Изменение климата создает ряд проблем для атомных электростанций, которые, по мнению некоторых ученых, требуют решения в ближайшее время.
Ядерная энергия играет большую роль в декарбонизации, как самый крупный источник безуглеродной электроэнергии. Многие политики настаивают на том, что ядерная энергия должна входить в план, позволяющий избежать последствий изменения климата в ближайшие десятилетия.
Но в ходе дебатов о сохранении существующих АЭС и поддержке передовых ядерных технологий, становится ясно, что взаимосвязь между ядерной энергетикой и изменением климата является двусторонней. В то время как атомная энергетика способствует снижению выбросов CO2 и, таким образом, «помогает достичь климатических целей», последствия изменения климата влияют на саму ядерную энергетику.
По прогнозам ученых, повышение температуры воды снизит эффективность атомных электростанций, а увеличение холодного периода может потребовать от операторов станций более сложных и дорогостоящих мер по смягчению последствий катастроф. Низкие цены на электроэнергию и конкурентоспособность возобновляемой энергии и природного газа по-прежнему являются наиболее серьезными экономическими препятствиями для ядерной энергетики, а климатические последствия могут стать еще одним источником финансовых рисков.
Финансовые, климатические риски.
В отчете Moody's Investors от 18 августа говорится, что кредитные риски для операторов атомных электростанций будут расти в течение следующих двух десятилетий в связи с климатическими угрозами. По словам аналитика Glenrock Associates Пола Паттерсона, эти сроки «слишком длинные для того, чтобы изменение климата стало финансово значимым для владельцев атомных станций».
В то же время некоторые атомные станции работают с очень низкой рентабельностью, поэтому любой катастрофический сбой может привести к досрочному выводу АЭС из эксплуатации.
Например, в 2018 году Exelon закрыла атомную электростанцию Oyster Creek в Нью-Джерси, одну из самых длительно работающих в США, «вместо того, чтобы вложить 800 миллионов долларов в модернизацию системы водяного охлаждения».
Проблема охлаждения на АЭС «не связана с изменением климата напрямую», но ученые считают, что со временем повышение температуры воды снижает эффективность систем водяного охлаждения тепловых электростанций. В результате этим установкам потребуется постоянно увеличивать забор воды, чтобы компенсировать потери эффективности, или переходить на более дорогие системы воздушного охлаждения.
К другим потенциальным последствиям изменения климата для атомных станций относятся более высокий уровень наводнений, чем те, которые прогнозировались для этих станций. «Таким образом, эти воздействия потребуют от регулирующих органов ядерной энергетики и операторов станций по всему миру сотрудничества для надлежащей оценки рисков и определения решений», - говорится в статье, опубликованной в прошлом году в журнале Global Environmental Politics - «Уязвимость глобальной ядерной энергетики к изменению климата».
Это долгосрочные проблемы, наиболее серьезные последствия которых, по прогнозам, произойдут не ранее второй половины столетия. Но решения о том, какой будет атомная отрасль через несколько десятилетий, принимаются прямо сейчас. Комиссия по ядерному регулированию утвердила продление лицензий для двух станций, что позволит им работать в течение 80 лет, а для других АЭС планируется продлить срок действия лицензий до 2050-х года.
Совет по защите природных ресурсов подал судебный иск против NRC в связи с его решением о продлении лицензии на станции Florida Power & Light в Turkey Point. По словам Кэролайн Райзер, научного сотрудника по вопросам ядерной энергии в программе NRDC по климату и чистой энергии: «В настоящее время не существует нормативного стандарта для рассмотрения того, как атомные станции с 80-летним сроком эксплуатации могут противостоять воздействиям изменения климата».
Высокая температура воды.
Высокая температура воды уже заставила многие атомные станции в США и других странах периодически останавливать работы. Ожидается, что повышение температуры даже на один градус (по Цельсию) приведет к снижению мощности на 0,4–0,7% из-за «снижения теплового КПД», что сократит мощность теплоэлектростанции на 7–12% примерно к 2050 году, согласно исследованию, проведенному в 2018 году исследователями Университетского колледжа Лондона.
Электростанции, работающие на угле и природном газе, также реагируют на «проблемы с охлаждением при повышении температуры». Но атомным станциям требуется больше охлаждающей воды, поскольку они «потребляют больший объем воды на единицу выработанной электроэнергии по сравнению с этими другими электростанциями».
По словам представителя NRC, в 2019 году в США было 17 случаев, когда АЭС приходилось снижать мощность и продолжать работать на пониженном уровне до тех пор, пока температура не снизится. В 2020 году таких случаев было 25. Но, изменение климата нельзя назвать линейным, в 2018 году отмечалось 30 таких инцидентов, а в 2012 году 60.
Согласно отчету Moody's, около 48 ГВт ядерных мощностей США - или примерно половина нынешней общей номинальной мощности в стране - «подвергались повышенному воздействию совокупного растущего теплового и водного стресса». Конкретные предприятия, которые Moody's определило как особо уязвимые, - это Entergy's Arkansas Nuclear One, Exelon в округе LaSalle и Braidwood в Иллинойсе, Vistra Energy Corp. в Команче-Пик в Техасе и Exelon and PSEG Power в Пенсильвании.
