Почему зимой энергосистема полагается на ядерные реакторы

В это время года стабильная ядерная энергия пользуется большим спросом.

Пока многие из нас заняты покупками, выпечкой и планированием праздничного сезона, атомные электростанции также готовятся к одному из самых загруженных периодов в году.

В США ядерные реакторы следуют предсказуемым сезонным тенденциям. Летом и зимой, как правило, наблюдается самый высокий спрос на электроэнергию, поэтому операторы станций планируют техническое обслуживание и дозаправку на другие периоды года.

Эта регулярность может показаться обыденностью, но то, что действующие реакторы настолько надёжны и предсказуемы, — это настоящее достижение. Это создаёт серьёзные препятствия для технологий следующего поколения, которые, как ожидается, пополнят флот в ближайшие несколько лет.

Как правило, ядерные реакторы работают на постоянной мощности, максимально близкой к полной. В 2024 году средний коэффициент использования установленной мощности (отношение фактической выработки энергии к теоретическому максимуму) для коммерческих реакторов во всем мире составил 83%. В Северной Америке этот показатель составил около 90%.

(Отмечу, что не всегда справедливо смотреть только на это число, сравнивая различные типы электростанций — у электростанций, работающих на природном газе, может быть более низкий коэффициент мощности, но это в основном потому, что их чаще намеренно включают и выключают, чтобы удовлетворить неравномерный спрос.)

Эти высокие коэффициенты использования мощности также подрывают истинную надёжность парка — значительная часть простоев является плановой. Реакторы необходимо заправлять каждые 18–24 месяца, и операторы обычно планируют эти отключения на весну и осень, когда спрос на электроэнергию не так высок, как в период, когда мы все работаем на полную мощность с кондиционерами или обогревателями.

Взгляните на эту диаграмму отключений ядерных установок от Управления энергетической информации США. Бывают дни, особенно в разгар лета, когда количество отключений невелико, и почти все коммерческие реакторы в США работают практически на полную мощность. 28 июля этого года парк работал на 99,6%. Сравните это с 77,6% от установленной мощности 18 октября, когда реакторы были отключены для перегрузки топлива и технического обслуживания. Сейчас нас ждёт очередная напряжённая пора, когда реакторы снова включатся, а количество отключений достигнет очередного минимума.

Это не значит, что все отключения запланированы. На АЭС «Секвойя» в Теннесси в июле 2024 года из-за отказа генератора один из двух реакторов был отключен, и этот простой продлился почти год. (В это время компания также проводила техническое обслуживание, чтобы продлить срок службы станции.) Затем, всего через несколько дней после возобновления работы этого реактора, пришлось остановить всю станцию из-за низкого уровня воды.

И кто может забыть инцидент, произошедший в начале этого года, когда медузы нанесли серьёзный ущерб сразу двум атомным электростанциям во Франции? Во втором случае эти скользкие создания проникли в фильтры оборудования, откачивающего воду из Ла-Манша для охлаждения атомной электростанции Палюэль. Они вынудили станцию сократить производство почти вдвое, хотя и восстановили его в течение нескольких дней.

Связанная история

За исключением случаев столкновения с медузами и периодического технического обслуживания, мировой ядерный флот работает достаточно надёжно. Однако так было не всегда. В 1970-х годах реакторы работали со средним коэффициентом использования установленной мощности (КИУМ) всего 60%. Их останавливали почти так же часто, как и работали.

Современный парк реакторов опирается на многолетний опыт. Сейчас мы наблюдаем рост числа компаний, стремящихся внедрять новые технологии в атомную энергетику.

Реакторы следующего поколения, в которых для топлива или охлаждения используются новые материалы, смогут позаимствовать некоторые уроки у существующего парка, но им также придется столкнуться с новыми проблемами.

Это может означать, что первые демонстрационные реакторы поначалу не будут столь же надёжны, как нынешний коммерческий парк. «Первые в своём роде ядерные технологии, как и любые другие, первые в своём роде, — это очень сложная задача», — говорит Короуш Ширван, профессор ядерной науки и техники Массачусетского технологического института.

Это означает, что реакторам на расплавленных солях, малым модульным реакторам или любым другим существующим конструкциям, вероятно, потребуется время, чтобы преодолеть технические препятствия и войти в свой собственный ритм. Потребовались десятилетия, чтобы прийти к тому моменту, когда мы считаем само собой разумеющимся, что атомный парк может следовать чёткой сезонной кривой, основанной на спросе на электроэнергию.

Ураганы, сбои в электроснабжении и нашествия медуз всегда будут вызывать неожиданные проблемы и вынуждать атомные электростанции (да и любые другие электростанции) останавливаться. Но в целом, сегодня флот работает с исключительно высокой степенью стабильности. Одна из главных задач, стоящих перед технологиями следующего поколения, — доказать, что они способны на то же самое.

Эта статья из еженедельного бюллетеня The Spark, издаваемого Массачусетским технологическим институтом (MIT Technology Review) и посвящённого климату. Чтобы получать его каждую среду, подпишитесь здесь.

Источник: www.technologyreview.com