Как работают плавучие атомные электростанции?

Ядерная энергетика была предметом серьезных споров на протяжении многих десятилетий, но немногие атомные электростанции вызывают столько протестов, сколько те, которые предназначены для плавания на море или в близлежащих водных путях небольших городов в труднодоступных местах.

Плавучие ядерные реакторы начинают вызывать большой интерес в Российской Федерации, а также в регионах северной Европы, которые рассматривают их как ключевые энергоресурсы для будущего развития Арктики, поскольку изменение климата продолжает таять морской лед и ледники в северных широтах. .

Под этими тающими ледниками скрывается богатство природных ресурсов, которые люди никогда даже не видели — не говоря уже о добыче полезных ископаемых, но остается проблема: как создать инфраструктуру, необходимую для эксплуатации этих ресурсов. Вот тут-то и пригодятся плавучие атомные электростанции.

Как построить плавучий ядерный реактор?
Как работают плавучие атомные электростанции?
Инженеры-атомщики загружают ядерный реактор на первую плавучую атомную электростанцию ​​«Росэнергоатом» — Академик Ломоносов Источник: Росэнергоатом
Во-первых, плавучий ядерный реактор — это не так просто, как прикрепить ядерный реактор к лодке и закончить это дело, но это также не намного сложнее.

Для размещения реакторов необходимо строить специальные корабли, но идея ядерного реактора на лодке ни в коей мере не нова. Военные подводные лодки и арктические ледоколы уже оснащены ядерными реакторами, поэтому идея заключается не столько в добавлении ядерного реактора к кораблю, сколько в том, чтобы сделать ядерный реактор всей сутью корабля.

Это, очевидно, требует другого выбора конструкции для размещения оборудования безопасности, а также самих ядерных реакторов. Но, вероятно, наиболее важным элементом является обеспечение безопасности от экстремальных погодных явлений или цунами, которые могут потопить корабль или иным образом повредить его и выпустить радиоактивные осадки или отходы.

Такое обстоятельство произошло в Чернобыле, Украина, в 1986 году, и совсем недавно в Фукусиме, Япония, когда цунами высотой 49 футов (15 метров) в 2011 году отключило энергоснабжение и охлаждение реактора для трех ядерных электростанций Фукусима-дайити. реакторы завода. Конечно, это были реакторы наземного базирования.

Как корабль справляется с этими и другими проблемами, такими как хранение высокорадиоактивных отработавших ядерных топливных стержней, используемых в реакторе, остаются важными и открытыми вопросами.

Как работают плавучие атомные электростанции?
Источник: Николай Гонтарь / Гринпис
Академик Ломоносов, первая в России плавучая атомная электростанция, построенная в 2018 году, представляет собой реактор с водой под давлением, который генерирует нагретую воду под высоким давлением, которая передает свою тепловую энергию воде с более низким давлением во вторичной системе, которая также генерирует пар.

Как и в случае с ядерными реакторами на кораблях, проблема радиоактивных отходов представляет собой огромную проблему, поскольку они находятся в форме радиоактивной жидкости. Что касается реактора с водой под давлением, существует также проблема потенциальной аварии, ведущей к взрывному распространению радиоактивного материала в атмосферу.

Датская компания Seaborg Technologies считает, что решение этой проблемы — использовать реактор на расплавленной соли в конструкции плавучего ядерного реактора. Здесь фторидные соли, смешанные с ядерным топливом, образуют жидкость при температуре выше 932 ° F (500 ° C), позволяя ей течь в реактор и из него.

В отличие от реакторов с водой под давлением, если камера реактора каким-либо образом взламывается — например, во время аварии, вызванной стихийным бедствием — расплавленная соль не превращается в пар с силой. Вместо этого, когда расплавленная соль подвергается воздействию воздуха, она затвердевает в скалу, как лава, которая не только содержит радиоактивный материал, но и значительно упрощает утилизацию.

Однако у реакторов на расплавленной соли есть свои проблемы с защитой, особенно в связи с коррозией. Горячие соли, как известно, вызывают коррозию в морской среде, как, например, газовые турбины на кораблях, поэтому для строительства ядерного реактора с их помощью потребуется специальная защита, способная противостоять коррозии, которую не выдерживает даже нержавеющая сталь.

Зачем строить плавучий ядерный реактор?

Но какой смысл в плавучем ядерном реакторе? В первую очередь, плавучий ядерный реактор используется для выработки значительной мощности для промышленного и бытового использования в удаленных местах.

Например, «Академик Ломоносов» питает Певек на севере России, а также опреснительную установку в этом регионе. Россия также одобрила пять дополнительных плавучих атомных электростанций для работы вдоль своего северного арктического побережья.

