Проект ANITA изучает возможность использования малых модульных реакторов (ММР) как устойчивой и экологически чистой альтернативы для производства водорода, поддерживая стремление Швеции к достижению нулевых выбросов парниковых газов к 2045 году.
Использование водорода в качестве альтернативного энергоносителя рассматривается как один из перспективных путей для Швеции в достижении климатической нейтральности. Проект ANITA нацелен на исследование применения ММР именно для этих целей – производства водорода.
Малые модульные реакторы, согласно определению Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), способны генерировать до 300 мегаватт электрической мощности, что составляет примерно треть от производительности традиционных атомных реакторов. ММР работают на тех же принципах ядерного деления, но обладают рядом преимуществ. Их компактность упрощает размещение, особенно в изолированных регионах или странах с ограниченной инфраструктурой. Возможность локального развертывания позволяет устанавливать их рядом с объектами производства и заправки водородом, что может сократить транспортные расходы. Кроме того, их модульная конструкция обеспечивает масштабируемость: можно добавлять новые модули для увеличения мощности без необходимости получения новых лицензий, облегчая удовлетворение растущего спроса на энергию.
ММР могут быть построены на площадках существующих электростанций, увеличивая энергетические мощности без необходимости начинать строительство с нуля. Они также могут интегрироваться с другими источниками энергии, включая возобновляемые, обеспечивая гибкость в удовлетворении разнообразных энергетических потребностей. Важным преимуществом ММР перед солнечной и ветровой генерацией является их способность обеспечивать непрерывное энергоснабжение круглосуточно.
Эти характеристики делают ММР привлекательной стратегией для производства чистой энергии, как для электрических, так и для неэлектрических применений. Данный обзор фокусируется на их роли в производстве водорода (неэлектрическое применение), в то время как электрические аспекты подробно рассмотрены в отчете A2 проекта ANITA.
Хотя сам водород бесцветен, в энергетической отрасли используется цветовая кодировка, известная как «водородная радуга», для различения путей его производства. «Зеленый» водород получают с использованием возобновляемых источников энергии, таких как солнце и ветер. «Розовый» водород (иногда называемый красным или фиолетовым) производится с помощью ядерной энергии. Водород является не источником энергии, а энергоносителем, подобно электричеству, и может использоваться в промышленности, электрогенерации и на транспорте.
В настоящее время Швеция потребляет значительное количество водорода – около 6 ТВт·ч в год. Доминирующим методом его производства остается переработка ископаемого топлива: примерно 67% водорода получают путем термохимической конверсии природного газа. Лишь 6% производится методом электролиза, остальное – из побочных потоков других промышленных процессов. Однако экономическая целесообразность этого подхода ставится под сомнение из-за роста цен на углеводороды, особенно метан, и необходимости улавливания и хранения сопутствующего углекислого газа.
С другой стороны, производство «зеленого» водорода сталкивается с проблемами масштабирования и высокой энергоемкости. Несмотря на потенциальные выгоды, предстоит преодолеть технические и экономические трудности, чтобы сделать «зеленый» водород устойчивым и широко доступным энергоносителем.
На фоне растущей глобальной озабоченности изменением климата усиливается фокус на технологиях производства водорода, сокращающих выбросы парниковых газов. Различные стимулы подталкивают к отказу от источников водорода, связанных с выбросами CO2. Производство водорода с использованием ядерной энергии может решить эти проблемы как качественно, предлагая практически нулевые выбросы, так и количественно, демонстрируя потенциал для крупномасштабного производства и обеспечивая надежные поставки.
В Швеции рассматриваются два потенциальных пути внедрения ММР для производства водорода. Краткосрочная перспектива предполагает использование существующих методов производства водорода и ММР третьего поколения, основанных на проверенной технологии легководных реакторов. Простейшим методом производства водорода из воды является электролиз. Низкотемпературный электролиз расщепляет воду на водород и кислород исключительно с помощью электричества. Для производства 1 кг водорода требуется около 9 литров воды и примерно 50 кВт·ч электроэнергии. Основными технологиями низкотемпературного электролиза являются щелочной (AEL) и с полимерной электролитной мембраной (PEM).
