Понимание хода проекта по проектированию и демонстрации натриевого реактора TerraPower

В тени пресловутой электростанции Нотон, станции в Кеммерере, штат Вайоминг, которая прекратит сжигать уголь в конце этого года, TerraPower строит то, что она называет «единственным передовым реактором на нелегкой воде в Западном полушарии, который строится сегодня». Проект представляет собой нечто большее, чем просто новый источник энергии — это символическая передача факела от ископаемого топлива ядерным технологиям следующего поколения.

«Мы называем его реактором Natrium, потому что он относится к классу реакторов, которые мы называем быстрыми реакторами на натрии», — сказал Эрик Уильямс, главный операционный директор TerraPower, в качестве гостя на подкасте The POWER . Кстати, слово natrium — это латинское слово, означающее натрий. Фактически, именно отсюда происходит элементарный символ натрия — Na в периодической таблице.

Преимущества проекта Natrium Plant

Проект Natrium относится к типу реакторов поколения IV, который является самым передовым классом реакторов, разрабатываемых сегодня. «Эти проекты имеют значительно повышенный уровень безопасности, производительности и экономичности», — пояснил Уильямс.

Уильямс сказал, что использование жидкометаллического теплоносителя повышает безопасность. «Жидкие металлы отлично отводят тепло от реактора, как для передачи этого тепла в другие системы для выработки электроэнергии, так и для отвода тепла в аварийной ситуации», — сказал он. «Для реактора Natrium мы можем отводить тепло напрямую в воздух, если захотим, так что это обеспечивает очень надежную безопасность реактора».

Конструкция также безопаснее, поскольку может работать при низком давлении. «Первичная система находится под атмосферным давлением; тогда как современные реакторы с водой под давлением должны создавать давление в системе, чтобы жидкость не закипала — чтобы она оставалась в жидком состоянии», — объяснил Уильямс. «Жидкий металлический натрий не кипит до температуры около 800–900 градусов по Цельсию, а реактор работает при температуре 500 градусов по Цельсию, так что он может оставаться жидким и при этом иметь очень высокую температуру без необходимости создания давления».

Жидкометаллический теплоноситель также обеспечивает преимущества в производительности. «Одним из них является возможность хранить энергию в виде расплавленного солевого тепла, выходящего из ядерного острова», — сказал Уильямс. «Это действительно дает нам возможность предоставить в основном решение для хранения энергии в масштабе сети, и это действительно хорошо соответствует текущим потребностям современной электросети».

На практике ядерный остров Natrium будет работать с постоянной тепловой мощностью. Затем энергия будет храниться в расплавленной соли. Сохраненная энергия будет использоваться для привода паровой турбины и выработки электроэнергии по мере необходимости, что позволит заводу легко следовать за нагрузкой без циклического переключения реактора вверх и вниз. Другими словами, реактор может вырабатывать тепло с постоянным электрическим эквивалентом 345 МВт, в то время как завод поставляет мощность до 500 МВт при необходимости и с очень высокой скоростью изменения. «Это очень конкурентоспособно с установками комбинированного цикла и угольными установками, которые используются сегодня для отслеживания нагрузки», — сказал Уильямс.

Между тем, аспект хранения энергии также позволяет отделить сторону генерации электроэнергии на заводе — энергетический остров — от стороны реактора завода, то есть ядерного острова. Это позволяет классифицировать энергетический остров как «не связанный с безопасностью» в глазах Комиссии по ядерному регулированию США (NRC). «Эта сторона завода не имеет ничего общего с поддержанием безопасности реактора, и это означает, что надзор NRC не должен применяться к стороне энергетического острова завода, поэтому все это оборудование может быть построено с меньшими затратами и другими кодами и стандартами», — объяснил Уильямс.

Примечательно, что это также позволяет оператору сети распределять электроэнергию, ничего не меняя на ядерном острове. «Это позволяет осуществить другой тип интеграции с сетью для атомной станции, который еще не был достигнут в США», — сказал Уильямс. «Мы очень рады этому — безопасности, производительности и экономике — и это действительно дает нам возможность иметь предсказуемый график, а строительство будет завершено в 2030 году».

Реализация проекта

TerraPower была основана в 2006 году Биллом Гейтсом и группой единомышленников-визионеров , изначально занимавшихся амбициозной концепцией реактора на бегущей волне, прежде чем превратиться в нынешний проект Natrium. Компания также разрабатывает быстрый реактор на расплавленном хлориде, который, по словам Уильямса, обещает быть даже более экономичным, чем реактор Natrium, в областях, которые трудно декарбонизировать, таких как морские применения и высокотемпературные промышленные применения.

После своего основания TerraPower потратила более десяти лет на разработку своих технологий и налаживание партнерских отношений, включая раннее сотрудничество с некоторыми международными фирмами, включая Toshiba. Прорыв произошел в 2020 году, когда Министерство энергетики США выбрало TerraPower для получения $80 млн первоначального финансирования в рамках Программы демонстрации усовершенствованных реакторов (ARDP), предоставив до $2 млрд авторизованного финансирования через соглашение о разделении затрат 50/50.

