АЭС подошли к перелому: существующие технологии производят энергию дороже ТЭС, варьировать генерацию не могут и нарабатывают радиоактивные отходы, которые нужно хранить десятки тысяч лет. Без смены парадигмы никуда, но на что её менять?

В США новые АЭС производят электроэнергию с затратами в 11,4 цента на киловатт-час. Это в несколько раз дешевле того, что даёт солнечная энергия или офшорные ветряки, но больше ТЭС и ветряков наземных. Правда, в отличие от ТЭС, АЭС не производят углекислого газа, а их выработка значительно стабильнее, чем у ветра:

если американские ветряки работают каждый третий час в году, то АЭС — 90% времени, а в других странах — и до 95% длительности года.

Именно поэтому уже сегодня, когда доля ветряков в общей генерации ещё невелика, в Штатах случаются «расплёскивания ветра» — ситуации, когда ветер дует и энергия от него есть, но девать её некуда, ибо не хватает аккумулирующих мощностей, а потребление ночью может быть не слишком высоким.

Рис. 1. Среднестатистическая АЭС.

Кроме того, есть вопрос отчуждаемых площадей. Реактор, занимающий вместе с комплексом вспомогательных зданий один квадратный километр, эквивалентен солнечным батареям, раскинувшимся на двадцатикратно большей площади, или тысяче циклопических ветряков, или всей плотине Гувера, одно водохранилище которой занимает 640 км².

Как полагает бывший сотрудник НАСА Кирк Ф. Соренсен (Kirk F. Sorensen), ныне командующий компанией Flibe Energy, отсутствие реальных альтернатив рано или поздно заставит использовать АЭС. И если их недостатки исправить, это произойдёт скорее «рано», чем «поздно».

Рис. 2. По занимаемой площади все АЭС мира вместе взятые сравнимы с одной плотиной Гувера (внизу). (Фото Wikimedia Commons.)

Как это сделать? Г-н Соренсен отмечает, что главная проблема атомной энергетики — её вначале одностороннее, а потом и вовсе прерванное развитие. В 1950-х реакторы на лёгкой воде стали мейнстримом не потому, что были лучше: просто на них получали начинку для ядерных бомб. Однако для «сжигания» продуктов их работы требовалось раз в полтора года удалять «отходы», отправляя их на быстрые реакторы-размножители. Когда в 1974 году Индия взорвала свою первую плутониевую бомбу, Джимми Картер немедленно запретил коммерческую переработку ядерных отходов на быстрых реакторах, и традиционная парадигма реактора на лёгкой воде повисла в пустоте: её отходы стало некому перерабатывать. Их приходится хоронить, вот только обеспечить безопасность на 40 тыс. лет вперёд сложно: у человечества нет опыта в решении столь долгосрочных задач.

Конечно, урановые быстрые реакторы-размножители надо развивать, полагает г-н Соренсен, но с учётом риска распространения ядерного оружия лучше вообще уйти от схемы легководных реакторов, продуцирующих смертельно опасные отходы.

Его компания занимается реакторами на расплавах солей, которые используют в качестве топлива торий. Пока мощность первой проектируемой ими АЭС невелика — всего 40 МВт, а потребителем и вовсе планируется армия США, для которой эти реакторы могут решить вопрос энергообеспечения удалённых баз по всему миру. Но, как полагает г-н Соренсен, это временный период, связанный с нежеланием энергокомпаний обращаться к конструкциям, которые не проверены временем и не вмещаются в прокрустово ложе устаревших нормативов-регуляторов гражданского атомного рынка США.

Впрочем, отмечает он, «испытанные временем» легководные реакторы как раз и есть самое тяжёлое обвинение в адрес атомной энергетики. Чернобыль и Фукусима стали итогом использования водного охлаждения; любой сбой в нём приводит к разрушению активной зоны из-за перегрева.

В реакторах на расплаве солей даже при полном отключении охлаждения активная зона останется целой.

Рис. 3. Помимо получения синтетического моторного топлива из угля, тепло высокотемпературных ториевых реакторов можно использовать для разложения воды на водород и кислород. (Иллюстрация Coal2hydrogen).

Кроме того, их корпуса, где давление будет на уровне 0,1 атмосферы, могут быть радикально дешевле, а главное — в них можно будет «сжигать» большой объём накопленных ядерных отходов. НАСА не хватает российского плутония-238? Как заявляет глава стартапа,

каждый гигаваттный ториевый реактор на расплавах солей будет вырабатывать до 15 кг плутония-238 — вещества, которое непригодно для ядерного оружия, но идеально в качестве энергоисточника для космических аппаратов.

Глава Flibe Energy считает, что

ториевые реакторы станут дешевле урановых даже без учёта меньших капитальных затрат, более дешёвого топлива и проблем с безопасностью.

Всё дело в том, что в развитых странах 20–23% энергобаланса приходится на сжигание топлива (сейчас в основном газа) — для получения промышленного тепла. Это и нефтеперегонка, и производство пластмасс, и даже обжиг сырьевой смеси для цемента.

Легководные реакторы дают пар с температурой, редко превышающей 300 ˚С, а использующие для охлаждения расплав солей ториевые могут иметь температуру охладителя и 700, и даже 1 000 ˚С. Это не только означает более высокий КПД (45% при 32–36% у легководных), но и позволяет утилизировать свои тепловые потери для интенсивного опреснения морской воды, использования для промышленного нагрева нефти, сырьевой смеси цемента, подогрева компонентов при производстве пластмассы и т. д. А почему бы не использовать это даровое тепло для получения синтетического жидкого моторного топлива из угля, водорода из воды по серно-йодному циклу, расходующему лишь воду и тепло? В любом случае в сравнении с легководными реакторами это позволит ториевым АЭС иметь значительно больший результирующий КПД, а в конечном счёте — стоимость энергии, способную конкурировать даже с угольными и газовыми ТЭС.

Разумеется, новый тип АЭС потребует длительной отработки и существенных расходов на НИОКР. Тем не менее очень высока вероятность того, что на эти расходы американские военные всё же пойдут: аналогичный проект маломощных ториевых реакторов на солевом расплаве в КНР планируется к реализации на 2015–2017 годы.