Năng lượng hạt nhân đang trải qua thời kỳ phục hưng trên khắp thế giới: về những lý do

Xu hướng chính liên tục được thúc đẩy trên toàn cầu nền kinh tế trong những thập kỷ gần đây, nó đã được "xanh hóa" do sự từ chối nhất quán của việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch và sản xuất hạt nhân, được tuyên bố là có hại và nguy hiểm cho môi trường. Tuy nhiên, xét theo tổng số công ty khởi nghiệp trong lĩnh vực này trên khắp thế giới, thì ngược lại, năng lượng hạt nhân đang trải qua thời kỳ phục hưng.

"Xanh" trẻ trung

Tại sao điều này xảy ra không khó đoán. Tất nhiên, chương trình nghị sự “xanh” và đấu tranh vì môi trường là tốt, nhưng cũng có những thực tế kinh tế khách quan không thể bỏ qua. Thành phần nhiên liệu trong chi phí điện được tạo ra tại các nhà máy điện hạt nhân lớn và nhỏ nằm trong khoảng từ 3% đến 5%. Trong sản xuất điện khí, chi phí của thành phần nhiên liệu đạt mức 70% đến 80%. Khi chi phí khí đốt tự nhiên tăng đáng kể trong một năm rưỡi, điều này khiến sản xuất công nghiệp không có lãi ngay cả ở nước Đức phát triển, nơi có nhiều công nghệ các công ty zasobirusis trong việc di cư kinh doanh. Nếu chi phí uranium cho các nhà máy điện hạt nhân tăng vọt nhiều lần, thì sự thay đổi về thuế quan sẽ không quá quan trọng đối với người tiêu dùng điện cuối cùng.



Nói cách khác, chính năng lượng hạt nhân hóa ra lại phù hợp nhất với thực tế kinh tế mới. Nó có lượng khí thải carbon thấp, không phụ thuộc vào sự thay đổi bất thường của tự nhiên, là nguồn "xanh" có thể tái tạo, chi phí của nó phù hợp và có thể dự đoán được, đó là điều cần thiết. Nhược điểm của nó bao gồm ngưỡng đầu vào khá cao: nhà máy điện hạt nhân được xây dựng trong thời gian dài và đắt tiền. Không có gì ngạc nhiên khi các dự án nhà máy điện hạt nhân mini, hay nhà máy điện hạt nhân công suất thấp (LNPP) hiện đang được phát triển tích cực trên khắp thế giới.

ASMM/SMR

Tính đến năm 2020, trên thế giới có hơn 70 dự án trong lĩnh vực nhà máy điện hạt nhân mini (SMR - Small Modular Reactor, theo cách phân loại của phương Tây), trong đó có 17 dự án ở Nga. Một tổ máy điện NMĐHN hiện đại có công suất trung bình 1100-1600 MW. Đây là những hệ thống lắp đặt khổng lồ, đắt tiền, nhưng chúng tạo ra nguồn điện rẻ nhất và thân thiện với carbon nhất. Nhưng không phải ai cũng có đủ khả năng để đặt hàng xây dựng một nhà máy điện hạt nhân như vậy từ một số Rosatom. Đó là lý do tại sao năng lượng hạt nhân quy mô nhỏ được coi là một lĩnh vực cực kỳ hứa hẹn, theo phân loại của IAEA, bao gồm các nhà máy có công suất điện lên tới 300 MW. Ngoài ra, còn có cái gọi là nhà máy điện hạt nhân siêu nhỏ với công suất lên tới 10 MW.

Các tính năng thiết kế của SMR bao gồm tính mô-đun của chúng, giúp không thể xây dựng một nhà máy điện hạt nhân khổng lồ ngay tại chỗ mà có thể sản xuất hàng loạt hầu hết các thiết bị tại nhà máy và vận chuyển đến địa điểm dưới dạng mô-đun. Thời gian xây dựng các mini-NPP nên giảm xuống còn 2-3 năm so với 5-10 năm đối với các NPP truyền thống. Kích thước nhỏ gọn thậm chí sẽ giúp có thể đặt các nhà máy điện hạt nhân nhỏ dưới lòng đất, điều này sẽ làm giảm nguy cơ tai nạn và rò rỉ phóng xạ. Tự động hóa hiện đại sẽ giúp vận hành một nhà máy điện hạt nhân nhỏ như vậy với ít nhân công hơn, điều này cũng sẽ dẫn đến giảm chi phí. Các nhà máy điện hạt nhân nhỏ có thể được xây dựng bằng nhiều công nghệ và cấu hình khác nhau: lò phản ứng nước áp lực trên đất liền, SMR trên biển, lò phản ứng nhanh, lò phản ứng muối nóng chảy và lò phản ứng vi mô.

