Это безопаснее, а топливо для него намного доступнее.
В Китае строят самый большой в мире контейнеровоз на атомном ходу. Подробности раскрыла South China Morning Post в среду.
Грузовое судно сможет перевозить 14 000 стандартных морских контейнеров. Но главная его изюминка — силовая установка. Корабль будет оборудован ториевым реактором на расплавах солей (ТРРС) тепловой мощностью 200 МВт, что соответствует уровню мощности водо-водяного реактора S6W, применяемого на самых современных атомных подлодках ВМС США типа «Сивулф».
Революция в судостроении
В отличие от традиционных атомных реакторов, использующих уран и требующих массивных систем охлаждения и высокопрочных защитных оболочек, новинка работает на тории — более безопасном, распространенном и непригодном в неблаговидных целях ядерном топливе. И что особенно важно, реактор не нуждается в воде для охлаждения, что делает его более компактным, бесшумным и внутренне безопасным по сравнению с традиционными конструкциями.
В случае успешного масштабного развертывания эта технология обещает смену парадигмы в коммерческом судоходстве.
Концепция судна была впервые представлена еще в 2023 году, но лишь теперь стали известны некоторые технические детали. Их привел старший инженер судостроительной группы «Цзяннань» Ху Кэи в китайском отраслевом издании Ship & Boat.
По его словам, вырабатываемая реактором тепловая энергия не приводит судно в движение напрямую. Вместо этого она питает генератор на сверхкритическом диоксиде углерода (sCO2), использующий цикл Брайтона — высокоэффективный термодинамический процесс, который преобразует тепло в электричество гораздо эффективнее, чем традиционные паровые турбины.
Цикл Брайтона использует сжатый газ — в данном случае диоксид углерода, нагретый до экстремальных температур, который расширяется в турбинах для генерации энергии. sCO2 ведет себя одновременно как жидкость и газ, что позволяет создавать компактные и высокоэффективные системы.
Система будет генерировать 50 МВт электроэнергии — этого достаточно для движения массивного судна через океаны в течение многих лет без необходимости дозаправки. На случай чрезвычайных ситуаций на корабле поставят также резервный дизельный генератор мощностью 10 МВт электроэнергии.
Безопасность гарантирована
Один из главных страхов, связанных с атомными судами, — расплавление активной зоны или утечка радиации. Однако с ТРРС это невозможно в принципе — он работает при атмосферном давлении. Нагрев активной зоны достигает 700 °C, но благодаря значительному отрицательному температурному коэффициенту реакция естественным образом замедляется при росте температуры — это предотвращает ее выход из-под контроля.
Имеются две пассивные системы отвода остаточного тепла: система охлаждения с естественной циркуляцией внутри реакторного отсека и аварийная дренажная система, которая при необходимости может безопасно сбрасывать расплавленную соль в экранированные пассивные охлаждающие резервуары. В худшем случае, при отказе охлаждения, расплавленное солевое топливо стечет в предохранительную камеру и затвердеет, связывая радиоактивные материалы и предотвращая широкомасштабное загрязнение.
Кроме того, весь реактор спроектирован как герметичный модульный блок с 10-летним сроком службы. По его истечении вместо перезаправки заменяется весь реакторный модуль — это кардинально снижает риск утечек или человеческой ошибки.
Благодаря высокотемпературному режиму работы и передовому энергетическому циклу на sCO2, эффективность термоэлектрического преобразования достигает 45–50% — что представляет собой огромное улучшение по сравнению с примерно 33%-ной эффективностью традиционных ядерных реакторов, использующих пар.
Ху Цзиньтао сообщил также о других проектах судов с ядерной энергетической установкой: нефтяном танкере Suezmax с быстрым реактором со свинцово-висмутовым теплоносителем и плавучей АЭС с высокотемпературными газоохлаждаемыми реакторами. Однако их мощность меньше, чем у ТРРС рекордного контейнеровоза.
Торий не только безопаснее — он также гораздо более распространен, чем уран. Китай обладает огромными запасами этого металла, особенно во Внутренней Монголии, где в отходах одной только шахты содержится достаточно тория, чтобы питать всю страну в течение более 1000 лет при текущем уровне энергопотребления.
Первый ториевый реактор был построен еще в 1960-х в США, но из-за многочисленных технических трудностей вроде сильнейшей коррозии труб расплавами фторидов программа была свернута. Китайские же ученые не опустили руки — и в этом году первый ТРРС в пустыне Гоби вышел на долгосрочный режим работы.
Сложности с финансированием
Перспективы у этого направления обширные, но остаются и сложности. «Капитальные затраты на строительство атомного торгового судна, как ожидается, будут гораздо выше, чем у обычного судна», — привел пример Ху.
К числу финансовых и операционных препятствий относятся: высокие первоначальные затраты на строительство, трудности с привлечением частных инвестиций из-за существующих рисков, ограниченные предложения по страхованию на случай атомных инцидентов в море, а также постоянные расходы на обслуживание реактора, утилизацию топлива, вывод судна из эксплуатации и специальную подготовку экипажа. Хотя само ядерное топливо отличается низкой стоимостью и стабильностью цен, экономическая целесообразность проекта зависит от того, перевесит ли дешевизна топлива огромные первоначальные издержки.
«Реализация коммерческих судоходных проектов, вероятно, потребует государственной поддержки или гарантий. Частные компании в одиночку не способны нести столь огромные строительные и эксплуатационные риски», — резюмировал инженер.