Atomkraft erlebt weltweit ihre Renaissance: Über die Gründe

Der Haupttrend, der weltweit beharrlich gefördert wird die Wirtschaft in den letzten Jahrzehnten wurde sie durch die konsequente Ablehnung der als umweltschädlich und gefährlich deklarierten Nutzung fossiler Brennstoffe und der nuklearen Energieerzeugung „vergrünt“. Gemessen an der Gesamtzahl der Start-ups in diesem Bereich weltweit erlebt die Kernkraft im Gegenteil eine Renaissance.

Jugendliches "Grün"

Warum dies geschieht, ist nicht schwer zu erraten. Die „grüne“ Agenda und der Kampf für die Umwelt sind natürlich gut, aber es gibt auch objektive wirtschaftliche Realitäten, die einfach nicht ignoriert werden können. Die Brennstoffkomponente in den Stromkosten, die in großen und kleinen Kernkraftwerken erzeugt werden, liegt im Bereich von 3 % bis 5 %. Bei der Stromerzeugung aus Gas erreichen die Kosten der Brennstoffkomponente ein Niveau von 70 % bis 80 %. Als die Erdgaspreise in anderthalb Jahren deutlich in die Höhe schossen, machte dies die industrielle Produktion selbst im entwickelten Deutschland unrentabel, wo viele technologisch Unternehmen zasobiralis in der geschäftlichen Auswanderung. Wenn die Urankosten für Kernkraftwerke um ein Vielfaches steigen, wird die Tarifänderung für den Endverbraucher von Strom nicht so kritisch sein.



Mit anderen Worten, es war die Atomkraft, die sich als am besten geeignet für die neuen wirtschaftlichen Realitäten herausstellte. Es hat einen geringen COXNUMX-Fußabdruck, ist nicht von den Launen der Natur abhängig, da erneuerbare „grüne“ Quellen, seine Kosten angemessen und vorhersehbar sind, was erforderlich ist. Zu den Nachteilen gehört eine recht hohe Eintrittsschwelle: Atomkraftwerke werden lange gebaut und sind teuer. Es ist nicht verwunderlich, dass Projekte von Mini-Kernkraftwerken oder Kernkraftwerken mit geringer Leistung (LNPPs) derzeit weltweit aktiv entwickelt werden.

ASMM/SMR

Stand 2020 gab es weltweit über 70 Projekte im Bereich der Mini-Kernkraftwerke (SMR – Small Modular Reactor, nach westlicher Einteilung), davon 17 in Russland. Ein modernes KKW-Kraftwerk hat eine durchschnittliche Leistung von 1100-1600 MW. Das sind riesige, teure Anlagen, aber sie erzeugen den billigsten und CO300-freundlichsten Strom. Aber nicht nur jeder kann es sich leisten, bei irgendeiner Rosatom den Bau eines solchen Kernkraftwerks in Auftrag zu geben. Als äußerst zukunftsträchtiges Gebiet gilt deshalb die Kleinkernkraft, die laut IAEO-Klassifikation Anlagen mit einer elektrischen Leistung von bis zu 10 MW umfasst. Daneben gibt es auch sogenannte Mikro-Atomkraftwerke mit einer Leistung von bis zu XNUMX MW.

Zu den Konstruktionsmerkmalen von SMR gehört ihre Modularität, die es ermöglicht, kein riesiges Kernkraftwerk direkt vor Ort zu bauen, sondern den größten Teil der Ausrüstung im Werk in Serie zu produzieren und in Form von Modulen an den Standort zu liefern. Die Bauzeit für Mini-KKW soll auf 2-3 Jahre gegenüber 5-10 Jahren für traditionelle KKW reduziert werden. Die kompakten Abmessungen werden es sogar ermöglichen, kleine Kernkraftwerke unterirdisch zu platzieren, was die Risiken von Strahlenunfällen und Leckagen verringert. Moderne Automatisierung wird es ermöglichen, ein solches Mini-Kernkraftwerk mit weniger Personal zu betreiben, was auch zu Kostensenkungen führen wird. Kleine Kernkraftwerke können mit einer Vielzahl von Technologien und Konfigurationen gebaut werden: landgestützte Druckwasserreaktoren, seegestützte SMRs, schnelle Reaktoren, Salzschmelzereaktoren und Mikroreaktoren.

