АЭС с приделом
ОБЗОР / ИЮНЬ – ИЮЛЬ #3_2023
Текст: Ингард ШУЛЬГА / Фото: Siemens.com, Terrapower.com, Moltexflex.com, Copenhagenatomics.com
Значительное превышение бюджетов и сроков строительства целого ряда реакторов последних поколений заставляет многих инвесторов отказаться от новых проектов в атомной энергетике или искать пути улучшения их экономики. Один из наиболее перспективных путей — соединение ядерной генерации с накоплением энергии.
Атомная станция с накопителями энергии имеет несколько преимуществ перед традиционной. Во-первых, возрастает маневренность и появляются дополнительные способы ее обеспечения, что открывает перед ядерной генерацией нехарактерные для нее рыночные ниши: поставки пиковой и полупиковой мощности, a в ряде случаев — предоставление системных услуг. Во-вторых, расширяются возможности участия АЭС в поставках бытового или промышленного тепла. В-третьих, при использовании определенных технологий энергоаккумулирования возрастает КПД энергоблока. В-четвертых, увеличивается ценность ядерной генерации как стабилизатора энергосистемы в условиях быстрого роста в ней роли распределенных ВИЭ. В-пятых, при определенных особенностях проекта накопитель энергии может служить дополнительным противоаварийным средством для ядерного энергоблока. Наконец, в‑шестых, такой комплекс усиливает достоинства АЭС как низкоуглеродной генерации.
Научные сотрудники датской компании Copenhagen Atomics
Выбор технологий
Комбинация АЭС с накопителями энергии известна давно — это прежде всего гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), работающие во многих странах в функциональной связке с крупной базовой генерацией, в том числе ядерной. Несмотря на бурный рост рынка аккумуляторов разных типов, ГАЭС остаются доминирующим сегментом промышленного накопления энергии: на них приходится свыше 95 % энергоотдачи от таких объектов. Однако наряду с достоинствами (прежде всего, сравнительной дешевизной хранения единицы энергии и очень высокой маневренностью) этот способ имеет ряд недостатков, способствующих весьма динамичному развитию в нынешнем веке альтернативных технологий накопления. К недочетам относятся: экологическая «небезобидность» ГАЭС; ограниченные возможности их размещения; повышенные энергопотери по сравнению с рядом других способов аккумулирования энергии. С точки зрения использования вместе с ядерной генерацией можно считать недостатком и еще одну особенность ГАЭС — как правило, непрактичность сооружения небольших гидроаккумулирующих станций, что в ряде случаев может оказаться препятствием для применения этой технологии в паре с малыми реакторами, за рынком которых — большое будущее.
Среди разнообразных технологий накопления энергии возрастающий интерес в плане применения в комплексе с ядерной генерацией вызывает термоаккумуляция, имеющая ряд преимуществ перед другими способами. Не случайно среди многочисленных предложений и конкретных проектов внедрения новых реакторных технологий чаще стали встречаться предусматривающие создание накопителей тепла. Все существующие проекты ядерной генерации связаны с производством тепловой энергии в качестве промежуточного или (пока реже) конечного продукта, что порождает идею его накопления с различными целями. При этом КПД атомной энергетики (в лучшем случае, некоторых малораспространенных типов реакторов, — чуть более 40 %) сильно отстает от показателя тепловой генерации на органическом топливе (в предельных случаях — чуть более 60 %). Применение накопителей тепловой энергии позволяет с пользой утилизировать некоторую долю тепла, ныне, как правило, выбрасываемого в окружающую среду, тем самым повышая КПД энергокомплекса.
Проекты аккумулирования тепловой энергии обычно основаны на включении накопителя во второй или последующие контуры РУ; в них нередко используется тот же вид теплоносителя, что и в первом контуре. Эффективность использования аккумулируемого тепла в целом прямо пропорциональна его температуре, поэтому применение таких технологий особенно привлекательно в случае высокотемпературных реакторов: жидкосолевых (ЖСР), на быстрых нейтронах, газоохлаждаемых. Высокопотенциальная тепловая энергия таких реакторов может без дополнительных энергозатрат использоваться для производства электричества (увеличивая мощность энергокомплекса, например, в пиковые часы на десятки процентов или кратно), а также в промышленных технологических процессах. Эти передовые реакторы существуют в мире в единичных экземплярах, но во многих странах планируется их дальнейшее внедрение, иногда с энергонакопительным компонентом.
