорошо. Про углекислый газ повинный в парниковом эффекте постоянно говорят, а про многочисленные источники тепла как-то не очень, а надо бы... Кстати, любая электростанция, будь-то самая чистая ветряная или гидро тоже ведь, как ни странно, является источником тепла, поскольку практически вся вырабатываемая электроэнергия превращается в тепло в устройствах потребителя.

        • Nordo

          Shurin, Интересно, а куда девается энергия воды в реке или ветра, если они не преобразуются (гидр/ветро- электростанцией) в электричество? Правильно: они также превращаются в тепло при последующем перемешивании жидкости (воды в реке) или газа (движущегося воздуха в атмосфере). То есть никакого дополнительного тепла в энергобаланс Земли они не вносят.

          Вы при этом не упомянули о солнечных электростанциях (СЭС) - ведь вырабатываемое ими эл-во также затем превращается в тепло! Но свет, падающий на приёмник СЭС, также превращался бы в тепло, грея Землю, если бы СЭС в этом месте не было.

          Хотя.. Как раз СЭС в этом плане может привносить излишки тепла в баланс Земли. Если СЭС расположить в месте, где до этого была ОЧЕНЬ светлая поверхность (светлые пески, белая крыша дома и т.п.), которые значительную часть приходящего на них света ОТРАЖАЛИ (в небо, т.е. в космос), то приёмник СЭС часть энергии превратит непосредственно в тепло (будучи очень тёмным), часть - в электричество, и лишь небольшую часть отразит во внешнее пространство.

          • Shurin

            Nordo, СЭС я специально не упомянул, поскольку там баланс тепла на мой (ограниченный) взгляд не нарушается. А вот сжигание углеводородов (не только для генерации энергии), а также атомные станции очевидно являются мощными источникам тепла и вносят свой весомый вклад в перегрев атмосферы.

            • prinzip

              Shurin, Господа, вы очень как-то стороной обходите биомассу Земли. Скажем так - 80 млн. лет назад эти ящеры выделяли тепла куда больше чем все ваши сейчас СЭС, ТЭЦ, АЭС. И ничего особенного не случилось.

              • Nordo

                prinzip, Ящерицы (большинство) - существ хладнокровные. Также как и динозавры (если Вы их имеете ввиду, хотя есть предположения, что некоторые динозавры могли быть теплокровными). Так что особо тепла они не могли вносить. Но дело НЕ_В_ЭТОМ !!!

                ВСЕ живые существа выделяют энергию (тепловую и механическую), которую получают, поедая (прямо или опосредованно) РАСТЕНИЯ. А растения получают эту энергию ОТ_СОЛНЦА. Т.е. солнечная энергия, падающая на листья, частично отражается обратно (в космос), частично выделяется на листьях в виде тепла, а часть (не выделяющаяся в тепло) ПРЕОБРАЗУЕТСЯ в химическую (биохимическую) энергию веществ этих растений. Так что ВСЕ животные НЕ_ВЫДЕЛЯЮТ дополнительного тепла. Они лишь выделяют тепло, которое НЕ_БЫЛО_ВЫДЕЛЕНО листьями растений из полученной солнечной энергии.

                • prinzip

                  Nordo, Я не про выделение тепла телом, а газами. А там, поверьте, очень много выделений.

                  • Nordo

                    prinzip, Как-то не совсем понятно. Можно попросить Вас разъяснить, о каком выделении тепла газами идет речь?

                    • prinzip

                      Nordo, Из кишечника. Метан.

