Ядерные державы поделились планами по развитию быстрых реакторов на конференции МАГАТЭ

На конференции МАГАТЭ «Быстрые реакторы и связанные с ними топливные циклы: устойчивая чистая энергия будущего» (FR22) страны — ​лидеры в атомной энергетике поделились планами перехода на новую технологическую платформу. Многие идеи и проекты вплотную приблизились к реализации — ​в первую очередь в России, Китае и Индии.

ЮЖНАЯ КОРЕЯ

Корейцы рассматривают быстрые реакторы прежде всего как решение проблемы ОЯТ. Их основной функцией должно стать дожигание долгоживущих трансурановых элементов.

Еще в 1990‑е началась разработка быстрого 600‑мегаваттного реактора KALIMER, но с планами по сооружению до сих пор ничего не ясно. С 2012 года развивается проект 150‑мегаваттного PGSFR , на котором Корея хочет продемонстрировать технологии трансмутации в действии. Сейчас готовится окончательная версия технико-экономического обоснования. Параллельно разрабатывается малый модульный бридер SALUS‑100 мощностью 100 МВт с удлиненной кампанией.

В прошлом году в Южной Корее стартовала программа по жидкосолевым реакторам. Быстрые ЖСР на хлоридах могут стать подходящим решением проблемы ОЯТ, считают корейские исследователи. Они изучают свойства жидких солей, разрабатывают коды для проектирования и обоснования безопасности, технологии изготовления жидкосолевого топлива.

ФРАНЦИЯ

В стране уже замкнули топливный цикл по плутонию — производят МОКС-топливо с добавлением регенерата для тепловых реакторов, 24 из 56 реакторов адаптированы к нему. К 2040 году Франция хочет замкнуть ЯТЦ полностью, и помочь в этом должны быстрые натриевые реакторы.

Однако от плана сооружения установки ASTRID мощностью 600 МВт французские атомщики пока отказались: нет идей, как сделать такой реактор экономически выгодным. Более перспективными в этом смысле считают малые модульные быстрые натриевые реакторы. Разрабатывается концепция двух ММР мощностью порядка 150 МВт.

Первый — ​ATRIUM, реактор контурного типа. Естественная безопасность обеспечивается инновационной конструкцией активной зоны CADOR: пассивный отвод остаточного тепла через корпус реактора. Решение позволяет минимизировать возможность полного расплавления активной зоны. Вторая установка — ​ANAIS, реактор бассейнового типа. По конструкции он похож на ASTRID. Сокращения капитальных затрат разработчики хотят достичь за счет меньшей мощности. Планируется сооружать многоблочные станции с такими реакторами.

К ATRIUM и ANAIS предъявляется ряд общих требований: модульность, работа в маневренном режиме, возможность использования в сферах, где необходима тепловая энергия (производство водорода, аммония, метана, опреснение воды).

ЯПОНИЯ

Работы по созданию новой технологической платформы атомной энергетики Япония ведет в основном в рамках международных программ. В 2014–2019 годы японские компании и организации участвовали во французском проекте ASTRID. После его закрытия JAEA, MHI и MFBR с японской стороны и CEA и Framatome с французской заключили новое соглашение о сотрудничестве в разработке быстрых натриевых реакторов.

В январе этого года те же три компании заключили с американской TerraPower соглашение о сотрудничестве в разработке быстрых реакторов с натриевым теплоносителем.

Особое внимание в Японии уделяют проекту бридера с повышенной сейсмостойкостью. Блок с таким реактором будет иметь электрическую мощность 650 МВт и работать на MOКС-топливе. О сроках сооружения пока не сообщается.

Япония развивает цифровое проектирование инновационных установок. Например, платформа на основе искусственного интеллекта ARKADIA позволяет проводить оценку различных концепций быстрых реакторов с натриевым охлаждением и оптимизацию жизненного цикла установок на базе перспективных реакторов с использованием передовых методов моделирования.

КИТАЙ

Ставка сделана на двухкомпонентную атомную энергетику и замыкание топливного цикла на базе быстрых натриевых реакторов. В долгосрочной перспективе в системе появится третий компонент — ​термоядерные установки.

На FR22 Китай объявил, что построит к 2025 году два демонстрационных энергоблока с быстрыми натриевыми CFR‑600 (ранее сообщалось о сооружении одного). Технический проект первого блока полностью завершен, идет сооружение, в апреле установлен в проектное положение первый парогенератор. Для второго блока на 30 % готов предварительный проект, изготавливается основное оборудование.

В стране эксплуатируют экспериментальный быстрый натриевый реактор CEFR российской разработки. На нем изучаются конструкционные материалы для перспективных установок (титановые сплавы, феррито-мартенситные, дисперсно-упрочненные оксидами стали и др.).

Не позднее 2035 года китайцы хотят запустить коммерческий быстрый натриевый реактор CFR‑1000. Есть проект IFRES — ​энергокомплекс с быстрыми реакторами, мощностями для переработки ОЯТ на основе пирохимической технологии и мощностями для фабрикации и рефабрикации МОКС-топлива. Бридеры будут не только вырабатывать энергию, но и трансмутировать минорные актиниды. Экономисты ставят перед учеными задачу обеспечить стоимость киловатта установленной мощности не более 17 тыс. юаней (около 2,6 тыс. долларов).

