Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

Ну все таки цифра почти 30% говорит сама за себя

Эти проценты сами по себе мало о чём говорят. Ну вот в Армении АЭС тоже даёт 30% энергии. Делает ли это Армению передовой страной в области атомных технологий? Очевидно, что нет. Т.е. это не более, чем наследие СССР, который действительно был передовой страной в этой области, но это было давно.

С США - где-то также. В 60-х - 70-х они там действительно школы реакторостроения, да и вообще ядерные технологии, были на очень высоком уровне. Но это было почти полвека назад. И с той эпохи многое поменялось.

Тут лучше смотреть не на количество действующих реакторов, а количество новых построенных реакторов за последние лет 10 - 20.  И на наличие собственных предприятий ядерного цикла (обогащение, переработка ОЯТ, производство вторичное топлива, т.е. МОХ и REMIX). Это куда более объективные показатели.

[AlexAV]

Реакторы Vogtle 3,4 имеют готовность 87% и будут вводится через год.

Единственные два заложенные реактора на территории США за последние 30 лет. Плюс ещё 4 на территории Китая. Вот и вся деятельность. Прямо скажем - не густо (для сравнения Росатом построил за последние 20 лет 9 реакторов в России и ещё несколько за рубежом, причём трёх разных типов, из которых один - БН-800 действительно куда-то продвигает ядерную технологию, про китайцев я даже не говорю). Все принадлежат к одному типу AP1000. Достаточно стандартный PWR, причём даже он у них получился проблемным. Опыт эксплуатации реакторов в Китае был не очень удачным. Это, кстати, как раз говорит о сильной деградации школы реакторостроения, т.е. даже довольно стандартный реактор без особых инноваций у них получается не блестяще.

 

Но самое главное это то что проект NuScale(модульная станция UAMPS) получил сертификацию,гарантию кредита и подал заявку на строительство и операционную лицензию(т.н.COL).

Довольно странная конструкция. В общем достаточно обычный водо-водяной реактор только в виде модулей малой мощности. В силу этого имеет очень плохую топливную экономику (при начальном обогащение 4.95% выгорание там будет всего 30 МВт сутки/кг, это почти раза в 2 хуже, чем у реакторов нормальной размерности для такого обогащения). В чём большой смысл уменьшать модули (таким образом ухудшая и экономику и топливную эффективность) не очень понятно.

Может и построят (никаких особых инноваций он не содержит), только вот его конкурентоспособность просто в силу выбранного дизайна вызывает вопросы. Дорогой и прожорливый реактор. Какой значимый прогресс он может дать для дальнейшего развития атомной энергетики не понятно.

Постройка очередного водо-водяного реактора, причём страшно неэффективного, с топливной экономичностью ещё худшей, чем у обычного ВВЭР/PWR, не приближает к ЗЯТЦ ни на миллиметр (а будущее атомной энергтики может быть связано только с ЗЯТЦ, урана на планете довольно мало). 

[AlexAV]

Причем здесь процент внутри страны? У США 30% от мировой атомной генерации.

А какая разница? Это всё заслуги полувековой давности. То что там в этой области полвека назад было всё хорошо никак не значит, что хорошо сейчас.

Пухлый Ын способен,а создатели первой атомной бомбы полностью утратили навыки.Внезапно.

Тогда когда строились АЭС США выражение "китайская атомная энергетика" могло вызвать только смех. А сейчас на фоне китайской ядерной энергетики (не того, что было построено 50 лет назад, а того что делается сейчас) смех вызывает уже американская. Так что  всё может быть. Технологическое лидерство - вещь очень не постоянная.

[AlexAV]

Если мне склероз не изменяет - у Американцев в реакторостроении для военных нужд (подлодки, авианосцы и т.д.)пока еще все в порядке. Причем этим у них занимается совсем другая контора нежели энергетическими реакторами...

С морским атомом у них всё куда лучше, чем c АЭС. Просто по той причине, что там не было такого разрыва преемственности. Корабли и атомные подводные лодки с ядерной силовой установки они строить никогда не прекращали. Ну и реакторами АЭС и морским атомом у них разные организации занимаются. АЭС в основном Westinghouse, а морские - Knolls Atomic Power Laboratory.

