Что будет с мировой энергетикой?

24 сентября 2019 года на знаменитой американской АЭС «Три-Майл Айлэнд» заглушили последний реактор. Теперь станцию ожидают десятилетия чистки и утилизации радиоактивных материалов. Говорят, всё это закончится только в 2078 году. Закрытие предвестника «чернобыльской эры» — повод задуматься: а есть ли будущее у мирного атома?

Предшественники безатомной эры?

Крупная станция, запущенная в 1970-х, «Трёхмильники» прославились аварией в марте 1979 года. Причём буквально за несколько дней до ЧП в американский прокат пошёл фильм «Китайский синдром». В нём авария на гипотетической АЭС и идиотская реакция властей — замалчивание, отрицание, признание сквозь зубы, полицейский штурм — были показаны во всей красе.

В результате реальной аварии облучились и получили дозу — точнее, политкорректно выражаясь, подверглись воздействию радиации и радиоактивных изотопов — около двух миллионов американцев.

Нет, трёхруких и трёхголовых мутантов с разжиженными мозгами не появилось. Не было даже роста числа онкозаболеваний.

Но на самом деле, как уверяли конспирологи и озабоченные защитники «зелёных технологий», власти просто круто скрывали все улики. Радиофобия, этот бич современного общества, поднялась на новый уровень. А потом в апреле 1986 года случился Чернобыль. И всё полетело под откос.

Если до этого времени атомную энергетику просто не жаловали, то теперь по всему миру число её хейтеров увеличивалось в геометрической прогрессии. Хотя и без них у атомной энергетики были проблемы, которые серьёзно повлияли на её будущее.

Дорогие игрушки

Большинство АЭС, кроме сравнительно недорогих исследовательских реакторов, — штука очень затратная и сложная. Ещё и места требует очень много.

После аварии на Фукусиме в 2011 году и последовавшей истерики в СМИ правила эксплуатации станций ужесточились, а цена стала ещё выше. Сейчас даже одна АЭС — это 15 млрд долларов на постройку. А ещё надо обучить персонал и найти источники топлива. Сплошная головная боль.

Другое дело — ВИЭ (возобновляемые источники энергии). Направление модное, даже экологию спасающее [это если на некоторые, созданные ими, виды экологического ущерба закрыть глаза, как толкают нас те буржуи, которые на них зарабатывают. Прим.публикатора].

Не то что эти ваши гигантские чернобыли.

Воткнул ветрогенератор, подключил его к электросети — и вот ты уже участник энергорынка. Или можно солнечными панелями крышу дома покрыть. А что, дёшево и сердито. И главное — места они занимают мало, времени для подключения им нужно немного и стоит всё это удовольствие вроде бы дёшево, учитывая госсубсидии…

Проблемы зелёной энергетики

То, что выглядит дёшево с точки зрения потребителя, может быть очень дорогим, если смотреть с точки зрения энергосистемы. Она представляет собой распределённую генерацию — огромное число подключённых в сеть автономных источников энергии: от пяти — десяти кВт и выше, до целых станций на сотни МВт. И это сплошной геморрой. В электросети надо постоянно поддерживать одинаковую частоту, а для этого внимательно следить за балансом выработки и потребления. Упадёт частота в сети ниже 50 Гц — надо увеличивать выработку и отключать нагрузку. А ВИЭ, прямо скажем, очень неустойчивые источники генерации

А когда вместо одной АЭС у нас 100500 источников с непостоянной генерацией, поддержание баланса превращается в тот ещё квест. Компенсировать нестабильную выработку приходится за счет базовой генерации — АЭС, ТЭС, крупные ГЭС. Или использовать промышленные накопители энергии (аккумуляторы). А они дорогие, и Илон Маск тут пока никак не поможет. А главное — чем больше источников выработки «зелёной энергии», тем больше их нужно.

