АссистентНовый вопросИсторияОбласти знаний
Партнёрские проектыСпецпроектыСтать автором
Сменить язык
О РУВИКИ

Малый модульный реактор

Малый модульный реактор (ММР) - современный ядерный реактор относительно небольших размеров, который можно построить на заводе, а затем перевезти и ввести в эксплуатацию на любой подготовленной площадке. Термин ММР относится только к размеру, мощности и модульной конструкции, а не к типу реактора и применяемому ядерному процессу. Конструкции варьируются от уменьшенных версий существующих конструкций до конструкций поколения IV . Были предложены как реакторы на тепловых нейтронах, так и реакторы на быстрых нейтронах , а также модели реакторов на расплавах солей с газовым охлаждением[1] .

ММР будут имеют выходную электрическую мощность менее 300 МВт или тепловую мощность менее 1000 МВт. В идеале модульные реакторы сократят количество строительных работ на площадке, повысят эффективность защитной оболочки и, как утверждается, повысят безопасность. Бóльшая безопасность должна быть достигнута за счёт использования при проектировании концепции пассивной безопасности, уже реализованной в некоторых типах обычных ядерных реакторов. ММР также должны позволить сократить штат сотрудников по сравнению с обычными ядерными реакторами[2][3]  и, как утверждается, обладают способностью обходить финансовые проблемы и проблемы безопасности, препятствующие строительству обычных реакторов. [3][4]

Несмотря на то, что существуют десятки проектов модульных реакторов и ещё незавершённых демонстрационных проектов, по состоянию на октябрь 2022 года первым и единственным действующим прототипом в мире является плавучая атомная электростанция «Академик Ломоносов». Строительство первого в мире наземного ММР началось в июле 2021 года с китайской электростанции Linglong One, которая должна быть запущена к концу 2026 года.

Концепция

В связи с экономической целесообразностью традиционные ядерные реакторы, как правило, большими, до такой степени, что сам размер становится ограничивающим фактором. Чернобыльская катастрофа 1986 года и ядерная катастрофа на Фукусиме в 2011 году нанесли серьезный удар по ядерной отрасли, вследствие чего была приостановлена разработка реакторов во всём мире и закрытие многих действующих реакторных установок.

В ответ на это была предложена новая стратегия с целью создания реакторов меньшего размера, которые можно построить быстрее, безопаснее и с меньшими затратами. Несмотря на потерю преимуществ масштаба и значительно меньшую выходную мощность, ожидалось, что финансирование будет проще благодаря внедрению модульной конструкции и проектов с ожидаемыми более короткими сроками постройки. Общее смысл идеи ММР состоит в том, чтобы заменить экономию вследствие масштаба на экономию вследствие массового производства.

Сторонники утверждают, что ММР дешевле из-за использования стандартизированных модулей, которые можно производить в заводских условиях.[5] SMRs do, however, also have some economic disadvantages.[6]  Однако ММР также имеют некоторые экономические недостатки.  Несколько исследований показывают, что общая стоимость ММР сопоставима со стоимостью обычных больших реакторов. Кроме того, крайне недостаточно данных о транспортировке ММР.  Критики говорят, что модульное строительство будет экономически эффективным только при больших количествах реакторов одного и того же типа, учитывая всё ещё высокие затраты на каждый ММР. Для получения достаточного количества заказов необходима высокая доля рынка.

Сторонники говорят, что ядерная энергия с проверенной технологией безопасна и что меньшие размеры сделают ММР даже более безопасными, чем обычные станции. Критики говорят, что более малые реакторы представляют более высокий риск, требуя больше транспортировки ядерного топлива и увеличения образования отходов. ММР требуют новых конструкций с новыми технологиями, безопасность которых еще предстоит доказать.

До 2020 года не было построено ни одного действительно модульного ММР.  В мае 2020 года в Певеке, Россия, начал работу первый прототип плавучей атомной электростанции с двумя реакторами по 30 МВт электрической мощности[7] .  Эта концепция основана на конструкции атомных ледоколов.[8]

Общие аспекты

Лицензирование

После лицензирования первого устройства данной конструкции лицензирование последующих устройств должно быть значительно проще, при условии, что все устройства работают одинаково.[9]

Масштабируемость

Будущая электростанция, использующая SMR, может начинаться с одного модуля и расширяться за счёт добавления модулей по мере роста спроса. Это снижает начальные затраты, связанные с традиционными конструкциями.

