0 просмотров

Спорное будущее ядерной энергетики в США

По мере обострения климатического кризиса усиливается дискуссия о том, какую роль в борьбе с ним должна играть атомная энергетика.

Лоис Паршли
Опубликовано 4 мая 2021 г.
• 15 минут чтения
Поделиться твитом Электронная почта

Президент Джо Байден поставил перед собой амбициозные цели по борьбе с изменением климата: к 2030 году сократить выбросы углерода в США наполовину, а к 2050 году вывести экономику с нулевым выбросом углерода. быть безуглеродным к 2035 году.

Откуда берётся всё это чистое электричество?

Несколько цифр Управления энергетической информации США (EIA) иллюстрируют эту проблему. В 2020 году в США было произведено около четырех триллионов киловатт-часов электроэнергии. Около 60 процентов этого объема приходится на сжигание ископаемого топлива, в основном природного газа, примерно на 10 000 генераторов, больших и малых, по всей стране. Всю эту электроэнергию необходимо будет заменить — и даже больше, потому что спрос на электроэнергию, как ожидается, будет расти, особенно если мы будем питать ею больше автомобилей.

Возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия и ветер, растут быстрее, чем ожидалось; вместе с гидроэлектростанциями они впервые превзошли уголь в 2019 году и теперь производят 20 процентов электроэнергии в США. В феврале EIA прогнозировало, что к 2050 году возобновляемые источники энергии будут производить более 40% энергии — возможно, значительный рост, но все еще далеко от того, что необходимо для обезуглероживания энергосистемы к 2035 году и предотвращения климатического кризиса.

Статья в тему:  Кто известен как отец индийской ядерной науки

Эта пугающая проблема недавно заставила некоторых экологов пересмотреть альтернативу, которой они давно опасались: ядерную энергию.

Пожалуйста, уважайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Атомная энергетика имеет много общего с этим. Его углеродный след эквивалентен ветру, меньше, чем солнечный, и на несколько порядков меньше, чем уголь. Атомные электростанции занимают гораздо меньше места на ландшафте, чем солнечные или ветряные электростанции, и они производят энергию даже ночью или в безветренные дни. В 2020 году они произвели в США столько же электроэнергии, сколько и возобновляемые источники энергии, то есть пятую часть от общего количества.

Но бушуют споры о том, должна ли атомная энергетика быть важной частью климатического решения в США. Большинство американских атомных станций сегодня приближаются к концу своего проектного срока службы, и только одна была построена за последние 20 лет. Сторонники атомной энергии теперь делают ставку на конструкции следующего поколения, такие как небольшие модульные версии обычных легководных реакторов или усовершенствованные реакторы, разработанные, чтобы быть более безопасными, дешевыми и более гибкими.

«За последние полвека мы ввели так мало инноваций, что нам есть куда стремиться», — говорит Эшли Финан, директор Национального центра инноваций в области реакторов в Национальной лаборатории Айдахо.

Тем не менее, расширение ядерной энергетики сталкивается с некоторыми серьезными препятствиями, и вечные опасения по поводу безопасности и долгоживущих радиоактивных отходов, возможно, не самые большие: критики также говорят, что ядерные реакторы просто слишком дороги, и их строительство занимает слишком много времени, чтобы они могли оказать большую помощь. климатический кризис.

Статья в тему:  Что такое целевой агент в искусственном интеллекте

Пожалуйста, уважайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Бомбы на орала

Испытательный реактор в Национальной лаборатории Айдахо, где сейчас работает Финан, произвел первую электроэнергию из ядерной энергии в 1951 году. Вскоре его успех был провозглашен в знаменитой речи президента Дуайта Эйзенхауэра «Атом во имя мира» в ООН в 1953 году.Арджун Махиджани, физик-ядерщик, возглавляющий некоммерческий Институт исследований в области энергетики и окружающей среды, отмечает, что речь была произнесена вскоре после испытательного термоядерного взрыва в Советском Союзе, когда атомный страх был на пике.

«По сути, он сказал, что это слишком мрачно и мрачно — дайте мне сказать что-нибудь хорошее», — объясняет Махиджани. Речь Эйзенхауэра открыла новую ядерную эру: глобальный интерес к ядерной энергетике резко возрос, и страны по всему миру начали строить большие реакторы, часто с использованием технологий и опыта из Соединенных Штатов.

