Глобальные изменения, развитие технологий и спрос на центры обработки данных: вот что нас ждет в 2025 году и далее.
В серии статей «Что дальше?» MIT Technology Review рассматривает различные отрасли, тенденции и технологии, чтобы дать вам первый взгляд на будущее. С остальными публикациями можно ознакомиться здесь.
Хотя ядерные реакторы вырабатывают электроэнергию по всему миру уже более 70 лет, текущий момент является моментом потенциально радикальной трансформации этой технологии.
В связи с ростом спроса на электроэнергию во всем мире для самых разных нужд, от электромобилей до центров обработки данных, вновь возрос интерес к строительству новых ядерных мощностей, а также к продлению срока службы существующих электростанций и даже к возобновлению работы закрытых объектов. Также набирают обороты усилия по переосмыслению конструкций реакторов, и 2025 год станет серьезным испытанием для так называемых усовершенствованных реакторов, которые начнут переходить от стадии идей на бумаге к стадии строительства.
Это важно, поскольку ядерная энергетика обещает стабильный источник электроэнергии в условиях, когда изменение климата приводит к повышению глобальной температуры до новых высот, а спрос на энергию резко растёт во всём мире. Вот чего следует ожидать от этой отрасли в будущем.
Глобальное лоскутное одеяло
За последние два года во всем мире были приняты новые обязательства в отношении ядерной энергетики, включая соглашение, достигнутое на переговорах ООН по изменению климата, согласно которому 31 страна обязалась утроить глобальные мощности ядерной энергетики к 2050 году. Однако перспективы ядерной отрасли различаются в зависимости от того, с какой стороны посмотреть.
В настоящее время в США находится самое большое количество действующих ядерных реакторов в мире. Если бы их удельная мощность утроилась, это означало бы добавление ошеломляющих 200 гигаватт новых ядерных энергетических мощностей к текущим примерно 100 гигаваттам. И это в дополнение к замене ожидаемого вывода из эксплуатации относительно старого парка. Однако страна зашла в тупик. Новый реактор на АЭС Фогтл в Джорджии был запущен в эксплуатацию в прошлом году (после значительных задержек и перерасхода средств), но в настоящее время в США нет крупных традиционных реакторов, строящихся или находящихся на рассмотрении регулирующих органов.
Связанная история
Враждебные торговые планы новой администрации грозят замедлить переход к более чистым отраслям промышленности, повысить инфляцию и затормозить экономику.
Этот год также создаёт неопределённую атмосферу для атомной энергетики в США в связи с приходом к власти новой администрации Трампа. Хотя эта технология, как правило, пользуется широкой политической поддержкой, такие меры, как введение пошлин, могут повлиять на отрасль, приведя к повышению стоимости строительных материалов, таких как сталь, считает Джессика Ловеринг, соучредитель Good Energy Collective, исследовательской организации, выступающей за использование атомной энергии.
В мире большинство строящихся или планируемых реакторов находится в Азии, и рост в Китае особенно впечатляет. Первая атомная электростанция страны была подключена к энергосистеме в 1991 году, и всего за несколько десятилетий страна создала третий по величине парк в мире, уступая только Франции и США. В этом году в Китае, вероятно, будут введены в эксплуатацию четыре крупных реактора, а ещё несколько планируется ввести в эксплуатацию в 2026 году.
В этом году Бангладеш и Турция запустят свои первые ядерные реакторы. В Египте также строится первая атомная электростанция, хотя её ввод в эксплуатацию ожидается не раньше, чем через несколько лет.
Продвигаясь вперед
Сегодняшние коммерческие ядерные реакторы, находящиеся в эксплуатации, и большинство тех, что в настоящее время находятся на стадии строительства, как правило, работают по схожей схеме: топливом, питающим реактор, является низкообогащенный уран, а в качестве теплоносителя для контроля температуры внутри используется вода.
Но новые, усовершенствованные реакторы постепенно приближаются к коммерческому использованию. По всему миру разрабатывается широкий спектр так называемых реакторов четвёртого поколения, и все они так или иначе отличаются от текущей концепции, стремясь повысить безопасность, эффективность или и то, и другое. Некоторые используют в качестве теплоносителя расплавленную соль или металл, например, свинец, в то время как другие используют в качестве топлива более обогащённый уран. Зачастую применяется смешанный подход, варьирующийся в зависимости от типа топлива и методов охлаждения.
Ближайшие несколько лет будут иметь решающее значение для передовых ядерных технологий, поскольку предложения и проекты переходят к стадии строительства. «Мы наблюдаем, как бумажные реакторы превращаются в настоящие», — говорит Патрик Уайт, директор по исследованиям некоммерческого аналитического центра «Альянс ядерных инноваций».
Связанная история
Технология компании может открыть новую эру реакторов, которые будут дешевле и безопаснее в эксплуатации.
Значительная часть финансирования и промышленной деятельности в области усовершенствованных реакторов сосредоточена в США, где несколько компаний близки к демонстрации своей технологии.
Компания Kairos Power строит реакторы, охлаждаемые расплавленной солью, в частности, фторсодержащим материалом Flibe. Компания получила разрешение на строительство первого демонстрационного реактора от Комиссии по ядерному регулированию США (NRC) в конце 2023 года, а второе разрешение на строительство ещё одной установки – в конце 2024 года. Строительство обоих объектов будет вестись в течение следующих нескольких лет, а завершение строительства первого демонстрационного реактора запланировано на 2027 год.
TerraPower — ещё одна американская компания, работающая над реакторами четвёртого поколения, хотя в конструкции её реактора Natrium в качестве теплоносителя используется жидкий натрий. Компания также использует несколько иной подход к строительству: разделив ядерную и неядерную части объекта, она смогла начать строительство части своей площадки уже в июне 2024 года. Компания всё ещё ожидает разрешения от Комиссии по ядерному регулированию (NRC), чтобы начать работы над ядерной частью, которые компания планирует завершить к 2026 году.