Расположение/инфраструктура

Для ММР потребуется гораздо меньше территории, например, трёхконтурный реактор Rolls-Royce SMR мощностью 470 МВт занимает 40 000 м 2, что составляет 10% от площади, необходимой для традиционной электростанции.  (Эта установка слишком велика, чтобы соответствовать определению небольшого модульного реактора, и потребует дополнительных строительных работ на месте, что ставит под сомнение заявленные преимущества. Фирма ориентируется на 500-дневное время строительства). [10]


Потребности в электроэнергии в удалённых местах обычно невелики и непостоянны, что делает их подходящими для небольших электростанций.  Меньший размер может также уменьшить потребность в строительстве специальной электросети для распределения их продукции.

Гибкость

ММР предлагают значительные преимущества по сравнению с ядерными реакторами обычного типа благодаря гибкости их модульной конструкции. Гибкость ММР означает дополнительную грузоподъёмность, возможность адаптации к существующим площадкам атомных электростанций, использование для промышленного применения, оптимизированное время работы и способность быть независимыми от сети.

Безопасность

Для обеспечения повышенной безопасности используются разнообразные технические решения: Например, клапан сброса давления может иметь пружину, реагирующию на повышение давления для увеличения потока охлаждающей жидкости. Внутренние функции безопасности не требуют наличие движущихся частей, они зависят только от физических законов.  Другим примером является пробка на дне реактора, которая плавится при слишком высоких температурах, позволяя топливу реактора вытекать из реактора и терять критическую массу.

В отчете Федерального управления Германии по безопасности обращения с ядерными отходами (BASE), рассматривающем 136 различных исторических и современных реакторов и концепции ММР, говорится: «В целом, ММР потенциально могут обеспечить преимущества в плане безопасности по сравнению с электростанциями с большей выходной мощностью, поскольку они имеют меньший радиоактивный запас на реактор и стремятся к более высокому уровню безопасности, особенно за счёт упрощения и более широкого использования пассивных систем. Однако, в противоположность этому, различные концепции ММР также отдают предпочтение сниженным нормативным требованиям, например, в отношении требуемой степени резервирования или разнообразия систем безопасности Некоторые застройщики даже требуют отказа от существующих требований, например, в области внутреннего управления авариями или с уменьшением зон планирования, или даже полного отказа от планирования внешней противоаварийной защиты.Поскольку безопасность реакторной установки зависит от всех этих факторов, исходя из современного уровня знаний, нельзя утверждать, что более высокий уровень безопасности достигается концепциями ММР в принципе».[11][12]

Распространение

Многие ММР предназначены для использования нетрадиционных видов ядерного топлива, которые обеспечивают более высокое выгорание и более продолжительные топливные циклы.  Более длительные интервалы дозаправки\перезагрузки топлива могут снизить риски распространения и снизить вероятность выхода радиации за пределы локализации. Для реакторов в отдалённых районах доступность может быть проблематичной, поэтому может оказаться полезным более длительный срок службы топлива.

Технологии

Охлаждение

Традиционные реакторы в большинстве случаев используют в качестве теплоносителя воду  ММР могут использовать в качестве хладагентов воду, жидкий металл, газ и расплавленную соль. Тип теплоносителя определяется на основе типа реактора, конструкции реактора и выбранного применения. В реакторах большой мощности в качестве теплоносителя в основном используется лёгкая вода, что позволяет легко применять этот метод охлаждения и в ММР. Гелий часто выбирают в качестве газового теплоносителя для ММР, поскольку он обеспечивает высокую тепловую эффективность установки и обеспечивает достаточное количество тепла реактора. Натрий, свинец и свинец-висмут являются обычными жидкометаллическими хладагентами для ММР. Во время ранних работ над реакторами большой мощности большое внимание уделялось натрию, который с тех пор был перенесен на ММР и стал популярным выбором в качестве жидкометаллического теплоносителя.  ММР имеют более низкие потребности в охлаждающей воде, что увеличивает количество мест, где можно построить ММР, включая удалённые районы, в которых обычно производится добыча полезных ископаемых и опреснение.[13]

Тепловое/электрическое производство

Некоторые конструкции реакторов с газовым охлаждением могут приводить в действие газовую, а водяную турбину, так что тепловую энергию можно использовать напрямую. Тепло также может быть использовано в производстве водорода и других операциях, таких как опреснение и производство нефтепродуктов (извлечение нефти из нефтеносных песков , создание синтетической нефти из угля и т. д .). [14]

Эксплуатация

Обычно ожидается, что конструкции ММР будут обеспечивать базовую мощность нагрузки. Некоторые предлагаемые конструкции могут корректировать свою производительность в зависимости от спроса.

