Цепная инновация
ОБЗОР / #9_2022
Текст: Ингард ШУЛЬГА / Фото: Flickr.com, Inl.gov, Сentrusenergy.com
В течение нескольких десятилетий США — государство-родоначальник ядерных технологий — почивали на лаврах: многие реализуемые проекты НИОКР были остановлены, а перспективные — отложены; исследовательская инфраструктура отчасти регрессировала; развитие ЯТЦ остановилось на самой одиозно-консервативной модели; строительство американских реакторов в стране и за рубежом почти прекратилось. Однако картина последних лет напоминает пробуждение от спячки.
После относительного застоя в конце XX века с начала нынешнего столетия в США наблюдается постепенный рост интереса к атомным инновациям со стороны государства и негосударственных структур. В последние годы федеральные власти придали обновлению ядерных технологий дополнительный импульс, приняв ряд мер для поддержки множества частных проектов в этой области.
Рост внимания Вашингтона к атомным инновациям, прежде всего частных компаний, выражается в следующем:
- увеличение объема федерального финансирования НИОКР в области новых ядерных и лучевых технологий с ~$ 400 млн на границе 1990‑х — 2000‑х годов до ~$ 1,1−1,5 млрд в последние годы, что составляет 10−15% расходов Минэнерго США на все энергетические НИОКР (предыдущий пик федеральной финансовой поддержки наблюдался в США около 40 лет назад, когда ежегодные ассигнования на атомные НИОКР достигали $ 4−5 млрд);
- развитие законодательства, адаптация системы государственного регулирования к внедрению ряда принципиально новых ядерных технологий;
- распространение инновационных проектов в этой области, реализуемых с применением государственно-частного партнерства (ГЧП; с госфинансированием иногда более 50% расходов на НИОКР и другие аспекты и стадии внедрения);
- предоставление подобным проектам государственных нефинансовых ресурсов (прежде всего научной, иногда уникальной производственной инфраструктуры национальных лабораторий и прочих государственных учреждений; результатов НИОКР; площадок для размещения демонстрационных образцов);
- участие полностью или частично контролируемых государством (федерацией или регионами) структур в качестве инвесторов или заказчиков в проектах внедрения принципиально новых видов атомной техники;
- обеспечение рынка для продукции ряда демонстрационных образцов, например, гарантированного платежеспособного спроса на энергию некоторых концептуальных реакторов.
Рассмотрим ряд примеров.
Изменения в законодательстве
В прошлом десятилетии на федеральном уровне возникло множество законодательных инициатив, способствующих, наряду с прочим, модернизации атомного сектора, внедрению в нем принципиально новых технологий. Немалая их доля воплотилась в реальные меры государственной политики.
В частности, в последние годы была принята целая серия федеральных законов, предусматривающих те или иные меры господдержки технологического обновления отрасли: в 2018 году появился «Закон об инновационном потенциале ядерной энергетики» (NEICA), в 2019 году — «Закон об инновациях и модернизации в ядерной энергетике» (NEIMA), в 2020 году — более общий «Закон об энергетике», в 2021 году — «Закон об инвестициях в инфраструктуру и рабочих местах в Америке» (IIJA), в 2022 году — «Закон о снижении инфляции» (IRA); ряд инновационных проектов в атомной энергетике предусмотрен ежегодными рамочными законами о военных ассигнованиях (NDAA), принятыми в последние годы. Еще несколько законодательных инициатив, затрагивающих вопросы атомных НИОКР, пока не обрели законную силу.
Принятый в сентябре 2018 года NEICA внес целый ряд поправок в рамочный «Закон об энергетической политике» 2005 года. Они предусматривают, в частности: создание Национального центра реакторных инноваций (NRIC); строительство к 2026 году в США многоцелевого реакторного источника быстрых нейтронов, предназначенного для коллективного пользования; развитие возможностей компьютерного моделирования в сфере ядерных НИОКР гражданского назначения; снижение расходов частных компаний на разрешительные процедуры при внедрении концептуальных реакторов; расширение НИОКР по термоядерному синтезу с целью ускорить внедрение технологий такого рода.
NEIMA, обретший силу закона в январе 2019 года, предписал упростить процедуру сертификации концептуальных реакторов и изменить порядок финансирования Комиссии по ядерному регулированию (NRC) США, ответственной за гражданский атомный надзор и допуск ядерных технологий на рынок: отныне государство должно было взять на себя большую часть расходов на процедуру допуска; до этого рассмотрение заявок финансировалось их подателями почти в полном объеме, что означало отнюдь не символические издержки.
«Закон об энергетике 2020 года»", подписанный президентом США 27 декабря 2020 года, стал первым с позапрошлого десятилетия законодательным актом, охватывающим различные аспекты государственной стратегии в области энергетики и климата. Он вобрал в себя, в числе прочего, положения ряда ранее рассматривавшихся в Конгрессе законопроектов, таких как билли «О лидерстве в ядерной энергетике» и «О НИОКР в атомной энергетике». Закон предусматривает поощрение государством разнообразных технологий, обеспечивающих сокращение эмиссии парниковых газов в сфере как производства, так и потребления энергии. Это касается, в числе прочего, разработки и внедрения передовых технологий в атомной энергетике и ядерно-топливном цикле. Документ предполагает, в частности, запуск исполнительной властью ряда программ, играющих ключевую роль во внедрении компаниями новейших реакторных технологий; среди них — программа создания демонстрационных версий передовых реакторов (ARDP), а также новых отечественных источников урана с обогащением 5−20% (так называемого HALEU) и топлива на его основе, использование которого предусмотрено во многих концептуальных реакторах.
IIJA, ставший законом в ноябре 2021 года, не только способствует сохранению действующих ядерных генерирующих мощностей (конкурентоспособность части которых была подорвана вследствие недостатков принятых в ряде регионов моделей рынка электроэнергии), но и усиливает государственную поддержку ядерных НИОКР, и предполагает выделение около $ 9,5 млрд на развитие водородной энергетики при участии концептуальных реакторов. Закон предусматривает также миллиардные ассигнования на ARDP, позволяющие покрыть существенную долю затрат на все стадии внедрения к 2027 году первых двух отобранных в рамках этой программы концептуальных конструкций реакторов (см. ниже).
IRA, принятый 16 августа 2022 года, форсирует долгосрочное сокращение в США антропогенной парниковой эмиссии: к 2030 году она должна снизиться на ~40% по сравнению с 2005 годом вместо ранее предполагавшихся ~26%. Для этого закон предлагает стимулирование всевозможных низкоуглеродных технологий производства и потребления энергии, выравнивая дисбаланс в государственной поддержке, которая прежде характеризовалась предпочтением возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Инновации в атомной отрасли затрагивают положения закона, предусматривающие обновление государственной научно-исследовательской инфраструктуры, вовлекаемой в гражданские ядерные НИОКР; дополнительные инвестиции в HALEU; расширение налоговых льгот для инвесторов в ядерные генерирующие мощности, в том числе их распространение на случаи внедрения новейших концептуальных реакторов и проектов производства водорода; прочие аспекты развития водородной энергетики.
Важная черта большинства перечисленных федеральных законодательных инициатив в части атомной отрасли — их поддержка двумя основными партиями, господствующими во властных структурах США: Республиканской и Демократической; то есть налицо консенсус ведущих политических сил в отношении принципиальной необходимости срочного ускорения ядерных инноваций. Эта слаженная активность мотивируется тем, что во избежание застоя в атомном комплексе требуется вовремя подготовить очередную волну модернизации, а для этого до начала следующего десятилетия надо достичь этапа внедрения первых демонстрационных образцов целого ряда технологий (часть которых взаимосвязаны и требуют синхронизированного внедрения), с тем чтобы в 2030‑х годах приступить к их коммерциализации, создав условия для замещения на рынке технологий предыдущих поколений, в том числе некоторых энергетических реакторов. Необходимость ускорения инноваций в атомном секторе нередко объясняется также соображениями государственной безопасности и некоторым ослаблением видимых позиций США на мировом рынке ядерных технологий на фоне явной экспансии других ведущих стран-игроков, прежде всего России и Китая.
В прошлом десятилетии на федеральном уровне возникло множество законодательных инициатив, способствующих, наряду с прочим, модернизации атомного сектора, внедрению в нем принципиально новых технологий. Немалая их доля воплотилась в реальные меры государственной политики.
В частности, в последние годы была принята целая серия федеральных законов, предусматривающих те или иные меры господдержки технологического обновления отрасли: в 2018 году появился «Закон об инновационном потенциале ядерной энергетики» (NEICA), в 2019 году — «Закон об инновациях и модернизации в ядерной энергетике» (NEIMA), в 2020 году — более общий «Закон об энергетике», в 2021 году — «Закон об инвестициях в инфраструктуру и рабочих местах в Америке» (IIJA), в 2022 году — «Закон о снижении инфляции» (IRA); ряд инновационных проектов в атомной энергетике предусмотрен ежегодными рамочными законами о военных ассигнованиях (NDAA), принятыми в последние годы. Еще несколько законодательных инициатив, затрагивающих вопросы атомных НИОКР, пока не обрели законную силу.
Принятый в сентябре 2018 года NEICA внес целый ряд поправок в рамочный «Закон об энергетической политике» 2005 года. Они предусматривают, в частности: создание Национального центра реакторных инноваций (NRIC); строительство к 2026 году в США многоцелевого реакторного источника быстрых нейтронов, предназначенного для коллективного пользования; развитие возможностей компьютерного моделирования в сфере ядерных НИОКР гражданского назначения; снижение расходов частных компаний на разрешительные процедуры при внедрении концептуальных реакторов; расширение НИОКР по термоядерному синтезу с целью ускорить внедрение технологий такого рода.
NEIMA, обретший силу закона в январе 2019 года, предписал упростить процедуру сертификации концептуальных реакторов и изменить порядок финансирования Комиссии по ядерному регулированию (NRC) США, ответственной за гражданский атомный надзор и допуск ядерных технологий на рынок: отныне государство должно было взять на себя большую часть расходов на процедуру допуска; до этого рассмотрение заявок финансировалось их подателями почти в полном объеме, что означало отнюдь не символические издержки.
