Малые модульные реакторы (ММР) намного меньше современных ядерных реакторов (300 МВт или меньше) и имеют компактную и масштабируемую конструкцию, которая обеспечивает безопасность, строительство и экономические преимущества, а также предлагает потенциал для меньших первоначальных капиталовложений и масштабируемости.
Указанная мощность относится к мощности одного реактора, если не указано иное.
В 2021 году на площадке атомной электростанции «Чанцзян» в провинции Хайнань началось строительство ACP100 . [53] Ранее, в июле 2019 года, CNNC объявила, что к концу года начнется строительство демонстрационного реактора ACP100 SMR. [54] Проектирование ACP100 началось в 2010 году, и он стал первым проектом SMR такого рода, одобренным Международным агентством по атомной энергии в 2016 году. [55] [56] Это полностью интегрированный реакторный модуль с внутренней системой охлаждения с двухлетним интервалом перезарядки, производящий 385 МВт и около 125 МВт. [57] Реактор с водой под давлением (PWR) мощностью 125 МВт также называется Linglong One и предназначен для различных целей, включая производство электроэнергии, отопление, производство пара или опреснение морской воды . [58] [59]
ARC-100 — это реактор бассейнового типа с быстрым потоком и натриевым охлаждением мощностью 100 МВт с металлическим топливом, созданный на основе 30-летней успешной эксплуатации экспериментального реактора-размножителя II в Айдахо. ARC Nuclear разрабатывает этот реактор в Канаде в партнерстве с GE Hitachi Nuclear Energy с целью дополнения существующих установок CANDU . [4]
В 2024 году Индия объявила о своем намерении разработать проект SMR под названием Bharat Small Reactor. [60] [61]
Разработанный Национальной комиссией по атомной энергии Аргентины (CNEA) и INVAP , CAREM представляет собой упрощенный реактор с водой под давлением (PWR), рассчитанный на электрическую мощность 100 МВт или 25 МВт. Это интегральный реактор — контур первичного теплоносителя системы полностью заключен в корпусе реактора.
Топливо — оксид урана с обогащением 3,4%. Первичная система охлаждения использует естественную циркуляцию , поэтому насосы не требуются, что обеспечивает внутреннюю безопасность от расплавления активной зоны даже в аварийных ситуациях. Интегральная конструкция также сводит к минимуму риск аварий с потерей теплоносителя (LOCA). Требуется ежегодная дозаправка. [62] В настоящее время первый реактор такого типа строится недалеко от города Сарате, в северной части провинции Буэнос-Айрес.
Copenhagen Atomics Waste Burner разработан датской компанией Copenhagen Atomics , занимающейся технологиями расплавленной соли. Copenhagen Atomics Waste Burner — это одножидкостный, тяжеловодный, фторидный, тепловой спектральный и автономно управляемый реактор на расплавленной соли. Он разработан для размещения внутри герметичного 40-футового контейнера для транспортировки из нержавеющей стали. Тяжеловодный замедлитель термически изолирован от соли и непрерывно дренируется и охлаждается до температуры ниже 50 °C. Также исследуется версия замедлителя на основе расплавленного литий-7-дейтерооксида ( 7 LiOD). Реактор использует ториевый топливный цикл, используя отделенный плутоний из отработанного ядерного топлива в качестве начальной делящейся загрузки для первого поколения реакторов, в конечном итоге переходя к ториевому бридеру. [63]
Проект Elysium, названный Molten Chloride Salt, Fast Reactor (MCSFR), представляет собой реактор быстрого спектра, то есть большинство делений вызываются высокоэнергетическими (быстрыми) нейтронами. Это позволяет преобразовывать воспроизводящие изотопы в топливо, производящее энергию, эффективно использовать ядерное топливо и замыкать топливный цикл. Кроме того, это может позволить реактору работать на отработанном ядерном топливе из водных реакторов. [64]
