Плавучие атомные электростанции: новый рубеж в морской энергетике

Авторские права принадлежат phonlamaiphoto/AdobeStock

На протяжении десятилетий плавучие атомные электростанции занимали нишевое положение в энергетических дискуссиях – технически осуществимые, стратегически привлекательные, но коммерчески нерентабельные. Однако сегодня совокупное давление декарбонизации, энергетической безопасности, ограниченности земельных ресурсов, растущего спроса на электроэнергию и дефицита воды делает плавучие атомные электростанции более серьезным вариантом для политиков, энергетических компаний и инфраструктурных проектов.

Плавучие атомные электростанции представляют собой потенциальный источник надежной низкоуглеродной электроэнергии и тепла (а также, по возможности, опресненной воды) для регионов, где традиционные энергетические системы дороги, углеродоемки или физически невозможны для строительства.

Наиболее наглядный пример — отдаленные прибрежные регионы и малые островные развивающиеся государства (МОГР). В этих условиях проблема заключается не только в декарбонизации, но и в высокой стоимости импортного топлива, уязвимости цепочек поставок и сложности масштабирования сетевой инфраструктуры.
Плавучая атомная электростанция (ФАЭС) может быть изготовлена на верфи, отбуксирована на место установки, пришвартована у берега, подключена к местной электросети, а впоследствии обслуживаться, заменяться или выводиться из эксплуатации с меньшим воздействием на окружающую среду, чем крупная наземная электростанция.

Это особенно актуально для малых островных развивающихся государств (SIDS). Многие острова по-прежнему зависят от импортного дизельного топлива или мазута, сталкиваются с нестабильными ценами на электроэнергию и имеют ограниченное пространство для крупномасштабных генерирующих мощностей. В то же время эти страны находятся на передовой линии борьбы с изменением климата и часто сталкиваются с нехваткой пресной воды. Плавучие атомные электростанции могли бы обеспечить стабильную и чистую электроэнергию, не занимая дефицитные земли, а также поддержать устойчивость водоснабжения, обеспечивая работу процессов опреснения воды избыточным теплом. Для SIDS, где энергетическая и водная безопасность часто тесно связаны, эта возможность двойного использования значительно повышает экономическую целесообразность плавучих атомных электростанций.

Основы плавучих атомных электростанций

АЭС на основе фитопланктона — это атомные энергоблоки, установленные на баржах или платформах и размещенные вблизи прибрежных центров потребления. Они обеспечивают надежную базовую нагрузку электроэнергии с минимальными эксплуатационными выбросами углекислого газа. В отличие от солнечной и ветровой энергии, они не являются прерывистыми, что критически важно для небольших или слабых энергосистем, где балансировка переменных возобновляемых источников энергии может быть более сложной задачей. Как правило, их можно изготавливать частично или полностью в контролируемых условиях верфи, что потенциально снижает строительные риски и упрощает тиражирование. Важно отметить, что они не требуют больших земельных участков под застройку. Наконец, они могут использовать отработанное тепло для промышленных процессов или опреснения воды.

Сегодня на рынке плавучих атомных электростанций представлены как уже используемые технологии, так и новые концепции. Единственной действующей плавучей атомной электростанцией является российская АЭС «Академик Ломоносов», расположенная в Певеке, в российской Арктике. На станции используется реакторная технология, разработанная на основе многолетнего опыта России в области атомных ледоколов и морских силовых установок. Еще одна готовая к вводу в эксплуатацию АЭС «Баим», которая будет введена в эксплуатацию в Баймской рудной зоне в 2028 году.

Другие игроки, включая США, Данию, Южную Корею и Китай, изучают решения на основе плавучих реакторов. Некоторые из них полагаются на компактные реакторы с водой под давлением, опираясь на опыт создания корабельных реакторов и отработанные ядерные технологии. Другие основаны на передовых концепциях, таких как реакторы на расплавленной соли, высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы, реакторы быстрого спектра и микромодульные реакторы.