Но пока что всё это дёшево, а государственные субсидии на выработку электроэнергии творят чудеса. Системы генерации АЭС, ещё лет пять–семь назад чуть ли не самые дешёвые, оказываются в отстающих. Стоимость киловатт-часа у них в полтора раза выше. Модернизация станций слишком дорогая. А уж утилизация отходов…

И в каждом дворе по реактору

Но и у АЭС есть порох в пороховницах. Самое очевидное решение — сделать их небольшими по размеру. Может ли АЭС стоить не десять млрд, а раз эдак в 50-100 меньше? В принципе, да. В США в 2019 году существовало около 60-70 проектов так называемых SMR — малых модульных реакторов. Каждый такой реактор — почти что законченная АЭС мощностью 60-100 МВт.

Реактор от NuScale

Наиболее близко к реализации подошла американская фирма NuScale. Её агрегат, к слову, относится к наиболее распространённому на территории экс-СССР типу — легководным реакторам (ВВЭР, ГВР). Систему управления сильно упростили, убрав кучу задвижек и насосов. В случае перегрева сброс тепла идёт напрямую в охладительный бассейн.

Самое интересное у АЭС с такими реакторами — кроме стоимости — их размер. Реактор на 60-100 МВт занимает площадь, составляющую всего около 2% от площади реактора типа ВВЭР-440 или ВВЭР-1200. Можно даже в черте города ставить. Что внушает оптимизм — в США, Великобритании и Китае с конца 2010-х годов министерства энергетики вовсю спонсируют проекты этх самых SMR.

Предполагаемый вид АЭС, укомплектованной SMR-реакторами от NuScaleНевозможно рассказать обо всём. Например, в статью не вошли последние разработки в области ториевых или солевых реакторов. Успешное использование ИИ для предсказания режимов работы энергосистемы, после чего большие станции ВИЭ оказываются особо не нужны. А уж если вы решили неиллюзорно побороться за климат, так тут даже ООН согласилась с тем, что без АЭС будет полная труба.Вот, даже Эстония решила разжиться своей АЭС. Реакторы, понятное дело, американские — BWRX-300, малой мощности на 300 МВт. Короче, слухи о том, что «атомка — всё», очень сильно преувеличены.

Ториевый реактор, который сейчас испытывают в Петтене, Нидерланды

 Больше АЭС хороших и разных?

На смену большим и «страшным» АЭС могут прийти маленькие и симпатичные. Небольшие реакторы прямо под домом — плюс 100 очков к карме. Но на этом благие намерения не заканчиваются.

Обычно АЭС работает в жёстко заданном режиме выработки. Такого, чтобы станция скакала от условных 100 МВт в ночные часы до 1 ГВт в дневные, обычно не бывает. Поэтому часто станция не работает в режиме слежения за нагрузкой, а стабильно выдаёт положенную мощность. И это уже ваши проблемы — найти, чем её загрузить. Иначе это работа вхолостую и сплошные убытки.

Впрочем, бывают исключения. Так, во Франции АЭС могут работать в манёвренном режиме. Реакторы типа N4, которые относятся к четвёртому поколению французских реакторов PWR (они, вообще говоря, аналог советских/российских ВВЭР), способны работать в режиме изменения мощности от 30 до 100 процентов. Причём для них стали использовать менее поглощающие «серые» стержни. Однако тут есть нюанс: спустя определённое время манёвренные свойства, увы, ухудшаются. Впрочем, каких-то нерешаемых проблем с чередованием энергоблоков, работающих на АЭС в разных режимах, нет. Просто нужен обученный персонал.

Атомная электростанция в Сиво, оборудованная реакторами N4

Есть пример работы модернизированных реакторов ВВЭР-440 (на 520 МВт) на финской АЭС «Ловииса». Там они меняют мощность в довольно широком диапазоне — от 50% до 100%. Так что есть возможность добиться работы реактора самой обычной АЭС в манёвренном режиме без особых потерь. Нужны только деньги на модернизацию, время и желание её проводить. Но даже если всё вышесказанное — не по фэн-шую, есть ещё один вариант. АЭС, работающая в связи с накопителем энергии.

И нет, это не очередной вундерпроект от Илона Маска. Это обычная гидроаккумулирующая электростанция — ГАЭС. Формально реактор и парогазовое оборудование атомной станции будут работать на номинальной мощности. Но благодаря ГАЭС любой потребитель — от металлургического завода или города до портового склада — получит столько мощности, сколько ему нужно. А лишнюю можно будет запасать.

