Новая парадигма для “мирного атома”. Взгляд с точки зрения иерархии источников энергии и фундаментальной безопасности

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Представлен расширенный вариант обзора, основанного на презентации на Форуме УФН по вопросам изменения климата и глобальной энергетики. Для выявления ключевых проблем, связанных с ядерной энергией гражданского назначения, вначале даётся краткий обзор истории, современного состояния и перспектив её использования. Ядерная энергия включается в иерархию основных источников энергии на Земле вместе со всеми типами энергетических систем, действующих на фундаментальной основе, что показывает её уникальные характеристики, качественно отличающие ядерную энергию гражданского назначения от других источников энергии. Даётся краткое описание новой парадигмы с совершенно иным набором категорий безопасности, принципов разработки и методов производства, отличных от обычной ядерной энергии, что приводит к решению для глобальной энергетической системы с гораздо более широкими возможностями будущего развития и масштабирования для борьбы с последствиями климатических изменений. Основываясь на концепциях и методах, сформулированных при изучении интеграционных свойств в комплексных адаптивных системах, мы применяем метод масштабирования для анализа безопасности и экономики ядерных реакторов и устанавливаем явную связь между масштабом реактора, ограничениями, связанными с безопасностью и объёмом производства, с кумулятивной стоимостью и производственными возможностями. Одновременное усовершенствование и оптимизация ядерной безопасности и экономичности приводят к созданию малых модульных реакторов (Small Modular Reactor — SMR) и микрореакторов (Micro Reactor — MR) как базовых технологий новой парадигмы. Мы показываем, что необходимо выпускать определённые конструкции SMR и MR, отличающиеся детерминистической фундаментальной безопасностью, которые могут обеспечить существенное снижение стоимости с ростом объёмов производства в соответствии с законом Райта (Wright's law), выполняющимся для большинства существующих технологий. Новая парадигма позволяет сделать ряд необычных и проверяемых предсказаний. Некоторые из этих предсказаний могут быть проверены частично, а для других имеются суррогатные тесты, относящиеся к успешно развивающимся технологиям и отраслям промышленности, которые к тому же легко допускают перенос в другие отрасли, и для иных возможностей реализации. Принципы и результаты масштабирования в общем случае являются применимыми к другими энергетическим системам и большинству производимых товаров.

