Ядерна енергетика постійно підвищує безпеку і ефективність атомних станцій. У період переходу до чистої енергетики велика частина інвестицій в ядерну галузь припадає на інновації і робототехніку.
Заявляючи про внутрішню політику і плани по скороченню викидів напередодні крайнього терміну Паризької угоди 2050 року, багато країн Європи, Близького Сходу, Азії, Центральної та Південної Америки розглядають ядерну енергію як життєздатний варіант для поетапної відмови від викопного палива.
Так як ядерна енергія є надійною і відносно чистою в порівнянні з іншими традиційними джерелами енергії, то такі країни, як Великобританія, нарощують її використання і планують, що до 2050 року частка атомної енергії в енергобалансі складе приблизно 40-50% в порівнянні з майже 20 % сьогодні.
Тому в даний час все більше зусиль додається для контролю виробництва ядерної енергії, дбайливого поводження з ядерними відходами і безпеки співробітників, зайнятих в галузі.
Як змінюється галузь?
Після кількох серйозних аварій в кінці 20-го століття, галузь підвищила безпеку на АЕС, пропонуючи «розумніші, а не може застосовувати жорсткіші» стратегії роботи.
Наприклад, реактор з натрієвих охолодженням, який в даний час розробляється в китайській провінції Фуцзянь, планується підключити до мережі до 2023 року, тобто через шість десятиліть після того, як концепція реактора на швидких нейтронах була вперше запущена в Китаї.
Розробляються проекти реакторів вимагають вхідний енергії 1500 МВт, з вихідною потужністю 600 МВт. Вони також матимуть теплової ККД 41% і два контури натрієвого теплоносія, що виробляє пар при температурі 480 °C.
При середньому терміні експлуатації в 40 років, ця конструкція має активну і пасивну системи відключення і пасивний відвід тепла розпаду, що гарантує в разі втрати потоку теплоносія безпечне відключення реактора.
Американська компанія TerraPower також працює над ядерною системою з натрієвих охолодженням, яка може працювати на відпрацьованому паливі або незбагаченому урані.
Пропонована натрієва АЕС володіє великими перевагами в порівнянні з використовуваними сьогодні станціями на легководних реакторах. У натрієвої установці в якості джерела тепла використовується швидкий реактор з натрієвих охолодженням, при цьому тепло від реактора переноситься розплавленою сіллю зсередини ядерного острова в резервуари для зберігання тепла за межами реактора. Потім його можна використовувати для вироблення електроенергії або для інших промислових процесів.
Перша група таких комерційних установок буде працювати на низькозбагаченому урані з високою пробою, натрієві установки не вимагають переробки, і також працюють на прямоточному паливному циклі.
Технологія в п'ять разів дозволить скоротити кількість відходів на мегават-годину виробленої енергії без переробки завдяки ефективному способу використання палива.
В кінцевому підсумку TerraPower планує побудувати демонстраційний реактор потужністю 345 МВт (ел.) З інтегрованою системою зберігання енергії і вивести на ринок наступні комерційні реактори аналогічної конструкції і розміру.
Малі модульні реактори і передові ядерні технології.
В рамках забезпечення надійного і доступного електрики деякі країни розглядають впровадження малих модульних реакторів (ММР, SMR) для отримання безпечної і чистої енергії, але при цьому більш передбачуваною і концентрованої в порівнянні з відновлюваної.
«ММР життєво важливі для розробки безпечних і екологічно чистих варіантів ядерної енергії. Завдяки підвищенню ефективності будівництва та використання існуючих зрілих технологій ядерна енергетика повинна стати економічно ефективним варіантом », - каже Сайрус Ларіджані, менеджер зі стратегічного розвитку бізнесу в області космосу і ядерної енергетики Національної лабораторії фізики.
Наприклад, Rolls Royce очолює британський консорціум з розробки доступною за ціною електростанції, що виробляє електроенергію з використанням ММР, щоб знизити витрати і при цьому створити багаторівневу систему запобігання збоїв з метою забезпечення безпеки технології у всіх режимах роботи.
Інша область, тісно пов'язана з розвитком ядерної енергетики, - це передові ядерні технології, в яких високо температурні вдосконалені реактори можуть використовуватися для виробництва водню. Це передбачає використання тепла реактора для безпосереднього управління такими процесами, як термічний розклад води.
«Однак ці технології ще не доведені, і саме тут організації можуть зіграти свою роль, надаючи метрологічний досвід, необхідний для створення технології та забезпечення її розгортання. Цей процес вимагає часу, і важливо, щоб дослідні лабораторії, промисловість і вчені працювали разом над досягненням цієї спільної мети», - каже Ларіджані.
Щоб вирішити ці проблеми, компанії, що спеціалізуються в цій області, можуть також використовувати технології кореляції цифрових зображень для проведення регулярних перевірок, нейтронних і температурних вимірювань, газової метрології, а також оцінки матеріалів для вирішення національних і глобальних завдань переходу до чистої енергії.
Використання роботизованих технологій.
Висновок ядерних об'єктів після закінчення терміну експлуатації і продовження терміну служби існуючої інфраструктури в секторі є також важливою проблемою, яка потребує пильної уваги, тому галузеві оператори і зосередили свої зусилля на впровадженні робототехніки.
Кріс Фрауд, старший науковий співробітник в групі електроніки, обчислень і фізики європейської фірми з інтелектуальної власності Withers & Rogers, каже: «Багато робіт з виведення з експлуатації всі ще виконуються людьми. Однак ядерна середовища шкідливими для людини, тому співробітники працюють в багатошарових костюмах з подачею повітря і з важкими інструментами - це небезпечно, утомливо і неефективно».
«Навіть при такій роботі залишається значна кількість високоактивних радіоактивних відходів, з якими людина не може контактувати і з якими доводиться працювати дистанційно».
Нещодавно швейцарська компанія Flyability випустила безпілотний літальний апарат, призначений для роботи в ядерних установках.
Дрон оснащений датчиком радіації для проведення інспекцій на ядерних об'єктах, а також спроектований таким чином, щоб бути стійким до зіткнень, тому цю технологію також можна використовувати для інспекцій в темних і замкнутих просторах, де ймовірність зіткнення набагато вище.
Використання безпілотників в небезпечних середовищах знизить ризик небезпеки для співробітників і підвищить ефективність обслуговування при одночасному зниженні експлуатаційних витрат.
Фрауд каже: «В рамках деяких поточних дослідницьких програм вивчається можливість використання машинного навчання для того, щоб роботи могли підбирати і розміщувати випадкові предмети в логістичних приміщеннях або на виробничих лініях. Використовуючи аналогічну технологію, можна буде перепрофілювати рішення для атомної галузі. Технології можуть бути запозичені з інших галузей, які вже активно вивчають віддалені роботизовані рішення, наприклад, Телехірургія».
У той час як технології, розроблені для додатків в інших галузях, необхідно буде адаптувати для вирішення унікальних завдань ядерної галузі, наприклад, для боротьби з високими рівнями радіації, Фрауд також вказує на можливість перенесення технологій, розроблених для ядерного сектора, в інші екстремальні умови.
Тобто вкладаються значні зусилля і капітал, щоб світова ядерна енергетика залишалася стабільною союзником в процесі переходу до чистої енергії.