Комбинация АЭС с накопителями энергии известна давно — это прежде всего гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), работающие во многих странах в функциональной связке с крупной базовой генерацией, в том числе ядерной. Несмотря на бурный рост рынка аккумуляторов разных типов, ГАЭС остаются доминирующим сегментом промышленного накопления энергии: на них приходится свыше 95 % энергоотдачи от таких объектов. Однако наряду с достоинствами (прежде всего, сравнительной дешевизной хранения единицы энергии и очень высокой маневренностью) этот способ имеет ряд недостатков, способствующих весьма динамичному развитию в нынешнем веке альтернативных технологий накопления. К недочетам относятся: экологическая «небезобидность» ГАЭС; ограниченные возможности их размещения; повышенные энергопотери по сравнению с рядом других способов аккумулирования энергии. С точки зрения использования вместе с ядерной генерацией можно считать недостатком и еще одну особенность ГАЭС — как правило, непрактичность сооружения небольших гидроаккумулирующих станций, что в ряде случаев может оказаться препятствием для применения этой технологии в паре с малыми реакторами, за рынком которых — большое будущее.
Среди разнообразных технологий накопления энергии возрастающий интерес в плане применения в комплексе с ядерной генерацией вызывает термоаккумуляция, имеющая ряд преимуществ перед другими способами. Не случайно среди многочисленных предложений и конкретных проектов внедрения новых реакторных технологий чаще стали встречаться предусматривающие создание накопителей тепла. Все существующие проекты ядерной генерации связаны с производством тепловой энергии в качестве промежуточного или (пока реже) конечного продукта, что порождает идею его накопления с различными целями. При этом КПД атомной энергетики (в лучшем случае, некоторых малораспространенных типов реакторов, — чуть более 40 %) сильно отстает от показателя тепловой генерации на органическом топливе (в предельных случаях — чуть более 60 %). Применение накопителей тепловой энергии позволяет с пользой утилизировать некоторую долю тепла, ныне, как правило, выбрасываемого в окружающую среду, тем самым повышая КПД энергокомплекса.
Проекты аккумулирования тепловой энергии обычно основаны на включении накопителя во второй или последующие контуры РУ; в них нередко используется тот же вид теплоносителя, что и в первом контуре. Эффективность использования аккумулируемого тепла в целом прямо пропорциональна его температуре, поэтому применение таких технологий особенно привлекательно в случае высокотемпературных реакторов: жидкосолевых (ЖСР), на быстрых нейтронах, газоохлаждаемых. Высокопотенциальная тепловая энергия таких реакторов может без дополнительных энергозатрат использоваться для производства электричества (увеличивая мощность энергокомплекса, например, в пиковые часы на десятки процентов или кратно), а также в промышленных технологических процессах. Эти передовые реакторы существуют в мире в единичных экземплярах, но во многих странах планируется их дальнейшее внедрение, иногда с энергонакопительным компонентом.
Технологии накопления энергии
Существуют различные технологии накопления энергии, основанные на разных физических принципах. Большинство промышленных способов аккумулирования энергии основаны на ее запасании в формах, отличных от электрической, с последующим переводом в электричество.
Наиболее масштабно применяется гидроаккумуляция, осуществляемая гидроаккумулирующими электростанциями (ГАЭС) и основанная на подъеме воды на уровень, с которого она затем стекает, проходя через турбины и производя таким образом, электрическую энергию. Затрачиваемая на закачку (как правило, электрическая) энергия всегда значительно больше получаемой. Существуют необычные концепции гидроаккумуляторов, например, закачка воды в огромные резервуары-цилиндры с вытеснением вверх массивных поршней; в режиме разрядки такого накопителя вода, вытесняемая под тяжестью поршня, приводит в движение турбогенераторы. Функции накопления энергии в качестве вторичных могут выполнять и некоторые гидроэлектростанции (ГЭС).
Второй, все шире распространяющийся тип накопителей энергии — химические аккумуляторы, накапливающие в процессе зарядки химическую энергию, которая при разрядке преобразуется в электрическую.