Об авторах

Нин Ли

Transform Insight Partners

Email: powertocw@gmail.com
PhD

Список литературы

  1. Kuhn T. S., The Structure of Scientific Revolutions, Univ. of Chicago Press, Chicago, IL, 1962
  2. The Future of the Nuclear Fuel Cycle, MIT Energy Initiative. An Interdisciplinary MIT Study. MIT, 2011
  3. Murogov V. M., Nucl. Energy Technol., 5:3 (2019), 241
  4. Li N., “A paradigm shift needed for nuclear reactors: from economies of unit scale to economies of production scale”, Proc. of Intern. Congress on Advances in Nuclear Power Plants, ICAPP'09 (Tokyo, Japan, May 10-14, 2009)
  5. Li N., Advances in Small Modular Reactor Technology Developments, A Supplement to: IAEA Advanced Reactors Information System (ARIS) 2020 ed. (Vienna: IAEA, 2020) and SMR publications in 2011, 2012, 2014, 2016, and 2018, 2020
  6. Ux Consulting, Small Modular Reactor Assessments, 2010
  7. Ux Consulting, Small Modular Reactor Market Outlook, 2013
  8. Ingersoll D. T., Carelli M. D. (Eds.), Handbook of Small Modular Nuclear Reactors, 1st ed., Woodhead Publ., Oxford, 2014
  9. Small Modular Reactors: Nuclear Energy Market Potential for Near-term Deployment, Nuclear Energy Agency. OECD. NEA, 2016
  10. Stokes G. M. et al., American Nuclear Energy at the Crossroads, Univ. of California, Santa Barbara, CA, 2017, Novim Group
  11. Reinventing Construction: A Route to Higher Productivity, Report. McKinsey Global Institute. Reinventing construction through a productivity revolution, 2017
  12. Solving the Productivity Puzzle. The Role of Demand and the Promise of Digitization., Report, McKinsey and Company, 2018
  13. Ingersoll E., Gogan K., Missing Link to a Livable Climate: How Hydrogen-Enabled Synthetic Fuels Can Help Deliver the Paris Goals, Lucid Catalyst, Terra Praxis, 2020
  14. Weinberg A. M. et al., The Second Nuclear Era: A New Start for Nuclear Power, Ed. R. Manning, Praeger, New York, 1985
  15. Spiewak I., Weinberg A. M., Annu. Rev. Energy, 10 (1985), 431
  16. Weinberg A. M., The First Nuclear Era: The Life and Times of a Technological Fixer, AIP Press, New York, 1997
  17. Weinberg A. M., Science, 186 (1974), 205
  18. Weinberg A. M., Minerva, 10 (1972), 209
  19. Weinberg A. M., Science, 177 (1972), 211
  20. Simon H. A., The Sciences of the Artificial, 1st ed., MIT Press, Cambridge, MA, 1969
  21. Newell A., Simon H. A., Human Problem Solving, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1972
  22. Simon H. A., “The Science of Design: Creating the Artificial”, Designing the Immaterial Society, Design Issues, 4, no. 1/2, MIT Press, Cambridge, MA, 1988, 67–82
  23. Anderson P. W., Science, 177 (1972), 393
  24. Anderson P. W., More and Different: Notes from a Thoughtful Curmudgeon, World Scientific, Singapore, 2011
  25. Wilczek F., A Beautiful Question: Finding Nature's Deep Design, Penguin Books, New York, 2016
  26. Wilczek F., “Physical foundations of future technology”, Megatech: Technology in 2050, The Economist Books, PublicAffairs, New York, 2017
  27. Waldrop M. M., Complexity: the Emerging Science at the Edge of Order and Chaos, Simon and Schuster, New York, 1992
  28. West G., Scale: The Universal Laws of Growth, Innovation, Sustainability, and the Pace of Life in Organisms, Cities, Economics, and Companies, Penguin Press, New York, 2017
  29. Bejan A., Shape and Structure, from Engineering to Nature, Cambridge Univ. Press, New York, 2000
  30. Romer P. M., J. Political Economy, 98:5, Pt. 2 (1990), S71
  31. Romer P. M., J. Economic Perspectives, 8:1 (1994), 3
  32. Greenspan E. (Ed.-in-Chief), Encyclopedia of Nuclear Energy, Elsevier, Amsterdam, 2021
  33. International Atomic Energy Agency, PRIS Power Reactor Information System
  34. Nuclear Power Reactors in the World, Reference Data Series, No. 2, 2020 ed., International Atomic Energy Agency, Vienna, 2020
  35. International Atomic Energy Agency, ARIS Advanced Reactors Information System