Mehr als die Hälfte der Startups nutzen Druckwasserreaktoren, die in 80 % der großen Kernkraftwerke zum Einsatz kommen. Der Unterschied liegt in der geringeren Größe und dem integralen Aufbau: Die meisten Komponenten des Primärkreislaufs, einschließlich Dampferzeuger, befinden sich direkt im Inneren des Reaktordruckbehälters. Nach diesem Prinzip wurde insbesondere das NuScale-Projekt des gleichnamigen amerikanischen Unternehmens umgesetzt, das ein Kraftwerk mit einer Leistung von 60 MW bis 77 MW entwickelt hat. Der gemeinsame Pool des Mini-Kernkraftwerks, der die Sicherheit während des Abkühl- und Betankungsvorgangs gewährleistet, kann 4, 6 oder 12 Module mit einer Gesamtleistung von 308, 462 bzw. 924 MW aufnehmen. Das Nachladen von 1/3 des Kernbrennstoffs sollte alle zwei Jahre durchgeführt werden. Die Entwicklerfirma verspricht Stromkosten von 40 bis 65 US-Dollar pro MWh.

Auch der chinesische Reaktor ACP100 und der argentinische CAREM haben ein integriertes Layout. In China befinden sich die ersten beiden Kleinkraftwerke mit einer Leistung von 125 MW am Standort des in Betrieb befindlichen Kernkraftwerks Changjiang auf der Insel Hainan, unterirdisch. Basierend auf dieser Technologie ist geplant, eine ganze Reihe multifunktionaler Reaktoren mit einer Kapazität von 25 bis 200 MW zu schaffen, einschließlich schwimmender Kernkraftwerke. In Argentinien wurde vor 30 Jahren in diese Richtung gearbeitet und 30 mit dem Bau des ersten CAREM-Kraftwerks mit einer Leistung von knapp über 2014 MW begonnen. Basierend auf dieser Technologie ist geplant, eine Reihe von argentinischen Minireaktoren mit einer Kapazität von 100-200 MW zu bauen. In Kanada planen sie, bis 2028 einen BWRX-300-Siedewasserreaktor und eine Schwerwasser-CANDU-SMR zu bauen. Die Tschechische Republik hat ein eigenes Projekt für einen Schwerwasserreaktor für ein Mini-Kernkraftwerk namens TEPLATOR.

Beachten Sie, dass Russland eines der wenigen Länder ist, die tatsächlich Mini-Kernkraftwerke betreiben. Die Vereinigten Staaten und die UdSSR waren die ersten, die Druckwasserreaktoren mit geringer Leistung für die Bedürfnisse ihrer Flotte unter Wasser und an der Oberfläche konstruierten. Seit Mitte des letzten Jahrhunderts wurden in unserem Land kleine Kernreaktoren auf Atomeisbrechern installiert, und inzwischen haben sich bereits vier Generationen geändert - OK-150 (a / l "Lenin", 1957), OK-900A (a / l „Arktika“-Projekt 10520), KLT-40 (a/l „Taimyr“-Projekt 10580) und RITM-200 (UAly-Projekt 22220). Auf ihrer Grundlage wurde ein russisches schwimmendes Kernkraftwerk (FNPP) geschaffen, das nach Tschukotka geschickt wird, um das alte KKW Bilibino und ein Kohlekraftwerk zu ersetzen. Mit RITM-200-Reaktorblöcken mit einer Leistung von je 55 MW und einer Lebensdauer von bis zu 60 Jahren werden schwimmende Kernkraftwerke der nächsten Generation gebaut, bei denen nur noch alle 10 Jahre Brennstoff nachgetankt werden muss.