Впрочем... Если посмотреть на эту картинку:



(https://www.eia.gov/uranium/production/quarterly/)

То подозреваю, что в ближайшие 10-15 лет там начнут активно рассказывать, что атомные подводные лодки - это не экологично,  не эффективно и не инновационно. А будущее флота - только дизель.

Дело в том, что уран поставляемый из-за границы, даже из Канады, в США свзан обязательством не использовать его в военных целях. Т.е. уран произведённый не в США они не могут использовать в ядерном оружие, реакторах- наработчиках плутония и трития и как топливо в реакторах военных судов. Для всех перечисленных целей может использоваться только уран добытый и обогащённый на территории США предприятиями имеющими юрисдикцию США (аналогичное касается и любой другой страны). А даже просто с добычей урана у них проблемы (причём тут уже причина не столько в состояние их ядерной промышленности, сколько в геологии, уран там банально кончился). Пока они обходятся запасами высокообогащённого урана оставшегося со времён холодной войны, но они не бесконечны. Ну а далее, подозреваю, им придётся делать красивую мину при плохой игре рассказывая всем, как плох атом для военного флота.

В общем посмотрим, но есть у меня подозрения, что будет именно так.  

[AlexAV]

Что считать процессом строительства и процессом прекращения строительства - это вопрос дискуссионный...

На самом деле предельно простой. Если предприятия непрерывно производят (или с незначительными перерывами, не более 5 лет) какой-то вид продукции - прекращения нет. Если продукция не производится лет 15 - 20 и более вообще - идёт разрыв преемственности (старые специалисты уходят, но новым научиться просто негде) и технология практически теряется, после чего восстановить производство сложно, дорого, а иногда вообще практически невозможно.

Вот например последнюю АЭС введенную в строй в США строили 43 года и закончили совсем недавно в 2016 году...

Это не непрерывное строительство, а заморозка строительства на четыре десятилетия в течение большей части которых по проекту вообще ничего не делалось.

[AlexAV]

Совсем недавно Американцы Китайцам пару реакторов АР-1000 построили и ещё пару в процессе.

Очень проблемные реакторы получились. Отказы у них пошли с первых дней эксплуатации. Вообще каждый построенный и строящихся АР-1000 сопровождается какой-то совершенно позорной историей: срывом сроков строительства, перерасходом бюджета, техническими проблемами. Примеры этих АР-1000 в Китае как раз и говорят о потере компетенции американскими реакторостроителями.

У Китая на самом деле собственные проекты реакторов есть (CPR-1000, CNP-600, ACPR-1000, HTR-PM, последний в списке очень интересный, по сути сейчас единственный в мире промышленный высокотемпературный реактор). Всего этого построено и больше чем АР-1000 во всем мире (за последние 20 лет Китай пустил 30 реакторов построенных по собственных проектов), и дешевле, и имеют куда меньше технических проблем по сравнению с АР-1000.

Заказы реакторов Китаем у иностранных поставщиков связаны исключительно с его желанием развивать ядерную энергетику темпами более высокими, чем позволяют его собственные вожности по производству реакторов (на самом деле совсем не маленькие, 30 реакторов собственного производства за последние 20 лет - это весьма не мало, больше никто в мире сейчас не строит). А так и в плане технологий, и в плане промышленных мощностей - китайская атомная промышленность одна из наиболее передовых в мире.

[AlexAV]

Это норма для АЭС, вон наши только запустили АЭС в Беллоруссии тут же отказ

Выход из строя в первые дни главного циркуляционного насоса (довольно сложной, габаритной и сложноремонтируемой детали) - это не норма. Ничего подобного на Белорусской АЭС, да и вообще любой АЭС построенной за последние 20 лет не было. Это уникальноне "достижение" американской атомной промышленности.

[AlexAV]

В Беллорусской АЭС сгорели трансформаторы на мощности ниже 40% от номинала

Выход из строя трансформаторов и выход из строя элемента являющегося частью реактора (существенно влияющего на его безопасность) - немного разные вещи. Отказом компоненты влияющей на безопасность реактора за последние 20 лет "прославились" только эти американские AP-1000, больше нигде таких историй не было.