  36. A Technology Roadmap for Generation IV Nuclear Energy Systems, U.S. DOE Nuclear Energy Research Advisory Committee and the Generation IV Intern. Forum, GIF-002-00, 2002
  37. Generation IV International Forum, Technology Roadmap Update for Generation IV Nuclear Energy Systems, OECD Nuclear Energy Agency, 2014
  38. International Atomic Energy Agency, International Project on Innovative Nuclear Reactors and Fuel Cycles (INPRO), по состоянию на март 2021 г.
  39. International Atomic Energy Agency, INPRO Methodology for Sustainability Assessment of Nuclear Energy Systems: Safety of Nuclear Reactors. IAEA-TECDOC-1902, 2020
  40. Atlantic Council Task Force on US Nuclear Energy Leadership, US Nuclear Energy Leadership: Innovation and the Strategic Global Challenge, Atlantic Council Global Energy Center, 2019
  41. U.S. DOE, Advanced Reactor Demonstration Program, 2021
  42. Idaho National Laboratory (INL), Versatile Test Reactor - Solving Energy Challenges through Science, 2021
  43. U.S. DOE, Accident Tolerant Fuels, 2021
  44. Kempfer J., Allen T.
  45. World Nuclear Performance Report, 2020 ed., No. 2020/008, World Nuclear Association, London, 2020
  46. ElBaradei M., The Enduring Lessons of Chernobyl, IAEA, Vienna, 2005
  47. Taleb N. N., The Black Swan: the Impact of the Highly Improbable, Random House, New York, 2007
  48. Ritchie H., Roser M., Energy, Our World in Data, 2020, accessed in March, 2021
  49. Global Warming of $1.5^circ C$, Special Report, International Panel on Climate Change, 2018
  50. International Energy Agency, World Energy Outlook 2020, Paris, IEA, 2020
  51. International Energy Agency, Nuclear Power in a Clean Energy System, Paris, IEA, 2019
  52. OECD - Nuclear Energy Agency, Nuclear Energy: Combating Climate Change, Paris, NEA, 2015
  53. International Atomic Energy Agency, Climate Change and Nuclear Power 2020, Vienna, IAEA, 2020
  54. MIT Energy Initiative (MITEI), The Future of Nuclear Energy in a Carbon-Constrained World - An Interdisciplinary MIT Study, MIT, 2018
  55. Climate Interactive, En-ROADS, Online, 2021
  56. Hecker S. S. (Ed.), Doomed to Cooperate: How American and Russian Scientists Joined Forces to Avert Some of the Greatest Post-Cold War Nuclear Dangers, Bathtub Row Press, Los Alamos, NM, 2016
  57. Hecker S. S., Kassianova A. A., The future of global nuclear power through the eyes of young Russian and American professionals, Bull. Atomic Scientists (June 20, 2019), and the featured articles
  58. “Nuclear technology's role in the world's energy supply is shrinking. Anniversaries of the Fukushima and Chernobyl disasters highlight the challenges of relying on nuclear power to cut net carbon emissions to zero”, (09 March 2021) Editorial, Nature, 2001
  59. Eisenhower D. D., “Atoms for Peace Speech”, The 470th Plenary Meeting of the United Nations General Assembly, 8 December 1953
  60. Hirschberg S. et al., Comparison of Severe Accident Risks in Fossil, Nuclear and Hydro Electricity Generation, Paul Scherrer Institute, Villigen, 2001
  61. Ritchie H., What are the safest and cleanest sources of energy?, Our World in Data, 2020
  62. Slovic P., Science, 236 (1987), 280
  63. Gregory R., Mendelsohn R., Risk Analysis, 13:3 (1993), 259
  64. Gregory R., Flynn J., Slovic P., Am. Scientist, 83:3 (1995), 220
  65. Slovic P., “Trust, emotion, sex, politics, and science: Surveying the risk-assessment battlefield”, Environment, Ethics, and Behavior: The Psychology of Environmental Valuation and Degradation, M. H. Bazerman et al., New Lexington Press, San Francisco, 1997, 277–313
  66. IAEA, Milestones in the Development of a National Infrastructure for Nuclear Power, IAEA Nuclear Energy Series NBG-G-3.1, Rev.1, 2015
  67. Atlantic Council Task Force on US Nuclear Energy Leadership: Innovation and the Strategic Global Challenge, Global Energy Center, 2019
  68. Nagy B. et al., PLoS One, 8:2 (2013), e52669
  69. Farmer J. D., Lafond F., Res. Policy, 45:3 (2016), 647