ENHS — это жидкометаллический реактор (LMR), в котором в качестве охладителя используется свинец (Pb) или свинец–висмут (Pb–Bi). Pb имеет более высокую температуру кипения, чем другой обычно используемый металлический охладитель, натрий , и химически инертен с воздухом и водой. Трудность заключается в поиске конструкционных материалов, которые будут совместимы с охладителем Pb или Pb–Bi, особенно при высоких температурах. ENHS использует естественную циркуляцию для охладителя и турбинного пара, что устраняет необходимость в насосах. Он также спроектирован с автономным управлением, с конструкцией генерации электроэнергии, следующей за нагрузкой , и тепловой эффективностью в электрическую более 42%. Топливом является либо U–Zr, либо U–Pu–Zr, и может поддерживать реактор на полной мощности в течение 15 лет до необходимости его перезарядки, с любым239
Pu в концентрации 11% или235
U на уровне 13%
Он требует хранения на месте, по крайней мере, пока он не остынет достаточно, чтобы охладитель затвердел, что делает его очень устойчивым к распространению . Однако корпус реактора весит 300 тонн с охладителем внутри, и это может вызвать некоторые трудности при транспортировке. [65]
Flibe Energy — американская компания, созданная для проектирования, строительства и эксплуатации малых модульных реакторов на основе технологии жидкофторидного тория (LFTR) (тип реактора на расплавленных солях ). Название «Flibe» происходит от FLiBe , фторидной соли лития и бериллия , используемой в LFTR. Первоначально будет разработана версия мощностью 20–50 МВт (электрическая), за которой в дальнейшем последуют «реакторы коммунального класса» мощностью 100 МВт. [66] Планируется строительство сборочной линии , производящей «мобильные установки, которые могут быть рассредоточены по всей стране, куда им нужно отправиться для выработки электроэнергии». Первоначально компания сосредоточилась на производстве ММР для питания удаленных военных баз. [67] Flibe также предлагалось использовать в термоядерном реакторе как в качестве первичного теплоносителя, так и для получения тритиевого топлива для реакторов DT.
HTR -PM — это высокотемпературный газоохлаждаемый (HTGR) реактор с шаровыми твэлами поколения IV , частично основанный на более раннем прототипе реактора HTR-10 . [68] Реакторный блок имеет тепловую мощность 250 МВт, и два реактора подключены к одной паровой турбине для выработки 210 МВт электроэнергии. [68] Его потенциальные применения включают прямую замену сверхкритических угольных электростанций, [69] [70] в то время как его тепло может быть использовано для опреснения морской воды, производства водорода или широкого спектра других высокотемпературных применений в промышленности. [71]
Коммерческая версия проекта Национальной лаборатории Лос-Аламоса , Hyperion Power Module (HPM) — это LMR, использующий охладитель Pb–Bi. Его выходная мощность составляет 25 МВт, а КПД — менее 20%235
Обогащение U. Реактор представляет собой герметичный сосуд, который доставляется на место в целости и сохранности и вывозится для дозаправки на заводе, что снижает опасность распространения. Каждый модуль весит менее 50 тонн. Он имеет как активные, так и пассивные функции безопасности. [72] [73]
Установка IMSR представляет собой проект установки SMR мощностью 2x195 МВт/2x442 МВт, разрабатываемый компанией Terrestrial Energy [74] из Оквилла, Канада. Реактор представляет собой запатентованную конструкцию реактора на расплавленной соли, которая основана на двух существующих конструкциях: денатурированном реакторе на расплавленной соли (DMSR) и малом модульном усовершенствованном высокотемпературном реакторе (smAHRT). Обе конструкции разработаны Национальной лабораторией Ок-Ридж . Ключевой технологией IMSR® является интеграция основных компонентов реактора, замедлителя, основных теплообменников и насоса в герметичный и сменный сосуд, сердечник IMSR®, который заменяется каждые 7 лет. Это решает проблемы срока службы материалов, обычно связанные с графитовыми замедлителями и использованием расплавленной соли.
