Ученые доказали, что термоядерная энергетика никогда не будет рентабельна

Специалисты годами называли термоядерный синтез главным способом получения чистой электроэнергии. Политики рассматривали водородную отрасль как безупречный вариант отказа от нефтегазового топлива. Американское правительство выделило миллиард долларов на такие проекты на 2024 год. Венчурные инвесторы дополнительно потратили два миллиарда долларов на поиск новых сверхпрочных сплавов.

Воодушевление строилось лишь на теоретических вычислениях и успехах других промышленных отраслей. Физики ошибочно переносили темпы падения цен массовых солнечных батарей на сложную ядерную физику. Экономические модели сулили снижение расходов минимум на 20% при каждом следующем удвоении введенной энергетической мощности комплекса. 

Сомнения в реалистичности планов возникали давно: еще в 2021 году Илон Маск называл подобные проекты полностью ненужными из-за громоздкости. Долгое отсутствие реально работающих реакторов мешало строгой проверке рекламных заявлений стартапов.

Швейцарские ученые смоделировали перспективы удешевления нового оборудования и пришли к неутешительным выводам. Результаты опубликовали в журнале Nature Energy. 

Исследователи детально проанализировали методики магнитного удержания плазмы и передового лазерного инерциального синтеза. Скорость падения цены реактора напрямую зависела от размеров конструкций, внутренней архитектуры и сложностей программной адаптации под рельеф местности. Авторы концепции опросили 28 опытных проектировщиков, чтобы оценить системы по стандартной семибалльной шкале.

Для сравнения конструкторы выдали солнечным панелям два балла за предельную простоту. Классические крупногабаритные атомные электростанции заработали шесть баллов. Магнитные термоядерные комплексы пробили потолок и удостоились почти семи баллов. Вакуумный реактор по внутреннему строению походил на многослойную сферу. Малейшее изменение параметров рабочей плазмы неминуемо заставляло персонал полностью переделывать внешние защитные барьеры.

Габариты строений также крайне мешали срезанию капитальных затрат. Магнитному реактору физически требовалась базовая мощность от 530 мегаватт для полноценного выхода на окупаемость, а лазерным системам — от 230 мегаватт. Огромные размеры зданий навсегда исключили поточный фабричный выпуск стандартизированных узлов. Каждое эксклюзивное строительство заставляло ученых изобретать уникальную подстройку водоснабжения под жесткие сейсмические требования территории. Инженеры гарантированно лишились возможности собирать рабочее ядро на заводах и привозить его готовым прямо на площадку.

Аналитики изучили бюджетные сметы десятков профильных компаний отрасли. Ожидаемые капитальные вложения отличались на порядки. Независимые разработчики оценивали траты в пределах 1400 долларов на один киловатт мощности. Представители государственных структур закладывали колоссальные суммы вплоть до 43 000 долларов на один киловатт.

Авторы новой научной работы отказались рассчитывать мифическую точную цену строительства. Колоссальный разброс сумм наглядно продемонстрировал меру высочайшей неопределенности и непрогнозируемых стартовых рисков для нового рынка электроэнергии.

Расчеты швейцарской группы на основе исторического опыта сооружения атомных систем обрисовали пессимистичную картину для потенциальных кредиторов. Истинный темп падения расходов составил скромные 5%. Это вместе с гигантскими бюджетами на возведение первых установок оставило водородный синтез далеко позади ветрогенераторов по уровню рентабельности.

Строгое академическое моделирование охладило пыл энтузиастов и доказало искусственно завышенную прибыльность перспективных установок. Исследователи пришли к выводу, что для жизнеспособности плазменной отрасли физикам потребуется отказаться от гигантских масштабов комплексов в пользу поиска кардинально новых компактных реакторов.

Но, конечно, все может быть не так однозначно. Редакция Naked Science взяла комментарий по поводу этой научной работы у директора частного учреждения госкорпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» Анатолия Витальевича Красильникова. Он подчеркнул, что технология находится на этапе доказательства реализуемости, а какое будет решение по концепции реактора будет видно в будущем. Поэтому пока рано говорить о стоимости:

На сегодняшний день есть несколько концепций термоядерного реактора: токамак ITER, китайский токамак BEST, лазерный синтез, стеллараторы, открытые ловушки. Какая концепция будет в результате лидером в будущем прогнозировать сложно. Сейчас по параметрам исследования плазмы лучше всего проявляет себя токамак.

А какое будет решение по концепции реактора покажет будущее. Да, это заведомо намного сложнее ядерного реактора и, тем более, солнечных батарей. Поэтому сейчас вряд ли кто-то может реально прогнозировать, как может меняться стоимость термоядерного реактора после выбора концепции.

Второй важный момент — это несравниваемые сферы. Скажем, как можно сравнивать источник энергии в космосе с гидроэлектростанцией? Там не будет такого, а только очень ограниченные виды топлива, в частности, термоядерное. Поэтому для некоторых задач может не быть альтернативы. И тогда мы либо идем за будущим, либо остаемся на Земле и считаем рентабельность.

По поводу компактизации, уменьшать размеры несомненно надо, но относительно уровня компактизации сейчас сказать ничего нельзя. Конечно, будут нужны станции и по 100 мегаватт, а не только гигаваттные, но на текущем этапе мы доказываем реализуемость. Это область исследований: строим и пытаемся понять, как это работает, а дальше будем оптимизировать и компактизировать в зависимости от финального решения.

Илья Гриднев

190 статей

Автор материалов на стыке разных областей знания — от археологии и палеонтологии до физики и технологий. Интересуется тем, как работает мир, и рассказывает об этом понятно и увлекательно.

Показать больше

Закладка

Скопировать ссылку

Email

Печать

Twitter

VK

Telegram