                    • prinzip

                      Nordo, ru.wikipedia.org/wiki/Парниковые_газы#Метан

            • Nordo

              Shurin, Тепловые и АЭС мы, понятно, не рассматриваем - они по определению вносят дополнительное тепло. Про СЭС уже сказал: они (ИМХО) МОГУТ вносить тепло, если их приёмники разместить ВМЕСТО белых/светлых поверхностей. НО:

              В_С_Е э/станции мира просто НИЧТО по сравнению с теплом, приходящим на Землю от Солнца. Возьмите ВСЮ установленную мощность ЭС мира (~6тыс. ГВт) и сравните с мощностью облучения Земли от Солнца. Предполагается, что гораздо больше в потепление Земли вносят парниковые газы, выделяемые тепловыми ЭС

              • Shurin

                Nordo, Согласен конечно. Решающее "слово" все-таки за звездой по имени Солнце. Глобальные потепления и похолодания, если верить науке, случались много раз в истории Земли, когда человека не было и в помине. Но, если взять настоящий период, то что мы знаем о хрупком равновесии установившемся в природе? Как бы не нарушить его техногенной деятельностью.

          • Shurin

            Nordo, Надо бы еще вспомнить о многочисленных ядерных испытаниях в атмосфере, где выделялось огромное количество тепла. Кстати, как раз после этого и заговорили о глобальном потеплении...

            • Nordo

              Shurin, Полагаете, что гораздо более многочисленные подземные взрывы можно не учитывать, т.к. теплота от них уходила вглубь Земли и не нагревала её?? :)
              Теплота взрыва тротила - 4,1...4.6МДж/кг, т.е. ~1.2кВт*ч/кг. Если посмотреть Вики, то "мирных" взрывов ("в интересах народного хозяйства" :) было 124, их мощность варьировалась от долей до десятков кт (килотонн), а потому возьмем за среднюю ("по больнице") в 10 кт, что равно 10ГВт*ч. каждый взрыв. Кол-во военных взрывов не нашел, положим, что в сумме с "мирными" в СССР их было 1000, ещё 1000 в США и 1000 - в др.странах, те. положим, что всего 3000 взрывов по 10 ГВт*ч каждый, что в сумме даст 30ТВт*ч энергии. При сегодняшней мощности эл.станций мира в 6ТВт это на 5ч работы, а с учетом их кпд, то и вовсе на 2ч. работы. В году 8760 часов, а в 50 годах - 438тыс.ч. Т.е ядерные испытания выделили в ~200тысяч раз меньше тепла, чем эл.станции за последние 50 лет. Это почти НИЧТО. А с учетом того, что при сжигании топлива на нужды а/транспорта, отопления, ГВС, различных производственных процессов и т.п. сжигается во много раз больше, чем на эл.станциях, то доля тепла от ядерных взрывов и вовсе ничтожна.

              СОВСЕМ ДРУГОЕ дело - ПОСЛЕДСТВИЯ от влияния этих взрывов на атмосферу, которая влияет на баланс тепла Земли. Землю можно КАТАСТРОФИЧЕСКИ разогреть или охладить, воздействия на атмосферу, но не выделяя при этом тепла. Например, извержение пепла сверхмощным вулканом приведет к "ядерной зиме", хотя тепла выделится не особо много. Аналогично и с парниковыми газами

              • Shurin

                Nordo, Согласен с Вами во всем. Много факторов влияют на атмосферу и климат планеты, с этим еще долго будут разбираться. Понятно, что человечество вносит весьма весомый вклад в этот процесс. Бесчисленное количество труб электростанций и котельных, автотехника и многое, многое другое непрерывно извергают огромное количество углекислого газа и тепла. Один сверхмощный термоядерный взрыв на Новой земле чего стоит, а ракеты, самолеты - всего не перечесть. И все ведь в атмосфере, которую вроде бы надо беречь, другой-то не будет...

        • Dunuyshkin

          Shurin, В этой вселенной все виды энергии стремятся к состоянию с наименьшей потенциальной энергией (к росту энтропии - 2 закон термодинамики). Поэтому что бы мы не делали - все выйдет в тепло. Но ЯЭ не выбрасывает всякие газы и прочую гадость.

