Заглянем в глубину: идеи строительства подземных АЭС набирают популярность

В сентябре американский стартап Deep Fission заявил о намерении разместить малый реактор на глубине 1,6 км. Месяцем раньше финские Kuopion Energia и Steady Energy заключили соглашение о проектировании подземной мини­АЭС. Похожие проекты анонсировали в Великобритании, Швеции и Франции, а в Китае строительство уже идет. С чем связан бум? Разбираемся с экспертом.

Идею подземного расположения атомных блоков впервые сформулировали и реализовали в СССР, разработки в этом направлении ведутся в нашей стране и сейчас. Однако в генеральной схеме размещения объектов электроэнергетики до 2042 года таких АЭС нет. Так ли хорош «глубинный» замысел? Отвечает Денис Куликов, главный конструктор реакторных установок атомных станций малой мощности (АСММ) Научно-исследовательского и конструкторского института энерготехники им. Доллежаля: «Основной плюс заглубленного размещения в скальных породах — ​повышенная защита от внешних воздействий природного и антропогенного характера, например цунами или падения летательных аппаратов. К недостаткам, на первый взгляд, можно отнести только рост капитальных затрат из-за подготовки площадки».

По заветам Сахарова

За размещение блоков в глубоких скважинах или бункерах ратовали академики Андрей Сахаров и Лев Феоктистов. «Я считаю, что кардинальным решением проблемы безопасности ядерной энергетики является размещение ядерных реакторов под землей, на глубине нескольких десятков метров, — ​писал Андрей Сахаров в статье «Реакторы под землей». — ​Глубина должна быть выбрана так, чтобы при возможной аварии был исключен сколько‑нибудь существенный выход радиоактивных продуктов на поверхность. Конечно, нужно также исключить возможность контакта при аварии радиоактивных продуктов с почвенными водами с помощью специальных изолирующих поддонов. (Одним из способов также является размещение реакторов в районах с соответствующими гидрогеологическими условиями и передача электроэнергии потребителю высоковольтными, а в обозримом будущем — ​сверхпроводящими линиями.) Еще в 1970‑е годы, то есть до аварии в Чернобыле, были разработаны технические проекты подземных АЭС и АТЦ с приемлемыми экономическими характеристиками».

Часть проектов в том или ином виде была реализована, продолжает Денис Куликов. К примеру, для сооружения первого промышленного реактора А‑1 («Аннушка», пущен на «Маяке» в 1948 году, остановлен в 1987‑м) был выкопан котлован глубиной около 54 м. На глубине 200 м в скальных породах разместили реакторы АДЭ‑1 и АДЭ‑2 на Горно-химическом комбинате в Железногорске (пущены в 1961 и 1964 году, остановлены в 1992‑м и 2010‑м соответственно). Они считаются первыми в мире по-настоящему подземными.

Другое достоинство заглубленных АЭС — ​цена вывода из эксплуатации. В среднем затраты на заключительной стадии жизненного цикла наземного блока равны 75–100 % затрат на его строительство. Подземный можно просто замуровать — ​остекловать основное оборудование после извлечения облученного топлива. Такая экономия с лихвой покрывает начальные расходы на размещение блока на глубине.

«Экономическую эффективность подземной АЭС можно корректно определить только после комплексного рассмотрения всех этапов жизненного цикла, — ​предупреждает Денис Куликов. — ​Например, стоимость подготовки площадки и монтажных работ может компенсировать снижение эксплуатационных затрат и цены основного оборудования за счет ограниченного влияния внешних воздействий. При заглубленном размещении значительно сокращаются расходы на защитные сооружения, на охрану периметра объекта. И это без учета возможного снижения стоимости вывода из эксплуатации методом длительной консервации на месте».

Точное число проектов подземных АЭС и АТЭС, которые разрабатывались в СССР, в открытых источниках не фигурирует. Впрочем, все они были свернуты после аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году.

Новый виток интереса

На Западе идея подземного размещения атомных блоков стала актуальной после терактов 11 сентября 2001 года в США — ​весь мир обеспокоился вопросом, как противостоять возможному ядерному терроризму. Дополнительный импульс направлению придала концепция атомных станций малой мощности в модульном исполнении, ставшая популярной в середине 2010‑х. Блок собирают на заводе и привозят на площадку полностью готовым к размещению. Поставить его в подземный бункер ​проще и дешевле.

«Конечно, подземная АЭС требует пересмотра ряда конструкторских решений и по реактору, и по основному оборудованию, включая широкий спектр вопросов об отводе остаточного энерговыделения. То есть взять проект наземной АСММ и начать строить по нему на глубине 100 или 200 м не получится, но подземное размещение, повторюсь, вполне может быть экономически оправданным, — ​говорит Денис Куликов. — ​Проекты таких станций есть и у нашего института. Это, например, автономная подземная АСММ на базе реактора «Унитерм‑30», концептуальная разработка «Сфера».

