TerraPower — американская инжиниринговая компания по проектированию и разработке ядерных реакторов со штаб-квартирой в Белвью, штат Вашингтон . TerraPower разрабатывает класс ядерных быстрых реакторов, называемых реакторами на бегущей волне (TWR). [1]
TWR помещает небольшое ядро обогащенного топлива в центр гораздо большей массы неделящегося материала, в данном случае обедненного урана . Нейтроны от деления в ядре « порождают » новый делящийся материал в окружающей массе, производя плутоний-239 . Со временем в области, окружающей ядро, вырабатывается достаточно топлива, чтобы оно могло подвергнуться делению, посылая нейтроны дальше в массу и продолжая процесс, в то время как исходное ядро истекает. В течение десятилетий реакция перемещается из ядра реактора наружу, таким образом «бегущая волна».
В сентябре 2015 года TerraPower подписала соглашение с государственной Китайской национальной ядерной корпорацией о строительстве прототипа реакторного блока мощностью 600 МВт в Сяпу в провинции Фуцзянь , Китай , с 2018 по 2025 год. [2] Коммерческие электростанции, вырабатывающие около 1150 МВт, были запланированы на конец 2020-х годов. [3] Однако в январе 2019 года было объявлено, что проект был заброшен из-за ограничений на передачу технологий, наложенных администрацией Трампа . [4]
В октябре 2020 года компания была выбрана Министерством энергетики США в качестве получателя соответствующего гранта на общую сумму от 400 миллионов до 4 миллиардов долларов в течение последующих 5-7 лет для строительства демонстрационного реактора с использованием их конструкции «Natrium». Natrium использует жидкий натрий в качестве охладителя (снижая стоимость за счет использования первичного контура с атмосферным давлением). Затем он передает это тепло расплавленной соли, которую можно хранить в резервуарах и использовать для генерации пара по требованию, что позволяет реактору работать непрерывно на постоянной мощности, при этом обеспечивая диспетчерское производство электроэнергии. [5]
TerraPower частично финансируется Министерством энергетики США (DOE) и Лос-Аламосской национальной лабораторией . [6] Одним из основных инвесторов TerraPower является Билл Гейтс (через Cascade Investment ). Другими являются Charles River Ventures и Khosla Ventures , которые, как сообщается, инвестировали 35 миллионов долларов в 2010 году. TerraPower возглавляет генеральный директор Крис Левек. В декабре 2011 года индийская Reliance Industries купила миноритарный пакет акций через одну из своих дочерних компаний, и ее председатель Мукеш Амбани вошел в совет директоров. Другими участниками TerraPower являются [7] ученые и инженеры из Ливерморской национальной лаборатории им . Лоуренса, испытательного центра Fast Flux , Microsoft и различных университетов, а также менеджеры из Siemens , Areva NP , проекта ИТЭР , Ango Systems Corporation и DOE.
SK Group согласилась инвестировать 250 миллионов долларов в 2022 году. Раунд совместно провели SK Inc и SK Innovation and Gates. DOE предоставило TerraPower финансирование с разделением затрат через Программу демонстрации усовершенствованных реакторов (ARDP) для тестирования, лицензирования и строительства усовершенствованного реактора в течение семи лет.
TerraPower выбрала Кеммерер, Вайоминг, в качестве площадки для реактора Natrium мощностью 345 МВт, использующего систему хранения энергии на основе расплавленной соли . Реактор может временно увеличить выход до 500 МВт, что позволит заводу интегрироваться с возобновляемыми источниками энергии. [8] В июне 2024 года на площадке был заложен фундамент, начав подготовку к пока еще не одобренному реактору. [9] По оценкам, его стоимость составит 4 миллиарда долларов, причем половину этой стоимости покроет Министерство энергетики, а Гейтс вложит 1 миллиард долларов своих денег. [10]
Цели компании включают в себя: [11]
TerraPower выбрала реакторы на бегущей волне (TWR) в качестве своей основной технологии. Их основным преимуществом является высокая утилизация топлива, которая не требует ядерной переработки и может устранить необходимость в обогащении урана. [12] TWR предназначены для преобразования обычно нерасщепляющихся фертильных нуклидов ( U-238 ) в расщепляющиеся нуклиды ( Pu-239 ) на месте, а затем перемещения производства электроэнергии из «сожженной» области в «разведенную». Это позволяет использовать преимущества замкнутого топливного цикла без расходов и риска распространения , связанного с заводами по обогащению/переработке. Достаточно топлива для 40-60 лет эксплуатации может быть включено в реактор во время производства. Реактор может быть установлен под землей, где он может работать в течение примерно 100 лет. [13] TerraPower описала свою конструкцию реактора как конструкцию поколения IV . [14]
Используя обедненный уран в качестве топлива, новый тип реактора может сократить запасы обедненного урана. [15] TerraPower отмечает, что в США хранится 700 000 метрических тонн обедненного урана и что 320 метрических тонн могут обеспечить электроэнергией 100 миллионов домов в течение года. [16] В отчетах утверждается, что высокая топливная эффективность TWR в сочетании с возможностью использования урана, извлеченного из речной или морской воды, означает, что достаточно топлива для выработки электроэнергии для 10 миллиардов человек при уровне потребления на душу населения в США в течение миллиона лет. [17]