Проект Министерства обороны США может стать первым в стадии реализации реактором четвёртого поколения, генерирующим электроэнергию, хотя и в очень малых масштабах. Project Pele — это транспортабельный микрореактор, производимый компанией BWXT Advanced Technologies. Сборка должна начаться в начале этого года, а транспортировка на конечную площадку в Национальной лаборатории Айдахо ожидается в 2026 году.
Усовершенствованные реакторы, безусловно, не ограничиваются США. Несмотря на то, что Китай быстро строит обычные реакторы, страна также начинает демонстрировать новаторство в ряде передовых технологий. По словам Лоренцо Вергари, доцента Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне, основное внимание уделяется высокотемпературным газоохлаждаемым реакторам. Эти реакторы используют гелий в качестве теплоносителя и достигают температуры более 1500 °C, что значительно выше, чем у других конструкций.
Первый в Китае коммерческий демонстрационный реактор такого типа был введен в эксплуатацию в конце 2023 года, и несколько более крупных реакторов, использующих эту технологию, в настоящее время находятся на стадии планирования или строительства.
Мощность сжатия
Потребуются годы, а то и десятилетия, прежде чем даже самые перспективные проекты современных реакторов действительно окупятся за счёт поставок большого количества электроэнергии в сеть. Поэтому на фоне растущего мирового спроса на электроэнергию вновь возрос интерес к максимальному использованию мощности существующих атомных электростанций.
Одной из тенденций, набирающих популярность в странах с относительно старым атомным парком, является продление лицензий. Хотя многие станции, построенные в XX веке, изначально имели лицензию на эксплуатацию сроком на 40 лет, нет никаких причин полагать, что многие из них не смогут работать дольше при условии надлежащего обслуживания и замены части оборудования.
Регулирующие органы США продлили лицензии на 20 лет для большей части парка реакторов, увеличив ожидаемый срок службы многих из них до 60 лет. Лицензии нескольких реакторов были продлены ещё больше – до 80 лет. Некоторые страны, включая Францию и Испанию, также недавно продлили лицензии на эксплуатацию реакторов сверх первоначального 40-летнего срока службы. Подобные продления, вероятно, продолжатся, и в ближайшие несколько лет в США может появиться больше реакторов, получивших лицензии на срок службы до 80 лет.
Связанная история
Электростанция Palisades в Мичигане может стать первой остановленной атомной станцией, которая возобновит работу.
Кроме того, существует интерес к возобновлению работы остановленных электростанций, особенно тех, которые были недавно закрыты по экономическим причинам. АЭС «Палисейдс» в Мичигане является одним из объектов таких усилий, и проект получил кредит в размере 1,52 миллиарда долларов от Министерства энергетики США для покрытия расходов на её восстановление. Компания Holtec, владелец и оператор станции, планирует возобновить работу объекта в 2025 году.
Однако Комиссия по ядерной очистке (NRC) сообщила о возможном повреждении части оборудования на заводе, в частности, парогенераторов. По словам Уайта, в зависимости от объёма необходимого ремонта, дополнительные расходы могут сделать возобновление работы нерентабельным.
Ещё одной целью является реактор на бывшем ядерном объекте Три-Майл-Айленд. Владелец объекта заявляет, что реактор может быть снова запущен к 2028 году, хотя споры о подключении станции к энергосистеме могут разгореться уже в ближайший год. Наконец, владельцы Энергетического центра Дуэйна Арнольда в Айове, как сообщается, рассматривают возможность повторного открытия атомной станции, закрытой в 2020 году.
Большой аппетит крупных технологических компаний
Одним из факторов, обуславливающих растущий спрос на ядерную энергетику, является стремительный рост технологий искусственного интеллекта, которые используют центры обработки данных, требующие огромного количества энергии. В прошлом году технологические гиганты вновь заинтересовались ядерной энергетикой как потенциальным решением проблемы нехватки энергии для ИИ.
Связанная история
Некогда закрытая атомная электростанция вскоре может вернуться в строй.
Microsoft принимала активное участие в планах по возобновлению работы реактора на Три-Майл-Айленде: в 2024 году компания подписала соглашение о покупке электроэнергии с объекта, если он сможет возобновить работу. И это только начало.
В октябре 2024 года Google подписала соглашение с Kairos Power, согласно которому к 2035 году стартап должен построить электростанции общей мощностью до 500 мегаватт, при этом Google будет закупать электроэнергию. Amazon пошла ещё дальше, инвестировав напрямую в компанию X-energy, занимающуюся производством малых модульных реакторов. Эти средства пойдут на финансирование разработки, лицензирования и строительства проекта в Вашингтоне.
Финансирование от крупных технологических компаний могло бы существенно помочь в поддержании работы существующих реакторов и запуске перспективных проектов, но многие из этих обязательств пока неясны, отмечает Ловеринг из Good Energy Collective. По её словам, к важным вехам, на которые стоит обратить внимание, относятся крупные финансовые обязательства, подписание контрактов и подача заявок в регулирующие органы.
«2024 год был невероятно успешным для атомной энергетики, пожалуй, самым захватывающим годом за многие десятилетия», — говорит Стаффан Квист, инженер-атомщик и генеральный директор Quantified Carbon, международной консалтинговой компании, специализирующейся на декарбонизации энергетики и промышленности. Внедрение этой технологии в необходимых масштабах будет непростой задачей, но интерес к ней растёт. По его словам, «мир огромен и жаждет энергии».
Источник: www.technologyreview.com