«Закон об энергетике 2020 года»", подписанный президентом США 27 декабря 2020 года, стал первым с позапрошлого десятилетия законодательным актом, охватывающим различные аспекты государственной стратегии в области энергетики и климата. Он вобрал в себя, в числе прочего, положения ряда ранее рассматривавшихся в Конгрессе законопроектов, таких как билли «О лидерстве в ядерной энергетике» и «О НИОКР в атомной энергетике». Закон предусматривает поощрение государством разнообразных технологий, обеспечивающих сокращение эмиссии парниковых газов в сфере как производства, так и потребления энергии. Это касается, в числе прочего, разработки и внедрения передовых технологий в атомной энергетике и ядерно-топливном цикле. Документ предполагает, в частности, запуск исполнительной властью ряда программ, играющих ключевую роль во внедрении компаниями новейших реакторных технологий; среди них — программа создания демонстрационных версий передовых реакторов (ARDP), а также новых отечественных источников урана с обогащением 5−20% (так называемого HALEU) и топлива на его основе, использование которого предусмотрено во многих концептуальных реакторах.
IIJA, ставший законом в ноябре 2021 года, не только способствует сохранению действующих ядерных генерирующих мощностей (конкурентоспособность части которых была подорвана вследствие недостатков принятых в ряде регионов моделей рынка электроэнергии), но и усиливает государственную поддержку ядерных НИОКР, и предполагает выделение около $ 9,5 млрд на развитие водородной энергетики при участии концептуальных реакторов. Закон предусматривает также миллиардные ассигнования на ARDP, позволяющие покрыть существенную долю затрат на все стадии внедрения к 2027 году первых двух отобранных в рамках этой программы концептуальных конструкций реакторов (см. ниже).
IRA, принятый 16 августа 2022 года, форсирует долгосрочное сокращение в США антропогенной парниковой эмиссии: к 2030 году она должна снизиться на ~40% по сравнению с 2005 годом вместо ранее предполагавшихся ~26%. Для этого закон предлагает стимулирование всевозможных низкоуглеродных технологий производства и потребления энергии, выравнивая дисбаланс в государственной поддержке, которая прежде характеризовалась предпочтением возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Инновации в атомной отрасли затрагивают положения закона, предусматривающие обновление государственной научно-исследовательской инфраструктуры, вовлекаемой в гражданские ядерные НИОКР; дополнительные инвестиции в HALEU; расширение налоговых льгот для инвесторов в ядерные генерирующие мощности, в том числе их распространение на случаи внедрения новейших концептуальных реакторов и проектов производства водорода; прочие аспекты развития водородной энергетики.
Важная черта большинства перечисленных федеральных законодательных инициатив в части атомной отрасли — их поддержка двумя основными партиями, господствующими во властных структурах США: Республиканской и Демократической; то есть налицо консенсус ведущих политических сил в отношении принципиальной необходимости срочного ускорения ядерных инноваций. Эта слаженная активность мотивируется тем, что во избежание застоя в атомном комплексе требуется вовремя подготовить очередную волну модернизации, а для этого до начала следующего десятилетия надо достичь этапа внедрения первых демонстрационных образцов целого ряда технологий (часть которых взаимосвязаны и требуют синхронизированного внедрения), с тем чтобы в 2030‑х годах приступить к их коммерциализации, создав условия для замещения на рынке технологий предыдущих поколений, в том числе некоторых энергетических реакторов. Необходимость ускорения инноваций в атомном секторе нередко объясняется также соображениями государственной безопасности и некоторым ослаблением видимых позиций США на мировом рынке ядерных технологий на фоне явной экспансии других ведущих стран-игроков, прежде всего России и Китая.
Бассейн выдержки ОЯТ АЭС «Брансуик»
Программы господдержки
Сообразно развитию федерального законодательства, которое в США служит непременным условием масштабного государственного финансирования отдельных проектов, активизировались и программные меры исполнительной власти. Одним из важнейших подспорий внедрению новых технологий стало предоставление частным компаниям доступа к государственной инфраструктуре и некоторым результатам НИОКР, полученным ведущими организациями в этой области, прежде всего национальными лабораториями США. Это предусмотрено, в первую очередь, программами Минэнерго США GAIN, NRIC, NSUF. Так, GAIN, запущенная в 2016 году, замышлялась как единая точка доступа частных компаний — создателей новых технологий к исследовательским возможностям нацлабораторий, финансовой поддержке некоторых НИОКР и помощи при прохождении разрешительных процедур в Комиссии по ядерному регулированию. Национальный центр реакторных инноваций NRIC, учрежденный в соответствии с NEICA в августе 2019 года, расширяет эту практику. Он предполагает государственную поддержку (прежде всего на продвинутых стадиях разработки, испытаний и внедрения) отобранных перспективных конструкций реакторов, для размещения демонстрационных версий которых центру предоставляется площадка на территории Айдахской национальной лаборатории (INL).
Повысить эффективность господдержки призвана модернизация государственной исследовательской инфраструктуры, в том числе заполнение ряда пробелов в ней, сдерживающих ядерные НИОКР. В соответствии с IRA на это выделяются значительные целевые бюджеты; например, в октябре 2022 года было решено потратить $ 150 млн на дальнейшую модернизацию основных действующих материаловедческих реакторов и связанной с ними лабораторной инфраструктуры. Пять лет назад возобновил работу после 24‑летнего перерыва мощнейший в США импульсный реактор TREAT, пущенный первоначально в 1959 году; на его восстановление и модернизацию ушло около $ 55 млн. Теперь же планируется обновление крупнейшего в стране (и в мире — по тепловой мощности) исследовательского реактора со стационарным потоком ATR, работавшего с 1967 года, а также материаловедческого исследовательского комплекса Айдахской национальной лаборатории, в состав которой входят оба названных реактора. Эти объекты играют ключевую роль для тестирования материалов и конструкций концептуальных энергетических РУ, новых видов топлива. Наряду с обновлением существующей реакторной базы нацлабораторий планируется строительство новых реакторов (см. ниже), что существенно расширит возможности американской экспериментальной базы.
В ноябре 2022 года Белый дом объявил о выделении, в соответствии с IRA, $ 1,5 млрд на развитие инфраструктуры других, помимо INL, национальных лабораторий. Эти деньги будут направлены как на обновление оборудования для натурных испытаний и экспериментов, так и на развитие компьютерного моделирования за счет наращивания мощностей супер-ЭВМ некоторых нацлабораторий (Окриджской, Аргонской), и без того одних из наиболее производительных в мире.
Один из пробелов современной исследовательской и материаловедческой инфраструктуры в США — отсутствие действующего реакторного источника быстрых нейтронов: в результате закрытия в 1992 году проработавшего чуть более 10 лет мощного — 400 МВт (т) — исследовательского реактора с натриевым теплоносителем FFTF и приостановки ввода в строй сопряженного с ним нового лабораторного комплекса в Хэнфорде страна лишилась элементарных практических возможностей в этой области, имеющихся у Индии и Китая, не говоря уж о мировом лидере в нише быстрых нейтронов — России. После многолетних дискуссий о возобновлении работы FFTF, из которого в 2008 году удалили топливо, было решено построить новый реактор; это, как говорилось выше, предусматривают NEICA, а также отдельные положения последующих законодательных актов, включая «Закон об энергетике 2020 года». Создание такого объекта заметно увеличит возможности США в области НИОКР по концептуальным реакторам и перспективным видам топлива, системам безопасности и прочим прикладным направлениям, ускорив соответствующие исследования на порядок. Согласно нынешним планам, реактор, за которым закрепилась аббревиатура VTR («Многоцелевой экспериментальный реактор»), будет основан на технологии натриевого энергетического реактора PRISM конструкции GEH, иметь мощность порядка 300 МВт (т) и использовать металлическое уран-плутониевое топливо. Предполагается (окончательного решения пока нет), что он будет построен на площадке Айдахской НЛ вместе с лабораторным комплексом и, возможно, мощностями фабрикации топлива (в качестве альтернативной или дополнительной площадки для ряда переделов рассматривается Саванна-Ривер). Стоимость проекта может составить около $ 3,5 млрд, бо́льшую часть которых, вероятно, покроет государство, однако впоследствии часть расходов может быть компенсирована за счет платного доступа частных компаний.
Другое важное направление, призванное усилить государственную исследовательскую инфраструктуру для ускорения технологической перестройки отрасли, — Программа НИОКР по микрореакторам министерства энергетики США (MRP). Среди исследовательских установок и проектов, предусмотренных программой, выделяется концепция экспериментального микрореактора MARVEL, который предполагается построить на площадке упомянутого комплекса TREAT в INL. Речь идет об установке мощностью 100/20 кВт (т/э) на тепловых нейтронах с калий-натриевым охлаждением. Неводный теплоноситель позволяет разогреть первый контур вплоть до ~550 0C, что сопоставимо с температурами ряда перспективных реакторов на быстрых нейтронах и ЖСР, однако более простая, чем у этих концептуальных реакторов, конструкция и маленькая мощность позволяют спроектировать, построить и пустить такую установку за 2−3 года (предположительно — к 2024 году). MARVEL, создаваемый на основе опыта первого и единственного запущенного Соединенными Штатами в космос (в 1965 году) и функционировавшего там полтора месяца реактора SNAP‑10A, предназначен для тестирования разнообразных технологий микрореакторов (подробнее о них — см. справку). Речь при этом идет не только о процессах в активной зоне и других элементах РУ, но и об использовании энергии таких конструкций и применяемых для этого периферийных устройствах и технологиях: на MARVEL планируется отрабатывать производство электрической энергии (через двигатель Стирлинга), высокопотенциального тепла, а также получение водорода и функционирование локальной микроэнергосистемы на основе ядерной генерации.