В стационарной энергетике применяются различные виды таких аккумуляторных батарей, в зависимости от основных используемых в них химических элементов: литий-ионные, натрий-серные, натрий-никель-хлоридные, никель-металгидридные, свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, цинк-бромидные и ванадий-редоксные проточные, а также некоторые другие. Особый вид накопителей, применяемых в энергетике, — суперконденсаторы (электрохимические конденсаторы). Принципиальная особенность этой технологии — накопление большой разности потенциалов между двумя электрическими слоями, возникающими на границе между пористым (для увеличения площади) электродом и электролитом. Для таких систем характерны большие токи при разрядке. Особый интерес для современной атомной энергетики представляет термоаккумуляция — накопление тепла или холода. В случае холода (который менее актуален для энергокомплексов на основе АЭС) товарным продуктом, поставляемым потребителю, является не энергия, а, наоборот, возможность ее интенсивного поглощения. Аккумулирование тепла осуществляется, как правило, в теплоемких веществах, находящихся в жидком или твердом агрегатных состояниях. Пневмонакопители основаны на запасании энергии при сжимании газов — чаще всего воздуха. В качестве гигантских резервуаров давления могут использоваться подземные полости, например пещеры, или геологические пласты, в которых в результате добычи полезных ископаемых возникло разрежение. Роторные, или маховиковые, накопители основаны на накоплении кинетической энергии циклического, вращательного движения массивных роторов. К способам накопления энергии формально можно отнести также хранение ядерного или органического горючего, в том числе синтетического топлива или водорода.
Наряду с перечисленными типами накопителей, имеющими промышленное применение, существуют и более экзотические технологии, использование которых пока находится на стадии НИОКР или ограничено узкоспециальными областями. К таковым относятся, например, сверхпроводниковые накопители, аккумулирующие энергию за счет магнитного поля; изомерные накопители, в которых энергия запасена в большом числе атомов определенных изотопов, находящихся в повышенном энергетическом (возбужденном или изомерном) состоянии.
Наиболее масштабно применяется гидроаккумуляция, осуществляемая гидроаккумулирующими электростанциями (ГАЭС) и основанная на подъеме воды на уровень, с которого она затем стекает, проходя через турбины и производя таким образом, электрическую энергию. Затрачиваемая на закачку (как правило, электрическая) энергия всегда значительно больше получаемой. Существуют необычные концепции гидроаккумуляторов, например, закачка воды в огромные резервуары-цилиндры с вытеснением вверх массивных поршней; в режиме разрядки такого накопителя вода, вытесняемая под тяжестью поршня, приводит в движение турбогенераторы. Функции накопления энергии в качестве вторичных могут выполнять и некоторые гидроэлектростанции (ГЭС).
Второй, все шире распространяющийся тип накопителей энергии — химические аккумуляторы, накапливающие в процессе зарядки химическую энергию, которая при разрядке преобразуется в электрическую.
В стационарной энергетике применяются различные виды таких аккумуляторных батарей, в зависимости от основных используемых в них химических элементов: литий-ионные, натрий-серные, натрий-никель-хлоридные, никель-металгидридные, свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, цинк-бромидные и ванадий-редоксные проточные, а также некоторые другие. Особый вид накопителей, применяемых в энергетике, — суперконденсаторы (электрохимические конденсаторы). Принципиальная особенность этой технологии — накопление большой разности потенциалов между двумя электрическими слоями, возникающими на границе между пористым (для увеличения площади) электродом и электролитом. Для таких систем характерны большие токи при разрядке. Особый интерес для современной атомной энергетики представляет термоаккумуляция — накопление тепла или холода. В случае холода (который менее актуален для энергокомплексов на основе АЭС) товарным продуктом, поставляемым потребителю, является не энергия, а, наоборот, возможность ее интенсивного поглощения. Аккумулирование тепла осуществляется, как правило, в теплоемких веществах, находящихся в жидком или твердом агрегатных состояниях. Пневмонакопители основаны на запасании энергии при сжимании газов — чаще всего воздуха. В качестве гигантских резервуаров давления могут использоваться подземные полости, например пещеры, или геологические пласты, в которых в результате добычи полезных ископаемых возникло разрежение. Роторные, или маховиковые, накопители основаны на накоплении кинетической энергии циклического, вращательного движения массивных роторов. К способам накопления энергии формально можно отнести также хранение ядерного или органического горючего, в том числе синтетического топлива или водорода.