Другой подход, особенно для ММР, которые могут обеспечивать высокотемпературное тепло, заключается в использовании когенерации, поддерживающей постоянную производительность, при этом отводя ненужное в текущий момент тепло на вспомогательные нужды. В качестве вариантов когенерации были предложены централизованное теплоснабжение, опреснение и производство водорода.

Ночное опреснение требует достаточного запаса пресной воды.  Мембранная и термическая – две основные категории технологий опреснения. В процессе мембранного опреснения используется только электричество, и она используется чаще. В термическом процессе поток питательной воды испаряется на разных стадиях с непрерывным снижением давления между стадиями. Термический процесс в основном использует тепловую энергию и не включает промежуточное преобразование тепловой энергии в электричество. Технология термического опреснения далее делится на две основные технологии: многоступенчатая мгновенная перегонка (MSF) и многоступенчатое опреснение (MED).[15]

Отходы

Некоторые типы ММР могут производить больше отходов на единицу продукции, чем обычные реакторы, в некоторых случаях более чем в 5 раз больше отработанного топлива на киловатт и в 35 раз больше других отходов, таких как активная сталь. По оценкам, скорость утечки нейтронов у ММР выше, потому что в активных зонах реакторов меньшего размера испускаемые нейтроны имеют меньше шансов взаимодействовать с топливом. Вместо этого они выходят из активной зоны, где поглощаются защитой, повышая её радиоактивность. Конструкции реакторов, в которых используются жидкометаллические теплоносители, также становятся радиоактивными. Другая потенциальная проблема заключается в том, что потребляется меньшая часть топлива, что увеличивает объемы отходов. Потенциально увеличивающееся разнообразие реакторов может потребовать, соответственно, различных систем обращения с отходами.

В отчете Федерального управления Германии по безопасности обращения с ядерными отходами говорится, что для ММР по-прежнему потребуются обширные временные хранилища и транспортировка топлива.

Многие конструкции ММР представляют собой реакторы на быстрых нейтронах с более высоким выгоранием топлива, что снижает количество отходов. При более высокой энергии нейтронов обычно можно допустить большее количество продуктов деления.

В некоторых конструкциях реакторов используется ториевый топливный цикл, который обеспечивает значительно более низкую долговременную радиоактивность отходов по сравнению с урановым циклом.

Реактор на бегущей волне сразу же использует воспроизводимое топливо, не требуя удаления и очистки топлива. [16][17]

Безопасность

В некоторых предлагаемых ММР используются системы охлаждения, использующие термоконвекцию — естественную циркуляцию, для того, чтобы убрать из конструкции охлаждающие насосы, которые могут выйти из строя. Конвекция может продолжать отводить остаточное тепло после остановки реактора.

Отрицательные температурные коэффициенты в замедлителях и топливе удерживают реакции деления под контролем, вызывая замедление реакции при повышении температуры.

Некоторым ММР может потребоваться активная система охлаждения для резервирования пассивной системы, что увеличивает стоимость.  Кроме того, конструкции ММР могут иметь меньшую потребность в защитных конструкциях.

В некоторых конструкциях ММР реактор и бассейны хранения отработанного топлива заглублены под землю.

Меньшие реакторы было бы легче модернизировать.

SMR поддерживают охлаждение активной зоны с помощью пассивной системы безопасности, которая устраняет необходимость в системах нагнетания давления. При пассивной системе безопасности аварийное питание переменного тока от дизель-генератора не требуется для охлаждения активной зоны. Пассивная система безопасности проще, требует меньше испытаний и не приводит к непреднамеренному срабатыванию. Для ММР не требуется активная система обогрева защитной оболочки из-за пассивного отвода тепла за пределы защитной оболочки, а также не требуется спринклерная система защитной оболочки. Система аварийной питательной воды не требуется для ММР, что позволяет отводить тепло активной зоны и повышает безопасность.