Сообразно развитию федерального законодательства, которое в США служит непременным условием масштабного государственного финансирования отдельных проектов, активизировались и программные меры исполнительной власти. Одним из важнейших подспорий внедрению новых технологий стало предоставление частным компаниям доступа к государственной инфраструктуре и некоторым результатам НИОКР, полученным ведущими организациями в этой области, прежде всего национальными лабораториями США. Это предусмотрено, в первую очередь, программами Минэнерго США GAIN, NRIC, NSUF. Так, GAIN, запущенная в 2016 году, замышлялась как единая точка доступа частных компаний — создателей новых технологий к исследовательским возможностям нацлабораторий, финансовой поддержке некоторых НИОКР и помощи при прохождении разрешительных процедур в Комиссии по ядерному регулированию. Национальный центр реакторных инноваций NRIC, учрежденный в соответствии с NEICA в августе 2019 года, расширяет эту практику. Он предполагает государственную поддержку (прежде всего на продвинутых стадиях разработки, испытаний и внедрения) отобранных перспективных конструкций реакторов, для размещения демонстрационных версий которых центру предоставляется площадка на территории Айдахской национальной лаборатории (INL).
Повысить эффективность господдержки призвана модернизация государственной исследовательской инфраструктуры, в том числе заполнение ряда пробелов в ней, сдерживающих ядерные НИОКР. В соответствии с IRA на это выделяются значительные целевые бюджеты; например, в октябре 2022 года было решено потратить $ 150 млн на дальнейшую модернизацию основных действующих материаловедческих реакторов и связанной с ними лабораторной инфраструктуры. Пять лет назад возобновил работу после 24‑летнего перерыва мощнейший в США импульсный реактор TREAT, пущенный первоначально в 1959 году; на его восстановление и модернизацию ушло около $ 55 млн. Теперь же планируется обновление крупнейшего в стране (и в мире — по тепловой мощности) исследовательского реактора со стационарным потоком ATR, работавшего с 1967 года, а также материаловедческого исследовательского комплекса Айдахской национальной лаборатории, в состав которой входят оба названных реактора. Эти объекты играют ключевую роль для тестирования материалов и конструкций концептуальных энергетических РУ, новых видов топлива. Наряду с обновлением существующей реакторной базы нацлабораторий планируется строительство новых реакторов (см. ниже), что существенно расширит возможности американской экспериментальной базы.
В ноябре 2022 года Белый дом объявил о выделении, в соответствии с IRA, $ 1,5 млрд на развитие инфраструктуры других, помимо INL, национальных лабораторий. Эти деньги будут направлены как на обновление оборудования для натурных испытаний и экспериментов, так и на развитие компьютерного моделирования за счет наращивания мощностей супер-ЭВМ некоторых нацлабораторий (Окриджской, Аргонской), и без того одних из наиболее производительных в мире.
Один из пробелов современной исследовательской и материаловедческой инфраструктуры в США — отсутствие действующего реакторного источника быстрых нейтронов: в результате закрытия в 1992 году проработавшего чуть более 10 лет мощного — 400 МВт (т) — исследовательского реактора с натриевым теплоносителем FFTF и приостановки ввода в строй сопряженного с ним нового лабораторного комплекса в Хэнфорде страна лишилась элементарных практических возможностей в этой области, имеющихся у Индии и Китая, не говоря уж о мировом лидере в нише быстрых нейтронов — России. После многолетних дискуссий о возобновлении работы FFTF, из которого в 2008 году удалили топливо, было решено построить новый реактор; это, как говорилось выше, предусматривают NEICA, а также отдельные положения последующих законодательных актов, включая «Закон об энергетике 2020 года». Создание такого объекта заметно увеличит возможности США в области НИОКР по концептуальным реакторам и перспективным видам топлива, системам безопасности и прочим прикладным направлениям, ускорив соответствующие исследования на порядок. Согласно нынешним планам, реактор, за которым закрепилась аббревиатура VTR («Многоцелевой экспериментальный реактор»), будет основан на технологии натриевого энергетического реактора PRISM конструкции GEH, иметь мощность порядка 300 МВт (т) и использовать металлическое уран-плутониевое топливо. Предполагается (окончательного решения пока нет), что он будет построен на площадке Айдахской НЛ вместе с лабораторным комплексом и, возможно, мощностями фабрикации топлива (в качестве альтернативной или дополнительной площадки для ряда переделов рассматривается Саванна-Ривер). Стоимость проекта может составить около $ 3,5 млрд, бо́льшую часть которых, вероятно, покроет государство, однако впоследствии часть расходов может быть компенсирована за счет платного доступа частных компаний.
Другое важное направление, призванное усилить государственную исследовательскую инфраструктуру для ускорения технологической перестройки отрасли, — Программа НИОКР по микрореакторам министерства энергетики США (MRP). Среди исследовательских установок и проектов, предусмотренных программой, выделяется концепция экспериментального микрореактора MARVEL, который предполагается построить на площадке упомянутого комплекса TREAT в INL. Речь идет об установке мощностью 100/20 кВт (т/э) на тепловых нейтронах с калий-натриевым охлаждением. Неводный теплоноситель позволяет разогреть первый контур вплоть до ~550 0C, что сопоставимо с температурами ряда перспективных реакторов на быстрых нейтронах и ЖСР, однако более простая, чем у этих концептуальных реакторов, конструкция и маленькая мощность позволяют спроектировать, построить и пустить такую установку за 2−3 года (предположительно — к 2024 году). MARVEL, создаваемый на основе опыта первого и единственного запущенного Соединенными Штатами в космос (в 1965 году) и функционировавшего там полтора месяца реактора SNAP‑10A, предназначен для тестирования разнообразных технологий микрореакторов (подробнее о них — см. справку). Речь при этом идет не только о процессах в активной зоне и других элементах РУ, но и об использовании энергии таких конструкций и применяемых для этого периферийных устройствах и технологиях: на MARVEL планируется отрабатывать производство электрической энергии (через двигатель Стирлинга), высокопотенциального тепла, а также получение водорода и функционирование локальной микроэнергосистемы на основе ядерной генерации.
Программы государственной поддержки разработки и внедрения новых конструкций реакторов в США
Помимо предметного содействия в области НИОКР, американское государство готово и на существенную финансовую помощь инновационным проектам частных компаний в сфере ядерных технологий, в отдельных случаях — вплоть до финансирования всех стадий внедрения в объеме, порой сопоставимом с общей стоимостью проекта, измеряемой для многих атомных станций малой мощности миллиардами долларов — с учетом внедрения первых образцов такой техники. Среди федеральных программ массированной финансовой поддержки в последнее время на передний план выдвигается Программа создания демонстрационных реакторов передовых конструкций — ARDP. Запущенная в 2020 году, она предполагает отбор ряда перспективных, отличных от современных действующих и при этом принципиально разных конструкций реакторов, а также финансирование разных стадий их внедрения на условиях государственно-частного партнерства с поставщиками технологии. Наряду с созданием реакторов, ARDP финансируются отдельные звенья цепи поставки для них, такие как производство топлива.
В рамках программы выделяются три направления в соответствии со степенью готовности и возможными сроками внедрения реакторов: первое предусматривает всеобъемлющую поддержку проектов, готовых к строительству и пуску реакторов в течение пяти-семи лет после старта программы; второе — компенсацию компаниям рисков, связанных с большими расходами на продвинутых стадиях подготовки к внедрению реакторов (в течение 10−14 лет); третье — поддержку на ранних стадиях проектов, имеющих отдаленные перспективы внедрения. По первому направлению предполагается создание до 2027 года комплекса Natrium в составе быстрого реактора (БР) и полноразмерного накопителя энергии, а также АЭС с высокотемпературными газоохлаждаемыми реакторами (ВТГР) Xe‑100; из ARDP финансируется также создание производства оригинальных видов топлива для этих двух и некоторых других реакторов. В рамках второго направления поддерживаются проекты жидкосолевого реактора (ЖСР) KP-FHR, создаваемого компанией Kairos Power; быстрого ЖСР, продвигаемого Southern Company; ВТГР BANR разработки BWXT; оригинальной конструкции eVinci от Westinghouse, которую нельзя отнести ни к одному из распространенных типов реакторов; малого модульного PWR, разработанного Holtec International. По третьему направлению поддерживаются концептуальный проект ВТГР MIGHTR, предлагаемый Массачусетским институтом технологий (MIT); малый БР с натриевым охлаждением ARC‑100 от американской компании ARC; газоохлаждаемый БР FMR, разрабатываемый General Atomics.
Как видно из этого перечня, при выборе направлений государственной поддержки перспективных реакторов федеральные власти (прежде всего в лице распорядителя большинства бюджетов — министерства энергетики) делают отчетливую ставку на диверсификацию технологий, поощряя прежде всего развитие не характерных для большей части действующей атомной энергетики конструкций, не использующих водный замедлитель и (или) теплоноситель. Выделяются несколько типов реакторов, которым уделяют основное внимание как власти, так и частные компании: это ВТГР, ЖСР, различные виды быстрых и традиционные легководные реакторы — как правило, в малом формате (до 300 МВт (э)) и модульном исполнении.
В рамках программы выделяются три направления в соответствии со степенью готовности и возможными сроками внедрения реакторов: первое предусматривает всеобъемлющую поддержку проектов, готовых к строительству и пуску реакторов в течение пяти-семи лет после старта программы; второе — компенсацию компаниям рисков, связанных с большими расходами на продвинутых стадиях подготовки к внедрению реакторов (в течение 10−14 лет); третье — поддержку на ранних стадиях проектов, имеющих отдаленные перспективы внедрения. По первому направлению предполагается создание до 2027 года комплекса Natrium в составе быстрого реактора (БР) и полноразмерного накопителя энергии, а также АЭС с высокотемпературными газоохлаждаемыми реакторами (ВТГР) Xe‑100; из ARDP финансируется также создание производства оригинальных видов топлива для этих двух и некоторых других реакторов. В рамках второго направления поддерживаются проекты жидкосолевого реактора (ЖСР) KP-FHR, создаваемого компанией Kairos Power; быстрого ЖСР, продвигаемого Southern Company; ВТГР BANR разработки BWXT; оригинальной конструкции eVinci от Westinghouse, которую нельзя отнести ни к одному из распространенных типов реакторов; малого модульного PWR, разработанного Holtec International. По третьему направлению поддерживаются концептуальный проект ВТГР MIGHTR, предлагаемый Массачусетским институтом технологий (MIT); малый БР с натриевым охлаждением ARC‑100 от американской компании ARC; газоохлаждаемый БР FMR, разрабатываемый General Atomics.