Наряду с перечисленными типами накопителей, имеющими промышленное применение, существуют и более экзотические технологии, использование которых пока находится на стадии НИОКР или ограничено узкоспециальными областями. К таковым относятся, например, сверхпроводниковые накопители, аккумулирующие энергию за счет магнитного поля; изомерные накопители, в которых энергия запасена в большом числе атомов определенных изотопов, находящихся в повышенном энергетическом (возбужденном или изомерном) состоянии.
Проекты с быстрыми реакторами
Среди проектов, имеющих наибольшие шансы на первоочередную реализацию, стоит отметить совместное начинание американских компаний TerraPower и GE Hitachi (GEH). Их проект Natrium предусматривает создание типового энергокомплекса с реактором на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем и жидкосолевым накопителем. Реактор, основанный на давней конструкции GE Hitachi под названием PRISM, имеет мощность 345 МВт (э), которая может быть увеличена за счет накопителя примерно до 500 МВт (э) в течение 5,5 пиковых часов. Проект стал одной из двух концепций, получивших массированную финансовую поддержку федеральных властей США в рамках программы создания демонстрационных версий передовых реакторов (ARDP): власти готовы покрыть до половины расходов на первый проект при условии пуска демонстрационного энергоблока к 2028 году.
Первый подобный блок планируется построить на площадке американской энергокомпании PacifiCorp в Кеммерере, штат Вайоминг. Проект должен стать примером для типового решения — замещения выводимых из эксплуатации угольных энергоблоков ядерными энергокомплексами с тепловой аккумуляцией, способными работать не только в базовом режиме, доступном угольной генерации, и при этом снизить почти до нуля парниковую эмиссию. В планах PacifiCorp — строительство к середине 2030‑х годов до шести таких комплексов на разных площадках.
Среди проектов, имеющих наибольшие шансы на первоочередную реализацию, стоит отметить совместное начинание американских компаний TerraPower и GE Hitachi (GEH). Их проект Natrium предусматривает создание типового энергокомплекса с реактором на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем и жидкосолевым накопителем. Реактор, основанный на давней конструкции GE Hitachi под названием PRISM, имеет мощность 345 МВт (э), которая может быть увеличена за счет накопителя примерно до 500 МВт (э) в течение 5,5 пиковых часов. Проект стал одной из двух концепций, получивших массированную финансовую поддержку федеральных властей США в рамках программы создания демонстрационных версий передовых реакторов (ARDP): власти готовы покрыть до половины расходов на первый проект при условии пуска демонстрационного энергоблока к 2028 году.
Первый подобный блок планируется построить на площадке американской энергокомпании PacifiCorp в Кеммерере, штат Вайоминг. Проект должен стать примером для типового решения — замещения выводимых из эксплуатации угольных энергоблоков ядерными энергокомплексами с тепловой аккумуляцией, способными работать не только в базовом режиме, доступном угольной генерации, и при этом снизить почти до нуля парниковую эмиссию. В планах PacifiCorp — строительство к середине 2030‑х годов до шести таких комплексов на разных площадках.
Проект типового энергокомплекса с реактором Natrium на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем и жидкосолевым накопителем
Помимо демонстрационного энергокомплекса бюджетную поддержку в рамках ARDP также получает завод фабрикации плотного металлического топлива с обогащением около 20 % для этого реактора, планируемый на площадке GEH в Уилмингтоне. Однако изменения, произошедшие за последние полтора года в ситуации на рынках урановых переделов из-за новых геополитических реалий, заставили компанию TerraPower заговорить о возможной задержке развертывания промышленного производства топлива и, как следствие, — о сдвиге примерно до 2030 года срока завершения головного проекта.