К 1996 году ядерная энергетика обеспечивала 17,6% мировой электроэнергии. Сегодня это составляет около 10 процентов. Авария на Фукусиме в 2011 году является основной причиной снижения. С тех пор 48 ядерных реакторов Японии практически не работали; Германия закрыла 11 из 17 своих реакторов и намерена закрыть оставшиеся шесть к 2022 году. Бельгия, Испания и Швейцария также сворачивают свои ядерные программы.

Соединенные Штаты, которые по-прежнему являются крупнейшим в мире производителем ядерной электроэнергии, в настоящее время имеют 94 реактора в 28 штатах. Но после аварии на Три-Майл-Айленде в 1979 году, когда недалеко от Мидлтауна, штат Пенсильвания, частично расплавился реактор, энтузиазм в отношении ядерной энергии померк.

Статья в тему:  Где в Неваде испытывали ядерные бомбы

Средний возраст американских электростанций, срок эксплуатации которых составляет 40 лет, составляет 39 лет; за последнее десятилетие по крайней мере пять из них были выведены из эксплуатации досрочно, в основном потому, что стоимость обслуживания и более дешевые источники энергии сделали их слишком дорогими в эксплуатации.

Последнее закрытие произошло только на прошлой неделе, 30 апреля, когда был остановлен второй из двух реакторов на электростанции Индиан-Пойнт на реке Гудзон к северу от Нью-Йорка. Еще несколько лет назад эти реакторы обеспечивали четверть электроэнергии города. В национальном масштабе EIA прогнозирует, что производство атомной энергии снизится на 17 процентов в период с 2018 по 2025 год.

Пожалуйста, уважайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

С опозданием и превышением бюджета

В то время как сопротивление окружающей среды, возможно, было основной силой, препятствовавшей ядерному развитию в 1980-х и 90-х годах, сейчас самой большой проблемой могут быть затраты. В последнее время в США было построено мало атомных станций, потому что их строительство здесь очень дорого, что делает цену их энергии высокой.

Джакопо Буонджорно, профессор ядерной науки и техники в Массачусетском технологическом институте, возглавил группу ученых, которые недавно завершили двухлетнее исследование, посвященное изучению будущего ядерной энергетики в США и Западной Европе. Они обнаружили, что «без снижения затрат ядерная энергия не будет играть значительной роли» в обезуглероживании энергетического сектора.

Статья в тему:  Как глобальное потепление повлияет на окружающую среду

«На Западе атомная промышленность существенно утратила способность строить большие станции», — говорит Буонджорно, указывая на усилия компании Southern Company по установке двух новых реакторов на заводе Vogtle в Уэйнсборо, штат Джорджия. Они строятся с 2013 года, в настоящее время они превысили бюджет на миллиарды долларов (стоимость увеличилась более чем вдвое) и отстают от графика на годы. Во Франции, занимающей второе место после США по выработке атомной энергии, новый реактор во Фламанвиле опоздал на десятилетие и более чем в три раза превышает бюджет.

«Мы явно утратили ноу-хау по строительству традиционных атомных электростанций гигаваттного масштаба», — говорит Буонджорно. Он и его коллеги обнаружили, что в США в течение десятилетий не строились новые заводы, поэтому у команд, работающих над таким проектом, как Vogtle, не было опыта обучения, необходимого для эффективного выполнения работы. Это приводит к задержкам в строительстве, что увеличивает затраты.

В других местах реакторы по-прежнему строятся с меньшими затратами, «в основном там, где проекты строятся в рамках бюджета и графика», — объясняет Финан. Лидерами являются Китай и Южная Корея. (Справедливости ради следует отметить, что некоторые из недавних крупномасштабных реакторов в Китае также имели перерасход средств и задержки.)

«Стоимость ядерной энергетики в Азии составляет четверть или даже меньше стоимости новостроек на Западе», — говорит Финан.Согласно отчету Finan и Массачусетского технологического института, одной из причин является гораздо более низкая стоимость рабочей силы, а другой — лучшее управление проектами.

Статья в тему:  Силы ядерного сдерживания что это такое

Исследование Массачусетского технологического института предполагает, что стандартизация конструкций реакторов и многократное строительство одного и того же реактора является ключом к снижению затрат. Одним из способов сделать это могут быть небольшие модульные реакторы (ММР), которые обычно считаются менее 300 МВт по сравнению с 1000 МВт традиционной атомной электростанции. Их меньший размер, по словам Буонджорно, может позволить производить компоненты этих реакторов на заводах, обеспечивая экономию производства и сокращая время строительства и неопределенности. Небольшие реакторы можно было использовать по отдельности или объединить в одну большую электростанцию.