Как видно из этого перечня, при выборе направлений государственной поддержки перспективных реакторов федеральные власти (прежде всего в лице распорядителя большинства бюджетов — министерства энергетики) делают отчетливую ставку на диверсификацию технологий, поощряя прежде всего развитие не характерных для большей части действующей атомной энергетики конструкций, не использующих водный замедлитель и (или) теплоноситель. Выделяются несколько типов реакторов, которым уделяют основное внимание как власти, так и частные компании: это ВТГР, ЖСР, различные виды быстрых и традиционные легководные реакторы — как правило, в малом формате (до 300 МВт (э)) и модульном исполнении.
Проекты быстрых реакторов
После нескольких десятилетий застоя в развитии быстрых реакторов, в течение которых, как видно из приведенного примера FFTF, наметился даже некоторый регресс, в нынешнем веке этот технологический тип получил в США второе дыхание, а идея замыкания ядерно-топливного цикла посредством подобных РУ и переработки ОЯТ перестала быть табуированной темой для обсуждения в этой стране. На этом фоне начали создаваться новые (и воспроизводиться ранее разработанные) концепции БР, преимущественно малой мощности. В частности, нашла применение конструкция натриевого БР PRISM, разработку которого General Electric (ныне конструкция принадлежит ее альянсу с Hitachi — GEH) начала в 1980‑х годах. Этот реактор в современной версии, имеющий мощность 840/311 МВт (т/е) и предлагаемый GEH на рынках в составе двухреакторного энергоблока с парой парогенераторов и одной общей турбиной, послужил основой для двух проектов, развиваемых при масштабной государственной поддержке: описанного выше VTR и упомянутого Natrium.
Natrium продвигается компанией TerraPower, контролируемой основателем Microsoft Биллом Гейтсом и развивающей альтернативные концепции преимущественно в быстрой реакторной нише. Данный проект осуществляется при участии разработчика технологии — GEH, а также инжиниринговой корпорации Bechtel и энергокомпании PacifiCorp. Natrium предусматривает создание типового комплекса, включающего БР с натриевым охлаждением мощностью 345 МВт (э) и жидкосолевой накопитель тепловой энергии, преобразуемой, при необходимости, в электрическую. В часы пикового потребления этот комплекс может нарастить мощность до 500 МВт (э) и поддерживать ее в течение более чем пяти часов. Предполагается, что он сможет работать в паре с ВИЭ, компенсируя неизбежные для последних значительные и непредсказуемые перепады мощности. Natrium также подойдет для замены энергоблоков угольной генерации, подлежащей существенному сокращению в США в ближайшие десятилетия. Демонстрационным проектом, поддерживаемым в рамках первого направления ARDP, должно стать строительство до 2028 года комплекса Natrium на площадке угольной станции компании PacifiCorp в районе Кеммерера, штат Вайоминг. PacifiCorp также рассматривает подобные проекты применительно еще к нескольким своим закрываемым угольным электростанциям.
Два других БР, поддерживаемых из федерального бюджета, представляют собой гибридные технологии, объединяющие свойства — и, соответственно, проблемы создания — ЖСР и БР (это концептуальный реактор MCFR) и ВТГР с БР (FMR). Проект MCFR, в котором основным инвестором является энергокомпания Southern Company, но используется конструкция TerraPower, нацелен на создание коммерческой технологии БР интегрального типа с расплавносолевым теплоносителем и топливом на основе типичных для быстрых концепций ЖСР хлоридных солей. На первом этапе планируется ко второй половине текущего десятилетия строительство на площадке INL демонстрационной версии этой конструкции — реактора MCRE мощностью 300 кВт (т), использующего в качестве топлива хлоридные соединения плутония; как раз этот проект и финансируется в рамках упомянутого второго направления программы ARDP; в случае успеха он может стать первым в мире воплощением такой технологии. Строительство демонстрационной версии MCFR — реактора мощностью порядка 30 МВт (т), поддающейся в этой конструкции увеличению, — предполагается к началу 2030‑х годов; ко второй половине того же десятилетия планируется создать коммерческие РУ средней и большой мощности.
Быстрый газоохлаждаемый реактор FMR производительностью 112/50 МВт (т/э), концепцию которого продвигает компания группы General Atomics — General Atomics Electromagnetic Systems (GA-EMS) — совместно с американской «дочкой» Framatome, опирается на опыт разработки другим подразделением GA концептуального, впятеро более мощного реактора того же типа EM2. Среди характерных особенностей FMR — быстрый спектр нейтронов; использование в качестве теплоносителя гелия с давлением 7 МПа и температурой на входе/выходе 509/800 °C; необычная для ВТГР конструкция топлива: гексагональных ТВС с твэлами на основе таблеток диоксида урана в оболочке из используемого в различных проектах GA фирменного варианта карбидокремниевого композита; прямой газотурбинный цикл с КПД до 45−48% в зависимости от варианта исполнения; полностью пассивная система отвода тепла от остаточного энерговыделения; размещение ниже уровня земли всех элементов РУ в контейнменте и хранилища ОЯТ; модульное крупноблочное исполнение (реакторный модуль, модуль преобразования энергии, отдельная газодувка); высокоавтоматизированная система контроля и поддержания во взаимосвязи основных параметров РУ и генерации электричества при очень высокой для атомного блока маневренности (20% от номинала в минуту).
Получив от Минэнерго США грант в размере $ 24,8 млн в рамках третьего направления ARDP, GA-EMS планирует потратить эти и другие средства на разработку к 2023 году концептуального проекта, к 2030‑му создать демонстрационную версию реактора, а к середине следующего десятилетия внедрить первые коммерческие энергоблоки FMR.
После нескольких десятилетий застоя в развитии быстрых реакторов, в течение которых, как видно из приведенного примера FFTF, наметился даже некоторый регресс, в нынешнем веке этот технологический тип получил в США второе дыхание, а идея замыкания ядерно-топливного цикла посредством подобных РУ и переработки ОЯТ перестала быть табуированной темой для обсуждения в этой стране. На этом фоне начали создаваться новые (и воспроизводиться ранее разработанные) концепции БР, преимущественно малой мощности. В частности, нашла применение конструкция натриевого БР PRISM, разработку которого General Electric (ныне конструкция принадлежит ее альянсу с Hitachi — GEH) начала в 1980‑х годах. Этот реактор в современной версии, имеющий мощность 840/311 МВт (т/е) и предлагаемый GEH на рынках в составе двухреакторного энергоблока с парой парогенераторов и одной общей турбиной, послужил основой для двух проектов, развиваемых при масштабной государственной поддержке: описанного выше VTR и упомянутого Natrium.
Natrium продвигается компанией TerraPower, контролируемой основателем Microsoft Биллом Гейтсом и развивающей альтернативные концепции преимущественно в быстрой реакторной нише. Данный проект осуществляется при участии разработчика технологии — GEH, а также инжиниринговой корпорации Bechtel и энергокомпании PacifiCorp. Natrium предусматривает создание типового комплекса, включающего БР с натриевым охлаждением мощностью 345 МВт (э) и жидкосолевой накопитель тепловой энергии, преобразуемой, при необходимости, в электрическую. В часы пикового потребления этот комплекс может нарастить мощность до 500 МВт (э) и поддерживать ее в течение более чем пяти часов. Предполагается, что он сможет работать в паре с ВИЭ, компенсируя неизбежные для последних значительные и непредсказуемые перепады мощности. Natrium также подойдет для замены энергоблоков угольной генерации, подлежащей существенному сокращению в США в ближайшие десятилетия. Демонстрационным проектом, поддерживаемым в рамках первого направления ARDP, должно стать строительство до 2028 года комплекса Natrium на площадке угольной станции компании PacifiCorp в районе Кеммерера, штат Вайоминг. PacifiCorp также рассматривает подобные проекты применительно еще к нескольким своим закрываемым угольным электростанциям.
Два других БР, поддерживаемых из федерального бюджета, представляют собой гибридные технологии, объединяющие свойства — и, соответственно, проблемы создания — ЖСР и БР (это концептуальный реактор MCFR) и ВТГР с БР (FMR). Проект MCFR, в котором основным инвестором является энергокомпания Southern Company, но используется конструкция TerraPower, нацелен на создание коммерческой технологии БР интегрального типа с расплавносолевым теплоносителем и топливом на основе типичных для быстрых концепций ЖСР хлоридных солей. На первом этапе планируется ко второй половине текущего десятилетия строительство на площадке INL демонстрационной версии этой конструкции — реактора MCRE мощностью 300 кВт (т), использующего в качестве топлива хлоридные соединения плутония; как раз этот проект и финансируется в рамках упомянутого второго направления программы ARDP; в случае успеха он может стать первым в мире воплощением такой технологии. Строительство демонстрационной версии MCFR — реактора мощностью порядка 30 МВт (т), поддающейся в этой конструкции увеличению, — предполагается к началу 2030‑х годов; ко второй половине того же десятилетия планируется создать коммерческие РУ средней и большой мощности.
Быстрый газоохлаждаемый реактор FMR производительностью 112/50 МВт (т/э), концепцию которого продвигает компания группы General Atomics — General Atomics Electromagnetic Systems (GA-EMS) — совместно с американской «дочкой» Framatome, опирается на опыт разработки другим подразделением GA концептуального, впятеро более мощного реактора того же типа EM2. Среди характерных особенностей FMR — быстрый спектр нейтронов; использование в качестве теплоносителя гелия с давлением 7 МПа и температурой на входе/выходе 509/800 °C; необычная для ВТГР конструкция топлива: гексагональных ТВС с твэлами на основе таблеток диоксида урана в оболочке из используемого в различных проектах GA фирменного варианта карбидокремниевого композита; прямой газотурбинный цикл с КПД до 45−48% в зависимости от варианта исполнения; полностью пассивная система отвода тепла от остаточного энерговыделения; размещение ниже уровня земли всех элементов РУ в контейнменте и хранилища ОЯТ; модульное крупноблочное исполнение (реакторный модуль, модуль преобразования энергии, отдельная газодувка); высокоавтоматизированная система контроля и поддержания во взаимосвязи основных параметров РУ и генерации электричества при очень высокой для атомного блока маневренности (20% от номинала в минуту).