Похожий проект продвигает в рамках инновационной программы «Франция 2030» французская компания Hexana — специально созданная для этого дочерняя структура государственной Комиссии по атомной и альтернативным источникам энергии (CEA). Предполагается комбинация пары реакторов на быстрых нейтронах общей тепловой мощностью 800 МВт, охлаждаемых натрием, с аккумуляторами тепла на основе разогреваемой до ~500 °C соли. Энергокомплекс предназначен для поставки по гибкому графику как электрической, так и тепловой энергии для промышленных и бытовых нужд. Для реакторов Hexana планируется использовать MOКС-топливо, производимое в значительных количествах из ОЯТ легководных РУ на площадке в Маркуле. Демонстрационный энергокомплекс предлагается построить к 2035 году.
Похожий проект продвигает в рамках инновационной программы «Франция 2030» французская компания Hexana — специально созданная для этого дочерняя структура государственной Комиссии по атомной и альтернативным источникам энергии (CEA). Предполагается комбинация пары реакторов на быстрых нейтронах общей тепловой мощностью 800 МВт, охлаждаемых натрием, с аккумуляторами тепла на основе разогреваемой до ~500 °C соли. Энергокомплекс предназначен для поставки по гибкому графику как электрической, так и тепловой энергии для промышленных и бытовых нужд. Для реакторов Hexana планируется использовать MOКС-топливо, производимое в значительных количествах из ОЯТ легководных РУ на площадке в Маркуле. Демонстрационный энергокомплекс предлагается построить к 2035 году.
Функции накопителей энергии
Накопители давно применяются в энергетике и занимают в ней всё более важное место, позволяя решать некоторые проблемы, нарастающие по мере развития энергосистем. Одна из основных функций накопителей — возможность покрытия с их помощью пиковых нагрузок. Работая в комплексе с классическими базовыми генераторами, такими как угольные или ядерные энергоблоки, накопители придают им свойства наиболее маневренных генераторов, таких как ГЭС или газовые турбины.
Накопители могут использоваться для осуществления системных функций, помогая регулировать частоту, мощность, напряжение, повышая надежность работы энергосистемы. Накопители становятся для ряда энергосистем дополнительным резервом мощности — как «холодным», так и «горячим», уподобляясь при этом некоторым генерирующим мощностям с подобным статусом и иногда компенсируя структурные недостатки имеющихся резервов генерации (например, нехватку генераторов «горячего» резерва). Накопители также полезны для «перезапуска» энергосистемы после аварий и отключений. В силу большинства перечисленных функциональных возможностей накопители становятся ключевым средством, обеспечивающим интеграцию распределенных ВИЭ в энергосистемы, компенсирующим главные недостатки возобновляемых источников — неустойчивость и непредсказуемость их работы в силу переменчивости природных явлений. Накопители могут быть весьма эффективными источниками не только электрической, но и тепловой энергии. При использовании тепловых аккумуляторов можно экономить значительные ресурсы, расходуемые на преобразование энергии из одной формы в другую. Одно из уникальных свойств накопителей — возможность их физического использования на стороне потребителя, а не только поставщика энергии. Это расширяет инструментарий активного участия потребителей в энергетическом рынке — прежде всего в рынке электричества — в качестве компонента регулирования энергосистемы. Эта возможность в современной практике чаще всего реализуется за счет технологий электрохимической аккумуляции.
Накопители могут использоваться для осуществления системных функций, помогая регулировать частоту, мощность, напряжение, повышая надежность работы энергосистемы. Накопители становятся для ряда энергосистем дополнительным резервом мощности — как «холодным», так и «горячим», уподобляясь при этом некоторым генерирующим мощностям с подобным статусом и иногда компенсируя структурные недостатки имеющихся резервов генерации (например, нехватку генераторов «горячего» резерва). Накопители также полезны для «перезапуска» энергосистемы после аварий и отключений. В силу большинства перечисленных функциональных возможностей накопители становятся ключевым средством, обеспечивающим интеграцию распределенных ВИЭ в энергосистемы, компенсирующим главные недостатки возобновляемых источников — неустойчивость и непредсказуемость их работы в силу переменчивости природных явлений. Накопители могут быть весьма эффективными источниками не только электрической, но и тепловой энергии. При использовании тепловых аккумуляторов можно экономить значительные ресурсы, расходуемые на преобразование энергии из одной формы в другую. Одно из уникальных свойств накопителей — возможность их физического использования на стороне потребителя, а не только поставщика энергии. Это расширяет инструментарий активного участия потребителей в энергетическом рынке — прежде всего в рынке электричества — в качестве компонента регулирования энергосистемы. Эта возможность в современной практике чаще всего реализуется за счет технологий электрохимической аккумуляции.