Схема гидроаккумулирующей электростанции

Пентагон нас спасёт. Наверное

Конечно же, не везде можно поставить ГАЭС. И не каждое правительство будет вкладывать бабки в модернизацию уже построенных станций. Далеко не всякий частник сможет довести до работающего тестового прототипа SMR-реактор. Не стоит сбрасывать со счетов и озабоченную общественность — палки в колёса она умеет ставить просто на «отлично».

Но у АЭС есть мощные поклонники в Пентагоне.

После атаки дронов на саудовский нефтезавод американские ВВС задумались о создании лазерного ПВО с питанием от компактной атомной установки. Сверхмалый атомный реактор для военных целей — то, что надо мировой энергетике.

Будем надеяться, под данную разработку Пентагон выделит пару миллиардов долларов (а ещё лучше — пару десятков). Чтобы «зелёные» политики не успели угробить атомную энергетику — одно из лучших достижений 20 века. Впрочем, атомная энергетика вполне способна сама разобраться со своими проблемами.

Источник Фарид Мамедов

Энергетика и арифметика: «зелёный прорыв», которого не было

Есть, как известно, ложь, есть наглая ложь, а есть статистика. Так вышло, что за июль — сентябрь 2019 года в Великобритании альтернативная энергетика обогнала по генерации традиционную. Что произошло и как «правильно» считать энергетику — в нашем материале.

Молодо-зелено

В Британии праздник. Хоронили «традиционную энергетику» — порвали два — нет, три баяна.

Повод есть. Беспощадная статистика зафиксировала небывалое: солнечные панели, ветряки, ГЭС и «биотопливо» нагенерировали 29,5 тераватт-час, а традиционные источники (газ и уголь) — всего лишь 29,1 тераватт-час.

Как посчитали британские учёные, такое случилось впервые аж с 1882 года. И мало того, что весной-летом кВт/ч с ветрогенератора был дешевле, чем с газовой станции. В королевстве посчитали, что каждый третий день в 2019 году ВИЭ (возобновляемые источники энергии) генерировали больше, чем традиционные источники. Чудеса, да и только. Но, как всем известно, чудес не бывает.

Главное, товарищи, это концентрация

Ещё 12-14 лет назад ветрогенераторы производили мощности в десять раз меньше, чем на ТЭЦ. Что же произошло за это время? Во-первых, Британия продолжала уничтожать угольные станции. Большинство из них были построены в 1960-х — 1970-х годах. Их, конечно, модернизировали, но с большой неохотой.

Увы, но тут вмешалась большая политика. Члены профсоюзов угольщиков были радикальными социалистами, если не коммунистами. В 1970-е годы у них не заладились отношения ни с лейбористами, ни с тори. В 1984–1987 годах Маргарет Тэтчер фактически уничтожила «старые» профсоюзы угля, стали и бетона. А остальное доделали массовая приватизация и оптимизация старых отраслей. Требования по безопасности станций и степени очистки выбросов резко выросли. Уголь стал дорог, убыточен и невыгоден. Британия стала экономикой услуг, сделала упор на финансы и прочий неолиберализм.

В итоге угольные станции исчезли как класс — к марту 2020 года их должно остаться четыре на всю страну. А их доля в генерации энергии упадёт ниже 1%!

Не в последнюю очередь — всемерная забота о природе. Если мы режем угольные станции, это надо чем-то компенсировать. На выбор королевских энергетиков были: АЭС, ГЭС и всякая экзотика типа ветряков и солнечных панелей.

Что же избрали британские политики?

В 1990-х годах строительство и расширение АЭС были заморожены, и кабинет министров даже стал подумывать над темой «а не порезать ли нам все эти станции, это же один сплошной Чернобыль».

Вместо этого стали массово строить ветрогенераторы. Последние несколько лет — ударными темпами. В 2018 году в строй ввели 2,1 ГВт ветростанций, включая 1,2-ГВт ветростанцию «Хорнси Ван» (в планах увеличить её мощность до шести ГВт). В 2019 году ввели в строй 588-мегаваттную ветростанцию «Беатрис». И в этом же году первая очередь 714-МВт ветростанции «Ист Энглиа Ван» выдала первые киловаттчасы (полностью её введут в строй в 2020 году).