Помимо обеспечения электроэнергией некоторых из самых изолированных населенных пунктов России, эти электростанции также будут обеспечивать электроэнергией, необходимую для продвижения развития еще дальше на север, в более нетронутые, нетронутые арктические районы, которые сейчас подвергаются отступающим морским льдам и ледникам.

За пределами России плавучий ядерный реактор может быть использован для помощи энергетическим регионам мира, где электричество недостаточно или отсутствует, а также для помощи регионам, пострадавшим от стихийных бедствий, по мере их восстановления.
Соединенные Штаты эксплуатировали плавучую атомную электростанцию ​​на Панамском канале в 1960-х и начале 1970-х годов, хотя это было не так амбициозно, как то, что предлагают другие, такие как Seaborg Technologies и российский Росэнергоатом.

План Seaborg Technologies для плавучих атомных электростанций
Проект Seaborg Technologies для плавучих атомных электростанций. Источник: Seaborg Technologies / Facebook
Seaborg Technologies надеется в конечном итоге производить сотни плавучих атомных электростанций каждый год, утверждая, что эти реакторы будут компенсировать как минимум 33 600 000 тонн углекислого газа в течение срока службы реактора по сравнению с угольной электростанцией аналогичного размера.

«Миру нужна энергия, но нам также необходимо декарбонизировать», — сказал Троэльс Шёнфельдт, соучредитель и генеральный директор Seaborg. «Имея высококонкурентный продукт, используя существующие производственные мощности, мы можем запускать сотни реакторов каждый год — мы нацелены на глобальное влияние»,

Эта цель декарбонизации, без сомнения, жизненно важна, и даже некоторые сторонники экологической политики говорят, что декарбонизация экономики для борьбы с климатом невозможна без увеличения производства ядерной энергии.

Однако, как отмечают другие, создание безопасной ядерной энергетики требует много времени — чего мы в значительной степени не знаем, когда дело доходит до предотвращения изменения климата — поэтому возлагать наши климатические надежды на ядерную энергетику, чтобы спасти нас, может быть фактически спорным.

Какие ограничения у плавучих ядерных реакторов?
Начнем с очевидного: плавучие ядерные реакторы можно использовать только там, где достаточно воды для их плавания, то есть либо в открытом океане, либо в достаточно широких водотоках, таких как большие реки.

Если более изолированные внутренние районы не подключены к той же электросети, что и прибрежный регион, к которому подключена плавучая атомная электростанция, то это им не сильно поможет.

Это было бы особенно неприятно, если бы цель плавучей атомной электростанции заключалась в обеспечении энергией пострадавшего от стихийного бедствия региона, где следует ожидать сбоев в энергосистеме, — если местная сеть вообще существует.

В 2017 году ураган «Мария» опустошил американскую территорию Пуэрто-Рико, на несколько месяцев отключив электричество в некоторых районах острова. Проблема здесь была не столько в том, что электростанция была отключена на все это время, а в том, что Мария оборвала линии электропередач по всему острову.

Электроснабжение было официально восстановлено для всех жителей Пуэрто-Рико только в марте 2019 года, почти через два полных года после удара Марии по острову. Подобные проблемы с инфраструктурой нельзя решить на плавучей атомной электростанции, и их применимость в других районах бедствий также будет ограничена.

Какие риски связаны с плавучими ядерными реакторами?

Самая большая проблема на горизонте для плавучих атомных электростанций — та же проблема, с которой сталкивается любая атомная электростанция: какие риски с ней связаны?

Сторонники ядерной энергетики сразу же отмечают, что ядерная энергетика на самом деле имеет фантастические показатели безопасности, учитывая, сколько атомных электростанций эксплуатируется во всем мире. И об этом определенно есть что сказать в контексте.

В настоящее время в мире всего 443 действующих ядерных реактора, поэтому при оценке риска ядерной аварии необходимо учитывать размер рассматриваемого пула проб. Если вы подбросили монету один раз, и она упала орлом, вы не можете использовать это, чтобы сказать, что при подбрасывании монеты никогда не выпадает решка.

По состоянию на апрель 2021 года в мире было выведено из эксплуатации 190 атомных электростанций, при этом общее количество действующих коммерческих АЭС составляет около 449. Произошел ряд крупных громких ядерных аварий, включая Кыштымскую аварию 1957 года. Ядерная катастрофа, Три-Майл-Айленд, Чернобыль и Фукусима.

После аварии на Фукусиме исследователи проанализировали все прошлые аварии с расплавлением активной зоны и оценили интенсивность отказов в 1 на 3704 года (эксплуатации) реактора. Результаты также свидетельствуют о вероятности более серьезных ядерных аварий, чем ожидалось.

