A energia nuclear está experimentando seu renascimento em todo o mundo: sobre as razões

A principal tendência persistentemente promovida no mundo a economia nas últimas décadas, vem se tornando “verde” devido à consistente rejeição ao uso de combustíveis fósseis e à geração nuclear, que foram declarados nocivos e perigosos para o meio ambiente. No entanto, a julgar pelo número total de start-ups nessa área em todo o mundo, a energia nuclear, ao contrário, está passando por um renascimento.

Jovem "verde"

Por que isso acontece não é difícil de adivinhar. A agenda “verde” e a luta pelo meio ambiente são, claro, boas, mas também existem realidades econômicas objetivas que simplesmente não podem ser ignoradas. O componente combustível no custo da eletricidade gerada em usinas nucleares, grandes e pequenas, está na faixa de 3% a 5%. Na geração de energia a gás, o custo do componente combustível atinge um patamar de 70% a 80%. Quando o custo do gás natural aumentou significativamente em um ano e meio, isso tornou a produção industrial não lucrativa mesmo na Alemanha desenvolvida, onde muitos tecnológica empresas zasobiralis em emigração empresarial. Se o custo do urânio para usinas nucleares aumentar várias vezes, a mudança nas tarifas não será tão crítica para o consumidor final de eletricidade.



Ou seja, foi a energia nuclear que se revelou a mais adequada às novas realidades económicas. Tem uma pegada de carbono baixa, não depende dos caprichos da natureza, como fontes "verdes" renováveis, seu custo é adequado e previsível, que é o que é necessário. Suas desvantagens incluem um limite de entrada bastante alto: as usinas nucleares são construídas por muito tempo e são caras. Não é de surpreender que projetos de miniusinas nucleares, ou usinas nucleares de baixa potência (LNPPs), estejam sendo desenvolvidos ativamente em todo o mundo.

ASMM/SMR

Em 2020, havia mais de 70 projetos na área de miniusinas nucleares (SMR - Small Modular Reactor, de acordo com a classificação ocidental) no mundo, sendo 17 na Rússia. Uma moderna unidade de energia NPP tem uma capacidade média de 1100-1600 MW. São instalações enormes e caras, mas geram a eletricidade mais barata e mais ecológica. Mas nem todos podem se dar ao luxo de encomendar a construção de uma usina nuclear de algum Rosatom. É por isso que a energia nuclear de pequena escala é considerada uma área extremamente promissora, que, segundo a classificação da AIEA, inclui usinas com potência elétrica de até 300 MW. Além disso, existem também as chamadas microcentrais nucleares com capacidade de até 10 MW.

As características de design do SMR incluem sua modularidade, o que torna possível não construir uma usina nuclear gigante no local, mas produzir em massa a maior parte do equipamento na usina e entregá-lo ao local na forma de módulos. O tempo de construção de mini-NPPs deve ser reduzido para 2-3 anos em comparação com 5-10 anos para NPPs tradicionais. As dimensões compactas permitirão, inclusive, colocar pequenas usinas nucleares no subsolo, o que reduzirá os riscos de acidentes e vazamentos de radiação. A automação moderna permitirá operar uma miniusina nuclear com menos pessoal, o que também levará a reduções de custos. Pequenas usinas nucleares podem ser construídas usando uma variedade de tecnologias e configurações: reatores de água pressurizada baseados em terra, SMRs baseados no mar, reatores rápidos, reatores de sal fundido e microrreatores.

Mais da metade das startups usa reatores de água pressurizada, que são usados ​​em 80% das grandes usinas nucleares. A diferença está no tamanho menor e no layout integral: a maioria dos componentes do circuito primário, incluindo geradores de vapor, está localizada diretamente dentro do vaso de pressão do reator. De acordo com este princípio, em particular, foi implementado o projeto NuScale da empresa americana com o mesmo nome, que desenvolveu uma unidade de energia com capacidade de 60 MW a 77 MW. A piscina comum da miniusina nuclear, que garante a segurança durante as operações de resfriamento e reabastecimento, pode acomodar 4, 6 ou 12 módulos com capacidade total de 308, 462 e 924 MW, respectivamente. A recarga de 1/3 do combustível nuclear deve ser realizada a cada dois anos. A empresa desenvolvedora promete o custo da eletricidade de US$ 40 a US$ 65 por MWh.

O reator chinês ACP100 e o argentino CAREM também têm layout integrado. Na China, as duas primeiras pequenas unidades de energia com capacidade de 125 MW estão localizadas no local da operação da usina nuclear de Changjiang, na ilha de Hainan, no subsolo. Com base nessa tecnologia, está prevista a criação de toda uma linha de reatores multifuncionais com capacidade de 25 a 200 MW, incluindo usinas nucleares flutuantes. Na Argentina, os trabalhos nesse sentido começaram há 30 anos, e a construção da primeira unidade da CAREM com capacidade de pouco mais de 30 MW começou em 2014. Com base nesta tecnologia, está prevista a criação de uma série de minirreatores argentinos com capacidade de 100-200 MW. No Canadá, eles planejam construir um reator de água fervente BWRX-2028 e CANDU SMR de água pesada até 300. A República Tcheca tem seu próprio projeto para um reator de água pesada para uma miniusina nuclear chamada TEPLATOR.