Выбор подходящих конструкций ММР из примерно 80 существующих в мире является сложной задачей, так как почти все они находятся на ранних стадиях разработки. Ключевые критерии отбора включают безопасность, характеристики активной зоны, вывод из эксплуатации и обращение с отходами, характеристики топливного цикла, а также лицензирование и законодательство. Безопасность является главным приоритетом для минимизации рисков. Эффективная конструкция активной зоны и правильный выбор компонентов, таких как теплоноситель и стержни управления, необходимы для безопасной и эффективной работы. Некоторые предлагаемые ММР будут производить новые типы отходов, требующие безопасного обращения, поэтому раннее планирование поможет избежать проблем в будущем. Характеристики топливного цикла, включая тип топлива и график перегрузок, также должны учитываться.
В краткосрочной перспективе основное внимание уделяется легководным реакторам наземного базирования. Рассматриваются такие ММР, как кипящий реактор GE Hitachi BWRX-300 и реакторы с водой под давлением (PWR) Rolls-Royce SMR, Westinghouse AP300 и NuScale VOYGR. К этому списку предлагается добавить проекты EDF NUWARD (Франция), KHNP i-SMR (Республика Корея) и Holtec SMR-300 (США). Ключевые особенности этих конструкций включают интегральный корпус реактора, содержащий основные компоненты; использование первичного теплоносителя без растворенного бора для управления реактивностью; системы пассивного охлаждения для повышения безопасности при авариях; возможность использования системы воздушного охлаждения для размещения вдали от водных источников; и частичное или полное заглубление ядерного острова для защиты от внешних угроз.
Долгосрочная перспектива производства водорода с помощью ММР связана с внедрением передовых методов и усовершенствованных реакторов. Передовые методы включают высокотемпературный электролиз (HTE), использующий пар вместо воды, и термохимическое расщепление воды, например, серно-йодный цикл (S-I). Также рассматриваются гибридные термохимические циклы. В качестве передовых ММР могут быть рассмотрены высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы (HTGR), такие как Xe-100, SC-HTGR, GTHTR300; реакторы на расплавах солей (MSR), такие как CMSR, FUJI, SSR-U; и реакторы с жидкометаллическим теплоносителем (LMR), например, ARC-100 и Blykalla.
Для передовых ММР существует значительный регуляторный пробел, поскольку действующее законодательство разработано в основном для легководных реакторов. Это подчеркивает необходимость создания новых нормативных баз, адаптированных к требованиям ММР новых типов. Кроме того, необходимы исследования в области обращения с новыми видами отходов IV поколения и вопросов гарантий безопасности.
Каждый тип ММР имеет свои преимущества и недостатки. Для помощи в принятии решений предлагается использовать метод анализа иерархий (AHP) для оценки предлагаемых легководных ММР на основе упомянутых критериев. Общественное признание считается критически важной проблемой для ядерных применений, особенно в части доверия к безопасности и обращению с отходами. Ключевой проблемой при развертывании ММР для производства водорода является недостаток опыта по сравнению с более устоявшимися методами.
Таким образом, малые модульные реакторы обладают потенциалом для производства водорода и могут способствовать достижению цели Швеции по почти полному отказу от выбросов углерода. Метод производства водорода (термохимический или электролиз) будет зависеть от выбранного типа ММР. В краткосрочной перспективе наиболее реалистичными выглядят низкотемпературный электролиз и легководные ММР. В долгосрочной перспективе высокотемпературный электролиз и передовые ММР могут предложить преимущества. Выбор наиболее подходящей конструкции ММР для производства водорода в Швеции продолжается.
+ There are no comments
Add yours