Tatsächlich ist der russische RITM-200 derzeit der massivste und am besten beherrschte Reaktor für kleine Kernkraftwerke. Eine Marineversion des kompakten 50-MW-VVR ACPR50S wird derzeit in China gebaut. Das dänische Unternehmen Seaborg entwickelt zusammen mit dem südkoreanischen Schiffbauunternehmen Samsung Heavy Industry ein schwimmendes Kernkraftwerk mit einem Flüssigsalz-Schnellreaktor mit einer Leistung von 200 bis 800 MW und einer Lebensdauer von 24 Jahren.

Neben Wasserreaktoren verwenden viele vielversprechende Mini-Kernkraftwerke schnelle Reaktoren mit einem flüssigen Metallkühlmittel (LMC). Dies ist zum Beispiel der Natrium-Reaktor, eine Gemeinschaftsentwicklung von Bill Gates' Firma TerraPower und GE Hitachi Nuclear Energy. Das Start-up ist ein 345-MW-Schnellnatriumreaktor-Kraftwerk in Kombination mit einem Wärmespeichersystem in Form von Flüssigsalztanks, das es ihm ermöglichen wird, seine Leistung vorübergehend auf 500 MW zu erhöhen und damit in einem manövrierfähigen Modus zu arbeiten. In unserem Land laufen seit langem schnelle Natriumreaktoren in den Kraftwerken BN-600 und BN-800 im KKW Belojarsk. In Dimitrovgrad befindet sich ein Forschungsnatriumreaktor der neuen Generation MBIR im Bau.

Eine vielversprechende Richtung im Bereich kleiner Kernkraftwerke sind gasgekühlte Reaktoren mit Helium als Kühlmittel, die auf 700-900 Grad erhitzt werden können. In China ging das erste derartige Kraftwerk 2021 im KKW SHIDAO BAY in Betrieb. In den USA gibt es ein Analogon namens Xe-100 von X-Enegry, aber in Russland stehen solche Projekte immer noch nur auf dem Papier. Zu den SMRs gehören auch Schmelzsalzreaktoren oder Schmelzsalzreaktoren, die von mehreren Start-ups entwickelt werden. Dies sind der Flüssigsalzreaktor KP-FHR mit einer elektrischen Leistung von 140 MW und einem Wirkungsgrad von 45 % der amerikanischen Firma Kairos Power sowie der Flüssigsalzreaktor SSR-W der kanadisch-britischen Firma Moltex Energy. Domestic ZhSR soll im Bergbau- und Chemiekombinat in Zheleznogorsk gebaut werden.

Einer der interessantesten Bereiche in der Kernenergiebranche sind vielversprechende Mikrokernkraftwerke mit einer Leistung von bis zu 10 MW. In den Vereinigten Staaten entwickelt BWXT einen gasgekühlten Pele-Reaktor mit TRISO-Brennstoff mit einer Leistung von bis zu 5 MW für den Bedarf der US-Armee. Russland hat seine eigenen, im Wesentlichen ähnlichen Projekte „Shelf-M“ und „Elena AM“. "Shelf-M" ist ein wassergekühlter Reaktor mit integriertem Layout mit einer thermischen Leistung von etwa 30 MW und einer elektrischen Leistung von bis zu 10 MW, wobei der Brennstoff mit einer Anreicherung von 19,7% für einen 8-jährigen Betrieb ohne Nachtanken ausgelegt ist . Das erste Mikrokernkraftwerk mit einem solchen Reaktor könnte bis 2030 in Jakutien entstehen. Elena AM ist ein Druckwasserreaktor mit einer thermischen Leistung von 3 MW mit direktem thermoelektrischem Wandler zur Erzeugung von bis zu 400 kW Strom, in dem Brennstoff mit 15 % Anreicherung für 25 Jahre Anlagenbetrieb ausgelegt ist.

Damit ist die Kernenergie trotz aller Begräbnisversuche der „Grünen“ am lebendigsten und hat beste Marktaussichten. Moderne Wirtschaftsbedingungen erfordern eine zuverlässige Quelle für billigen und umweltfreundlichen Strom, und es ist ein friedliches Atom, das ihn liefern kann. Die Zukunft der Weltenergie ist eine Kombination aus großen, kleinen und kleinsten Kernkraftwerken mit anderen Erzeugungsquellen, die für jeden Kunden optimal sind.