Согласно анализу автора, в настоящее время в мире существует 118 проектов и/или прототипов реакторов АЭС Фукусима-Нюхэ (рис. 1). Рынок развивается по нескольким параллельным направлениям: относительно известные системы с водяным охлаждением для краткосрочного применения; морские реакторы, использующие опыт в области двигательных установок и ледоколов; высокотемпературные системы и системы на расплавленных солях, предназначенные для промышленного теплоснабжения и когенерации; конструкции с быстрым спектром энергии и долгосрочным потенциалом топливного цикла; и микрореакторы, предназначенные для небольших, удаленных или критически важных нагрузок. Это имеет коммерческое значение, поскольку разные типы реакторов подразумевают разные сценарии безопасности, топливные циклы, рабочие температуры, рынки конечного использования и пути лицензирования.

Рисунок 1. Проекты АЭС с фугасными литиями – по типу технологии. Источник: Анализ автора.

Коммерческая ценность этих проектов также зависит от того, какие энергетические продукты они могут поставлять (рис. 2). Плавучие атомные электростанции часто обсуждаются как технология выработки электроэнергии, но несколько концепций разработаны для более широкого многоцелевого использования, включая теплоснабжение и опреснение воды. Это особенно важно для островов, портов, отдаленных прибрежных районов и промышленных кластеров, где потребность в электроэнергии является лишь частью инфраструктурной проблемы.

Рисунок 2. Проекты АЭС с гибкими реакторами – по выходной мощности. Источник: анализ автора.

Данная структура производства показывает, что плавучие атомные электростанции не следует оценивать только по показателю «доллар за мегаватт». На некоторых рынках финансовая привлекательность проекта может зависеть от сочетания нескольких источников дохода – продажи электроэнергии, теплоснабжения, опреснения воды, услуг в сфере промышленной энергетики, платежей за повышение устойчивости сети или долгосрочных контрактов на поставку мощности.

Более широкий рынок SMR

Большинство современных концепций АЭС на основе ядерных реакторов базируются на конструкциях малых модульных реакторов (ММР). Они меньше, чем традиционные атомные электростанции гигаваттного масштаба, и обладают рядом преимуществ. В настоящее время в мире существует 83 проекта ММР, находящихся на различных стадиях разработки или ввода в эксплуатацию (рис. 3). К ним относятся реакторы с водяным охлаждением, высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы, жидкометаллические реакторы с быстрым нейтронным спектром, реакторы на расплавленных солях и микрореакторы.

Рисунок 3. Проекты малых модульных реакторов (ММР) по всему миру в зависимости от технологической категории. Источник: Международное агентство по атомной энергии. 2022. Буклет IAEA SMR ARIS 2022.

Малые модульные реакторы (ММР) обладают рядом преимуществ перед традиционными крупномасштабными атомными электростанциями. Стандартизированные конструкции позволяют снизить затраты за счет тиражирования и накопленного опыта эксплуатации, распространяя преимущества не только на проектирование реакторов, но и на связанные с этим процессы поставки. Модульные методы строительства позволяют предварительно изготавливать компоненты реактора вне площадки на заводах с более высоким уровнем производительности и улучшенным контролем качества по сравнению с традиционными методами строительства на месте.

Модульная конструкция также позволяет поэтапно увеличивать мощность в зависимости от спроса. Для морских энергетических рынков эта гибкость имеет коммерческое значение – клиентам может не понадобиться одна крупная базовая электростанция, а скорее масштабируемый, модульный источник стабильной низкоуглеродной энергии, который можно адаптировать к потребностям островной энергосистемы, промышленного кластера, удаленного рудника, порта, опреснительной установки или морского энергетического центра.

Циклы заправки также являются важной частью ценностного предложения. В зависимости от конструкции, плавучие малые модульные реакторы могут нуждаться в заправке только каждые три-семь лет, а в некоторых передовых концепциях разрабатываются топливные циклы, рассчитанные на 30 лет. Для стран, которые в настоящее время зависят от регулярного импорта ископаемого топлива, это открывает путь к большей энергетической независимости и снижению подверженности колебаниям цен на топливо.

Важно отметить, что меньший объем запасов активной зоны снижает риски радиационного облучения как на территории объекта для рабочих, так и за его пределами, ограничивая потенциальные последствия аварий и требования к зонам планирования действий в чрезвычайных ситуациях.