Получив от Минэнерго США грант в размере $ 24,8 млн в рамках третьего направления ARDP, GA-EMS планирует потратить эти и другие средства на разработку к 2023 году концептуального проекта, к 2030‑му создать демонстрационную версию реактора, а к середине следующего десятилетия внедрить первые коммерческие энергоблоки FMR.
Ясир Арафат, технический руководитель проекта экспериментального микрореактора MARVEL
Проекты ВТГР
США имеют существенный задел по направлению ВТГР, правда, теплового спектра. В 1966—1974 годах на АЭС «Пич-Боттом» в штате Пенсильвания функционировал демонстрационный энергоблок с ВТГР производительностью 116/40 МВт (т/э), а в 1974—1989 годах на АЭС «Форт-Сент-Рэйн» в штате Колорадо действовал коммерческий блок мощностью 842/330 МВт (т/э) — самый производительный в мировой истории этой технологии. Поставщиком обеих РУ была предшественница упомянутой General Atomics (GA). После некоторого затишья в начале нынешнего века компании и власти вернулись к этой теме: в 2005 году «Законом об энергетической политике» была предусмотрена программа, получившая название «Атомная станция следующего поколения» (NGNP), сосредоточенная на массированной поддержке данной технологии. Планировалось выбрать из предложений нескольких компаний оптимальную конструкцию, которая должна была получить из федерального бюджета около $ 1,3 млрд на разработку и строительство первого реактора к 2021 году. Однако в задуманном виде проект реализован не был.
В последние годы наблюдается уже по меньшей мере третий подход к этой теме; причем поддержка НИОКР по FMR — на данный момент не самый впечатляющий случай; гораздо бóльшие обязательства федеральные власти берут на себя по другому проекту — внедрения реактора Xe‑100 разработки компании X-energy. Речь идет о ВТГР на тепловых нейтронах производительностью 200/82 МВт (т/э) с фирменным вариантом оксикарбидного топлива TRISO в шаровой форме, отличающимся повышенной, по сравнению со многими другими проектами ВТГР, концентрацией микротвэлов в стандартном объеме. Ранее Минэнерго выделило десятки миллионов долларов (в рамках программ GAIN, ARC) на частичное финансирование НИОКР X-energy по этому концепту. В октябре 2020 года Xe‑100 стал одной из двух конструкций реакторов, чей головной проект внедрения федеральные власти согласились профинансировать на паритетных началах с другими инвесторами: в рамках программы ARDP этот ВТГР и завод промышленного производства топлива для него (см. ниже) могут получить более $ 1,5 млрд бюджетных средств при условии завершения строительства и пуска первого реактора до начала 2028 года. Планируется возвести четырехблочную атомную станцию рядом с действующей АЭС «Коламбия», чей владелец — Energy Northwest — станет стратегическим инвестором проекта. Это один из примеров участия во внедрении новых ядерных технологий государства на уровне регионов: Energy Northwest — организация, контролируемая региональными и местными властями штата Вашингтон. С учетом этого факта вывод технологии Xe‑100 на рынок может произойти преимущественно на средства общественного, а не частного сектора экономики.
(О других примерах участия государства в освоении технологии ВТГР см. Справку.)
Сегодняшнее внимание к ВТГР обусловлено, среди прочего, ожидаемой высокой эффективностью этого типа реакторов при поставке высокопотенциальной тепловой энергии для некоторых производственных процессов — прежде всего производства водорода, с которым США, как и ряд других стран, во многом связывают будущее энергетики. Активное участие государства в развитии водородной энергетики — особое направление, косвенно стимулирующее развитие ядерных технологий. Применение атомных реакторов позволит, на фоне роста масштаба производства водорода, не только удешевить, но и «очистить» его с точки зрения парниковых выбросов. По оценке министерства энергетики США, в первые 20 лет текущего столетия оно потратило свыше $ 4 млрд на развитие технологий водородной энергетики, включая финансирование частных проектов в этой области. Из упомянутых $ 9,5 млрд федеральных расходов на перспективное развитие водородной энергетики, предусмотренных принятым год назад законом IIJA, $ 8 млрд должно быть потрачено на формирование «региональных хабов чистого водорода», основанных, в числе прочего, на его производстве с помощью атомной энергии; $ 1 млрд — на развитие производства водорода методом электролиза с помощью низкоуглеродных источников энергии, включая опять-таки ядерную; $ 0,5 млрд — на другие проекты получения и использования водорода. В настоящее время из производимых в США 10 млн тонн водорода ~95% получается методом паровой конверсии метана из природного газа. Между тем Минэнерго делает перспективную ставку на более экологически чистые технологии получения водорода из воды, эффективность которых существенно возрастает при непосредственном включении в технологическую цепь высокотемпературных реакторов.
США имеют существенный задел по направлению ВТГР, правда, теплового спектра. В 1966—1974 годах на АЭС «Пич-Боттом» в штате Пенсильвания функционировал демонстрационный энергоблок с ВТГР производительностью 116/40 МВт (т/э), а в 1974—1989 годах на АЭС «Форт-Сент-Рэйн» в штате Колорадо действовал коммерческий блок мощностью 842/330 МВт (т/э) — самый производительный в мировой истории этой технологии. Поставщиком обеих РУ была предшественница упомянутой General Atomics (GA). После некоторого затишья в начале нынешнего века компании и власти вернулись к этой теме: в 2005 году «Законом об энергетической политике» была предусмотрена программа, получившая название «Атомная станция следующего поколения» (NGNP), сосредоточенная на массированной поддержке данной технологии. Планировалось выбрать из предложений нескольких компаний оптимальную конструкцию, которая должна была получить из федерального бюджета около $ 1,3 млрд на разработку и строительство первого реактора к 2021 году. Однако в задуманном виде проект реализован не был.
В последние годы наблюдается уже по меньшей мере третий подход к этой теме; причем поддержка НИОКР по FMR — на данный момент не самый впечатляющий случай; гораздо бóльшие обязательства федеральные власти берут на себя по другому проекту — внедрения реактора Xe‑100 разработки компании X-energy. Речь идет о ВТГР на тепловых нейтронах производительностью 200/82 МВт (т/э) с фирменным вариантом оксикарбидного топлива TRISO в шаровой форме, отличающимся повышенной, по сравнению со многими другими проектами ВТГР, концентрацией микротвэлов в стандартном объеме. Ранее Минэнерго выделило десятки миллионов долларов (в рамках программ GAIN, ARC) на частичное финансирование НИОКР X-energy по этому концепту. В октябре 2020 года Xe‑100 стал одной из двух конструкций реакторов, чей головной проект внедрения федеральные власти согласились профинансировать на паритетных началах с другими инвесторами: в рамках программы ARDP этот ВТГР и завод промышленного производства топлива для него (см. ниже) могут получить более $ 1,5 млрд бюджетных средств при условии завершения строительства и пуска первого реактора до начала 2028 года. Планируется возвести четырехблочную атомную станцию рядом с действующей АЭС «Коламбия», чей владелец — Energy Northwest — станет стратегическим инвестором проекта. Это один из примеров участия во внедрении новых ядерных технологий государства на уровне регионов: Energy Northwest — организация, контролируемая региональными и местными властями штата Вашингтон. С учетом этого факта вывод технологии Xe‑100 на рынок может произойти преимущественно на средства общественного, а не частного сектора экономики.
(О других примерах участия государства в освоении технологии ВТГР см. Справку.)
Сегодняшнее внимание к ВТГР обусловлено, среди прочего, ожидаемой высокой эффективностью этого типа реакторов при поставке высокопотенциальной тепловой энергии для некоторых производственных процессов — прежде всего производства водорода, с которым США, как и ряд других стран, во многом связывают будущее энергетики. Активное участие государства в развитии водородной энергетики — особое направление, косвенно стимулирующее развитие ядерных технологий. Применение атомных реакторов позволит, на фоне роста масштаба производства водорода, не только удешевить, но и «очистить» его с точки зрения парниковых выбросов. По оценке министерства энергетики США, в первые 20 лет текущего столетия оно потратило свыше $ 4 млрд на развитие технологий водородной энергетики, включая финансирование частных проектов в этой области. Из упомянутых $ 9,5 млрд федеральных расходов на перспективное развитие водородной энергетики, предусмотренных принятым год назад законом IIJA, $ 8 млрд должно быть потрачено на формирование «региональных хабов чистого водорода», основанных, в числе прочего, на его производстве с помощью атомной энергии; $ 1 млрд — на развитие производства водорода методом электролиза с помощью низкоуглеродных источников энергии, включая опять-таки ядерную; $ 0,5 млрд — на другие проекты получения и использования водорода. В настоящее время из производимых в США 10 млн тонн водорода ~95% получается методом паровой конверсии метана из природного газа. Между тем Минэнерго делает перспективную ставку на более экологически чистые технологии получения водорода из воды, эффективность которых существенно возрастает при непосредственном включении в технологическую цепь высокотемпературных реакторов.
Проекты ЖСР
Давние традиции в США имеют и реакторы на расплаве солей, или жидкосолевые реакторы (ЖСР): именно в этой стране (в Окриджской национальной лаборатории) в 1950—1960‑х годах были разработаны два первых (и вплоть до 2022 года единственных) функционировавших ЖСР: проработавшая девять дней прототипная установка, построенная в рамках программы создания ядерного авиационного двигателя; и экспериментальный MSRE, использовавшийся достаточно интенсивно около четырех лет. В нынешнем веке в Соединенных Штатах, как и в других странах, активизировались разработки в этой нише, было предложено множество концептуальных конструкций такого рода. Некоторые из них получают значительную поддержку государства, которое, таким образом, признает это направление одним из приоритетных. Помимо охарактеризованного выше проекта MCFR / MCRE — ЖСР быстрого спектра — это касается и классических ЖСР на тепловых нейтронах.