В июне 2021 года TerraPower объединилась с PacifiCorp для строительства реактора Natrium , в конечном итоге выбрав Кеммерер, штат Вайоминг, — город с населением около 2800 человек — в качестве площадки для демонстрационного проекта. Проект столкнулся с некоторыми задержками, когда TerraPower перенесла дату запуска на пару лет до 2030 года из-за проблем с поставками топлива , поскольку Россия была единственным поставщиком необходимого высокопробного низкообогащенного урана (HALEU). Несмотря на эту неудачу, компания подала заявку на получение разрешения на строительство в NRC в марте 2024 года.

«В прошлом году мы подали заявку на получение разрешения на строительство в Комиссию по ядерному регулированию, и она действительно опережает график», — сказал Уильямс. Ожидалось, что заявка на получение разрешения на строительство будет одобрена к концу 2026 года, но Уильямс сказал, что это, вероятно, произойдет гораздо раньше. «Итак, это довольно волнительно», — сказал он. «Эта заявка на получение разрешения на строительство позволяет нам начать строительство ядерной части станции, но мы действительно можем начать строительство неядерной части станции в любое время».

Работа в процессе

На самом деле, земля уже заложена на площадке Кеммерер (рисунок 1). «Мы фактически начали строительство год назад», — сказал Уильямс. «Мы начали работать над тем, что мы называем испытательным и заполняющим объектом. Это объект двойного назначения, который находится прямо рядом с ядерным объектом, и это испытательный объект, который позволяет нам проводить полноразмерные испытания прототипов для некоторого основного оборудования, которое будет установлено на первом блоке АЭС Кеммерер. Это также объект, в котором хранится жидкий натрий, который используется для первоначального заполнения реактора перед его запуском».

Уильямс сказал, что в этом месяце были завершены работы по закладке фундамента на испытательном и заливочном объекте. Затем начнется возведение здания, которое, как ожидается, будет завершено к концу года. Второе здание, которое будет построено на месте, будет учебным центром Kemmerer (KTC). Мобилизация для него начнется в этом месяце, по словам Уильямса. KTC будет включать полномасштабный симулятор для реактора Natrium. Там также будут классы для обучения, несколько лабораторий для использования эксплуатационным персоналом, а также это будет центр для посетителей с аудиторией для совещаний и других собраний. «Эти два здания будут строиться в этом году», — сказал Уильямс. «Мы собираемся перейти к строительству неядерной стороны завода в начале следующего года или в конце этого года», — добавил он.

Тем временем, инженерная фаза проекта в самом разгаре. «Мы завершили наш предварительный этап проектирования в марте этого года, так что это означает, что мы находимся на этапе детального проектирования — финальной стадии проектирования», — сказал Уильямс. «Это наша последняя итерация в ходе проектирования. Речь идет о том, чтобы все компоненты были изготовлены, и строительство действительно начнется здесь в ближайшее время», — сказал он. Над проектом работают более 1000 человек, включая TerraPower и ее основных партнеров, Bechtel и GE Hitachi Nuclear Energy, а также различные фирмы по инженерным услугам, которые также участвуют. «Это действительно пик для проектирования», — сказал Уильямс.

Что касается оборудования завода, Уильямс сказал, что TerraPower закупает компоненты с прошлого года. «Сейчас мы в основном закупаем для ядерного острова, и мы приближаемся к началу этапа изготовления большой части этого оборудования», — сказал он. «На самом деле, через пару недель мы собираемся заказать длинный свинцовый материал для крышки корпуса реактора, и это станет для нас действительно большой вехой с точки зрения начала этого процесса, а затем и для других компонентов по мере продвижения вперед. И затем эти части оборудования постепенно начнут переходить к изготовлению».

Хотя, очевидно, многое еще предстоит сделать, и первоклассные проекты редко проходят без сучка и задоринки, Уильямс, похоже, доволен тем, как продвигается проект. «Мы очень рады работать в штате Вайоминг. Это просто выдающийся штат для разработки любого вида энергетического проекта, включая ядерную энергетику. Люди в сообществе очень приветливы к нам. Законодатели штата всегда ищут способы устранить любые препятствия и просто объясняют нам, как получить необходимые разрешения и все такое. Так что с этой точки зрения проект идет очень хорошо», — сказал он. В конце концов, Уильямс, похоже, был уверен, что TerraPower достигнет своей текущей цели по завершению в 2030 году.

Чтобы услышать полное интервью с Уильямсом, которое содержит больше информации о конструкции Natrium, методах управления расплавленной солью, топливе HALEU и других проблемах цепочки поставок, лицензировании и сроках проекта и многом другом, послушайте подкаст POWER . Нажмите на плеер SoundCloud ниже, чтобы прослушать в браузере сейчас, или используйте следующие ссылки, чтобы попасть на страницу шоу на вашей любимой платформе подкастов:

Больше подкастов о силе вы найдете в архиве подкастов POWER .

— Аарон Ларсон — исполнительный редактор журнала POWER (@AaronL_Power, @POWERmagazine).