Определение приоритетных рынков для плавучих атомных электростанций

Анализ начался с набора данных, охватывающего 252 страны и территории, а затем сосредоточился на 128 рынках, выявленных в ходе предварительного отбора как потенциально перспективные для размещения плавучих ядерных объектов. На основе совокупных оценок политической и экономической структуры 75 стран и территорий заслуживают дальнейшего изучения (Рисунок 4).

Рисунок 4. Анализ рынка АЭС Фукусима-Ньюкасл на основе взвешенных оценок экономической и политической составляющих. Источник: анализ автора. Страны и территории в верхнем правом квадранте получили оценки не менее 1,5 по обоим параметрам и, следовательно, заслуживают дальнейшего изучения.

Этот результат представляет собой сбалансированный критерий оценки инвестиционной привлекательности, а не простую карту технических возможностей. Некоторые рынки могут демонстрировать высокий спрос на плавучие электростанции, но при этом не соответствовать установленным критериям из-за политических или экономических условий. И наоборот, страны, прошедшие проверку, сочетают достаточный экономический потенциал с политической структурой, способной поддержать дальнейшее развитие проектов.

В рамках более широкой группы из 75 стран и территорий, заслуживающих дальнейшего изучения, 14 рынков образуют подгруппу с более высоким приоритетом, имеющих показатели экономической и политической обстановки на уровне 2,0 и выше. Эти страны сочетают в себе сравнительно более сильный экономический потенциал с более благоприятными политическими и регуляторными условиями, что делает их актуальными для более глубокой оценки целесообразности, привлечения инвесторов и проверки готовности проектов. Таким образом, результатом является не окончательный инвестиционный список, а коммерчески значимый перечень стран, включающий следующие:

• Алжир
• Египет
• Франция
• Гана
• Индия
• Индонезия
• Мексика
• Оман
• Саудовская Аравия
• ЮАР
• Южная Корея
• Швеция
• Великобритания
• Вьетнам

Коммерческие проблемы и инвестиционные вопросы

Аргументы в пользу плавучих атомных электростанций могут быть убедительными, но препятствия остаются существенными. К ним относятся лицензирование атомной энергетики, регулирование морских перевозок, физическая безопасность, планирование реагирования на чрезвычайные ситуации, обращение с отработанным топливом, страхование, режимы ответственности, общественное признание, интеграция в энергосистему и финансовые возможности. При международном развертывании возникает дополнительная проблема – электростанция может быть построена в одной стране, эксплуатироваться организацией из другой, а развернута в третьей. Это поднимает сложные политические, правовые и нормативные вопросы.

С точки зрения инвестора, ключевой вопрос заключается в том, сможет ли плавучая атомная электростанция стать воспроизводимым инфраструктурным продуктом, а не мегапроектом, созданным по индивидуальному заказу. Если изготовление на верфи, стандартизация и модульная конструкция снизят строительные риски, плавучая атомная электростанция может стать более привлекательной, чем традиционная атомная электростанция, на определенных рынках. Это еще предстоит продемонстрировать в коммерческих масштабах.

Однако для оффшорных компаний модель реализации проектов хорошо знакома. Плавучие платформы, модульное строительство, буксировка, установка в открытом море и долгосрочная эксплуатация — все это входит в основные компетенции сектора. Главный вопрос не в том, сможет ли оффшорная индустрия построить и развернуть такие платформы. Вопрос в том, сможет ли нормативно-правовая, политическая и финансовая экосистема достаточно быстро развиться, чтобы поддержать перспективные проекты.

В целом, плавучие атомные электростанции заслуживают внимания. Возможно, они не станут массовым решением в одночасье, однако, по мере активизации поиска надежной, экологически чистой и гибкой энергетической инфраструктуры, плавучие атомные электростанции имеют потенциал стать одним из наиболее стратегически важных новых сегментов в морской энергетике.

Источники

1. Международное агентство по атомной энергии
2. Инициатива по ядерной угрозе
3. Управление по анализу промышленности и конкурентоспособности, Комиссия по международной торговле США
4. Ловеринг, Дж. Р., А. Йип и Т. Нордхаус. 2016. «Исторические затраты на строительство глобальных ядерных энергетических реакторов». Energy Policy 91: 371–382
5. Международная ядерная инженерия
6. Институт климатических действий RBC