Тепловой спектр, графитовый замедлитель, фторидный расплавленный солевой реактор, работает на стандартном анализе (<5% U235) низкообогащенного урана (НОУ), растворенного в расплавленной фторидной соли. Это единственный реактор в классе поколения IV, который использует топливо стандартного анализа НОУ. Использование стандартного топлива упрощает лицензирование и международное признание. Канадская комиссия по ядерной безопасности (CNSC) завершила предлицензионную проверку проекта поставщика (VDR) проекта завода IMSR в апреле 2023 года. [75]
Разработанный международным консорциумом во главе с Westinghouse и инициативой по исследованию ядерной энергии (NERI), IRIS -50 представляет собой модульный PWR с генерирующей мощностью 50 МВт. Он использует естественную циркуляцию для теплоносителя. Топливом является оксид урана с 5% обогащением235
U , который может работать в течение пяти лет между перезарядками. Более высокое обогащение может удлинить период перезарядки, но может вызвать некоторые проблемы с лицензированием. Iris — это интегральный реактор с конструкцией защитной оболочки высокого давления. [72] [76]
На основе конструкции ядерных источников питания для российских ледоколов модифицированный КЛТ-40 использует проверенную, коммерчески доступную систему PWR. Система охлаждения основана на принудительной циркуляции воды под давлением во время штатной эксплуатации, хотя естественная конвекция может использоваться в аварийных ситуациях. Топливо может быть обогащено до более чем 20% предела для низкообогащенного урана, что может создавать проблемы нераспространения. Реактор имеет активную (требующую действия и электропитания) систему безопасности с аварийной системой питательной воды. Перезагрузка требуется каждые два-три года. [77] Первым примером является судно водоизмещением 21 500 тонн «Академик Ломоносов» , спущенное на воду в июле 2010 года. Строительство «Академика Ломоносова» было завершено на верфях Санкт-Петербурга в апреле 2018 года. 14 сентября 2019 года оно прибыло на постоянное место дислокации в Чукотском регионе , где обеспечивает теплом и электроэнергией, заменив Билибинскую АЭС , которая также использует СМР старой конструкции ЭГП-6, подлежащую закрытию. [78] «Академик Ломоносов» начал работу в декабре 2019 года. [79]
mPower от Babcock & Wilcox (B&W) представляет собой интегрированный PWR SMR. Ядерные системы подачи пара (NSSS) для реактора прибывают на площадку уже собранными, и поэтому требуют очень мало строительства. Каждый модуль реактора будет производить около 180 МВт и может быть соединен вместе, чтобы сформировать эквивалент одной большой атомной электростанции. B&W подала письмо о намерениях для утверждения проекта в Комиссию по ядерному регулированию (NRC). [80] Babcock & Wilcox объявила 20 февраля 2013 года, что они заключили контракт с Управлением долины Теннесси на подачу заявки на получение разрешений на строительство малого модульного реактора mPower на площадке TVA's Clinch River в Оук-Ридже, штат Теннесси . [81] [82]
В марте 2017 года проект разработки был прекращен, поскольку Bechtel сослалась на невозможность найти коммунальную компанию, которая предоставила бы площадку для первого реактора и инвестора. [83] [84]
Первоначально проект Департамента энергетики и Университета штата Орегон , модульные реакторы NuScale были переданы NuScale Power , Inc. NuScale — это легководный реактор (LWR) с235
Обогащение топлива U менее 5%. Период перезарядки составляет два года. [85] Однако модули исключительно тяжелые, каждый весит около 500 тонн. [ требуется ссылка ]
Каждый модуль имеет электрическую мощность 77 МВт (брутто), а одна электростанция NuScale может быть масштабирована от одного до 12 модулей для выходной мощности на площадке 884 МВт (нетто). [86] Первоначально компания надеялась запустить завод к 2018 году. [72] [87] Комиссия по ядерному регулированию выпустила окончательный отчет об оценке безопасности более раннего проекта NuScale SMR мощностью 50 МВт в августе 2020 года, одобрив меры безопасности и разрешив NuScale продолжить следующий этап процесса проектирования. [88] [89]
OPEN100 — это проект SMR, разработанный Energy Impact Center , который опубликовал первые чертежи с открытым исходным кодом для реактора с водой под давлением мощностью 100 МВт. Проект направлен на стандартизацию строительства атомных электростанций для сокращения стоимости и продолжительности. Согласно проекту, электростанции могут быть построены всего за два года за 300 миллионов долларов. Это также шаблон, позволяющий вносить изменения на месте с прогнозируемостью затрат плюс-минус 20%. [90] Реактор может быть разработан либо коммунальной службой, либо частной компанией. [24] Transcorp Energy из Нигерии согласилась использовать модель OPEN100 для строительства первых в стране ядерных реакторов в июле 2021 года. [91]
