Малые модульные реакторы

Малый модульный реактор — это ядерный реактор, мощность которого, как правило, не превышает 300 МВт(э), что значительно меньше мощности традиционных энергоблоков АЭС (от 700 до 1600 МВт(э)). Отличительной особенностью ММР является заводское изготовление модулей, которые доставляются на площадку строительства в готовом виде, что позволяет сократить сроки и стоимость сооружения, а также повысить безопасность за счёт стандартизации конструкции.

История

Идея создания малых ядерных реакторов не нова. Первые экспериментальные и промышленные реакторы, построенные в середине XX века, часто имели небольшую мощность. Однако в 1950–1970-х годах в СССР, США и других странах возобладала тенденция к строительству крупных энергоблоков, что позволяло достичь экономии на масштабе. В СССР были разработаны и эксплуатировались малые реакторы для специальных целей, например, для атомных ледоколов (серия ОК-150, ОК-900) и подводных лодок, а также для отдалённых районов (Билибинская АТЭЦ с реакторами ЭГП-6 мощностью 12 МВт(э) каждый).

Современный интерес к ММР возобновился в начале 2000-х годов. Это было связано с рядом факторов: необходимостью декарбонизации энергетики, потребностью в обеспечении энергией удалённых и изолированных территорий, а также с желанием снизить капитальные затраты на строительство АЭС. В 2010-х годах многие страны, включая Россию, США, Китай, Канаду и Великобританию, начали активные государственные и частные программы по разработке ММР.

Конструктивные особенности

Заводское изготовление

Основной принцип ММР — модульность. Реактор и связанное с ним оборудование (парогенераторы, системы безопасности, насосы) собираются в заводских условиях в виде готовых модулей. Это позволяет:

• Сократить объём строительно-монтажных работ на площадке.
• Повысить качество изготовления за счёт контролируемых заводских условий.
• Уменьшить сроки сооружения до 3–4 лет (против 7–10 лет для крупных АЭС).

Типы реакторов

ММР могут быть реализованы на основе различных технологий:

• Водо-водяные реакторы (PWR, BWR) — наиболее распространённый тип, использующий обычную воду в качестве теплоносителя и замедлителя. Примеры: российский проект РИТМ-200 (мощность 50 МВт(э)), американский проект NuScale Power Module (77 МВт(э)).
• Реакторы на быстрых нейтронах — используют жидкометаллический теплоноситель (натрий, свинец, свинец-висмут). Примеры: российский проект БРЕСТ-ОД-300 (300 МВт(э)), китайский проект CFR-600.
• Высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы (HTGR) — используют гелий в качестве теплоносителя и графит в качестве замедлителя. Работают при высоких температурах (700–950 °C), что позволяет применять их для технологического тепла. Примеры: китайский проект HTR-PM (200 МВт(т)), американский проект X-energy.
• Реакторы на расплавах солей (MSR) — теплоносителем является расплавленная соль, содержащая ядерное топливо. Отличаются высокой безопасностью и возможностью сжигания долгоживущих отходов.

Атомные станции малой мощности (АСММ)

Комплекс, включающий один или несколько ММР, называется атомной станцией малой мощности (АСММ). Такие станции могут быть наземными, плавучими (например, российская плавучая атомная теплоэлектростанция «Академик Ломоносов» с реакторами КЛТ-40С мощностью 35 МВт(э) каждый) или подземными.

Безопасность

ММР проектируются с использованием принципов пассивной безопасности. Это означает, что для отвода остаточного тепла и предотвращения расплавления активной зоны не требуется вмешательство оператора или работа активных систем (насосов, дизель-генераторов). В большинстве проектов система аварийного охлаждения работает за счёт естественной циркуляции, гравитации или конвекции. Благодаря меньшей тепловой мощности и более компактной активной зоне, последствия гипотетической аварии на ММР оцениваются как локальные, не требующие эвакуации населения за пределами санитарно-защитной зоны (обычно не более 300–500 метров).

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Снижение капитальных затрат: заводское изготовление и модульная сборка уменьшают стоимость строительства на площадке.
• Гибкость: возможность добавления модулей по мере роста потребности в энергии.
• Применимость для удалённых районов: ММР могут обеспечивать теплом и электроэнергией изолированные посёлки, промышленные объекты, военные базы.
• Экспортный потенциал: стандартизированные модули проще сертифицировать и поставлять в разные страны.
• Снижение рисков: меньший объём работ на площадке уменьшает вероятность задержек и перерасхода средств.

Недостатки

• Экономия на масштабе: малые реакторы дороже в пересчёте на единицу установленной мощности (кВт·ч) по сравнению с крупными АЭС.
• Необходимость лицензирования: для каждого нового типа ММР требуется отдельный процесс лицензирования, который может быть длительным и дорогостоящим.
• Обращение с отработавшим топливом: для некоторых типов ММР (например, с жидкометаллическим теплоносителем) вопросы переработки и хранения топлива могут быть сложнее.
• Восприятие общественностью: несмотря на высокую безопасность, общественное мнение в ряде стран остаётся настороженным к любым ядерным проектам.

