Согласно отчету, составленному исследователями Тихоокеанской северо-Западной национальной лаборатории Министерства энергетики США и Массачусетского технологического института, технология может помочь восполнить дефицит источников энергии, который вскоре останется за счет ресурсов, выделяющих углерод, таких как уголь и природный газ, которые будут постепенно сокращены в ближайшие годы.

"Ядерная энергия является надежным источником базовой электроэнергии, - сказал менеджер PNNL по ядерным энергетическим системам Али Збиб, который является соавтором отчета, - и наши результаты показывают, что усовершенствованные небольшие модульные реакторы могут быть экономически конкурентоспособными в будущем секторе безуглеродной электроэнергии. Они хорошо подходят для того, чтобы играть важную роль на энергетическом рынке, который требует большей гибкости".

В отчете подробно описывалось, как новые реакторы могут удовлетворить динамичный спрос на электроэнергию на Тихоокеанском Северо-западе, оценивался рынок электроэнергии региона и изучалась целесообразность размещения реакторов в трех местах: на площадке в Хэнфорде с использованием инфраструктуры частично завершенных электростанций Energy Northwest; на планируемой к закрытию угольнойсгорела электростанция Централия Биг Ханафорд в Западном Вашингтоне; и на площадке Национальной лаборатории Айдахо, где компания Utah Associated Municipal Power Systems планирует построить первый легководный реактор NuScale.

Полученные результаты описывают преимущества строительства на каждом объекте, начиная с обученной рабочей силы, проживающей в Восточном Вашингтоне, и заканчивая инфраструктурой, имеющейся на заводе Centralia. В докладе основное внимание уделялось двум проектам: небольшому модульному реактору NuScale и BWRX-300 от GE Hitachi Nuclear Energy.

"Ядерная энергия может помочь обезуглероживанию любого сектора экономики", - сказал Якопо Буонджорно, профессор ядерной науки и техники TEPCO в Массачусетском технологическом институте и соавтор доклада. "Штат Вашингтон имеет уникальные возможности для того, чтобы начать этот процесс, продемонстрировав передовые технологии малых модульных реакторов задолго до конца десятилетия, и это захватывающе".

Меняющийся энергетический ландшафт

В 2019 году был принят Закон о преобразовании чистой энергии, согласно которому источники энергии в Вашингтоне должны вырабатывать электроэнергию без выбросов парниковых газов к 2045 году. Закон предусматривает углеродную нейтральность к 2030 году, с отказом от угля к 2025 году и введением штрафов за источники, выделяющие углерод, уже в 2030 году.

Постепенный отказ от угля и природного газа, которые обеспечивали примерно 17 процентов общего топливного баланса Вашингтона в 2018 году, сократит мощность производства электроэнергии примерно на пять гигаватт, что почти эквивалентно мощности четырех крупных атомных электростанций.

По словам Збиба, в будущем, вероятно, потребуется больше электроэнергии, поскольку государство продолжает электрифицировать различные секторы своей экономики, включая транспортный сектор, и по мере роста населения региона. Возобновляемые источники энергии в виде ветра и солнца способны частично компенсировать нагрузку. Однако для удовлетворения спроса потребуется дополнительный источник гибкой энергии.

Маленький, но значительный

Введите небольшие модульные реакторы, которые предназначены для гибкой выработки электроэнергии. Конструкции, обсуждаемые в отчете, используют воду в качестве охлаждающей жидкости, в то время как в других усовершенствованных конструкциях используются газовые или жидкометаллические охлаждающие жидкости. Технология без выбросов еще не внедрена в Соединенных Штатах, но проекты уже созрели, включая два, проанализированные в этом отчете.

В рамках более крупных инвестиций, затраченных в течение нескольких лет, Министерство энергетики США объявило в прошлом году, что две компании - X-energy и TerraPower - получат по 80 миллионов долларов КАЖДАЯ в качестве первоначального финансирования для строительства передовых демонстрационных установок с небольшими модульными реакторами.

Согласно отчету, размер и модульность реакторов обеспечивают уникальные преимущества. Меньшие размеры активной зоны, меньшее количество радиологического материала и многослойные защитные барьеры, встроенные в небольшие модульные реакторы, приводят к тому, что зоны эвакуации на многие километры меньше, чем у обычных реакторов.