Параллельно идут проекты малых модульных быстрых реакторов. Натриевая установка мощностью от 1 до 3 МВт(э) создается для энергоснабжения удаленных территорий. В рамках проекта CIADS (подкритические реакторы, управляемые ускорителем) планируется строительство в провинции Гуандун подкритического быстрого свинцово-висмутового реактора тепловой мощностью 7,5 МВт.

США

Штаты ориентируются на коммерческое применение инновационных реакторов в ближайшем будущем. Надо решить две насущные задачи. Первая — ​сокращение затрат и повышение экономической конкурентоспособности. Вторая — ​получение верифицированных экспериментальных и эксплуатационных данных для лицензирования быстрых реакторов.

Разработка инновационных проектов отдана на откуп частным фирмам, государство оказывает им поддержку. Компания NuScale в этом году завершила подготовку к строительству малого модульного реактора SMR в Национальной лаборатории Айдахо. Из шести таких реакторов планируется собрать станцию мощностью 462 МВт. TerraPower проектирует демонстрационную малую АЭС Natrium — ​быстрый реактор на 345 МВт с натриевым охлаждением и систему хранения энергии на основе расплавленной соли. Технология хранения энергии может временно увеличивать мощность АЭС до 500 МВт, когда это необходимо, что позволяет станции следовать ежедневным изменениям электрической нагрузки и легко интегрироваться с возобновляемыми энергоисточниками.

Американский стартап X-energy создает малый модульный высокотемпературный газоохлаждаемый реактор Xe‑100.

ИНДИЯ

Здесь ориентируются на замыкание ядерного топливного цикла и использование в атомной энергетике трех основных делящихся материалов: урана‑233, урана‑235 и плутония. Есть задача вовлечь в ЯТЦ торий, которого в Индии много и который можно «превращать» в уран‑233.

Быстрые технологии в стране развивают уже более 50 лет. В 1971 году открылся Центр атомных исследований Индиры Ганди (IGCAR). Основной объект экспериментальной базы, быстрый 40‑мегаваттный реактор FBTR, эксплуатируется 36 лет. IGCAR ведет эксперименты по переработке разных видов топлива.

На Мадрасской АЭС в Калпаккаме сооружают прототип натриевого реактора на быстрых нейтронах мощностью 500 МВт — ​PFBR. Пуск постоянно сдвигается, на данный момент известно, что он должен состояться уже в этом году.

К 2047 году индийцы планируют построить в Калпаккаме два блока с коммерческими быстрыми натриевыми реакторами мощностью по 500 МВт, работающими на МОКС-топливе. Но в будущем страна хочет перевести бридеры на металлическое топливо: это даст повышение коэффициента воспроизводства (КВ). В натриевых реакторах с оксидным топливом КВ составляет 1,1. При переходе на металлическое он вырастет до 1,5.

Предполагается, что на металлическом топливе будет работать новый исследовательский реактор под условным названием FBTR‑2, его пуск намечен на 2040‑е. А после 2050 года Индия перейдет к серийному строительству быстрых энергетических реакторов с металлическим топливом.

Вячеслав Першуков
Специальный представитель «Росатома» по международным и научно-­техническим проектам, руководитель проекта «Прорыв»

— Стратегии всех стран, которые участвуют в эксплуатации и разработке ядерных реакторов, предусматривают переход на новую платформу атомной энергетики. Замыкание топливного цикла на базе быстрых реакторов позволит принципиально изменить атомную энергетику: она удовлетворит всем требованиям, которые предъявляет мировое сообщество к зеленым энергоисточникам. От обсуждения инноваций страны — ​лидеры в атомной энергетике переходят к демонстрации реальных систем.

Россия остается лидером в развитии и промышленном освоении технологий быстрых реакторов и замыкания топливного цикла. В своем докладе на FR22 я говорил уже не столько о дизайне новых реакторных систем, сколько об их промышленном воплощении. Но и другие страны вплотную подошли к реализации инновационных принципов. В первую очередь, конечно, Китай, который строит демонстрационный энергокомплекс с 600‑мегаваттным натриевым реактором. Ярко заявляет о себе Индия. Страна своеобразно, через ториевый цикл, создает в опытно-­промышленном масштабе реакторы на быстрых нейтронах собственного дизайна. Активную деятельность начали США: в последние несколько лет они презентовали ряд новых проектов. Французы приостановили знаменитую программу ASTRID по экономическим соображениям, но не оставили тему и продолжают внедрять технологии замыкания ЯТЦ в промышленное производство электроэнергии. А параллельно ищут пути достижения конкурентоспособности инновационных установок. Южная Корея хорошо продвинулась в части технологий фабрикации и переработки ядерного топлива для быстрых реакторов. В Японии самая сложная ситуация: будущее атомной энергетики в этой стране до сих пор под вопросом. Но она вносит свой вклад в разработку инновационных технологий в рамках международных исследовательских проектов.