В США компания под названием NuScale недавно получила одобрение Комиссии по ядерному регулированию на сертификацию конструкции своего ММР, став первой и единственной компанией, сделавшей это. Его реактор представляет собой миниатюрную версию традиционного реактора, в котором вода под давлением охлаждает активную зону, в которой происходит деление ядер. Но в конструкции NuScale весь реактор сам погружается в бассейн с водой, предназначенный для защиты от случайного расплавления.

NuScale надеется построить 12 таких реакторов для производства 720 мегаватт в Национальной лаборатории Айдахо в качестве пилотного проекта. Его поддержало Министерство энергетики США, которое выделило до 1,4 миллиарда долларов на демонстрацию технологии. NuScale планирует продать завод энергетическому консорциуму Utah Associated Municipal Power Systems.

В прошлом году восемь из 36 коммунальных предприятий консорциума отказались от проекта, сославшись на стоимость. Недавно компания объявила, что реализация проекта будет отложена до 2030 года, а стоимость вырастет с 4,2 млрд долларов до 6,1 млрд долларов.

Статья в тему:  Насколько смертоносной может быть ядерная атака в Северной Корее журнал Time

Ядерные противники указывают на это последнее разочарование как на еще один пример того, почему ядерное оружие не справляется с поставленной задачей.

«Если ваш первый ММР не будет построен до конца 2020-х годов, а затем вам придется его запустить, не говоря уже о создании совершенно новой глобальной цепочки поставок, сможете ли вы добиться нулевого уровня выбросов к 2035 году?» — спрашивает Махиджани из IEER. «Вы не можете внести существенный вклад вовремя». Он добавляет, что долгая история перерасхода средств и задержек в отрасли особенно проблематична при рассмотрении обязательств по климату. «Нет места для серьезных ошибок».

Пожалуйста, уважайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Переменная и неопределенная сетка

В электрической сети предложение должно точно соответствовать постоянно колеблющемуся спросу; на данный момент нет больших резервуаров для хранения электронов, таких как те, что есть у нас для воды. Возобновляемые источники энергии усложняют этот процесс балансировки, потому что они производят нестабильную подачу электроэнергии — когда пасмурно или нет ветра, сети требуется больше энергии из других источников.

Будущее ядерной энергетики будет частично зависеть от того, насколько хорошо она сможет сбалансировать сеть, которая все больше зависит от возобновляемых источников энергии. Атомная энергия традиционно считалась источником энергии базовой нагрузки: реакторы работают как можно чаще, чтобы распределить свои огромные фиксированные затраты на наибольшее количество киловатт-часов. В отличие от газовых турбин, которые можно включать и выключать за считанные секунды, чтобы «следить за нагрузкой», реакторам требуется час или больше, чтобы сократить свою производительность вдвое.

Статья в тему:  Что будет, если мы не остановим глобальное потепление

Дело не в том, что реакторы не могут следовать за нагрузкой; они просто медленнее. «Они могут и делают, потому что должны», — говорит Буонджорно. «Это просто никогда не было привлекательным экономическим предложением».

Прошлой осенью Министерство энергетики выделило по 80 миллионов долларов каждой из двух компаний, работающих над усовершенствованными конструкциями реакторов, которые частично призваны решить эту проблему. Первый, TerraPower, стартап, основанный Биллом Гейтсом, работает над реактором с натриевым охлаждением, который вместо того, чтобы использовать свое тепло непосредственно для привода турбины и выработки электроэнергии, хранит тепло в резервуаре с расплавленной солью, где его можно использовать. используется для выработки электроэнергии, когда это необходимо.

Второй грант был предоставлен компании X-energy на реактор с газовым охлаждением, работающий при очень высоких температурах и производящий пар, подходящий для промышленных процессов, а также для производства электроэнергии. Такое «переключение нагрузки», говорят Финан и Буонджорно, может помочь ядерным реакторам справляться с переменным спросом на электроэнергию, одновременно способствуя обезуглероживанию промышленности. Небольшие реакторы могут быть даже размещены рядом с заводом, которому требуется как тепло, так и электричество. Однако производимые ими высокоактивные отходы необходимо будет транспортировать в централизованное место для обращения с ними.