Модульный реактор с шаровыми твёрдыми твёрдыми телами (PBMR) — это модернизированная версия конструкции, впервые предложенной в 1950-х годах и развёрнутой в 1960-х годах в Германии. Он использует сферические топливные элементы, покрытые графитом и карбидом кремния, заполненные до 10 000 частицами TRISO , которые содержат диоксид урана ( UO
2) и соответствующие слои пассивации и безопасности. Затем галька помещается в активную зону реактора, состоящую примерно из 450 000 «галек». Выходная мощность активной зоны составляет 165 МВт. Она работает при очень высоких температурах (900 °C) и использует гелий, благородный газ в качестве основного теплоносителя; гелий используется, поскольку он не взаимодействует с конструкционными или ядерными материалами. Тепло может передаваться парогенераторам или газовым турбинам, которые могут использовать циклы Ренкина (пар) или Брайтона (газовая турбина). [72] [92] Южная Африка прекратила финансирование разработки PBMR в 2010 году и отложила проект на неопределенный срок [25] ); большинство инженеров и ученых, работающих над проектом, переехали за границу в такие страны, как США, Австралия и Канада. [93]
Основанный на проектах экономичного упрощенного кипящего реактора компании General Electric (GE), NMR представляет собой SMR с естественной циркуляцией и электрической мощностью 50 МВт. NMR имеет гораздо более короткий корпус реактора высокого давления по сравнению с обычными BWR. Охлаждающий пар напрямую приводит в действие турбины, что исключает необходимость в парогенераторе. Он использует естественную циркуляцию, поэтому нет насосов охлаждающей жидкости. Реактор имеет как отрицательные пустотные, так и отрицательные температурные коэффициенты. Он использует топливо из оксида урана с235
Обогащение U 5%, которое не требует дозаправки в течение десяти лет. Двойные пассивные системы безопасности включают в себя гравитационную систему впрыска воды и систему охлаждения полости защитной оболочки, чтобы выдерживать длительное отключение электроэнергии на станции в случае серьезных аварий. ЯМР потребует временного хранения отработанного топлива на месте, и даже с модульной конструкцией потребует значительной сборки. [94] [95]
Last Energy — это комплексный разработчик проектов малых модульных атомных электростанций, цель которого — преобразовать атомную энергетику за счет значительного сокращения сроков и стоимости строительства.
Первый продукт компании, PWR-20, представляет собой полностью модульный SMR, все модули которого помещаются в стандартный транспортный контейнер. Он использует технологию реактора с водой под давлением (PWR), обеспечивая 20 МВт, и имеет воздушное охлаждение. [96] Благодаря возможности размещения вдали от источника воды и занимаемой площади размером примерно с футбольное поле, он ориентирован на распределенных потребителей энергии. [97]
Компания заявляет, что стоимость проекта составит менее 100 миллионов долларов, а его развертывание займет около 24 месяцев. [98] Недавно Last Energy объявила о сделках на сумму 19 миллиардов долларов в Европе [99] после строительства демонстрационной установки в Техасе. [100]
Газотурбинный модульный гелиевый реактор (GTMHR) — проект компании General Atomics . Это реактор с гелиевым охлаждением. Реактор находится в одном корпусе, а все охлаждающее и теплообменное оборудование заключено во втором корпусе, присоединенном к реактору одной коаксиальной линией для потока охлаждающей жидкости. Установка представляет собой четырехэтажное, полностью надземное здание с электрической мощностью 10–25 МВт. Гелиевый охладитель не взаимодействует с конструкционными металлами или реакцией, а просто отводит тепло даже при чрезвычайно высоких температурах, что обеспечивает эффективность около 50%, тогда как водоохлаждаемые и работающие на ископаемом топливе установки в среднем составляют 30–35%. Топливом является топливо из частиц оксида урана с обогащением 19,9%. Частицы прессуются в цилиндрические топливные элементы и вставляются в графитовые блоки. Для установки мощностью 10 МВт в реакторе имеется 57 таких графитовых блоков. Период перезарядки составляет от шести до восьми лет. Требуется временное хранение отработанного топлива на месте. Риски распространения довольно низкие, поскольку графитовых блоков немного, и если бы некоторые из них пропали, это было бы очень заметно. [101]
Rolls-Royce готовит конструкцию трехконтурного PWR с близкой связью, иногда называемого UK SMR. [102] [103] Первоначально планировалось, что выходная мощность составит 440 МВт, позже ее увеличили до 470 МВт, что выше обычного диапазона, считающегося SMR. [104] [105] Будет использоваться модульная градирня с принудительной тягой. [105] Проект рассчитан на 500 дней строительства на участке площадью 10 акров (4 га). [103] [106] Ожидается, что общее время строительства составит четыре года: два года на подготовку площадки и два года на строительство и ввод в эксплуатацию. [107] Целевая стоимость строительства пятого блока составляет 1,8 млрд фунтов стерлингов. [108]