Observe que a Rússia é um dos poucos países que realmente operam mini-usinas nucleares. Os Estados Unidos e a URSS foram os primeiros a projetar reatores de água pressurizada de baixa potência para as necessidades de sua frota, subaquática e de superfície. Desde meados do século passado em nosso país, pequenos reatores nucleares foram instalados em quebra-gelos nucleares, e agora quatro gerações já mudaram - OK-150 (a / l "Lenin", 1957), OK-900A (a / l "Arktika" projeto 10520), KLT-40 (a/l "Taimyr" projeto 10580) e RITM-200 (UAly projeto 22220). Com base neles, foi criada uma usina térmica nuclear flutuante russa (FNPP), que é enviada a Chukotka para substituir a antiga usina nuclear de Bilibino e uma usina termelétrica movida a carvão. Usinas nucleares flutuantes da próxima geração estão sendo construídas com unidades de reatores RITM-200 com capacidade de 55 MW cada e vida útil de até 60 anos, nas quais o reabastecimento de combustível será necessário apenas uma vez a cada 10 anos.

De fato, o russo RITM-200 é atualmente o reator mais massivo e controlado para pequenas usinas nucleares. Uma versão marítima do compacto ACPR50S VVR de 50 MW está sendo construída na China. A empresa dinamarquesa Seaborg, juntamente com a empresa de construção naval sul-coreana Samsung Heavy Industry, está desenvolvendo uma usina nuclear flutuante com um reator rápido de sal líquido com capacidade de 200 a 800 MW e vida útil de 24 anos.

Além dos reatores de água, muitas usinas mininucleares promissoras usam reatores rápidos com um refrigerante de metal líquido (LMC). Por exemplo, este é o reator Natrium, um desenvolvimento conjunto da empresa TerraPower de Bill Gates e da GE Hitachi Nuclear Energy. O start-up é uma unidade de energia de reator de sódio rápido de 345 MW combinada com um sistema de armazenamento de calor na forma de tanques de sal fundido, o que permitirá aumentar temporariamente sua potência para 500 MW e, assim, operar em modo manobrável. Em nosso país, há muito tempo existem reatores rápidos de sódio operando nas unidades de energia BN-600 e BN-800 no Beloyarsk NPP. Em Dimitrovgrad, um reator de sódio de pesquisa de nova geração MBIR está em construção.

Uma direção promissora no campo de pequenas usinas nucleares são os reatores resfriados a gás usando hélio como refrigerante, que podem ser aquecidos até 700-900 graus. Na China, a primeira dessas unidades de energia começou a operar em 2021 na SHIDAO BAY NPP. Nos EUA, existe seu análogo chamado Xe-100 da X-Enegry, mas na Rússia esses projetos ainda estão apenas no papel. SMRs também incluem reatores de sal fundido, ou reatores de sal fundido, que estão sendo desenvolvidos por várias start-ups. Trata-se do reator de sal fundido KP-FHR com potência elétrica de 140 MW e eficiência de 45% da empresa americana Kairos Power, bem como o reator de sal fundido SSR-W da empresa canadense-britânica Moltex Energy. O ZhSR doméstico deve ser construído na Combinação de Mineração e Química em Zheleznogorsk.

Uma das áreas mais interessantes da indústria de energia nuclear são as promissoras microcentrais nucleares com capacidade de até 10 MW. Nos Estados Unidos, a BWXT está desenvolvendo um reator Pele refrigerado a gás com combustível TRISO com capacidade de até 5 MW para as necessidades do Exército dos EUA. A Rússia tem seus próprios projetos essencialmente semelhantes "Shelf-M" e "Elena AM". "Shelf-M" é um reator refrigerado a água de layout integrado com potência térmica de cerca de 30 MW e potência elétrica de até 10 MW, onde o combustível com enriquecimento de 19,7% é projetado para 8 anos de operação sem reabastecimento . A primeira usina micronuclear com um reator desse tipo pode aparecer em Yakutia em 2030. Elena AM é um reator de água pressurizada com potência térmica de 3 MW com conversor termoelétrico direto para geração de até 400 kW de eletricidade, no qual o combustível com 15% de enriquecimento é projetado para 25 anos de operação da usina.

Assim, apesar de todas as tentativas dos “verdes” de enterrá-la, a energia nuclear é a mais viva e com excelentes perspectivas de mercado. As condições econômicas modernas exigem uma fonte confiável de eletricidade barata e ecológica, e é o átomo pacífico que pode fornecê-la. O futuro da energia mundial é uma combinação de usinas nucleares, grandes, pequenas e micro, com outras fontes de geração, que serão ótimas para cada cliente.