  70. Smil V., Germany's Energiewende, 20 Years Later, IEEE Sprectrum, 2020
  71. Way R., Mealy P., Farmer J. D., Estimating the costs of energy transition scenarios using probabilistic forecasting methods, INET Oxford Working Paper No. 2021-01, Institute for New Economic Thinking at the Oxford Martin School, Oxford, 2020
  72. McNerney J. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 108 (2011), 9008
  73. Nuclear Threat Initiative (NTI), Proliferation Risks of Nuclear Power Programs, NTI, 2007
  74. Davies R. V. et al., Nature, 203 (1964), 1110
  75. Liu C. et al., Nat. Energy, 2 (2017), 17007
  76. Dungan K. et al., Prog. Nucl. Energy, 99 (2017), 81
  77. Yuan Y. et al., Nat. Sustain., 4 (2021), 708
  78. Le Quere C. et al., Earth Syst. Sci. Data, 6:1 (2014), 235
  79. World Nuclear Association, Radioactive Waste - Myths and Realities, Updated 2021
  80. Office of Nuclear Energy, 5 Fast Facts about Spent Nuclear Fuel, U.S. DOE, 2021
  81. Curtis T. L. et al., A Circular Economy for Solar Photovoltaic System Materials: Drivers, Barriers, Enables, and U.S. Policy Considerations, Technical Report NREL/TP-6A20-74550, National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO, 2021
  82. Xu Y. et al., Waste Management, 75 (2018), 450
  83. Moran E. F. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 115 (2018), 11891
  84. Li N., Energy Policy, 36:6 (2008), 2212
  85. Rasmussen N. C., Annu. Rev. Energy, 6 (1981), 123
  86. U.S. NRC, Probabilistic Risk Assessment (PRA)
  87. Pedersen T., IAEA Bull., 31:3 (1989), 25
  88. Taleb N. N., Antifragile: Things That Gain From Disorder, Random House, New York, 2012
  89. IAEA ARIS. KLT-40S, JSC Afrikantov OKB Mechnical Engineering (OKBM), Last update 23-04-2013
  90. Beliaev V., Polunichev V., Basic safety principles of KLT-40C reactor plants, IAEA INIS, 1998
  91. NuScale Power, One Plant Does it All - Simultaneously, 2021
  92. Ed Cummins, Westinghouse - AP1000 Plant Overview, IAEA INIS, 2014
  93. Wright T. P., J. Aeronaut. Sci., 3 (1936), 122
  94. Tribe M., Alpine R. L. W., Eng. Costs Production Economics, 10 (1986), 271
  95. Christensen L. R., Greene W. H., J. Political Economy, 84:4, Pt. 1 (1976), 655
  96. Laughlin R. B., Pines D., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97:1 (2000), 28
  97. Lee J. C., Nuclear Reactor Physics and Engineering, John Wiley and Sons, New York, 2020
  98. Todreas N. E., Kazimi M. S., Nuclear Systems I: Thermal Hydraulic Fundamentals, CRC Press, Boca Raton, FL, 1989
  99. Todreas N. E., Kazimi M. S., Nuclear Systems II: Elements of Thermal Hydraulic Design, Taylor and Francis, New York, 1990
  100. Oklo, What would you do with a MW-decade of clean energy?, Accessed in May 2021
  101. Ultra Safe Nuclear, Reliable Energy Anywhere. 2021, Accessed in May 2021
  102. U.S. DOE, New MARVEL Project Aims to Supercharge Microreactor Deployment, Acces sed in May 2021
  103. Brandt D. E., Wesorick R. R., GE Gas Turbine Design Philosophy, GE Power Generation GER-3434D, GE Industrial and Power Systems, Schenectady, NY, 1994
  104. Turbomachinery International (TMI), Worldwide Gas Turbine Forecast, Turbomachinery Magazine Handbook, 2019
  105. Airbus, Global Market Forecast 2019-2038, 2018
  106. Boeing, Commercial Market Outlook 2020-2039, 2019
  107. UNCTAD, Review of Maritime Transport, 2020
  108. Дробински Ф., Танте А., УФН, 192:11 (2022), 1191
  109. Net Zero by 2050. A Roadmap for the Global Energy Sector, IEA, 2021
  110. Gates B., How to Avoid a Climate Disaster: The Solutions We Have and the Breakthroughs We Need, Alfred A. Knopf, New York, 2021
  111. Gates B., Rethinking Deployment Scenarios to Enable Large-Scale, Demand-Driven Non-Electricity Markets for Advanced Reactors, Report ID 3002018348, Electric Power Research Institute, Palo Alto, CA, 2021
  112. Таджима Т., Некас А., Массар Т., Гейлс С., УФН, 192:11 (2022), 1280

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».