Розвинені країни поступово намагаються переходити на «зелену енергетику», проте відбувається це не завжди успішно. Взимку це особливо помітно — недоліки «зеленого» виробництва перекривають тепловими та атомними станціями. Та от біда: ТЕС працюють на викопному паливі (що не зовсім футуристично), а атомні станції коштують дорого, регулюються важко і будуються довго.
Аби розв’язати ці проблеми одним махом, Білл Гейтс почав інвестувати у стартап TerraPower, який побудує на місці старої ТЕС у Вайомінгу інноваційну АЕС. За потужності в 345 МВт вона стане дешевим і унікальним «стабілізатором» енергетичної системи майбутніх декад. На основі статті від Forbes ми коротко оглянемо, наскільки реальними є ці перспективи.
Біжи, нейтроне, біжи
Ядерні реакції продукують швидкі нейтрони, які згодом розпадаються. Для стабільності реакції процес треба уповільняти, для чого в сучасних реакторах використовують воду чи графітові сповільнювачі. Вони сповільнюють реакцію і виводять тепло з реактора до парогенераторів.
Та от біда: для урану-238 це занадто повільно, хоча й цього ізотопу в ядерному паливі в рази більше, аніж урану-235. Інакше кажучи, для реакцій урану-238 потрібні швидші нейтрони. Тому новий світовий тренд — реактори без сповільнювачів, які працюють на швидких нейтронах. У таких конструкціях охолоджує не вода, а інший теплоносій.
Знайти таку речовину вкрай важко — більшість сумішей та елементів викликають швидку корозію труб. Найцікавішим в цьому сенсі є рідкий натрій, який і обрали інженери та хіміки з TerraPower. Над назвою реактора кумекали недовго: Natrium.
Якщо не брати до уваги «запальну» хімічну активність натрію, елемент справді корисний. Натрій витримує температуру нагрівання понад 880°C (у води цей показник втричі менший), маючи ще й запас перед самим кипінням. Через це ККД натрієвих реакторів оцінюють на 5-7% більше, аніж водяних — приблизно у 42%. TerraPower, звісно, заявляють ще амбітніші цифри ККД: 44,6%.
«Картонні» реактори
Оскільки воду для реакторів гріють під тиском в 160 атмосфер між товстезних стінок, це створює можливості для збою при охолодженні, як на Фукусімі. Натрій нагрівають за набагато меншого тиску, що і дешевше, і безпечніше. Стінки для таких реакторів «картонні» проти звичайних. Вони набагато тонші та за надзвичайної ситуації різко зупинять роботу помп охолодження. В разі катастрофи сам натрій охолоджуватиметься пасивними системами й віддаватиме тепло в атмосферу.
Краса реакторів TerraPower у тому, що там майже неможливо розплавити щось. Натрієві теплоносії, на відміну від води, майже неможливо перегріти настільки, щоби метал википів і почав плавити активну зону реактора.
Схема і характеристики роботи реактору Natrium. Джерело: TerraPower
Ще одна перевага нових реакторів — чисте уранове паливо, а не оксидне. Це означає, що кожен вільний нейтрон не зможе «врізатись» в атом кисню. Реакції стануть ефективнішими та менш затратними.
Чому, Білле?
Сам Гейтс неодноразово підкреслював, що зелена енергетика не допоможе у переході на безвикидний режим. По-перше, велика частина енергії сьогодні — це тепло, яке дорого отримувати з електрики. По-друге, зелені джерела нестабільні, тому для балансу виробництва-споживання потрібні великі накопичувачі. До речі, у Natrium вони вже вмонтовані.
Очікується, що в періоди мінімального попиту Natrium видаватиме 100 МВт, накопичуючи іншу енергію на період пікового навантаження протягом 5 годин. Це розв’язує одразу кілька проблем. АЕС — це такі штуки, які не можна пригальмувати чи розігнати, як швидкість вентилятора. Тому вночі, коли споживання менше, надлишок енергії треба зберігати. Наразі тільки Natrium пропонує збереження прямо на території АЕС, а не перекидає це завдання на сусідні електромережеві компанії.
Динаміка споживання реактора у різних режимах в різні періоди. Джерело: GE
Утім, власники стартапу зазначили, що передбачити ціну проєкту вкрай важко. За нинішніх прогнозів кіловат потужності коштуватиме 2900 доларів, в рази більше за «зелений». З іншого боку, новітня АЕС працюватиме цілий рік, сумарно виробляючи 2,7 млрд кВт * год. Ані ТЕС, ані ВЕС не дадуть і половини таких об’ємів.
Ключова проблема зі стартапом TerraPower сьогодні в тому, чи зможе він вижити без державного фінансування. Бо одна справа — просити гроші в інвесторів у прибутковий проєкт, а інша — вибивати гранти на продукування відпрацьованого ядерного матеріалу.
Хай там як, ядерна енергетика вагомо впливає на кліматичні проблеми. Фактично вона буде милицями, якщо не фундаментом підтримки зелених джерел енергії та досягненню мети з декарбонізації. Білл Гейтс вирішив, що саме малі модульні реактори будуть найпрактичнішим кроком уперед. Свою ставку він зробив, а ми споглядатимемо, як вона спрацює.
Читайте також