Проекты с ЖСР
Еще один вариант ядерного энергокомплекса с накопителем — комбинация реактора на расплаве солей, или жидкосолевого реактора (далее ЖСР), с тепловыми аккумуляторами, заполняемыми солью, аналогичной по составу теплоносителю. Похожие принципы уже применяются в неядерной энергетике: солнечные установки концентраторного типа, фокусирующие солнечные лучи для нагрева теплоносителя, используют горячий солевой расплав, в числе прочего, для накопления энергии. В качестве примера воплощения подобной идеи в атомной энергетике можно привести проекты британской компании Moltex Energy Ltd, создающей линейку ЖСР различных уровней мощности и типов (на быстрых и тепловых нейтронах, с урановым, плутониевым и ториевым топливом). Для своих реакторов компания предусматривает комбинацию с аккумуляторами тепла под фирменным названием GridReserve. Тепло накапливается в солевом расплаве второго, нерадиоактивного контура, нагреваемого в теплообменнике. Такая система накапливает тепловую энергию в специальных термосах в периоды, когда энергосистема получает максимум электричества от ВИЭ, и генерирует электроэнергию с использованием тепла от аккумуляторов в периоды пика энергопотребления и спада в работе ВИЭ из-за погодных условий.
Наряду с концептуальными энергоблоками тепловой мощностью около гигаватта и более Moltex Energy через свою дочернюю структуру MoltexFLEX продвигает концепцию комплекса с накопителем на основе малого ЖСР на тепловых нейтронах: реактор мощностью 40 МВт (т) накапливает и способен хранить в течение нескольких дней тепловую энергию, эквивалентную энергоблоку электрической мощностью около 50 МВт (то есть примерно втрое больше, чем способен выдать в моменте через турбину сам реактор). Температура теплоносителя на выходе из реактора — около 750 °C, а в аккумуляторах — в среднем порядка 700 °C; это позволяет, в качестве альтернативы электрогенерации, использовать тепло для высокотемпературных технологических процессов, включая производство водорода. В отличие от больших РУ, малый ЖСР FLEX дает возможность разместить ядерный источник тепла непосредственно на площадке многих энергоемких производств, масштабируя их добавлением дополнительных реакторов.
Еще один вариант ядерного энергокомплекса с накопителем — комбинация реактора на расплаве солей, или жидкосолевого реактора (далее ЖСР), с тепловыми аккумуляторами, заполняемыми солью, аналогичной по составу теплоносителю. Похожие принципы уже применяются в неядерной энергетике: солнечные установки концентраторного типа, фокусирующие солнечные лучи для нагрева теплоносителя, используют горячий солевой расплав, в числе прочего, для накопления энергии. В качестве примера воплощения подобной идеи в атомной энергетике можно привести проекты британской компании Moltex Energy Ltd, создающей линейку ЖСР различных уровней мощности и типов (на быстрых и тепловых нейтронах, с урановым, плутониевым и ториевым топливом). Для своих реакторов компания предусматривает комбинацию с аккумуляторами тепла под фирменным названием GridReserve. Тепло накапливается в солевом расплаве второго, нерадиоактивного контура, нагреваемого в теплообменнике. Такая система накапливает тепловую энергию в специальных термосах в периоды, когда энергосистема получает максимум электричества от ВИЭ, и генерирует электроэнергию с использованием тепла от аккумуляторов в периоды пика энергопотребления и спада в работе ВИЭ из-за погодных условий.
Наряду с концептуальными энергоблоками тепловой мощностью около гигаватта и более Moltex Energy через свою дочернюю структуру MoltexFLEX продвигает концепцию комплекса с накопителем на основе малого ЖСР на тепловых нейтронах: реактор мощностью 40 МВт (т) накапливает и способен хранить в течение нескольких дней тепловую энергию, эквивалентную энергоблоку электрической мощностью около 50 МВт (то есть примерно втрое больше, чем способен выдать в моменте через турбину сам реактор). Температура теплоносителя на выходе из реактора — около 750 °C, а в аккумуляторах — в среднем порядка 700 °C; это позволяет, в качестве альтернативы электрогенерации, использовать тепло для высокотемпературных технологических процессов, включая производство водорода. В отличие от больших РУ, малый ЖСР FLEX дает возможность разместить ядерный источник тепла непосредственно на площадке многих энергоемких производств, масштабируя их добавлением дополнительных реакторов.