      • nubulla

        prinzip, Только на дейтерии и тритии. Так как продукт их реакции нейтроны. А вот с гелием3 все иначе - там протоны. Так как протоны имеет заряд их кинетическую энергию можно сразу преобразовывать в электрическую. Поэтому сейчас все так и рубятся за этот гелий.))

        • prinzip

          nubulla, Какой Гелий3? Вы что? На Луну же не вступала и не вступит нога НАСАовца )

          • nubulla

            prinzip, Ну да, как я забул! Они бы все разбились о НЕБЕСНУЮ ТВЕРДЬ.)

      • ELVIS

        prinzip, Были разработки с циркуляцией жидкого металла

    • reactos

      mkmv, Заодно решается вторая проблема, опреснение воды. Так что, ядерный паровоз гуд ))

      • PROVOCATOR

        reactos, Это как она там решается? Вы её должны опреснять ДО того, как она попадёт в процесс, не после. Посему, опреснительные станции это часть любой электростанции(кроме гидро). Только использовать эту воду для питья вы точно не захотите. И уж точно не с АЭС.

  2. Spaceman

    Сферу Дайсона скоро будут делать

    • Shurin

      Spaceman, Можно мечтать о дорогущей сфере Дайсона, только не стоит забывать об огромном количестве "мусора", оставшегося после возникновения Солнечной системы, летающего во всех направлениях с космическими скоростями. Метеориты уже не раз выводили из строя спутники и это, наряду с радиацией весьма серьезная угроза в освоении космоса. А мощные вспышки на Солнце, выдержит ли их сфера Дайсона? Кроме того она может просто перегреться от колоссального излучения звезды.

      • prinzip

        Shurin, Эм... Простите, напомните хоть одно когда метеорит выводил из строя спутник?

        • Shurin

          prinzip, Не могу сейчас привести источник, но где-то была информация о столкновении спутника с метеоритом или космическим мусором пару раз.

        • Shurin

          prinzip, Попадания микрометеоритов, правда без серьезных последствий, фиксировались и на МКС.

          • prinzip

            Shurin, Спутник с обломками другого спутника сталкивался. Это было да. Космос-2251 и Iridium 33в 2009-ом, но с метеоритами - нет. Было ещё взрыв магнетара, их тогда (спутники) в спячку уводили. Любимый мой объект. Если рванёт в радиусе от земли до 5000 св.л. - с Земли сдует атмосферу нафиг ) Мощная штука...

            • Shurin

              prinzip, Ну зачем Вы про магнетар-то, теперь спать спокойно не стану...

  3. Putnik1964

    Вообще-то в первом контуре охлаждения (который охлаждает сам реактор) вовсе не вода.
    А жидкий металлический натрий.

    • nubulla

      Putnik1964, Это если реактор на быстрых нейтронах. Но на медленных, а это основное количество реакторов именно вода. Это так называемые ВВ реакторы. Вода первого контура и замедлитель и теплоноситель. Есть ещё ГВ. Там замедлитель графит.

  4. 0.5l

    во всём виноваты майнеры, которые тупо переводят тепло электричества ядерных реакторов обратно в тепло

  5. Durand

    В мире проблемы с головой у людей, а не с электричеством!

  6. coolwolf0

    "планируют построить стандартизированные частиц реактора"... "частиц"? Почему-то я не удивлён. Вычитывать статьи - удел журналистов-литераторов. В Хай-Ньюс же работают операторы гугл-транслейта.

  7. Vladimir8

    У них газ начинается от 40$ за мегаватт это соответственно 0.04$ за киловатт. В том же Узбекистане электричество продается по 0.03$ киловатт-час (они тоже на 6азе). И это для пользователей а не закупочная. Короче дорого против Узбекистана. В Прибалтике (одна из самых дорогих в Европе) ,например, розничная для жителей 0.12-0.2$ Квч, в той же Германии около 0.8 - 0.10$ Квч. А вот у потомков викингов ветряки и ГЭС выдают цену уже на уровне Узбекистана, не говоря уже от Мегапроекте Китая по солнечным батареям.