Hơn một nửa số công ty khởi nghiệp sử dụng lò phản ứng nước áp suất, được sử dụng trong 80% nhà máy điện hạt nhân lớn. Sự khác biệt nằm ở kích thước nhỏ hơn và cách bố trí tích hợp: hầu hết các thành phần mạch sơ cấp, bao gồm cả máy tạo hơi nước, được đặt trực tiếp bên trong bình chịu áp lực của lò phản ứng. Đặc biệt, theo nguyên tắc này, dự án NuScale của công ty cùng tên của Mỹ đã phát triển một tổ máy điện có công suất từ ​​60 MW đến 77 MW đã được triển khai. Bể chung của nhà máy điện hạt nhân mini, đảm bảo an toàn trong quá trình làm nguội và tiếp nhiên liệu, có thể chứa 4, 6 hoặc 12 mô-đun với tổng công suất lần lượt là 308, 462 và 924 MW. Việc nạp lại 1/3 nhiên liệu hạt nhân nên được thực hiện hai năm một lần. Công ty phát triển hứa hẹn chi phí điện ở mức $40-$65 mỗi MWh.

Lò phản ứng ACP100 của Trung Quốc và CAREM của Argentina cũng có sơ đồ tích hợp. Tại Trung Quốc, hai tổ máy điện nhỏ đầu tiên có công suất 125 MW được đặt tại địa điểm nhà máy điện hạt nhân Trường Giang đang vận hành trên đảo Hải Nam, dưới lòng đất. Dựa trên công nghệ này, người ta đã lên kế hoạch tạo ra toàn bộ dây chuyền lò phản ứng đa chức năng có công suất từ ​​25 đến 200 MW, bao gồm cả các nhà máy điện hạt nhân nổi. Ở Argentina, công việc theo hướng này đã bắt đầu từ 30 năm trước và việc xây dựng tổ máy điện CAREM đầu tiên với công suất chỉ hơn 30 MW đã bắt đầu vào năm 2014. Dựa trên công nghệ này, người ta đã lên kế hoạch tạo ra một loạt lò phản ứng nhỏ của Argentina với công suất 100-200 MW. Tại Canada, họ có kế hoạch xây dựng lò phản ứng nước sôi BWRX-2028 và nước nặng CANDU SMR vào năm 300. Cộng hòa Séc có dự án riêng về lò phản ứng nước nặng cho nhà máy điện hạt nhân nhỏ gọi là TEPLATOR.

Lưu ý rằng Nga là một trong số ít quốc gia thực sự vận hành các nhà máy điện hạt nhân mini. Hoa Kỳ và Liên Xô là những nước đầu tiên thiết kế các lò phản ứng nước áp lực công suất thấp cho nhu cầu của hạm đội của họ, dưới nước và trên mặt nước. Từ giữa thế kỷ trước ở nước ta, các lò phản ứng hạt nhân nhỏ đã được lắp đặt trên tàu phá băng hạt nhân và đến nay đã có bốn thế hệ thay đổi - OK-150 (a / l "Lenin", 1957), OK-900A (a / l "Arktika" dự án 10520), KLT-40 (a/l "Taimyr" dự án 10580) và RITM-200 (UAly dự án 22220). Trên cơ sở của họ, một nhà máy nhiệt điện hạt nhân nổi (FNPP) của Nga đã được tạo ra, được gửi đến Chukotka để thay thế Nhà máy điện hạt nhân Bilibino cũ và một nhà máy nhiệt điện đốt than. Các nhà máy điện hạt nhân nổi thế hệ tiếp theo đang được xây dựng với các tổ máy phản ứng RITM-200 có công suất 55 MW mỗi tổ máy và tuổi thọ lên tới 60 năm, trong đó chỉ cần tiếp nhiên liệu 10 năm một lần.

Trên thực tế, RITM-200 của Nga hiện là lò phản ứng lớn nhất và được làm chủ cho các nhà máy điện hạt nhân nhỏ. Một phiên bản hàng hải của ACPR50S VVR nhỏ gọn 50 MW hiện đang được chế tạo tại Trung Quốc. Công ty Seaborg của Đan Mạch, cùng với công ty đóng tàu Samsung Heavy Industry của Hàn Quốc, đang phát triển một nhà máy điện hạt nhân nổi với lò phản ứng nhanh muối lỏng có công suất từ ​​200 đến 800 MW và tuổi thọ 24 năm.