Среди таких проектов — KP-FHR, разрабатываемый калифорнийской компанией Kairos Power. Перспективный коммерческий реактор будет представлять собой твердотопливный ЖСР мощностью 320/140 МВт (т/э) с теплоносителем на основе фтористых солей бериллия и обогащенного по 7Li лития; теплоноситель будет разогреваться до 650 °C. В реакторе будет использоваться топливо TRISO в форме шаровых ТВС. Для преобразования энергии применяется цикл Ренкина.
Первым этапом внедрения этой технологии должно стать строительство демонстрационной, уменьшенной версии KP-FHR — реактора Hermes тепловой мощностью 35 МВт (электричество вырабатываться не будет). В этой конструкции применяются шаровые ТВС TRISO необычного диаметра (4 см) на основе обогащенного до 19,55% урана. Теплоносителем служит тетрафторобериллат лития Li2[BeF4]. Проект получает федеральное финансирование в рамках второго направления ARDP, покрывающего в течение семи лет на условиях ГЧП около 50% планируемых расходов на создание реактора, составляющих $ 629 млн. Для сооружения Hermes федеральные власти предоставляют площадку в 55 га на месте снесенных корпусов газодиффузионного завода обогащения урана для военных целей в Ок-Ридже, штат Теннесси. Дополнительную помощь проекту оказывают участвующие в нем федеральные структуры: Окриджская и Айдахская национальные лаборатории и крупнейшая федеральная энергокомпания TVA. Заявка на получение разрешения на строительство Hermes подана в NRC в сентябре 2021 года и сейчас рассматривается комиссией; реактор должен быть готов к 2026 году.
Как видно на примере двух приведенных пар проектов (MCFR / MCRE и KP-FHR / Hermes), власти пока поддерживают менее радикальный, требующий сравнительно меньшего объема НИОКР вариант технологии ЖСР — твердотопливный. Вашингтон обходит вниманием жидкотопливное направление, когда-то в упрощенном виде реализованное в окриджском MSRE. Развитию этого направления в США мешали не только технические сложности, но и установленное с конца 1970‑х годов табу на переработку ОЯТ в гражданском атомном секторе; до последнего времени американское государство не желало поощрять коммерциализацию таких технологий. Учитывая практическое освоение жидкотопливного вектора (наряду с твердотопливным) в Китае, где как раз начинается эксплуатация подобного экспериментального ЖСР (пока опять-таки в упрощенном варианте — без полноценной переработки и восполнения топлива «в онлайн-режиме»), федеральные власти США могут вскоре добавать — или, если угодно, вернуть — этот вариант в число своих приоритетов.
Давние традиции в США имеют и реакторы на расплаве солей, или жидкосолевые реакторы (ЖСР): именно в этой стране (в Окриджской национальной лаборатории) в 1950—1960‑х годах были разработаны два первых (и вплоть до 2022 года единственных) функционировавших ЖСР: проработавшая девять дней прототипная установка, построенная в рамках программы создания ядерного авиационного двигателя; и экспериментальный MSRE, использовавшийся достаточно интенсивно около четырех лет. В нынешнем веке в Соединенных Штатах, как и в других странах, активизировались разработки в этой нише, было предложено множество концептуальных конструкций такого рода. Некоторые из них получают значительную поддержку государства, которое, таким образом, признает это направление одним из приоритетных. Помимо охарактеризованного выше проекта MCFR / MCRE — ЖСР быстрого спектра — это касается и классических ЖСР на тепловых нейтронах.
Среди таких проектов — KP-FHR, разрабатываемый калифорнийской компанией Kairos Power. Перспективный коммерческий реактор будет представлять собой твердотопливный ЖСР мощностью 320/140 МВт (т/э) с теплоносителем на основе фтористых солей бериллия и обогащенного по 7Li лития; теплоноситель будет разогреваться до 650 °C. В реакторе будет использоваться топливо TRISO в форме шаровых ТВС. Для преобразования энергии применяется цикл Ренкина.
Первым этапом внедрения этой технологии должно стать строительство демонстрационной, уменьшенной версии KP-FHR — реактора Hermes тепловой мощностью 35 МВт (электричество вырабатываться не будет). В этой конструкции применяются шаровые ТВС TRISO необычного диаметра (4 см) на основе обогащенного до 19,55% урана. Теплоносителем служит тетрафторобериллат лития Li2[BeF4]. Проект получает федеральное финансирование в рамках второго направления ARDP, покрывающего в течение семи лет на условиях ГЧП около 50% планируемых расходов на создание реактора, составляющих $ 629 млн. Для сооружения Hermes федеральные власти предоставляют площадку в 55 га на месте снесенных корпусов газодиффузионного завода обогащения урана для военных целей в Ок-Ридже, штат Теннесси. Дополнительную помощь проекту оказывают участвующие в нем федеральные структуры: Окриджская и Айдахская национальные лаборатории и крупнейшая федеральная энергокомпания TVA. Заявка на получение разрешения на строительство Hermes подана в NRC в сентябре 2021 года и сейчас рассматривается комиссией; реактор должен быть готов к 2026 году.
Как видно на примере двух приведенных пар проектов (MCFR / MCRE и KP-FHR / Hermes), власти пока поддерживают менее радикальный, требующий сравнительно меньшего объема НИОКР вариант технологии ЖСР — твердотопливный. Вашингтон обходит вниманием жидкотопливное направление, когда-то в упрощенном виде реализованное в окриджском MSRE. Развитию этого направления в США мешали не только технические сложности, но и установленное с конца 1970‑х годов табу на переработку ОЯТ в гражданском атомном секторе; до последнего времени американское государство не желало поощрять коммерциализацию таких технологий. Учитывая практическое освоение жидкотопливного вектора (наряду с твердотопливным) в Китае, где как раз начинается эксплуатация подобного экспериментального ЖСР (пока опять-таки в упрощенном варианте — без полноценной переработки и восполнения топлива «в онлайн-режиме»), федеральные власти США могут вскоре добавать — или, если угодно, вернуть — этот вариант в число своих приоритетов.
Микроформат
Один из приоритетных векторов развития ядерных технологий, пользующихся особой государственной поддержкой, — создание микрореакторов — установок мощностью до 20 МВт, нередко менее 1 МВт. Подобным конструкциям, как считают в США, принадлежит будущее. Государство поощряет создание различных технологических типов таких реакторов (ВТГР, БР, ЖСР и др.) и намерено всячески содействовать их внедрению. На помощь частным разработчикам в НИОКР по этому направлению нацелены описанные выше Программа Минэнерго по микрореакторам (MRP) и создаваемый в ее рамках экспериментальный микрореактор MARVEL. В ряде случаев госструктуры выступают заказчиками первых образцов такой техники.
Один из примеров — объявленный в 2020 году конкурс министерства обороны США на лучший проект мобильного микрореактора мощностью 1−5 МВт для нужд армии. При этом был задан тип реактора (ВТГР) и установлены жесткие требования к нему, среди которых: модульная конструкция с возможностью перевозки каждого модуля в стандартном двадцатифутовом контейнере авиатранспортом; время на сборку и пуск РУ — не более трех дней, на демонтаж и погрузку — не более семи дней с момента останова; как минимум трехлетняя активная зона. Этот конкурс выиграла в июне 2022 года компания BWXT, которая обязалась создать и в 2024 году разместить реактор на площадке Айдахской национальной лаборатории, куда его готовые модули должны быть доставлены стандартным транспортом.
Другой конкурс — на лучший микрореактор мощностью не более 5 МВт — готовит министерство военно-воздушных сил США. В отличие от армейского проекта, речь идет о стационарно размещаемом реакторе; он предназначен для энергоснабжения авиабазы Илсон в центре Аляски. Разница также в том, что реактор не будет принадлежать военным, они лишь оплатят создание РУ и долгосрочный контракт на поставку энергии. При этом, в противоположность проекту Минобороны, допуск которого к сооружению и эксплуатации осуществляют структуры Минэнерго, микрореактор военно-воздушных сил пройдет процедуру лицензирования в NRC. Его ввод в эксплуатацию намечен на 2027 год.
Применение микрореакторов также планируется в перспективных космических программах США, которые исторически основывались прежде всего на РИТЭГах (исключение — упомянутый не слишком успешный проект SNAP‑10A).
Один из примеров — объявленный в 2020 году конкурс министерства обороны США на лучший проект мобильного микрореактора мощностью 1−5 МВт для нужд армии. При этом был задан тип реактора (ВТГР) и установлены жесткие требования к нему, среди которых: модульная конструкция с возможностью перевозки каждого модуля в стандартном двадцатифутовом контейнере авиатранспортом; время на сборку и пуск РУ — не более трех дней, на демонтаж и погрузку — не более семи дней с момента останова; как минимум трехлетняя активная зона. Этот конкурс выиграла в июне 2022 года компания BWXT, которая обязалась создать и в 2024 году разместить реактор на площадке Айдахской национальной лаборатории, куда его готовые модули должны быть доставлены стандартным транспортом.
Другой конкурс — на лучший микрореактор мощностью не более 5 МВт — готовит министерство военно-воздушных сил США. В отличие от армейского проекта, речь идет о стационарно размещаемом реакторе; он предназначен для энергоснабжения авиабазы Илсон в центре Аляски. Разница также в том, что реактор не будет принадлежать военным, они лишь оплатят создание РУ и долгосрочный контракт на поставку энергии. При этом, в противоположность проекту Минобороны, допуск которого к сооружению и эксплуатации осуществляют структуры Минэнерго, микрореактор военно-воздушных сил пройдет процедуру лицензирования в NRC. Его ввод в эксплуатацию намечен на 2027 год.