Применение

Энергоснабжение

ММР могут использоваться для:

• Электроснабжения промышленных предприятий (нефтегазовые месторождения, горнорудные комбинаты).
• Теплоснабжения городов и посёлков (в когенерационном режиме).
• Обеспечения энергией инфраструктуры в Арктике и других труднодоступных регионах.

Технологическое тепло

Высокотемпературные ММР (HTGR) могут обеспечивать теплом химические, нефтеперерабатывающие и металлургические производства, а также использоваться для производства водорода методом высокотемпературного электролиза или термохимических циклов.

Опреснение воды

ММР могут быть интегрированы с опреснительными установками (обратный осмос, дистилляция), что особенно актуально для засушливых регионов и прибрежных зон.

Проекты в России

Россия является одним из мировых лидеров в области ММР. Основные проекты:

• РИТМ-200 — водо-водяной реактор мощностью 50 МВт(э), разработанный для универсальных атомных ледоколов проекта 22220. В 2022 году началось строительство наземной АСММ на базе РИТМ-200 в посёлке Усть-Куйга (Республика Саха (Якутия)). Планируемый ввод в эксплуатацию — 2028 год.
• Шельф-М — проект плавучей АСММ с реактором мощностью до 10 МВт(э), предназначенный для энергоснабжения арктических посёлков и промышленных объектов.
• БРЕСТ-ОД-300 — опытно-демонстрационный реактор на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем, строящийся в рамках проекта «Прорыв» на площадке Сибирского химического комбината (г. Северск, Томская область). Мощность — 300 МВт(э). Планируемый пуск — 2026–2027 годы.
• ВВЭР-300 — проект малого водо-водяного реактора мощностью 300 МВт(э), разрабатываемый для экспортных поставок.

Проекты в мире

• США: компания NuScale Power получила сертификат проекта (Design Certification) от Комиссии по ядерному регулированию (NRC) на свой модуль мощностью 77 МВт(э). Планируется строительство станции из 12 модулей в штате Айдахо (проект Carbon Free Power Project, отменён в 2023 году из-за роста стоимости).
• Китай: в 2021 году был запущен высокотемпературный газоохлаждаемый реактор HTR-PM (200 МВт(т)) на площадке Шидаовань. Это первый в мире коммерческий ММР данного типа.
• Канада: компания Terrestrial Energy разрабатывает реактор на расплавах солей (IMSR) мощностью 190 МВт(т). Проект находится на стадии лицензирования.
• Великобритания: правительство поддерживает программу Rolls-Royce SMR по созданию малого водо-водяного реактора мощностью 470 МВт(э). Планируется строительство до 16 модулей к 2050 году.

Экономика

Экономическая эффективность ММР остаётся предметом дискуссий. С одной стороны, заводское производство и короткие сроки строительства снижают капитальные затраты (CAPEX). С другой стороны, удельная стоимость установленного киловатта (CAPEX/кВт) для ММР выше, чем для крупных АЭС, из-за отсутствия эффекта масштаба. По оценкам Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), стоимость электроэнергии от ММР может составлять от 60 до 120 долларов США за МВт·ч, что сопоставимо с газовыми электростанциями в регионах с дорогим газом, но выше, чем у крупных АЭС (40–70 долларов за МВт·ч). Однако для изолированных территорий, где доставка топлива (угля, мазута, дизеля) обходится дорого, ММР могут быть экономически конкурентоспособны.

Критика и вызовы

Основные критические замечания в адрес ММР связаны с:

• Неопределённостью экономики: реальные затраты на строительство первых серийных ММР могут оказаться выше прогнозируемых.
• Проблемами лицензирования: каждая страна имеет свои нормы и стандарты, что затрудняет унификацию и экспорт.
• Обращением с отходами: для некоторых типов ММР (например, с жидкометаллическим теплоносителем) не разработаны технологии переработки и захоронения отработавшего топлива.
• Рисками распространения: малые реакторы могут быть использованы для наработки оружейных материалов, хотя современные проекты предусматривают меры нераспространения (например, использование топлива с низким обогащением).

Перспективы

Несмотря на вызовы, ММР рассматриваются как перспективное направление развития атомной энергетики. По данным МАГАТЭ, на 2024 год в мире насчитывается более 80 проектов ММР на разных стадиях разработки. Ожидается, что первые коммерческие станции на базе ММР начнут работу в конце 2020-х – начале 2030-х годов. В России, Китае и Канаде реализуются наиболее продвинутые проекты. В перспективе ММР могут стать основой для децентрализованной, низкоуглеродной энергетики, особенно в регионах, где строительство крупных АЭС нецелесообразно.

Источники

• Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ). «Advances in Small Modular Reactor Technology Developments». 2022.
• Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом». «Малые модульные реакторы: перспективы и проекты». 2023.
• Отчёт Комиссии по ядерному регулированию США (NRC). «Design Certification of NuScale Power Module». 2022.
• Научно-технический сборник «Атомная энергия». Том 134, выпуск 3. 2024.