Малая АЭС с жидкосолевыми реакторами. Визуализация проекта британского стартапа MoltexFLEX
Себестоимость электричества GridReserve с малым реактором, рассчитанная за весь жизненный цикл энергокомплекса (то есть LCOE — один из основных показателей, по которым принято сравнивать экономику объектов генерации), составит, по оценке компании, около $ 63, что в два-четыре раза меньше, чем для других ведущих технологий хранения энергии. LCOE тепла при его непосредственной поставке для промышленных нужд будет, как предполагается, в пять раз дешевле, чем показатель для электрической энергии.
Ряд других проектов с ЖСР также включают системы аккумулирования тепла, отдельные элементы которых уже коммерциализированы в солнечной энергетике, что сулит инвесторам более дешевое внедрение. Например, оригинальная концепция жидкосолевого реактора с тяжеловодным замедлителем (обычно замедление нейтронов в таких реакторах осуществляется графитом), продвигаемая датской компанией Copenhagen Atomics, предполагает возможность применения тепловых аккумуляторов. В частности, рассматриваемый сейчас проект строительства в Индонезии крупнейшего комплекса по производству азотных удобрений может включать 25 ЖСР Copenhagen Atomics, оснащенных накопителями тепловой энергии, которые позволят балансировать генерацию тепла и электричества.
Ряд других проектов с ЖСР также включают системы аккумулирования тепла, отдельные элементы которых уже коммерциализированы в солнечной энергетике, что сулит инвесторам более дешевое внедрение. Например, оригинальная концепция жидкосолевого реактора с тяжеловодным замедлителем (обычно замедление нейтронов в таких реакторах осуществляется графитом), продвигаемая датской компанией Copenhagen Atomics, предполагает возможность применения тепловых аккумуляторов. В частности, рассматриваемый сейчас проект строительства в Индонезии крупнейшего комплекса по производству азотных удобрений может включать 25 ЖСР Copenhagen Atomics, оснащенных накопителями тепловой энергии, которые позволят балансировать генерацию тепла и электричества.
Накопители с водоохлаждаемыми реакторами
Почти во всех водоохлаждаемых реакторах (PWR, ВВЭР, BWR, тяжеловодных и др.) температура теплоносителя в два и более раз ниже, чем в перечисленных выше конструкциях. В связи с этим применение в них тепловых аккумуляторов менее эффективно, чем в приведенных примерах. Не случайно для водоохлаждаемых реакторов чаще всего рассматриваются другие технологии накопления энергии. Согласно выводам тематического исследования, представленного в 2017 году Айдахской национальной лабораторией США и Техасским университетом в Остине, экономически наименее эффективна связка АЭС с кинетическими накопителями энергии и производством водорода с целью запасания энергии, а наиболее целесообразна гидроаккумуляция.
Ряд крупнейших проектов для наиболее распространенных типов ядерной генерации подтверждают эти выводы. Пример перспективных идей такого рода — проект компании TC Energy, предусматривающий строительство к 2030 году в Мифорде (канадская провинция Онтарио) ГАЭС мощностью 1 ГВт, предназначенной для работы в связке с крупнейшей в Америке АЭС «Брюс». Эта идея повышает экономическую целесообразность продления сроков эксплуатации энергоблоков атомной станции и служит поставленной регионом цели — сокращению пиковой газовой генерации. Не случайно проект получил поддержку на региональном и местном уровнях. Для АЭС «Брюс» дополнительно рассматриваются другие технологии накопления энергии, в частности, электрохимические аккумуляторные батареи.