Эксперт в области ядерной энергетики из Принстонского университета Гарольд А. Фейвесон писал, что, хотя атомные электростанции стали очень надежными, «даже если бы вероятность серьезной аварии составляла, скажем, один на миллион на реактор в год, будущая ядерная мощность в 1000 реакторов по всему миру была бы слишком высокой. столкнуться с 1-процентной вероятностью такой аварии каждые 10 лет — возможно, низкий, но не пренебрежимо малый, учитывая последствия »

И последствия этой аварии столь же огромны, как и выгоды от атомной электростанции, когда она функционирует должным образом. Ядерная энергетика — это, несомненно, предложение с высоким риском и высокой наградой, даже когда абсолютное количество ядерных аварий остается небольшим.

Чернобыльский саркофаг, в котором находится ядерный реактор, таявший в 1986 году
Чернобыльский «саркофаг», в котором находится ядерный реактор, который расплавился в 1986 г. Источник: Петр Павличек / МАГАТЭ / Flickr
Как экологический Активистская группа Гринпис отмечает, что ядерная авария в Арктике из-за плавучей атомной электростанции была бы потенциально катастрофической.

«Ядерные реакторы, прыгающие вокруг Северного Ледовитого океана, будут представлять шокирующе очевидную угрозу для хрупкой окружающей среды, которая уже находится под огромным давлением из-за изменения климата», — сказал Ян Хаверкамп, эксперт по ядерной энергии из Гринпис Центральной и Восточной Европы, в ответ на завершение строительства реактора. Академик Ломоносов в 2018 году.

Заместитель директора Росэнергоатома Сергей Завылов заявил BBC в 2010 году, что «у этих [плавучих атомных электростанций] очень хороший потенциал, поскольку они создают условия для исследования арктического шельфа и создания буровых платформ для добычи нефти и газа. Работа в Арктике это очень сложно и опасно, и мы должны обеспечить надежное энергоснабжение ».

«Мы можем гарантировать безопасность наших агрегатов на все сто процентов, — добавил Завылов, — все риски абсолютно исключены».

Что касается экстремальных погодных явлений и цунами, сторонники плавучих атомных электростанций настаивают на том, что эти суда выдержат эти события, но это не только еще не продемонстрировано, но и маловероятно, чтобы они могли гарантировать это, по крайней мере, не те, которые мы уже видели в производстве.

«Плавучие атомные электростанции, как правило, будут использоваться вблизи береговой линии и мелководья. Вопреки заявлениям о безопасности, плоскодонный корпус и отсутствие у [Академика Ломоносова] самодвижущейся силовой установки делают его особенно уязвимым для цунами и циклонов. , «Сказал Хаверкамп Гринпис.

Важно помнить, что ураганы и цунами в открытом море могут быть опасными, но они гораздо менее опасны, чем вдоль береговых линий, где вытесненная вода попадает в часто населенные прибрежные районы, что приводит к сильным штормовым нагонам и тому подобное. Любая плавучая атомная электростанция будет так же уязвима для этих сил, как и любое другое крупное судно, расположенное вдоль береговой линии.

Хотя это, возможно, не является серьезной проблемой на севере России, несколько стран в Африке, Южной Америке и Азии проявляли интерес к плавучим атомным электростанциям в прошлом, и интерес, вероятно, будет расти только тогда, когда Россия и другие страны начнут их массовое производство.

По крайней мере, до тех пор, пока не будут аварии, а аварии обязательно будут, когда вы будете производить значительное количество этих плавучих АЭС. Подбросьте эту пресловутую монету тысячу раз, и истинный риск этих плавучих атомных электростанций станет предметом гораздо более пристального внимания, чем сейчас.

В конечном счете, реальный риск, который представляют плавучие атомные электростанции, неизвестен, поскольку у нас просто недостаточно размера выборки, чтобы его окончательно измерить, хотя на самом деле это хорошо. Никто не хочет видеть множество точек данных о прошлых ядерных авариях и причинах их возникновения, но для большинства из нас это может быть не в наших руках.

По мере нарастания активности в освоении Арктики в ближайшие десятилетия, обеспечение энергией для бурения и добычи полезных ископаемых в Арктике, а также обеспечение электроэнергией и чистой водой тех, кто в них работает, будет становиться все более приоритетным для тех стран, которые претендуют на ресурсы Арктики. .

Поскольку питьевая вода становится все более дефицитной на Глобальном Юге, опреснительные установки будут иметь важное значение для поддержания жизни неизмеримого количества людей, и поэтому даже с учетом рисков ядерных аварий риски смерти от жажды будут гораздо более непосредственными. для многих.

Серийные плавучие атомные электростанции вполне могут стать волной будущего, нравится нам это или нет.