ММР с водяным и натриевым теплоносителями повышают безопасность реактора за счет их способности удерживать побочные продукты делящегося топлива, попавшие в теплоносители во время тяжёлой аварии. Эта характеристика ММР позволяет ММР смягчить выброс делящегося материала, загрязняющего окружающую среду, в случае отказа поддерживать защитную оболочку ядерного материала.

Некоторые конструкции ММР имеют цельную конструкцию, в которой основная активная зона реактора, парогенератор и компенсатор давления встроены в герметичный корпус реактора. Эта интегрированная конструкция позволяет снизить вероятность аварии, поскольку утечки радиации можно легко локализовать. По сравнению с более крупными реакторами, имеющими множество компонентов вне корпуса реактора, эта функция резко повышает безопасность за счёт снижения вероятности возникновения неконтролируемой аварии. Кроме того, эта особенность позволяет многим конструкциям ММР закапывать реактор и бассейны хранения отработавшего топлива под землю в конце их срока службы, тем самым повышая безопасность захоронения отходов.[18]

Список реакторов

  Проектирование   Лицензирование   Постройка   Запущен в работу   Проект прекращён   Остановлен

Наименование Электрическая мощность (МВe) Тип Производитель Страна Статус
4S 10–50 SFR Toshiba Япония Рабочий проект
ABV-6 6–9 PWR ОКБМ имени И. И. Африкантова Россия Рабочий проект
ACP100 Linglong One 125 PWR China National Nuclear Corporation Китай В процессе постройки[19]
TMSR-LF1 10[20] MSR China National Nuclear Corporation Китай В процессе постройки
ARC-100 100 SFR ARC Nuclear Канада Проектирование
MMR 5 HTGR Ultra Safe Nuclear Corporation США/Канада Лицензирование[21]
ANGSTREM[22] 6 LFR ОКБ «ГИДРОПРЕСС» Россия Эскизный проект
B&W mPower 195 PWR Babcock & Wilcox США Проект прекращён в марте 2017 года
BANDI-60 60 PWR KEPCO Южная Корея Рабочий проект[23]
BREST-OD-300 300 LFR Атомэнергопром Россия В процессе постройки[24]
BWRX-300[25] 300 BWR GE Hitachi Nuclear Energy США Лицензирование
CAREM 27–30 PWR CNEA Аргентина В процессе постройки
Copenhagen Atomics Waste Burner 50 MSR Copenhagen Atomics Дания Эскизный проект
HTR-PM 210 (2 реактора - одна турбина) HTGR China Huaneng Китай В эксплуатации
ELENA[26] 0.068 PWR Kurchatov Institute Россия Эскизный проект
Energy Well[27] 8.4 MSR cs:Centrum výzkumu Řež[28] Чехия Эскизный проект
Flexblue 160 PWR Areva TA / DCNS group Франция Эскизный проект
Fuji MSR 200 MSR International Thorium Molten Salt Forum (ITMSF) Япония Эскизный проект
GT-MHR 285 GTMHR ОКБМ имени И. И. Африкантова Россия Эскизный проект завершен
G4M 25 LFR Gen4 Energy США Эскизный проект
GT-MHR 50 GTMHR General Atomics, Framatom США/Франция Эскизный проект
IMSR400 195 (x2) MSR Terrestrial Energy[29] Канада Рабочий проект
TMSR-500 500 MSR ThorCon[30] Индонезия Эскизный проект
IRIS 335 PWR Westinghouse-led Международный Проектирование
KLT-40S Akademik Lomonosov 70 PWR ОКБМ имени И. И. Африкантова Россия В эксплуатации с мая 2020[7] (плавучая электростанция)
MCSFR 50–1000 MCSFR Elysium Industries США Эскизный проект
MHR-100 25–87 HTGR ОКБМ имени И. И. Африкантова Россия Эскизный проект
MHR-T[a] 205.5 (x4) HTGR ОКБМ имени И. И. Африкантова Россия Эскизный проект
MRX 30–100 PWR JAERI Япония Эскизный проект
NP-300 100–300 PWR Areva TA Франция Эскизный проект
NuScale 77 PWR NuScale Power LLC США Лицензирование
Nuward 170 PWR consortium Франция Эскизный проект[31][32]
OPEN100 100 PWR Energy Impact Center США Эскизный проект[33]
PBMR-400 165 HTGR Eskom ЮАР Проект прекращён[34]
Rolls-Royce SMR 470 PWR Rolls-Royce Великобритания Лицензирование[35]
SEALER[36][37] 55 LFR LeadCold Швеция Проектирование
SMART 100 PWR KAERI Южная Корея Лицензирование
SMR-160 160 PWR Holtec International США Эскизный проект
SVBR-100[38][39] 100 LFR ОКБ «ГИДРОПРЕСС» Россия Рабочий проект
SSR-W 300–1000 MSR Moltex Energy[40] Великобритания Проектирование[41]
S-PRISM 311 FBR GE Hitachi Nuclear Energy США/Япония Рабочий проект
U-Battery 4 HTGR U-Battery consortium[b] Великобритания Проектирование[42][43]
VBER-300 325 PWR ОКБМ имени И. И. Африкантова Россия Лицензирование
VK-300 250 BWR Атомстройэкспорт Россия Рабочий проект
VVER-300 300 BWR ОКБ «ГИДРОПРЕСС» Россия Эскизный проект
Westinghouse SMR 225 PWR Westinghouse Electric Company США Проект прекращён.[44]
Xe-100 80 HTGR X-energy США Эскизный проект