Трансформаторы - вообще не часть реактора. 

[AlexAV]

В обоих случаях вышла из строя весьма банальная и отлаженная вещь, напрямую влияющая на работоспособность реактора и задержавшая его полноценное развертывание.

Как бы циркуляционный насос, в отличие от трансформатора, критически важный элемент самого реактора. Причём его надёжность существенно влияет на безопасность реактора.

И без трансформаторов реактор так же не работает

Без трансформатора он просто не работает, а без главного циркуляционного насоса возникает риск разрушения АЗ (не обязательно реализующийся (там много степеней защиты, чтобы такого не случилось), но в любом случае в плане безопасности реактора такой отказ - событие ну очень неприятное). Трансформатор и главный насос - проблемы разного уровня, первая не затрагивает безопасности самого реактора, а вторая уже очень даже.

Трансформаторы - рабочий вопрос, а появление проблем затрагивающих безопасность реактора (как у AP-1000) - это совсем другое.

[AlexAV]

Ну и как АП-1000 взорвался?

В этот раз нет.

Так же не затрагивает так как там парноидальное число степеней защиты.

Затрагивает. То что эти степени защиты уже должны включаться - повышает риск катастрофы.

Но отказ главного циркулярного насоса на безопасность влияет не больше трансформаторов

Трансформатор вообще на безопасность влияет. А отказ насоса - уже шажок к новой Фукусиме. Если параллельно даёт отказ какой-то элемент системы безопасности  (вероятность этого низкая, но не нулевая) - то вполне можно получить очень серьёзные неприятности.

[AlexAV]

Так влияет или не влияет определитесь.

Трансформатор не влияет.

Отказ главного циркуляционного насоса - очень серьёзная авария вызывающая риск развития тяжёлой катастрофы (если корректно сработают все системы защиты - этого не произойдёт, но одновременный сбой систем защиты может привести к катастрофе, в силу возникновения подобного риска такого рода события нужно рассматривать как серьёзную проблему для безопасности реактора).

[AlexAV]

Т.е там нету следующих уровней защиты?

Есть. После отказа должна автоматически сработать система СУЗ глушащая реактор и начаться аварийное расхолаживание реактора. Если это всё сработает нормально - ничего не произойдёт.

Однако, если одновременно с отказом насоса, скажем, даст сбой СУЗ и не заглушит реактор - то приехали, всё будет очень плохо. В силу этого отказ насоса считается довольно неприятной аварией. Т.е. если аварийные системы сработают нормально - ничего не произойдёт, но лучше это лишний раз не проверять (так как всегда существует некоторая, пусть и небольшая, вероятность, что что-то пойдёт не так).

[AlexAV]

А как же резерв? Или там нету резервных насосов?

Реактор AP-1000 имеет два парогенератора с четырьмя петлями охлаждения (две петли на один парогенератор). В каждой по насосу. На полной мощности работают все четыре, никаких специальных резервных там нет.

Если реактор находится на полной мощности, то внезапный отказ даже одного из них потребует срочной аварийной остановки с риском при её отсутствии самых  неприятных последствий. Резкая потеря даже 1/4 производительности системы охлаждения - это очень не хорошо.

[AlexAV]

Думаю вы не совсем верно представляете уровень вовлеченности в мериканскую гражданскую атомную сферу.АЭС имеется в 2/3 штатов,и даже персонажи масс-культа работают именно там.

Обслуживать существующие реакторы и проектировать новые - это мягко говоря не одно и тоже.

[AlexAV]

Новые для военных регулярно проектируются и используются.

У военных реакторов своя специфика. Проблемы, которые там актуальны, отличаются от проблем в гражданском реакторостроение. Та же проблема рационального использования урана (снижение его удельного расхода через повышение КВ, замыкание цикла или иным способом) там даже не ставится, отношение к вопросам безопасности тоже иное. А вот вопрос быстрого управления мощностью или обеспечения сверхдлительных компаний - наоборот очень актуален. Причём методы, которыми там это решается - абсолютно неприменимы к гражданским реактора (ну вот нельзя в гражданском реакторе использовать, скажем, топливо с обогащением >20% ни по соображениям экономики, ни из-за ограничений со стороны МАГАТЭ, а в военном реакторостроение увеличение обогащения - чуть ли не основной способ решения указанных проблем). Так что, это немного другая область.