Другой пример — крупнейший в Китае проект ядерного энергокомплекса с накопителем на базе строящейся АЭС «Чжанчжоу» в провинции Фуцзянь. ГАЭС производительностью 1,8 ГВт будет включать шесть реверсивных гидротурбин и работать в комплексе с таким же количеством энергоблоков атомной станции, обеспечивая ее участие в покрытии пиковых нагрузок и предоставлении нетипичных для ядерной генерации системных услуг. Эксплуатация первых двух энергоблоков АЭС на базе реакторов «Хуалун‑1» единичной мощностью 1,1 ГВт должна начаться в 2024—2025 годах. Строительство гигантского накопителя стоимостью около $ 1,5 млрд стартовало в ноябре 2022 года и должно полностью завершиться к 2028 году.
Это лишь несколько примеров новых проектов ядерной генерации, функционирующей в комплексе с накопителями энергии. Есть основания полагать, что популярность такой связки будет возрастать по мере, с одной стороны, роста роли ВИЭ в энергосистемах, с другой — появления и расширения сегмента «нелегководных» реакторов, лучше приспособленных к накоплению тепловой энергии. К тому же энергоаккумуляция повышает конкурентоспособность АЭС на дерегулированных рынках электроэнергии, позволяя кое-где потеснить газовую генерацию и «ужиться» с новыми ВИЭ, имеющими нерыночные привилегии. Таким образом, среди резервов для улучшения экономики ядерной генерации усиливается фактор, не связанный напрямую с совершенствованием реакторных технологий.
Почти во всех водоохлаждаемых реакторах (PWR, ВВЭР, BWR, тяжеловодных и др.) температура теплоносителя в два и более раз ниже, чем в перечисленных выше конструкциях. В связи с этим применение в них тепловых аккумуляторов менее эффективно, чем в приведенных примерах. Не случайно для водоохлаждаемых реакторов чаще всего рассматриваются другие технологии накопления энергии. Согласно выводам тематического исследования, представленного в 2017 году Айдахской национальной лабораторией США и Техасским университетом в Остине, экономически наименее эффективна связка АЭС с кинетическими накопителями энергии и производством водорода с целью запасания энергии, а наиболее целесообразна гидроаккумуляция.
Ряд крупнейших проектов для наиболее распространенных типов ядерной генерации подтверждают эти выводы. Пример перспективных идей такого рода — проект компании TC Energy, предусматривающий строительство к 2030 году в Мифорде (канадская провинция Онтарио) ГАЭС мощностью 1 ГВт, предназначенной для работы в связке с крупнейшей в Америке АЭС «Брюс». Эта идея повышает экономическую целесообразность продления сроков эксплуатации энергоблоков атомной станции и служит поставленной регионом цели — сокращению пиковой газовой генерации. Не случайно проект получил поддержку на региональном и местном уровнях. Для АЭС «Брюс» дополнительно рассматриваются другие технологии накопления энергии, в частности, электрохимические аккумуляторные батареи.
Другой пример — крупнейший в Китае проект ядерного энергокомплекса с накопителем на базе строящейся АЭС «Чжанчжоу» в провинции Фуцзянь. ГАЭС производительностью 1,8 ГВт будет включать шесть реверсивных гидротурбин и работать в комплексе с таким же количеством энергоблоков атомной станции, обеспечивая ее участие в покрытии пиковых нагрузок и предоставлении нетипичных для ядерной генерации системных услуг. Эксплуатация первых двух энергоблоков АЭС на базе реакторов «Хуалун‑1» единичной мощностью 1,1 ГВт должна начаться в 2024—2025 годах. Строительство гигантского накопителя стоимостью около $ 1,5 млрд стартовало в ноябре 2022 года и должно полностью завершиться к 2028 году.
Это лишь несколько примеров новых проектов ядерной генерации, функционирующей в комплексе с накопителями энергии. Есть основания полагать, что популярность такой связки будет возрастать по мере, с одной стороны, роста роли ВИЭ в энергосистемах, с другой — появления и расширения сегмента «нелегководных» реакторов, лучше приспособленных к накоплению тепловой энергии. К тому же энергоаккумуляция повышает конкурентоспособность АЭС на дерегулированных рынках электроэнергии, позволяя кое-где потеснить газовую генерацию и «ужиться» с новыми ВИЭ, имеющими нерыночные привилегии. Таким образом, среди резервов для улучшения экономики ядерной генерации усиливается фактор, не связанный напрямую с совершенствованием реакторных технологий.
Накопленные преимущества
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