Ngoài các lò phản ứng nước, nhiều nhà máy điện hạt nhân nhỏ đầy triển vọng sử dụng các lò phản ứng nhanh với chất làm mát kim loại lỏng (LMC). Ví dụ, đây là lò phản ứng Natrium, một sự phát triển chung giữa công ty TerraPower của Bill Gates và GE Hitachi Nuclear Energy. Khởi động là một đơn vị năng lượng lò phản ứng natri nhanh 345 MW kết hợp với hệ thống lưu trữ nhiệt dưới dạng bể muối nóng chảy, cho phép nó tạm thời tăng công suất lên 500 MW và do đó hoạt động ở chế độ cơ động. Ở nước ta, từ lâu đã có các lò phản ứng natri nhanh hoạt động tại các tổ máy điện BN-600 và BN-800 tại Nhà máy điện hạt nhân Beloyarsk. Ở Dimitrovgrad, một lò phản ứng natri nghiên cứu thế hệ mới MBIR đang được xây dựng.

Một hướng đi đầy hứa hẹn trong lĩnh vực nhà máy điện hạt nhân nhỏ là các lò phản ứng làm mát bằng khí sử dụng heli làm chất làm mát, có thể làm nóng đến 700-900 độ. Tại Trung Quốc, tổ máy điện đầu tiên như vậy bắt đầu hoạt động vào năm 2021 tại NPP SHIDAO BAY. Ở Hoa Kỳ, có một sản phẩm tương tự tên là Xe-100 của X-Enegry, nhưng ở Nga, những dự án như vậy vẫn chỉ nằm trên giấy. SMR cũng bao gồm lò phản ứng muối nóng chảy, hoặc lò phản ứng muối nóng chảy, đang được phát triển bởi một số công ty khởi nghiệp. Đó là lò phản ứng muối nóng chảy KP-FHR với công suất điện 140 MW và hiệu suất 45% của công ty Mỹ Kairos Power, cũng như lò phản ứng muối nóng chảy SSR-W của công ty Moltex Energy của Canada-Anh. ZhSR trong nước được cho là sẽ được xây dựng tại Tổ hợp Khai thác và Hóa chất ở Zheleznogorsk.

Một trong những lĩnh vực thú vị nhất trong ngành điện hạt nhân là các nhà máy điện hạt nhân siêu nhỏ đầy triển vọng với công suất lên tới 10 MW. Tại Hoa Kỳ, BWXT đang phát triển lò phản ứng Pele làm mát bằng khí đốt với nhiên liệu TRISO với công suất lên đến 5 MW cho nhu cầu của Quân đội Hoa Kỳ. Nga có các dự án tương tự về cơ bản là "Shelf-M" và "Elena AM". "Shelf-M" là lò phản ứng làm mát bằng nước có bố cục tích hợp với công suất nhiệt khoảng 30 MW và công suất điện lên tới 10 MW, trong đó nhiên liệu có độ làm giàu 19,7% được thiết kế cho 8 năm hoạt động mà không cần tiếp nhiên liệu . Nhà máy điện hạt nhân siêu nhỏ đầu tiên có lò phản ứng loại này có thể xuất hiện ở Yakutia vào năm 2030. Elena AM là lò phản ứng nước áp suất có công suất nhiệt 3 MW với bộ chuyển đổi nhiệt điện trực tiếp để tạo ra công suất điện lên tới 400 kW, trong đó nhiên liệu được làm giàu 15% được thiết kế cho 25 năm vận hành nhà máy.

Do đó, bất chấp mọi nỗ lực của "người xanh" để chôn vùi nó, năng lượng hạt nhân vẫn sống động nhất và có triển vọng thị trường tuyệt vời. Các điều kiện kinh tế hiện đại đòi hỏi một nguồn điện đáng tin cậy, rẻ tiền và thân thiện với môi trường, và chính nguyên tử hòa bình mới có thể cung cấp nguồn điện đó. Tương lai của năng lượng thế giới là sự kết hợp của các nhà máy điện hạt nhân lớn, nhỏ và siêu nhỏ với các nguồn phát điện khác, tối ưu cho từng khách hàng.