Примечания

Комментарии

  1. ↑ Multi-unit complex based on the GT-MHR reactor design
  2. ↑ Urenco Group in collaboration with Jacobs and Kinectrics

Источники

  1. ↑ Berniolles, Jean-Marie De-mystifying small modular reactors (брит. англ.). Sustainability Times (29 ноября 2019). Дата обращения: 16 апреля 2020.
  2. ↑ "The Galena Project Technical Publications", pg. 22, Burns & Roe
  3. ↑ 1 2 Small Modular Reactors: Nuclear Energy Market Potential for Near-term Deployment. OECD-NEA.org (2016).
  4. ↑ Furfari, Samuele Squaring the energy circle with SMRs (брит. англ.). Sustainability Times (31 октября 2019). Дата обращения: 16 апреля 2020.
  5. ↑ Trakimavičius, Lukas Is Small Really Beautiful?The Future Role of Small Modular Nuclear Reactors (SMRs) In The Military (англ.). NATO Energy Security Centre of Excellence. Дата обращения: 28 декабря 2020.
  6. ↑ Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung Small Modular Reactors - Was ist von den neuen Reaktorkonzepten zu erwarten? (нем.) (10 марта 2021).
  7. ↑ 1 2 Akademik Lomonosov-1, Power Reactor Information System (PRIS), International Atomic Energy Agency, 2020-09-13.
  8. ↑ Russia connects floating plant to grid. World Nuclear News (19 декабря 2019). — «Alexey Likhachov, director general of state nuclear corporation Rosatom, said Akademik Lomonosov had thus becomes the world's first nuclear power plant based on SMR technology to generate electricity.»
  9. ↑ Mignacca, B.; Locatelli, G. (2020-02-01). “Economics and finance of Small Modular Reactors: A systematic review and research agenda”. Renewable and Sustainable Energy Reviews [англ.]. 118: 109519. DOI:10.1016/j.rser.2019.109519. ISSN 1364-0321.
  10. ↑ UK SMR – brochure with specifications, Rolls-Royce, 2017, <https://www.rolls-royce.com/~/media/Files/R/Rolls-Royce/documents/customers/nuclear/smr-technical-summary.pdf>.  (5 MB) Archived
  11. ↑ Sicherheitstechnische Analyse und Risikobewertung einer Anwendung von SMR-Konzepten (Small Modular Reactors). BASE, März 2021
  12. ↑ Für die Zukunft zu spät. Süddeutsche Zeitung, 9. März 2021
  13. ↑ Small nuclear power reactors - World Nuclear Association. www.world-nuclear.org. Дата обращения: 16 февраля 2022.
  14. ↑ "Nuclear Process Heat for Industry", World Nuclear Association
  15. ↑ Locatelli, Giorgio; Boarin, Sara; Pellegrino, Francesco; Ricotti, Marco E. (2015). “Load following with Small Modular Reactors (SMR): A real options analysis”. Energy. 80: 41—54. DOI:10.1016/j.energy.2014.11.040. ISSN 0360-5442.
  16. ↑ Barber, Gregory. “Smaller Reactors May Still Have a Big Nuclear Waste Problem”. Wired [англ.]. ISSN 1059-1028. Дата обращения 2022-08-03.
  17. ↑ Krall, Lindsay M.; Macfarlane, Allison M.; Ewing, Rodney C. (2022-06-07). “Nuclear waste from small modular reactors”. Proceedings of the National Academy of Sciences [англ.]. 119 (23): e2111833119. DOI:10.1073/pnas.2111833119. ISSN 0027-8424. PMC 9191363. PMID 35639689.