Подробностей о «Сфере» ученые пока не раскрывают. А «Унитерм» предназначен для удаленных районов с неразвитой инфраструктурой. На место его транспортируют собранным. Чтобы не держать многочисленный высококвалифицированный персонал, на протяжении 25 лет эксплуатации перегрузка топлива не предусматривается. Реактор — ​интегрального типа, в активной зоне — ​твэлы с высокотеплопроводной металлокерамической топливной композицией, которые работают при низкой температуре, что способствует удержанию радиоактивных веществ в топливной матрице при нормальной эксплуатации и в большинстве аварийных ситуаций. Такие твэлы обеспечивают глубокое выгорание топлива.

В процессе или на паузе

В мире открытых проектов малых АЭС с заглубленным ядерным островом не меньше десятка — ​все разной степени готовности и с разной судьбой (см. «С реакторами под землей»).

В России, например, в ноябре 2009 года администрация города Кушвы в Свердловской области заявила о намерении построить атомную теплоэлектростанцию по проекту ЦНИИ им. Крылова, Центрального конструкторского бюро морской техники «Рубин» и Опытного конструкторского бюро машиностроения им. Африкантова. Шесть блоков с реакторами судового типа КЛТ‑40С хотели поместить в отработанной железорудной шахте «Валуевская» на глубине 50 м. Твердые гранитные породы обладают высокой сейсмостойкостью, в их толще нет перепадов температуры, осадков и других негативных факторов, что удлиняет срок службы сооружений на десятки лет. На поверхность вывели бы только электрические турбины. Суммарная электрическая мощность станции равнялась 210 МВт, тепловая — ​около 150 Гкал·ч. В последний раз информация о проекте появлялась в 2011 году.

Были сообщения о сходном по характеристикам проекте ЦНИИ им. Крылова для Северо-Запада. АТЭС планировали установить в скальном укрытии, которое раньше предназначалось для атомных подводных лодок. Как продвигается разработка, сейчас неизвестно.

С РЕАКТОРАМИ ПОД ЗЕМЛЕЙ

КНР

На площадке АЭС «Чанцзян» в провинции Хайнань возводят блок «Линлун‑1». Малый модульный многоцелевой реактор АСР‑100 с водой под давлением мощностью 125 МВт и бассейн выдержки находятся под землей. Блок будет производить 1 млрд кВт·ч в год, что достаточно для энергоснабжения 526 тыс. домохозяйств. Китай рассматривает сооружение АЭС с двумя — ​шестью ACP‑100 со сроком эксплуатации 60 лет и 24‑месячной топливной кампанией.

Великобритания

U-Battery концерна Urenco — ​проект станции подземного размещения с двумя блоками по 4 МВт электрической и 10 МВт тепловой мощности. Реактор — ​высокотемпературный газоохлаждаемый, с теплоносителем гелием. Проектный срок службы блока — ​60 лет. Перегрузка топлива (шаровые твэлы с обогащением чуть ниже 20 %) — ​раз в пять лет. Первую U-Battery планировали построить в Кейпенхерсте. Однако в марте 2023 года Urenco объявила о прекращении поддержки проекта из-за недостатка инвестиций. Решение о продолжении проекта должна принять Национальная ядерная лаборатория Великобритании, которой передана вся документация по U-Battery.

Япония

Проект реакторной установки с подземным размещением 4S (super safe, small and simple — ​«супербезопасный, маленький и простой») разработала Toshiba. В реакторе на быстрых нейтронах мощностью 10–50 МВт для охлаждения используется жидкий натрий. В 4S нет графитовых стержней, управляющих ходом реакции, вместо них — ​резервуары с жидким литием‑6, эффективно поглощающим нейтроны. Еще в 2003 году Toshiba предлагала установить такую мини-станцию на Аляске — ​в городке Галина, насчитывающем около 700 жителей. Однако вопрос с согласованием строительной документации в регулирующих органах США до сих пор не решен.

Финляндия

Kuopion Energia и Steady Energy намерены в начале 2030‑х приступить к строительству малой АТЭС в скальной пещере в городе Куопио. Станция размером с морской контейнер будет вырабатывать дешевую тепловую энергию для централизованного теплоснабжения. Срок строительства оценивается в 3,5 года. Для пилотного проекта рассматривались также скальные пещеры Салмисаари в Хельсинки и площадки электростанций «Кюмиярви» и «Тейваанмяки» в Лахти.

США

Недавно калифорнийский стартап Deep Fission объявил о выходе из скрытого режима. На предварительном инвестиционном раунде планируется привлечь 4 млн долларов. Блок мощностью 15 МВт разместят в скважине диаметром 76,2 см на глубине 1,6 км. Реактор PWR работает при давлении 160 атмосфер и при температуре активной зоны около 315 °C. Тепло передается парогенератору для нагрева воды, а пар быстро поднимается на поверхность, где турбина преобразует кинетическую энергию перегретого пара в электричество.