    • prinzip

      Vladimir8, Узбекистан и Прибалтика живут на дотациях. Первая на дотациях России, вторые - на евросоюзе.

    • PROVOCATOR

      Vladimir8, У Узбекистана избыток рессурса, который либо за дёшево продать, либо за дорого выкинуть.

  8. nubulla

    Странно что эта тема до сих пор актуальна. В мире просто нет нужного количества 235 урана. А бридеры не обладают коэффициентом размножения больше 1.

    • Kvazar666

      nubulla, Интересно, что вы имеете ввиду, Уран-238 поглощая нейтрон превращается в плутоний-239, таких нейтронов рождается 5-6 при разбитии одно ядра урана-235, так что коэффициент там будет явно побольше 1. Но дело в том, что Урана в мире вполне достаточно, разрабаватываются новые технологии добычи его солей из морской воды, еще есть Торий-232 технологии бридинга Урана 233 из которого тоже в процессе освоения.

  9. nohead87

    "И он также знал, что ядерная энергия... ...была слишком дорогой, чтобы конкурировать с нефтью и газом."
    Эээ... Я всегда наивно полагал, что ядерная энергия одна из самых дешёвых. И говорящие головы в сюжетах об Островецкой АЭС уверяли...

    • Zamza

      nohead87, Ну, предела "дорабатывать" ядерные технологии - нет, а вот предел СЭС - это "усвоение" 100% сонечеой энергии. Дальше уже ничего "не усовершенствуешь.... Потому потенциал у ядерной энергии выше, но в мире "напуганы" авариями.... Новый "этап" соревнования между СЭС и ядерными электростанциями, начинается при освоении термоядерной энергии и размещении СЭС в космосе.... Там опять наступает "паритет", потому что темоядерной энергии (учитывая океаны воды на Земле) можно извлекать "немерянно", но также "немерянно" запасов солнечной энергии в космосе. Так что даже не знаю кто "победит". А если начнут размещать СЭС неподалеку от поверхности солнца, то "термояду" - "кирдык".... Энергии солнца несопоставимо больше, чем "вся вода" на Земле....

  10. freawertyhn

    но ведь электричество не может кончиться! Оно невидимо и неосязаемо ,в отличие от бронзы, железа, нефти и торфяников ,из котрых добывают газ

  11. ELVIS

    Даже тут мы на пятом месте, с одной стороны это не плохо, но япошки на своём "полуострове" и то на третьем... Хотя Краб всем твердит, что Россия мировой лидер и ведёт свой недострой в странах третьего эшелона, а ведь могли бы экспортировать больше нефти, и продолжать строить эти АЭС у себя...

  12. botan

    Ещё не слышал о удачных проектах а их аж 70 с лишкой.....
    Знаете эти методы охлождения....... Ещё и солью :-)
    Тема то не новая а значит проблемы были.....
    Там похоже коварный вопрос безопасности и масштаб загрязнения - на то это СКА США.
    "No one knows what they do"

  13. PROVOCATOR

    Лучше бы написали грамотную статью о том как и почему эффективные менеджеры слили 6,5 и 9 млрд денег. И почему при этом они ещё и от графика отстают.
    Ещё можно рассказать почему несравнимо менее техгологичную 6ти-блочную угольную ЭС возле кейптауна строят уже лет 15, и конца края не видно. Почему каждая частная строящаяся ЭС, вне зависимости от типа, выходит по цене в 1,5-3 раза дороже заявленой стоимости, а потом ещё и фиг работает. Вот что было бы познавательно.

    • Sledopit

      PROVOCATOR, Такие статьи для здоровья не очень.

  14. xxl

    Хорошая статья. Но всё будет не так. Через 25 лет, энергию научатся добывать из воздуха (эфира). Все современные и ядерные проекты будут вызывать улыбку... Кстати, необходимой энергии будет нужно в РАЗЫ меньше...

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.