Проект TWR все еще находится на стадии исследований и разработок . Концептуальная основа была смоделирована суперкомпьютерами с эмпирическими доказательствами теоретической осуществимости. 6 ноября 2009 года руководители TerraPower и Билл Гейтс посетили заводы Toshiba в Иокогаме и Кейхине в Японии и заключили с ними соглашение о неразглашении 1 декабря. [18] [19] [20] Toshiba разработала сверхкомпактный реактор 4S , который мог работать в течение 30 лет без обработки топлива и генерировать 10 мегаватт. [20] [21] [22] Некоторые из технологий 4S считаются пригодными для переноса в TWR. [19]
В октябре 2015 года сообщалось, что компания изучает конструкцию реактора на расплавленной соли совместно с Southern Company в качестве технологической альтернативы. [23] [24] В феврале 2022 года было объявлено, что две компании договорились о строительстве демонстрационного реактора на быстром спектре солей в Национальной лаборатории Айдахо (INL). [25] В 2023 году Министерство энергетики США объявило о проекте по строительству испытательного реактора с использованием высокообогащенного топлива (ВОУ), содержащего до 90%235
U , что противоречит долгосрочному проекту страны по удалению ВОУ из всех реакторов. [26]
Natrium объединяет реактор на расплавленном натрии с системой хранения энергии на расплавленной соли мощностью 1 ГВт·ч . Натрий обеспечивает диапазон температур в 785 Кельвинов между твердым и газообразным состояниями, что почти в 8 раз больше, чем диапазон в 100 Кельвинов у воды. Не требуя дорогостоящего и рискованного повышения давления, натрий может поглощать большое количество тепла. Он не подвержен риску разложения при высокой температуре, как вода. Natrium в основном использует аустенитные нержавеющие стали для компонентов, контактирующих с расплавленным натрием, из-за природы задействованных компонентов на сталях образуется защитный оксидный слой в присутствии натрия, препятствующий дальнейшей коррозии. [27] Системы мониторинга коррозии, использующие ультразвуковой контроль, используются для обнаружения любых потенциальных проблем. Регулярное техническое обслуживание и проверки помогают выявлять и устранять проблемы коррозии до того, как они станут значительными.
Натрий работает на основе высокопробного, низкообогащенного урана ( HALEU ) в качестве топлива. HALEU обогащен до содержания от 5 до 20 процентов урана, который может быть получен из отработанного топлива. Ожидается, что площадки для заводов будут меньше и в 4 раза эффективнее обычных заводов. Стержни управления Natrium опускаются только под действием силы тяжести в случае повреждения/отказа оборудования. Выходная мощность составляет постоянную величину 345 МВт. Завод рассчитан на работу на 100-процентной мощности 24/7. Система хранения рассчитана на работу в тандеме с прерывистыми источниками энергии, реагируя на их скачки и сбои. Он может вырабатывать 150% номинальной выходной мощности или 500 МВт в течение 5,5 часов. [28]
В июне 2021 года TerraPower и PacifiCorp ( Уоррена Баффета ) объявили о планах по строительству совместного реактора Natrium. [29] Четыре города в Вайоминге, пострадавшие от закрытия электростанций на ископаемом топливе, рассматривались для строительства демонстрационного реактора: Gillette , Kemmerer , Glenrock и Rock Springs, Wyoming . [30] PacificCorp ведет бизнес в Вайоминге как Rocky Mountain Power и имеет угольную электростанцию в каждом из кандидатов. [31] 16 ноября 2021 года было объявлено, что выбран Kemmerer. Церемония закладки фундамента состоялась 10 июня 2024 года. [32] Электростанция спроектирована так, чтобы состоять из двух смежных частей — «энергетического острова» и « ядерного острова ». Строительство «ядерного острова» планируется начать в 2026 году. [32] Коммерческая электростанция может быть введена в эксплуатацию к 2030 году. [33] [34]
энергетики разделит общую стоимость строительства каждой станции с частной промышленностью. Каждый проект получает 80 миллионов долларов в этом году и может получить в общей сложности от 400 миллионов до 4 миллиардов долларов финансирования в течение следующих 5-7 лет. ... Вместо воды реактор Natrium мощностью 345 мегаватт от TerraPower, Inc. и GE Hitachi будет использовать в качестве теплоносителя расплавленный металлический натрий. Поскольку у натрия температура кипения намного выше, чем у воды, теплоноситель не придется нагнетать, что снизит сложность и стоимость станции. Натрий будет передавать свое тепло расплавленной соли, которая затем может поступать непосредственно в парогенератор или в резервуар для хранения, чтобы позже вырабатывать пар и электроэнергию. ... Поскольку натриевый теплоноситель Natrium не находится под давлением, реактору требуется меньшая структура защитной оболочки, чем обычному реактору. Установка также «разъединяет» реактор и электрогенерирующие части установки, которые находятся на противоположных сторонах резервуаров для хранения.
Гейтс инвестировал 1 миллиард долларов в атомную электростанцию, строительство которой началось в Кеммерере, штат Вайоминг, на этой неделе. Новый объект, спроектированный основанной Гейтсом компанией TerraPower, будет меньше традиционных атомных электростанций деления и, в теории, безопаснее, поскольку для охлаждения активной зоны реактора вместо воды будет использоваться натрий. По оценкам TerraPower, строительство станции может обойтись в 4 миллиарда долларов,...
сотрудничестве с PacifiCorp и Rocky Mountain Power ядерный реактор заменит угольную электростанцию в Вайоминге после ее вывода из эксплуатации. Конкретное место пока не определено, но это будет одна из наших электростанций Rocky Mountain Power в Вайоминге: электростанция Jim Bridger около Рок-Спрингс, электростанция Dave Johnston около Гленрока, электростанция Naughton в Кеммерере или электростанция Wyodak около Джиллетта.