От предыдущих проектов ветростанций эти отличаются размахом. Скажем, вторая очередь станции «Хорнси». Мощность каждой ветротурбины — от пяти до 15 МВт. Высота — до 190 метров. Размах лопастей — десятки метров. Сотни километров специального бронированного кабеля, чтобы связать ветротурбины и электростанции в Британии. И всё это на площади в пару тысяч квадратных километров и на расстоянии в 120-150 км от английского побережья.

Сооружение и монтаж такого электрооборудования — серьёзный инженерный проект. А в планах на будущее — соорудить к середине 2020-х годов ветростанций ещё на 20 ГВт.

Но вот тут и начинается самое интересное. Да, ветряки в Британии ударно строят, но вместе они дают всего лишь половину «зелёной генерации». А откуда берётся всё остальное?

Дрова — всему голова

Вот мы и дошли до первого прокола.

Если ветряки — это первая половина «зелёной» генерации, то «биотопливо» — это 2/3 второй половины (а на солнечные панели и ГЭС приходится оставшаяся 1/3). А знаете, что в основном подразумевается под биотопливом? Пеллеты и опилки. По теплоёмкости это биотопливо бывает и лучше угля, но хуже газа. Да ещё и в производстве дороже.

И, конечно же, вот тут сразу же возникает вопрос — зачем?

У вас есть добыча в Северном море, добыча газа прекрасно развита. Не хватает?

Импортируйте дешёвый из континентальной Европы. Или напрямую закупайте, можно даже у США. Всё равно в Британии к началу 2030-х годов собираются построить новые газовые станции мощностью 30 ГВт. Десятилетием раньше не могли? Риторический вопрос.

В итоге вместо грязных угольных или новых газовых станций в Британии перестроили и ввели в строй 420-МВт станцию на «биотопливе» в «Линмоуте». Которая тоже оказалась грязной. Потому что когда вы сжигаете фактически дрова, которые до вы до 2015 года смешивали с углем — у вас всё равно на выходе будет сажа. Или СО₂, диоксид углерода, против выбросов которого так активно сейчас все борются.

Линмоутская электростанция (фото: Rob McRorie)

Иными словами, считать электрогенерацию на «биотопливе» зелёной или альтернативной — это очень большое лукавство.

Баланс не сходится

Слона, как обычно, решили не замечать. Кроме биотоплива, сжигание которых в топке вдруг стало настоящим «зелёным прорывом», внезапно упустили АЭС.

Дело в том, что «альтернативная» энергетика — это 40% электрогенерации, «традиционные» источники — 39%, а АЭС — 19%. Ещё 2% приходится на всё что угодно: от канализационных газов, которые сжигают в специальных топках, до экспериментов с бактериями. Последние, хитро взаимодействуя со всякими веществами, выделяют газы, которые потом и сжигают.

Наверное, за частью таких проектов будущее. Но в суровом настоящем «зелёная» энергетика проигрывает традиционным источникам, из которых хитрым образом вывели АЭС.

А если убрать биотопливо… Получится, что на «зелёную энергетику» приходится всего лишь 26% электрической генерации. При этом в статистике «забыли» упомянуть, что часть мощности импортируется. И это 6-6,5% — столько же в Великобритании генерируют солнечные панели.

Импорт идёт из богомерзкой Франции и других стран ЕС. И на чём там эта мощность вырабатывается, это одна лишь Еврокомиссия знает. Но есть недобросовестное мнение, что речь идёт об АЭС и газовых станциях.

В общем, доля ВИЭ падает ниже ¼ — и на этом лавочку можно закрывать.

Впрочем, национальный оператор электрических сетей Великобритании нашёл выход. Надо просто правильно посчитать: объединить в одну группу ВИЭ, но без «биотоплива», и добавить к ним АЭС. И тогда будет вам тотальное превозмогание и «зелёная энергетика».

Быть может, это толстый намёк на то, что у АЭС в Британии появится второй шанс?

А что касается статистики, королевство стало живым воплощением анекдота про советское руководство: «не важно, как проголосуют, важно как посчитают». Но когда-то это было враньё, а сейчас — правда.

Источник Фарид Мамедов