Применение микрореакторов также планируется в перспективных космических программах США, которые исторически основывались прежде всего на РИТЭГах (исключение — упомянутый не слишком успешный проект SNAP‑10A).
Проекты в ЯТЦ
Создание принципиально новых реакторных технологий требует развития ядерно-топливного цикла США, в том числе дополнения его ранее отсутствовавшими звеньями. В большинстве концептуальных реакторов применяются конструкции топлива, не унифицированные и не соответствующие стандартам, принятым для действующих легководных и исследовательских реакторов. Как правило, перспективные «нелегководные» реакторы предполагают применение урана с обогащением 5−20% (так называемый HALEU). Таким образом, необходимо создать разнообразные технологии фабрикации и обеспечить источники среднеобогащенного урана.
После поэтапного закрытия трех газодиффузионных заводов в США не осталось мощностей обогащения, которые могли бы в промышленном масштабе поставлять уран с концентрацией 235U свыше 5%. Единственное действующее крупномасштабное обогатительное производство в Юнисе, штат Нью-Мексико, технически может быть адаптировано для такой задачи, однако, во‑первых, лицензировано только для производства НОУ, во‑вторых, принадлежит зарубежным инвесторам. Согласно законодательству США, ядерные материалы, используемые в программах, касающихся национальной безопасности, должны быть произведены из отечественного сырья, на отечественном оборудовании, принадлежащем в конечном итоге американским юридическим и физическим лицам. Топливо для некоторых исследовательских и концептуальных энергетических реакторов относится к этой категории.
До последнего времени единственным отечественным источником HALEU было разбавление ВОУ из запасов, преимущественно военных; ограниченные квоты на поставку такого материала выделялись для гражданских программ — НИОКР и производства изотопов. По оценкам NNSA — формально подчиненного министерству энергетики агентства, отвечающего за ядерно-оружейный комплекс, — этих ресурсов хватит лишь до конца 2020‑х годов. Между тем, согласно Минэнерго, для обеспечения топливом реакторов нового поколения до конца десятилетия понадобится порядка 40 тонн HALEU, причем ежегодные потребности будут возрастать; некоторые представители отрасли предсказывают на порядок бóльшие объемы — до 600 тонн. Это требует создания в стране альтернативных существующим источников HALEU. Федеральная поддержка решения этой задачи предписана принятыми в последние годы законами — «Законом об энергетике 2020 года» и IRA. Минэнерго планирует различные источники HALEU, включая использование ОЯТ некоторых исследовательских реакторов и создание новых мощностей обогащения.
В начале 2021 года Минэнерго наметило план, согласно которому в 2022 году должен быть создан демонстрационный комплекс обогащения для производства HALEU, к 2023 году — получено 5 тонн урана обогащением 5−20% из невоенных источников, а к началу следующего десятилетия выстроена устойчивая система обеспечения новых реакторов топливными материалами.
С 2019 года при финансовой поддержке Минэнерго ($ 115 млн — в 2019 году, $ 150 млн — в ноябре 2022 года) американская компания Centrus создает на площадке бывшего газодиффузионного завода в Пайктоне, штат Огайо, демонстрационный каскад из 16 экспериментальных центрифуг своей разработки для производства HALEU. Эти доработанные машины модели AC‑100M, созданные в рамках программы «Американская центрифуга» и отличающиеся необычными для отрасли размерами и единичной производительностью (несколько сотен ЕРР/г), сами по себе относятся к числу ключевых инноваций в ЯТЦ США. Сегодня этот комплекс — единственный в стране, обладающий лицензией NRC на производство HALEU для гражданских нужд путем разделения изотопов. По скорректированному соглашению с Минэнерго он должен произвести к концу 2023 года 20 кг ОУП обогащением 19,75%, а с 2024 года поставлять «минимум 900 кг» такого материала. То есть налицо умеренное отставание от наметок Минэнерго двухлетней давности, объясняемое пандемией COVID‑19.
Среди прецедентов поддержки государством фабрикации для концептуальных реакторов следует выделить примеры металлического топлива для БР, а также вариантов топлива TRISO, пригодных для различных реакторных конструкций. Первый пример относится к проекту фабрикации для БР Natrium; он предусматривает строительство, начиная с 2023 года, завода по выпуску металлического уранового топлива HALEU на площадке, предоставленной GEH на ее заводе в Уилмингтоне, штат Северная Каролина. Этот комплекс стоимостью свыше $ 200 млн финансируется министерством энергетики США на условиях ГЧП, на паритетных началах с частными инвесторами.
Другой пример — государственная поддержка топливных инноваций компании BWXT, значительная часть которых используется в ее концептуальном микро-ВТГР BANR. В рамках ряда федеральных программ (упомянутой NGNP и программы создания топлива для концептуальных газоохлаждаемых реакторов — AGR) BWXT получила государственное финансирование на разработку и затем воссоздание на ее площадке в Линчбурге, штат Вирджиния, опытного производства топлива TRISO в форме так называемых компактов — топливных элементов, применяемых в ВТГР с призматической конфигурацией активной зоны. Компания, используя финансирование по государственным программам и заключив контракты с рядом госструктур, планирует расширить выпуск TRISO до промышленного масштаба (в зависимости от конъюнктуры — до 4−8 тонн в год) для обеспечения этим топливом реакторов разных конструкций.
Кроме того, в рамках второго направления ARDP (то есть для снижения рыночных рисков) компании BWXT были выделены $ 85 млн, из которых компенсируются расходы на разработку нитридного TRISO для перспективного применения в реакторе BANR. Такое топливо отличается большей плотностью, чем традиционные оксидные и оксикарбидные варианты, однако оно не применялось в коммерческой атомной энергетике и требует большого объема НИОКР для внедрения.
Значительное государственное финансирование получает и проект создания промышленного производства топлива TRISO компании X-energy. На площадке в Ок-Ридже этой компании принадлежит пилотный комплекс по производству подобного оксидного и карбидного топлива, пущенный в 2018 году. Топливо на нем производится в килограммовых объемах для НИОКР по основному проекту X-energy — концептуальному ВТГР Xe‑100. Между тем главный проект компании в сфере ЯТЦ — строительство на выделенной ей площадке в Ок-Ридже завода промышленной фабрикации TRISO, который, как ожидается, станет первом предприятием такого рода в США. Создание этого объекта, которое планируется завершить к 2025 году, финансируется на условиях ГЧП из федеральных средств в рамках первого направления ARDP, то есть покрывает основные стадии внедрения. Завод будет обеспечивать фирменной версией микрокапсульного топлива (отличающегося повышенным удельным содержанием делящегося материала) не только Xe‑100, но и другие реакторы, использующие этот тип ядерного горючего, в том числе планируемые в рамках ряда государственных военных и космических программ. Первоначальная мощность предприятия составит 8 тонн в год, к следующему десятилетию она может удвоиться; этого достаточно для обеспечения ежегодных потребностей нескольких десятков концептуальных малых и микрореакторов.
Создание принципиально новых реакторных технологий требует развития ядерно-топливного цикла США, в том числе дополнения его ранее отсутствовавшими звеньями. В большинстве концептуальных реакторов применяются конструкции топлива, не унифицированные и не соответствующие стандартам, принятым для действующих легководных и исследовательских реакторов. Как правило, перспективные «нелегководные» реакторы предполагают применение урана с обогащением 5−20% (так называемый HALEU). Таким образом, необходимо создать разнообразные технологии фабрикации и обеспечить источники среднеобогащенного урана.
После поэтапного закрытия трех газодиффузионных заводов в США не осталось мощностей обогащения, которые могли бы в промышленном масштабе поставлять уран с концентрацией 235U свыше 5%. Единственное действующее крупномасштабное обогатительное производство в Юнисе, штат Нью-Мексико, технически может быть адаптировано для такой задачи, однако, во‑первых, лицензировано только для производства НОУ, во‑вторых, принадлежит зарубежным инвесторам. Согласно законодательству США, ядерные материалы, используемые в программах, касающихся национальной безопасности, должны быть произведены из отечественного сырья, на отечественном оборудовании, принадлежащем в конечном итоге американским юридическим и физическим лицам. Топливо для некоторых исследовательских и концептуальных энергетических реакторов относится к этой категории.
До последнего времени единственным отечественным источником HALEU было разбавление ВОУ из запасов, преимущественно военных; ограниченные квоты на поставку такого материала выделялись для гражданских программ — НИОКР и производства изотопов. По оценкам NNSA — формально подчиненного министерству энергетики агентства, отвечающего за ядерно-оружейный комплекс, — этих ресурсов хватит лишь до конца 2020‑х годов. Между тем, согласно Минэнерго, для обеспечения топливом реакторов нового поколения до конца десятилетия понадобится порядка 40 тонн HALEU, причем ежегодные потребности будут возрастать; некоторые представители отрасли предсказывают на порядок бóльшие объемы — до 600 тонн. Это требует создания в стране альтернативных существующим источников HALEU. Федеральная поддержка решения этой задачи предписана принятыми в последние годы законами — «Законом об энергетике 2020 года» и IRA. Минэнерго планирует различные источники HALEU, включая использование ОЯТ некоторых исследовательских реакторов и создание новых мощностей обогащения.
В начале 2021 года Минэнерго наметило план, согласно которому в 2022 году должен быть создан демонстрационный комплекс обогащения для производства HALEU, к 2023 году — получено 5 тонн урана обогащением 5−20% из невоенных источников, а к началу следующего десятилетия выстроена устойчивая система обеспечения новых реакторов топливными материалами.
