Министерство энергетики США уделяет большое внимание созданию “чистой” энергетики. В рамках этой деятельности в стране осуществляется активная разработка модульных ядерных реакторов малой мощности, которые считаются в США одним из компонентов такой энергетики.
По габаритам малые модульные ядерные реакторы примерно втрое меньше реакторов большинства действующих американских АЭС; они характеризуются повышенным уровнем безопасности и меньшими рисками для окружающей среды. Многие крупные АЭС обладают элементами активной безопасности, требующими для правильного функционирования взаимодействия с человеком. В то же время в малых модульных ядерных реакторах используются элементы пассивной безопасности, действующие на физических законах и зачастую требующие меньшего числа подвижных деталей. Малые модульные реакторы производятся на заводах и затем транспортируются в места размещения, что сокращает стоимость и сроки строительства. Меньшие габариты также способствуют улучшению адаптируемости реакторов к изменению сетевой нагрузки; такие реакторы являются идеальным вариантом при создании небольших электрических сетей.
В феврале Научно-исследовательский институт электроэнергетики (Electric Power Research Institute) и Национальная лаборатория в Оак-Ридже подготовили доклад о разработке в США модульных ядерных реакторов малой мощности. Главный вывод авторов доклада заключается в том, что в стране существуют потенциальные возможности строительства таких реакторов суммарной мощностью 211 ГВт. В своих расчетах авторы доклада определяли среднюю мощность модульного ядерного реактора в 350 МВт, а Министерство энергетики США использует показатель на уровне 300 МВт.
По мнению компании Westing-house, в США наиболее заметными потенциальными покупателями модульных ядерных реакторов малой мощности являются небольшие электроэнергетические компании, заинтересованные в получении экологически чистого и устойчивого электроснабжения. Такие компании готовы платить за модульный ядерный реактор до $1 млрд. (вместо нескольких миллиардов за крупную АЭС) с целью постепенного расширения установленных мощностей.
В 2012 г. Министерство энергетики США объявило о реализации нового проекта Funding Opportunity Announcement (FOA) по разработке в США малых модульных ядерных реакторов. Целью проекта о возможности получения финансирования является заключение соглашения с частным бизнесом о разделении затрат на разработку и лицензирование малых модульных ядерных реакторов. В течение пяти ближайших лет, согласно заключенным соглашениям, министерство выделит $450 млн. на создание модульных ядерных реакторов.
США пока являются мировым лидером по разработке модульных ядерных реакторов малой мощности, однако некоторые американские эксперты высказывают опасения, что первый работающий модульный ядерный реактор появится в КНР. По мнению World Nuclear Association, это, в частности, касается HTR-PM реактора, сооружение которого ведется в КНР с 2011 г. при поддержке компаний China Huaneng Group, China Nuclear Engineering and Construction, а также Tsinghua University. По мнению Westinghouse, США следует активизировать усилия по разработке модульных ядерных реакторов малой мощности, чтобы не отстать в этой области от КНР, Республики Корея и России.
Компания Generation mPower (СП Babcock & Wilcox и Bechtel Corp.) осуществляет разработку модульного ядерного реактора малой мощности mPower. Длительность эксплуатационного цикла реактора без перезагрузки составляет 4 года; реактор проходит испытания (их срок – пять лет) на специальном комплексе Integrated System Test (IST), на создание которого Babcock & Wilcox затратила около $100 млн. Ввод комплекса в эксплуатацию состоялся в конце 2011 г.; прототип реактора находится в башне высотой примерно 36 м. В процессе испытаний операторы моделируют различные ситуации, которые могут возникнуть при эксплуатации реактора в реальных условиях. Главная задача заключается в получении максимально возможного объема информации для передачи в комиссию по регулированию ядерной энергетики США с целью получения лицензии на новый реактор.
Американские электроэнергетические компании проявляют растущий интерес к модульным ядерным реакторам малой мощности, не является исключением и Tennessee Valley Authority (TVA), крупнейшая электроэнергетическая компания Америки, созданная конгрессом США (более 9 млн. клиентов). TVA уделяет большое внимание внедрению новых технологий в американской энергетике, особенно расширению использования возобновляемых источников энергии, одним из которых является сооружение модульных ядерных реакторов малой мощности.
В 2011 г. TVA подписала с Babcock & Wilcox и крупнейшей в мире инжиниринговой компанией Bechtel декларацию о намерениях, в которой предусматривается проектирование, лицензирование и сооружение до 6 модульных ядерных реакторов малой мощности с использованием обычных легководных реакторных технологий (mPower) на электростанции Clinch River (ввод первого реактора в эксплуатацию намечается на 2020 г.) в шт. Теннесси. По мнению экспертов, в перспективе данный проект может стать гибким и экономически эффективным решением потребностей энергетики США при одновременном снижении выбросов парниковых газов, а компания TVA займет лидирующие позиции в развитии технологии модульных ядерных реакторов малой мощности.