  18. ↑ Cunningham, Nick. Small modular reactors : a possible path forward for nuclear power. — American Security Project, 2012.
  19. ↑ China launches first commercial onshore small reactor project. Reuters (14 июля 2021). Дата обращения: 14 июля 2021. Архивировано 14 июля 2021 года.
  20. ↑ Thorium Molten Salt Reactor China.
  21. ↑ Formal licence review begins for Canadian SMR, World Nuclear News (20 May 2021). Архивировано 22 мая 2021 года. Дата обращения: 19 июня 2021.
  22. ↑ The ANGSTREM Project: Present Status and Development Activities. Дата обращения: 22 июня 2017.
  23. ↑ Kepco E&C teams up with shipbuilder for floating reactors, World Nuclear News (6 October 2020). Дата обращения: 7 октября 2020.
  24. ↑ Specialists of JSC concern TITAN-2 continue to work at the site of the proryv project in Seversk.
  25. ↑ BWRX-300.
  26. ↑ Advances in Small Modular Reactor Technology Developments.
  27. ↑ Medlov FHR v1.
  28. ↑ První milník: koncepční návrh malého modulárního reaktoru byl představen veřejnosti | Centrum výzkumu Řež. cvrez.cz.
  29. ↑ Terrestrial Energy | Integral Molten Salt Reactor Technology (амер. англ.). Terrestrial Energy. Дата обращения: 12 ноября 2016.
  30. ↑ ThorCon | Thorium Molten Salt Reactor (амер. англ.). ThorCon Power. Дата обращения: 7 января 2020.
  31. ↑ French-developed SMR design unveiled, World Nuclear News (17 September 2019). Дата обращения: 18 сентября 2019.
  32. ↑ EDF (2 December 2021). EDF announces the establishment of the International NUWARD Advisory Board. Пресс-релиз.
  33. ↑ Proctor, Darrell. Tech Guru's Plan—Fight Climate Change with Nuclear Power, Power Magazine (February 25, 2020). Дата обращения: 23 ноября 2021.
  34. ↑ World Nuclear Association - World Nuclear News. www.world-nuclear-news.org.
  35. ↑ Rolls-Royce SMR begins UK Generic Design Assessment - Nuclear Engineering International.
  36. ↑ SMR Book 2020.
  37. ↑ Home. www.leadcold.com.
  38. ↑ Archived copy. Дата обращения: 7 октября 2014. Архивировано 11 октября 2014 года.
  39. ↑ SVBR AKME Antysheva.
  40. ↑ Moltex Energy | Safer Cheaper Cleaner Nuclear | Stable Salt Reactors | SSR. moltexenergy.com. Дата обращения: 10 апреля 2018.
  41. ↑ Phase 1 pre-licensing vendor design review executive summary: Moltex Energy (25 мая 2021). Дата обращения: 31 августа 2022.
  42. ↑ UK companies call on government to support nuclear in COVID recovery, World Nuclear News (13 October 2020). Дата обращения: 14 октября 2020.
  43. ↑ Nuclear fuel firm champions "plug-and-play" micro reactors, Reuters (8 Feb 2013). Дата обращения: 3 апреля 2016.
  44. ↑ Litvak, Anya. Westinghouse backs off small nuclear plants (2 February 2014). Дата обращения: 7 октября 2020.

Категории