С 2019 года при финансовой поддержке Минэнерго ($ 115 млн — в 2019 году, $ 150 млн — в ноябре 2022 года) американская компания Centrus создает на площадке бывшего газодиффузионного завода в Пайктоне, штат Огайо, демонстрационный каскад из 16 экспериментальных центрифуг своей разработки для производства HALEU. Эти доработанные машины модели AC‑100M, созданные в рамках программы «Американская центрифуга» и отличающиеся необычными для отрасли размерами и единичной производительностью (несколько сотен ЕРР/г), сами по себе относятся к числу ключевых инноваций в ЯТЦ США. Сегодня этот комплекс — единственный в стране, обладающий лицензией NRC на производство HALEU для гражданских нужд путем разделения изотопов. По скорректированному соглашению с Минэнерго он должен произвести к концу 2023 года 20 кг ОУП обогащением 19,75%, а с 2024 года поставлять «минимум 900 кг» такого материала. То есть налицо умеренное отставание от наметок Минэнерго двухлетней давности, объясняемое пандемией COVID‑19.
Среди прецедентов поддержки государством фабрикации для концептуальных реакторов следует выделить примеры металлического топлива для БР, а также вариантов топлива TRISO, пригодных для различных реакторных конструкций. Первый пример относится к проекту фабрикации для БР Natrium; он предусматривает строительство, начиная с 2023 года, завода по выпуску металлического уранового топлива HALEU на площадке, предоставленной GEH на ее заводе в Уилмингтоне, штат Северная Каролина. Этот комплекс стоимостью свыше $ 200 млн финансируется министерством энергетики США на условиях ГЧП, на паритетных началах с частными инвесторами.
Другой пример — государственная поддержка топливных инноваций компании BWXT, значительная часть которых используется в ее концептуальном микро-ВТГР BANR. В рамках ряда федеральных программ (упомянутой NGNP и программы создания топлива для концептуальных газоохлаждаемых реакторов — AGR) BWXT получила государственное финансирование на разработку и затем воссоздание на ее площадке в Линчбурге, штат Вирджиния, опытного производства топлива TRISO в форме так называемых компактов — топливных элементов, применяемых в ВТГР с призматической конфигурацией активной зоны. Компания, используя финансирование по государственным программам и заключив контракты с рядом госструктур, планирует расширить выпуск TRISO до промышленного масштаба (в зависимости от конъюнктуры — до 4−8 тонн в год) для обеспечения этим топливом реакторов разных конструкций.
Кроме того, в рамках второго направления ARDP (то есть для снижения рыночных рисков) компании BWXT были выделены $ 85 млн, из которых компенсируются расходы на разработку нитридного TRISO для перспективного применения в реакторе BANR. Такое топливо отличается большей плотностью, чем традиционные оксидные и оксикарбидные варианты, однако оно не применялось в коммерческой атомной энергетике и требует большого объема НИОКР для внедрения.
Значительное государственное финансирование получает и проект создания промышленного производства топлива TRISO компании X-energy. На площадке в Ок-Ридже этой компании принадлежит пилотный комплекс по производству подобного оксидного и карбидного топлива, пущенный в 2018 году. Топливо на нем производится в килограммовых объемах для НИОКР по основному проекту X-energy — концептуальному ВТГР Xe‑100. Между тем главный проект компании в сфере ЯТЦ — строительство на выделенной ей площадке в Ок-Ридже завода промышленной фабрикации TRISO, который, как ожидается, станет первом предприятием такого рода в США. Создание этого объекта, которое планируется завершить к 2025 году, финансируется на условиях ГЧП из федеральных средств в рамках первого направления ARDP, то есть покрывает основные стадии внедрения. Завод будет обеспечивать фирменной версией микрокапсульного топлива (отличающегося повышенным удельным содержанием делящегося материала) не только Xe‑100, но и другие реакторы, использующие этот тип ядерного горючего, в том числе планируемые в рамках ряда государственных военных и космических программ. Первоначальная мощность предприятия составит 8 тонн в год, к следующему десятилетию она может удвоиться; этого достаточно для обеспечения ежегодных потребностей нескольких десятков концептуальных малых и микрореакторов.
Centrus Energy (бывшая USEC) модернизирует завод в Пайктоне, штат Огайо. На предприятии планируют запустить 16 газовых центрифуг AC100M для демонстрации технологии производства HALEU (high assay low enriched uranium)
Планы освоения термояда
Большинство перечисленных проектов, развиваемых при содействии государства, рассчитаны на ближне- или среднесрочную перспективу. В то же время власти активизировали усилия с прицелом на долгосрочные технологические горизонты. Особое и усиливающееся внимание уделяется теме управляемого термоядерного синтеза. Как и ряд других государств — технологических лидеров, США не ограничиваются участием в международном проекте ИТЭР и развивают собственные масштабные инициативы в этой области. Принятый в 2018 году закон NEICA предписывал Минэнерго выбрать перспективные концепции термоядерных реакторов, оценив шансы их внедрения в США и определив бюджетные ресурсы, необходимые для ускорения НИОКР по данной тематике. Благо есть из чего выбирать: по оценке Минэнерго, в мире насчитывается свыше 30 компаний и организаций, предлагающих проекты термоядерных реакторов, из них 2/3 базируются в США. Растут частные инвестиции в этот сектор: согласно данным Администрации США, в 2021 году они составили $ 2,5 млрд.
В начале 2022 года Белый дом собрал специальную конференцию и сделал ряд ключевых заявлений по стратегии освоения термоядерной генерации. Они сводятся к тому, что ситуация в этом секторе меняется быстрее, чем ожидалось, так что предстоящее десятилетие может стать поворотным в освоении управляемого термоядерного синтеза. «Термоядерная реакция, в ходе которой выделяется больше энергии, чем затрачивается, всегда казалась делом далеких будущих десятилетий. Последние достижения, основанные на полученных за 70 лет научно-технических результатах… свидетельствуют о том, что мы подошли к такой реакции ближе, чем когда-либо», — говорится в заявлении, опубликованном Белым домом в марте 2022 года. В связи с этим Администрация США намерена форсировать освоение этой технологии, согласуя частные инициативы и поддерживая наиболее перспективные проекты. По заявлению министра энергетики Дженнифер Грэнхолм, Минэнерго отныне намерено выступать координатором всех разрозненных частных НИОКР по термоядерному синтезу. Министерство обязали разработать согласованную с компаниями и рассчитанную на десятилетие стратегию ускоренного внедрения термоядерной генерации, подразумевающую строительство и пуск демонстрационного термоядерного энергоблока до 2035 года. Ставя столь амбициозную задачу, Белый дом упоминал об агрессивном продвижении в последнее время других лидеров в термоядерной нише, приведя в пример Китай и Великобританию.
В то же время Администрация США заявила о намерении адаптировать систему государственного регулирования к задачам коммерциализации термоядерной энергии. В последующие месяцы этот процесс был запущен: примечателен, например, обзор возможных подходов к лицензированию и регулированию объектов использования термоядерной энергии, представленный Комиссией по ядерному регулированию США в сентябре 2022 года.
Итак, всё активнее поддерживая технологии, основанные на делении тяжелых ядер, Вашингтон в то же время всерьез нацелился на коммерциализацию управляемого термоядерного синтеза до середины столетия. По оценке стратегов из Минэнерго и Управления по научно-технической политике Администрации США, в случае успеха это может радикально изменить правила игры в мировой энергетике и сфере контроля климатических изменений.
Большинство перечисленных проектов, развиваемых при содействии государства, рассчитаны на ближне- или среднесрочную перспективу. В то же время власти активизировали усилия с прицелом на долгосрочные технологические горизонты. Особое и усиливающееся внимание уделяется теме управляемого термоядерного синтеза. Как и ряд других государств — технологических лидеров, США не ограничиваются участием в международном проекте ИТЭР и развивают собственные масштабные инициативы в этой области. Принятый в 2018 году закон NEICA предписывал Минэнерго выбрать перспективные концепции термоядерных реакторов, оценив шансы их внедрения в США и определив бюджетные ресурсы, необходимые для ускорения НИОКР по данной тематике. Благо есть из чего выбирать: по оценке Минэнерго, в мире насчитывается свыше 30 компаний и организаций, предлагающих проекты термоядерных реакторов, из них 2/3 базируются в США. Растут частные инвестиции в этот сектор: согласно данным Администрации США, в 2021 году они составили $ 2,5 млрд.
В начале 2022 года Белый дом собрал специальную конференцию и сделал ряд ключевых заявлений по стратегии освоения термоядерной генерации. Они сводятся к тому, что ситуация в этом секторе меняется быстрее, чем ожидалось, так что предстоящее десятилетие может стать поворотным в освоении управляемого термоядерного синтеза. «Термоядерная реакция, в ходе которой выделяется больше энергии, чем затрачивается, всегда казалась делом далеких будущих десятилетий. Последние достижения, основанные на полученных за 70 лет научно-технических результатах… свидетельствуют о том, что мы подошли к такой реакции ближе, чем когда-либо», — говорится в заявлении, опубликованном Белым домом в марте 2022 года. В связи с этим Администрация США намерена форсировать освоение этой технологии, согласуя частные инициативы и поддерживая наиболее перспективные проекты. По заявлению министра энергетики Дженнифер Грэнхолм, Минэнерго отныне намерено выступать координатором всех разрозненных частных НИОКР по термоядерному синтезу. Министерство обязали разработать согласованную с компаниями и рассчитанную на десятилетие стратегию ускоренного внедрения термоядерной генерации, подразумевающую строительство и пуск демонстрационного термоядерного энергоблока до 2035 года. Ставя столь амбициозную задачу, Белый дом упоминал об агрессивном продвижении в последнее время других лидеров в термоядерной нише, приведя в пример Китай и Великобританию.
В то же время Администрация США заявила о намерении адаптировать систему государственного регулирования к задачам коммерциализации термоядерной энергии. В последующие месяцы этот процесс был запущен: примечателен, например, обзор возможных подходов к лицензированию и регулированию объектов использования термоядерной энергии, представленный Комиссией по ядерному регулированию США в сентябре 2022 года.
Итак, всё активнее поддерживая технологии, основанные на делении тяжелых ядер, Вашингтон в то же время всерьез нацелился на коммерциализацию управляемого термоядерного синтеза до середины столетия. По оценке стратегов из Минэнерго и Управления по научно-технической политике Администрации США, в случае успеха это может радикально изменить правила игры в мировой энергетике и сфере контроля климатических изменений.
Много обещающая господдержка
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #9_2022