Но, хотя и многообещающе, ни один из этих новых проектов не развивается достаточно быстро, чтобы соответствовать целям Байдена. Чиновники Министерства энергетики назвали свое решение поддержать эти два пилотных проекта, которые должны быть полностью запущены к 2028 году, «своим самым смелым шагом».

Статья в тему:  Какое оборудование ядерное

Между тем, есть более прямой способ сбалансировать изменчивость возобновляемых источников энергии: хранить электроэнергию в батареях. Рынок аккумуляторных батарей для коммунальных предприятий стремительно растет; в 2020 году она увеличилась на 214 процентов, и EIA прогнозирует, что к 2023 году емкость аккумуляторов вырастет с нынешних 1600 мегаватт до 10 700.

Махиджани считает, что ядерная энергия не понадобится для балансировки энергосистемы. Исследование, которое он провел в 2016 году в штате Мэриленд, показало, что увеличение емкости аккумуляторов в сочетании со стимулами для потребителей к сокращению потребления электроэнергии в часы пик почти позволит коммунальным предприятиям сбалансировать изменчивость возобновляемых источников энергии.

Окно возможностей

Во всем мире ядерная энергетика может стать важным игроком в ближайшие десятилетия. По данным торговой группы Всемирной ядерной ассоциации, Китай, крупнейший источник выбросов парниковых газов, увеличил свою ядерную мощность на 6 процентов в 2020 году и в настоящее время строит 17 новых реакторов. Индия строит шесть. США вряд ли смогут повторить это в ближайшее время.

Мнения экспертов о необходимости строительства новых атомных электростанций в США резко расходятся.Некоторые модели предполагают, что при правильных политических стимулах можно было бы достичь цели Байдена к 2035 году по обезуглероживанию сети за счет использования только возобновляемых источников энергии.

Существующие АЭС — это отдельная история. Преимущество того, что они пока остаются в сети, признано более широко, хотя Махиджани, например, утверждает, что их безуглеродную энергию можно было бы заменить более дешевой, инвестируя в новый ветер и солнечную энергию.

Статья в тему:  Сколько ядерного оружия было испытано

Поскольку они уже построены, эти реакторы, по сути, являются невозвратными затратами, и, поскольку большинство из них находятся в эксплуатации десятилетиями, они уже обесценились. Тем не менее, во многих местах их энергии приходится конкурировать на рынке, что некоторым может не удаться. Это было одним из факторов, стоящих за решением закрыть Индиан-Пойнт, как признал владелец завода, корпорация Entergy.

Состояние существующих станций имеет большое значение: включая Индиан-Пойнт, семь гигаватт атомных электростанций находятся под угрозой отключения до 2026 года из-за низких цен на электроэнергию.

«Отказ от атомных электростанций полностью сводит на нет успехи, связанные с возобновляемыми источниками энергии», — говорит Буонджорно. Когда в 2013 году закрылась атомная электростанция Сан-Онофре, которая производила около 8 процентов электроэнергии в Калифорнии, местные затраты на электроэнергию выросли, а выбросы углекислого газа в Калифорнии увеличились на 9,2 миллиона тонн в следующем году.

В отчете Массачусетского технологического института говорится, что в следующем десятилетии самая экономичная и надежная сеть будет создана на основе энергетического баланса. «Наш анализ показывает, что большая доля атомной энергии, большая доля возобновляемых источников энергии и некоторое количество хранилищ — это лучшее сочетание, которое является низкоуглеродным, надежным и с наименьшими затратами», — говорит Буонджорно.

Соавтор Майкл Коррадини, бывший директор Висконсинского энергетического института, говорит, что федеральная политика, которая вознаграждает наиболее экономически эффективную энергию с низким уровнем выбросов углерода, независимо от технологии, имеет наибольший смысл. Налогообложение углерода является одним из примеров нейтральной в технологическом плане энергетической политики; стандарт возобновляемой энергии, который Байден предложил в своем инфраструктурном пакете, может быть другим.«Если ввести налог на выбросы углерода, люди перейдут на более экономичные виды топлива», — говорит Коррадини.

Статья в тему:  Почему не стоит верить в глобальное потепление

В конце концов, «нам нужна всеобъемлющая политика».

Лоис Паршли — независимый журналист. Подпишитесь на нее в Твиттере @loisparshley.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x
Adblock
detector