Станция в Пало-Верде, управляемая Pinnacle West Capital Corp., дочерней компании Arizona Public Service, также подвержена риску, в связи с тем, что расположена в пустыне к западу от Феникса, но проблему доступа к охлаждающей воде решает на основе контрактов до 2050 года.
Возле каждой атомной станции находится «поглотитель тепла» - озеро или река, которая отводит тепло, для охлаждения конденсатора турбины, и в котором температура должна оставаться ниже определенного значения, согласно норм конкретной страны. В случае, если температура достигла уровня, при котором установка не может работать, она должна снизить уровень мощности или получить разрешение на изменение лицензии от регулирующих органов после представления подробного анализа, показывающего, каким образом установка может безопасно работать при более высокой температуре.
В настоящее время глобальное потепление еще не оказало большого влияния на существующие ядерные технологии, но установка следующего поколения ядерных реакторов планируется с учетом того, что температура воды для охлаждения реактора может быть выше, чем заявлено.
Utah Associated Municipal Power Systems (UAMPS), реализует проект, который может стать первым небольшим модульным ядерным реактором в США. Компания приняла решение использовать систему «сухого охлаждения», при которой большие вентиляторы рассеивают тепло, уменьшая количество используемой воды более чем на 90% за счет снижения выработки электроэнергии на 5-7%. В проекте используется конструкция реактора NuScale Power, которая стала первым разработчиком небольших модульных реакторов, получившим одобрение безопасности от NRC.
NuScale утверждает, что конструкция, в которой несколько небольших реакторов устанавливаются на одной площадке для совместной работы с инфраструктурой, привлекательна в местах с ограниченными водными ресурсами, поскольку некоторые из модулей на площадках могут предназначаться для производства электроэнергии и пара для опреснения. «Засухи, вызванные изменением климата, могут подтолкнуть атомную отрасль к поиску способов сухого охлаждения», - пишет Институт ядерной энергии в своем блоге.
Уровень моря.
На атомных электростанциях необходимо наблюдать не только за температурой воды, но и за ее уровнем, особенно в тех случаях, когда серьезные погодные явления, связанные с изменением климата, такие как ураганы, могут привести к быстрому повышению уровня воды, для работы с которым станция была разработана.
Согласно отчету Moody's, около 37 ГВт ядерных мощностей подвержены «более высокому риску затопления». К ним относятся станции, расположенные вдоль побережья Атлантического океана и Персидского залива, а также внутренние АЭС, расположенные на реках, например, Cooper в районе штата Небраска на реке Миссури недалеко от выведенной из эксплуатации электростанции в Форт-Калхун округа Омаха, затопленной паводковыми водами в 2011 году и остановленной на три года.
В долгосрочной перспективе суровые погодные условия и повышение уровня воды способствуют развитию новых технологий по хранению отработанного топлива реакторов.
Из-за неспособности создать центральное хранилище отходов, подобное давно остановившемуся объекту в Юкка-Маунтин, большая часть отработанного топлива хранится на площадках внутри реакторов или в сухих контейнерах. Резервуары с отработанным топливом необходимо постоянно охлаждать, чтобы избежать катастроф подобных аварии на Фукусиме в 2011 году.
По прогнозам Национального управления океанических и атмосферных исследований в течение следующих 80 лет уровень моря может подняться на шесть футов. В таком случае семь АЭС будут находиться на том же уровне, что и прибрежная вода, то есть вода будет регулярно попадать на станцию. При этом сценарии одна действующая станция - Turkey Point - и две выведенные из эксплуатации станции - Humboldt Bay в Калифорнии и Crystal River во Флориде - будут «частично или полностью затоплены водой». Чтобы избежать инцидента, подобного случившемуся на Фукусиме, или коррозии сухих контейнеров необходимо принять «долгосрочный план хранения, учитывая изменения климата».
В рамках ответных мер регулирующих органов, американские атомные станции обновили оценку потенциальных опасностей, которые могут возникнуть в зависимости от географического положения, включая наводнения.
В NRC возникли разногласия относительно того, сделало ли агентство достаточно для обеспечения того, чтобы защита станций от наводнений соответствовала текущим оценкам угроз, которые в некоторых случаях намного серьезнее, чем предполагалось при первоначальном лицензировании АЭС.
В начале 2019 года NRC утвердил нормативные требования, включающие «извлеченные уроки» но они не содержали обширных мер защиты от переоцененных опасностей.
По словам Эда Лаймана, директора по безопасности ядерной энергетики «Союза обеспокоенных ученых», NRC «принял решение не заставлять операторов станции в некоторых случаях принимать меры по смягчению последствий наводнений, выходящие за рамки изначального проекта станции». Например, если здание, содержащее оборудование для обеспечения критической безопасности станции, было построено так, чтобы оставаться над водой во время наводнения, а новые исследования показывают, что потенциальный уровень воды может быть выше, чем предполагалось ранее, NRC не предполагают перемещение здания на более высокое место», - отметил Лайман.
Институт ядерной энергии, однако, поддержал решение NRC на том основании, что АЭС имеют достаточный запас прочности, поэтому в дополнительных требованиях нет необходимости: «Все существующие атомные станции США недавно провели оценку опасности затопления на основе современных данных, которые учитывают потенциальные последствия изменения климата в будущем. Ни на одной станции не пришлось перемещать оборудование [важного для обеспечения безопасности], в результате переоценки уровней затопления из-за пределов, заложенных в первоначальный проект».