Да и просто бумаги переводят немало по АЭС и космическим

Бумага без экспериментального апробирования стоит не очень много.

[AlexAV]

Мне кажется, что все же второе, чем первое (особенно на фоне радиофобии) - флоридские фосфориты пока еще не полностью исчерпаны, а только в них урана несколько сот килотонн (это еще без учета формации Фосфория). Уран из них конечно подороже чем добываемый ныне, но все-таки не на порядки - все же значительная часть затрат снимается когда есть уже готовая инфраструктура по производству основной продукции...

Да, есть там такой потенциальный источник. Причём стоимость урана извлеченного из растворов, образующихся при переработке фосфоритов - вполне приемлема даже для энергетики (для не энергетических применений - т.е. исследовательских и военных реакторов тем более).

Но тут есть два момента связанные с тем, что это не основной, а побочный продукт.

Первый - это то, что объём, доступный для извлечения строго завязан на добыче фосфоритов. Так как там сейчас добывают около 23 млн. тонн (https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2020/mcs2020-phosphate.pdf) фосфоритов это даёт (при содержание 60 - 160 мг/кг урана (160 мг/кг - это только флоридские фосфориты, остальные меньше, а в указанные 23 млн. тонн входят фосфориты из разных месторождений)) это может дать 1.4 - 3.7 тыс. тонн урана в год. Это не слишком много (сейчас в США потребляется около 20 тыс. т урана в год).

Второе - даже если уран из фосфоритов не извлекается, но фосфориты добываются, то данный источник постепенно истощается. Т.е. не извлечённый уран переходит частично в фосфогипс, частично в получаемые удобрения и необратимо рассеивается. А с добычей фосфоритов на территории США всё обстоит не очень хорошо. Т.е. за последние 20 лет их добыча там упала с 41.5 млн. тонн до 23 млн. тонн и продолжает падать. Вместе с падением добычи фосфоритов падает и потенциал извлечения урана как побочного продукта при их переработке. Т.е. возможности этого источника там тоже сейчас сокращаются.

В общем даже с учётом урана фосфоритов там картина с доступностью урана собственного производства выглядит не очень хорошей. Даже в том случае если бы они уран оттуда пробовали бы вообще извлекать (а то так месторождения фосфоритов там могут полностью истощиться ещё до того как там додумаются, что сливать уран по сути в канализацию (точнее в отвалы фосфогипса или рассеивать по полям с удобрениями, что сути не меняет) - решение не слишком рациональное ).

На фоне этих очевидных вещей такие проекты как NuScale - особенно радуют. Не имея источников урана строить страшно расточительный (даже по меркам стандартных PWR/ВВЭР, которые сами по себе экономностью не отличаются) реактор... Ну как говорится - успехов.

[AlexAV]

А запасы тория в США имеются?

Согласно цифрам, которые публикуют, ресурсы тория там составляют около 600 тыс. тонн (https://www.oecd-nea.org/jcms/pl_14930).

[AlexAV]

а для военных реакторов нужен уран с обогащением 20%

Упомянутый A1B использует топливо с 93% обогащением. Отсюда и такая сверхдлительная компания в 50 лет. Вообще все работающие сегодня американские морские реакторы используют уран практически оружейного обогащения (90 - 97.3%).  Меньше было только в S1W и S2W (там 20%, но такие строились только в 50-х).

[AlexAV]

они не сумели сделать парогенератор, закзав его в корее

И ещё  тот у которого лопатки главных циркуляционных насосов стали рассыпаться на второй день.

[AlexAV]

Для реакторов БН кальций это проблема?

Проблема. Кальций имеет большие сродство к кислороду, чем натрий в результате чего при высоком содержание кальция, в следствие неизбежного попадания кислорода в систему, он может давать отложения оксида кальция на оборудование, что недопустимо. Содержание кальция в натрии, который допускается для использование в реакторах, нормируется концентрацией не более 0.001% (по ОСТ 95 10582—2003).