Перспективные АЭС

Один из вариантов безопасной энергетики, основан на работе ядерного реактора в подкритическом режиме, для чего требуется облучение реактора потоком нейтронов. Эти нейтроны могут быть получены с помощью интенсивных пучков протонов или более тяжелых ядер. В последние годы работа в этом направлении значительно активизировалась как в области фундаментальных исследований, так и в разработке конкретных проектов установок, производящих энергию.

Другим интересным направлением развития атомной энергетики является создание подземных ядерных реактор. Их устройство гораздо более простое и дешевое, чем у наземных. В земле делается полость, которая футеруется слоем бетона. В сравнительно рыхлых породах толщина его может составлять, к примеру, метр, в скальных - порядка двадцати сантиметров. Внутри эта полость облицовывается металлом, который несет не силовую, а лишь изоляционную нагрузку. Толщина его может составлять 5-10 миллиметров, а не десятки сантиметров, как в наземных. Сверху эта полость закрывается крышкой, к которой прикреплены тепловыделяющие элементы и стержни управления. Наиболее простой вариант использования ядерной энергии есть использование ее для целей теплоснабжения в виде атомной станции теплоснабжения (АСТ). Для этих целей вполне достаточен пар давлением 10-20 атмосфер. Это соответствует глубине размещения порядка 100-200 метров, т.е. на так называемых “метростроевских” глубинах, работа на которых хорошо освоена. Сам реактор может размещаться в центре города, что резко сокращает теплосеть и уменьшает теплопотери. Для этой цели вполне могут использоваться ядерные реакторы атомных подводных лодок. С помощью такого реактора можно обогреть город с числом жителей 100-200 тысяч жителей. Реакторы хорошо разработаны и надежны, что показала авария на АПЛ “Курск”. Использование АСТ позволит решить проблему тепла в северных, сибирских и иных городах России кардинально, раз и навсегда. Для северных территорий России это сыграло бы просто неоценимую роль. В подземно-наземной энергетике используются не сложные паровые котлы перегретого пара, а установки насыщенного пара (попросту, кипятильники), что позволяет легко использовать минерализованные воды во втором контуре, превращая установку в атомную станцию водоснабжения (АСВ). Для АСВ можно использовать совсем малые глубины — порядка десятков метров. Естественно, что должна осуществляться утилизация энергии пара, например, путем выработки электроэнергии на турбинах низкого давления. Причем для целей АСВ, чем ниже энергетическое КПД станции, тем лучше. Использование АСВ позволит решать проблемы орошения земель. Более того, в будущем именно использование атомного водоснабжения может стать главным средством решения проблемы водоснабжения в засушливых странах, а для Средней Азии позволит решить проблему Аральского моря. Проблема радиоактивных отходов находит простое решение в системе подземно-наземной энергетики. Они могут храниться прямо возле станции в подземных штреках, которые создаются по мере накопления отходов. Важно отметить, что это не могильники, не свалки, а производственные цеха при атомной станции, которая может функционировать сотни и тысячи лет, и все это время отходы будут храниться под наблюдением. Можно надеяться, что через сотни лет найдут и другое решение этой проблемы. Более того, эти отходы есть источник ценного физического воздействия — радиоактивного и могут стать подсобными производствами при атомной станции, например, по стерилизации продуктов, материалов и т.д. При крупных станциях возможно создание установок по регенерации топливных элементов. Этим самым резко сокращаются перевозки радиоактивных материалов.

Высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы (HTGR) могут сильно расширить использование ядерной энергии для получения высокотемпературной теплоты. Температура теплоносителя на выходе из таких реакторов составляет 700-1000ºС. В этом диапазоне температур особенно целесообразно использовать реактор для целей прямой газификации угля. Горячий пар проникает в слой угля, газифицирует его с образованием Н₂ и СО₂; последующее образование метана позволяет получить синтетический газ. Еще одной областью применения HTGR является процесс, названный «Адам+Ева». Проблема транспортировки теплоты от мощной ядерной установки к потребителю на большое расстояние решается путем передачи химической энергии. Теплота HTGR преобразуется в химическую энергию с помощью эндотермической реакции в трубчатом преобразователе, нагреваемом горячим гелием. В преобразователе осуществляется процесс «Ева»: СН₄+Н₂О+энергия=3Н₂+СО. Полученная смесь газов по трубопроводам передается к потребителю, и обратная реакция освобождает запасенную энергию в нужном месте («Адам»): 3Н₂+СО= СН₄+Н₂О+энергия. Выделяющаяся энергия может быть использована для получения высокотемпературной теплоты, для отопления или для производства электроэнергии вблизи основного потребителя. Потенциальной областью использования реакторов HTGR может быть использование крекинга воды – радиолиза под действием высоких температур.