Компоненты небольших модульных реакторов также могут быть изготовлены и собраны за пределами площадки, а затем отправлены и установлены на месте, что сокращает затраты на строительство и сокращает сроки реализации проекта, сказал Збиб.

Конструкция GEH позволяет размещать несколько установок на одном участке. Дизайн NuScale является масштабируемым, поскольку модули могут добавляться постепенно - до дюжины на сайт. Четырехмодульная установка могла бы удовлетворить спрос в небольших регионах, способная обеспечить энергией почти 200 000 домов, в то время как двенадцатимодульный реактор может обеспечить энергией большой город.

Необходимость гибкости

Усовершенствованные небольшие модульные реакторы отличаются гибкостью - они могут непрерывно работать на полной мощности для обеспечения базовой нагрузки энергией или могут следить за колебаниями мощности в сети. Они могли бы сыграть ключевую роль в системе экологически чистого производства электроэнергии, включающей ядерные, возобновляемые источники энергии и аккумуляторные батареи.

Проведенная в отчете оценка энергетического рынка показала, что спрос на электроэнергию в Вашингтоне может значительно колебаться ежемесячно, ежедневно и даже пятиминутно. Например, среднесуточный спрос в феврале 2019 года варьировался более чем на 2100 мегаватт, что примерно в два раза превышает мощность электростанции Energy Northwest Columbia Generating Station, единственной коммерческой атомной электростанции на северо-западе Тихого океана.

Колебания в электроэнергии, вырабатываемой некоторыми источниками, также могут привести к необходимости в источнике питания, который быстро настраивается. В отчете подробно описывается один случай 2009 года, когда из-за пяти коротких минут сильного ветра в энергосистему Бонневилля хлынуло 700 мегаватт электроэнергии. Коммунальные службы должны снижать производительность из гибких источников во время таких скачков напряжения.

Отключение одного или нескольких силовых модулей, в случае проекта электростанции NuScale, или регулировка мощности реактора могли бы позволить операторам быстро адаптироваться к колебаниям.

Изучение локаций

Согласно отчету, строительство завода на площадке в Хэнфорде могло бы помочь сократить расходы несколькими способами. Большая часть лицензирования и оценок, которые определяют, подходит ли та или иная территория для атомной электростанции, уже завершена. Сейсмические риски и анализ других уязвимостей были проведены при строительстве частично завершенных заводов в 1980-х годах.

Согласно исследованию, описанному в отчете, за счет использования постоянных конструкций можно было бы сэкономить почти 140 миллионов долларов, а график реализации проекта можно было бы сократить, что привело бы к дополнительной экономии средств. А поскольку поблизости находится генерирующая станция Columbia, квалифицированная рабочая сила, знакомая с ядерными реакторами, дает еще одно преимущество.

В отчете отмечается, что строительство на заводе Centralia, который закроет все угольные котлы к 2025 году, имеет свои достоинства. Можно использовать существующую инфраструктуру, объект уже подключен к электросети, и новый завод может заменить рабочие места, потерянные в результате закрытия.

Строительство на западной стороне Каскадных гор могло бы уменьшить как перегрузку линий электропередачи, так и потребность в инфраструктуре передачи для обеспечения электроэнергией близлежащих районов с высоким спросом, таких как Сиэтл, Такома и Олимпия.

В отчете утверждается, что при наличии субсидий на экологически чистую энергию и штрафов за ресурсы, выделяющие углерод, электростанции в любом месте могли бы обеспечивать электроэнергией по конкурентоспособной цене.

"Обезуглероживание электросети имеет важное значение в борьбе с изменением климата", - сказал Збиб. Хотя ветер и солнечная энергия будут играть решающую роль, добавил он, постепенный отказ от ресурсов, выделяющих углерод, вызывает потребность в гибких источниках, не выделяющих углерод. "Ядерная энергетика может стать неотъемлемой частью портфеля экологически чистой энергетики, который позволит штату Вашингтон достичь своих целей в области экологически чистой энергетики".