Консорциум, разрабатывающий проект, ищет финансирование от правительства Великобритании для поддержки дальнейшей разработки. [109] В 2017 году правительство Великобритании выделило финансирование в размере до 56 миллионов фунтов стерлингов в течение трех лет для поддержки исследований и разработок SMR. [110] В 2019 году правительство выделило еще 18 миллионов фунтов стерлингов на разработку из своего фонда Industrial Strategy Challenge Fund. [111] В ноябре 2021 года правительство Великобритании выделило финансирование в размере 210 миллионов фунтов стерлингов для дальнейшей разработки проекта, частично дополненное 195 миллионами фунтов стерлингов инвестиций от Rolls-Royce Group , BNF Resources UK Limited и Exelon Generation Limited . [112] [113] Они ожидают, что первый блок будет завершен в начале 2030-х годов. [114]
Разработанный Центральным научно-исследовательским институтом электроэнергетики (ЦНИИЭП), 4S представляет собой чрезвычайно модульную конструкцию, изготовленную на заводе и требующую очень мало строительства на месте. Это реактор с натриевым (Na) охлаждением, использующий топливо U–Zr или U–Pu–Zr. Конструкция основана на подвижном отражателе нейтронов для поддержания устойчивого уровня мощности в течение от 10 до 30 лет. Жидкометаллический теплоноситель позволяет использовать электромагнитные (ЭМ) насосы с естественной циркуляцией, используемой в аварийных ситуациях. [72] [115]
Стабильный солевой реактор (SSR) — это конструкция ядерного реактора, предложенная Moltex Energy . [116] Она представляет собой прорыв в технологии реакторов на расплавленных солях , с потенциалом сделать ядерную энергетику более безопасной, дешевой и чистой. Модульный характер конструкции, включая активную зону реактора и неядерные здания, позволяет быстро развернуть ее в больших масштабах. Конструкция использует статическую топливную соль в обычных топливных сборках, что позволяет избежать многих проблем, связанных с перекачкой высокорадиоактивной жидкости, и одновременно соответствует многим ранее существовавшим международным стандартам. Проблемы с материалами также значительно сокращаются за счет использования стандартной ядерной сертифицированной стали с минимальным риском коррозии.
Вариант реактора SSR-W, сжигающего отходы, мощностью 300 МВт, в настоящее время проходит процедуру рассмотрения проекта поставщика (VDR) в Канадской комиссии по ядерной безопасности (CNSC). [75]
TWR от команды Intellectual Ventures ' TerraPower — еще один инновационный проект реактора. Он основан на идее цепной реакции деления, движущейся по ядру в «волне». Идея заключается в том, что медленное размножение и сжигание топлива будет проходить по ядру в течение 50–100 лет без необходимости его остановки, пока достаточно плодородного238
Поставляется U. Единственный обогащенный235
U требуется тонкий слой для начала цепной реакции. Пока что реактор существует только в теории, единственное тестирование проведено с помощью компьютерного моделирования. Разработана концепция большого реактора, но малая модульная конструкция все еще находится в стадии концептуализации. [117]
NuScale Power — единственный производитель SMR, имеющий лицензию NRC. Лицензия распространяется на реактор мощностью 50 МВт. [118] С тех пор NuScale разработала обновленную конструкцию с номинальной мощностью 77 МВт. Установка VOYGR SMR от NuScale — это «модульная» система, разработанная для легкого масштабирования от малых до средних коммерческих приложений. [119] VOYGR работает на легкой воде и работает индивидуально или совместно в составе групп до 12 модулей. В последней версии максимальная мощность одного модуля составляет 77 МВт. Как система из 12 модулей, VOYGR вырабатывает до 924 МВт. Заправка установки требуется раз в 12 лет. NuScale приписывают изобретение SMR совместно с исследователями из Университета штата Орегон .
Проект Westinghouse SMR представляет собой уменьшенную версию реактора AP1000, рассчитанную на выработку 225 МВт. После второй потери в декабре 2013 года финансирования через программу коммерциализации SMR Министерства энергетики США и сославшись на «отсутствие клиентов» для технологии SMR, Westinghouse объявила в январе 2014 года, что она отказывается от дальнейшей разработки SMR компании. Сотрудники Westinghouse, занимающиеся разработкой SMR, были «перераспределены» на AP1000 компании. [49]
4 мая 2023 года Westinghouse анонсировала AP300, который представляет собой одноконтурный реактор с водой под давлением мощностью 300 МВт на базе AP1000. Сертификация проекта ожидается к 2027 году, за которой последует лицензирование для конкретной площадки и строительство первого блока к концу десятилетия. [3]