Компания Westinghouse разработала малый модульный ядерный реактор SMR c системами пассивной безопасности и внутрикорпусными устройствами, включающими тепловыделяющие сборки, аналогичные тем, которые применяются в AP1000. В декабре Комиссия по ядерному регулированию официально сертифицировала стандартный проект ядерных реакторов AP1000 Westinghouse Electric.
Многомодульные реакторные установки уже используются в КНР. State Nuclear Power Technology Corporation недавно объявила о начале строительства второго реактора Westinghouse AP1000 . Дополнительные модули AP1000 на каждом участке находятся в стадии строительства, запланировано строительство третьего и четвертого блоков.
Реактор SMR не является уменьшенной копией AP1000, разработчики пытались как можно шире использовать в новом реакторе системы, технологии и принципы, которые прошли успешную проверку в процессе длительной (более 20 лет) эксплуатации реакторов AP1000, что значительно ускорит процесс лицензирования. Компоненты модульного реактора SMR изготовляются в заводских условиях, а сооружение одного реактора занимает 18-24 месяца.
По мнению разработчиков, SMR сможет успешно конкурировать с более мощными реакторами по такому показателю, как удельные капитальные затраты на единицу мощности. В создании нового реактора, кроме Westinghouse, принимает участие также ряд электроэнергетических компаний, а финансирование НИОКР осуществляется за счет средств инвестиционного фонда FOA, деятельность которого, по мнению Westinghouse, значительно облегчает и ускоряет процесс появления на рынке инновационных разработок.
Одной из наиболее серьезных проблем в мировой атомной энергетике является утилизация облученного ядерного топлива, значительные объемы которого существуют во всех промышленно развитых странах. В этих странах, прежде всего в США, ведется активная разработка новых технологий утилизации отходов ядерной энергетики с получением дополнительной энергии. Согласно одной из оценок, энергетическая ценность хранящихся в США отходов атомной индустрии эквивалентна 9 трлн. барр. сырой нефти.
В конце предыдущего десятилетия американо-японский альянс General Electric/Hitachi сообщил о разработке новой технологии PRISM (Power Reactor Innovative Small Module) – модульного реактора IV поколения на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем. Конструкция реактора базируется на разработках 1980-1990-х годов национальной Аргоннской лаборатории (США).
В технологии PRISM несколько модульных реакторов образуют единый комплекс (расположенный на одной площадке) с центром переработки отработанного ядерного топлива. Для этого используется разработанная альянсом собственная технология, запатентованная в США в конце декабря 2009 г.
Переработка отработанного топлива представляет процесс гальванизации с использованием хлорида лития в качестве транспортного агента. В результате серии химических и электрохимических реакций образуется диоксид углерода и уран, который первоначально осаждается на поверхности катода, а затем извлекается из системы и отправляется в цех, выпускающий топливо для реакторов PRISM.
В конце 2011 г. компания General Electric предложила властям Великобритании проект строительства на площадке в Селлафилде (графство Кембрия) атомной электростанции на базе модульного реактора на быстрых нейтронах PRISM. Проект позволит утилизировать отработанное ядерное топливо и использовать для производства электроэнергии крупнейшие в мире запасы плутония (свыше 110 т), накопленные на площадке в Селлафилде, с целью производства МОКС-топлива для реакторов на быстрых нейтронах.
Компания General Atomics осуществляет долговременную (сроком 12 лет) программу создания модульного ядерного реактора на быстрых нейтронах с газовым охлаждением Energy Multuplier Module (EM2) с использованием отработанного ядерного топлива.
Компания построила более 10 малых ядерных реакторов, в основном научно-исследовательских, в том числе два – с газовым охлаждением. Она также является поставщиком различной продукции, в частности катапульт для авианосцев и беспилотных летательных аппаратов.
К разработке нового реактора General Atomics приступила в конце предыдущего десятилетия. Компании предстоит решить множество технических и других проблем; одной из наиболее сложных является проблема финансирования – общие затраты на разработку EM2 оцениваются в $1,7 млрд. В этой связи компания предполагает обратиться за необходимыми средствами к Министерству энергетики США.
Преимущества EM2 перед обычными реакторами заключаются в упрощенной системе выработки электроэнергии, более высокой рабочей температуре, а также в меньшей (примерно на треть) потребности в материалах. Возможность серийного изготовления компонентов EM2 на промышленных предприятиях значительно снизит производственные затраты, а небольшие габариты реактора позволят осуществлять его транспортировку на грузовиках или железнодорожных платформах.
Рабочая температура EM2 превысит 850 град. С, что примерно вдвое больше, чем в обычных водоохлаждаемых реакторах. В этой связи новый реактор может оказаться весьма перспективным для производственных целей (кроме выработки электроэнергии), например, добычи нефти из битуминозных песков, опреснения морской воды или нефтепереработки. (БИКИ/Машиностроение Украины, СНГ, мира)