Перспектива малих модульних реакторів: цільове дослідження для Греції
Анотація
Глобальні зусилля до декарбонізації посилюються, але перехід до зеленої економіки має високу ціну, яка, за деякими оцінками складати приблизно 3,5 трильйона доларів щорічних інвестицій, більшість з яких є початковими. Це створює навантаження на економіки, що розвиваються, які володіють викопними природними ресурсами, тому що, відмовляючись від них, вони стають все більш залежними від імпортованої енергії, що пов’язане з високою ціною, на додаток до витрат, понесених їхніми зусиллями з переходу на відновлювані джерела енергії. Ядерна технологія виробляє диспетчеризований і безперебійний водень, тепло та електроенергію, які можуть покрити вимоги до базового навантаження, і інтерес до її впровадження зростає. Малі модульні реактори (MMP, англ. SMR) пропонують ряд переваг, особливо для країн з обмеженим ядерним досвідом. Тут ми коротко оцінюємо поточний стан систем SMR і розглядаємо їхні переваги та недоліки з акцентом на їхнє потенційне впровадження в Греції. В огляді обговорюється історія, поточний стан і можливе майбутнє включення SMR в новий енергетичний комплекс Греції.
Завантаження
Посилання
The Database of Nuclear Power Reactors, https://pris.iaea.org/pris/, last accessed 24/08/2023
OSTP 2022. Critical and Emerging Technologies, A Report by the Fast Track Action Subcomittee on critical and emerging Technologies of the National Science and Technology Council, Office of the President of the USA, February 2022. https://www.whitehouse.gov/wp-content/uploads/2022/02/02-2022-Critical-and-Emerging-Technologies-List-Update.pdf
WNA 2023. Emerging Nuclear Energy Countries. World Nuclear Association. https://world-nuclear.org/information-library/country-profiles/others/emerging-nuclear-energy-countries.aspx
R.C. Baetzold, “Atomistic study of defects in YBa2Cu3O7,” Phys. Rev. B, 42, 56 (1990). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.42.56
K. Lang, V. Madhavan, J.E. Hoffman, E.W. Hudson, H. Eisaki, S. Uchida, and J.C. Davis, “Imaging the granular structure of high-Tc superconductivity in underdoped Bi2Sr2CaCu2O8+δ,” Nature (London), 415, 412-416 (2002). https://doi.org/10.1038/415412a
M.A. Obolenskii, R.V. Vovk, A.V. Bondarenko, and N.N. Chebotaev, “Localization effects and pseudogap state in single crystals with different oxygen content,” Low Temp. Phys. 32, 571-575 (2006). https://doi.org/10.1063/1.2215373
R.V. Vovk, M.A. Obolenskii, A.A. Zavgorodniy, A.V. Bondarenko, I.L. Goulatis, A.V. Samoilov, and A. Chroneos, “Effect of high pressure on the fluctuation conductivity and the charge transfer of YBa2Cu3O7−δ single crystals,” J. Alloys Compds. 453, 69 74 (2008). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2006.11.169
R.V. Vovk, Z.F. Nazyrov, M.A. Obolenskii, I.L. Goulatis, A. Chroneos, and V.M. Pinto Simoes, “Phase separation in oxygen deficient ΗοBa2Cu3O7-δ single crystals: effect of high pressure and twin boundaries,” Phil. Mag. 91, 2291-2302 (2011). https://doi.org/10.1080/14786435.2011.552893
R.V. Vovk, M.A. Obolenskii, Z.F. Nazyrov, I.L. Goulatis, A. Chroneos, and V.M.P. Simoes, “Electro-transport and structure of 1-2-3 HTSC single crystals with different plane defects topologies,” J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 23, 1255-1259 (2012). https://doi.org/10.1007/s10854-011-0582-8
A.L. Solovjov, E.V. Petrenko, L.V. Omelchenko, R.V. Vovk, I.L. Goulatis, and A. Chroneos, “Effect of annealing on a pseudogap state in untwinned YBa2Cu3O7−δ single crystals,” Sci. Rep. 9, 9274 (2019). https://doi.org/10.1038/s41598-019-45286-w
F. Chiabrera, I. Garbayo, L. Lopez-Conesa, G. Martin, A. Ruiz-Caridad, M. Walls, L. Ruiz-Gonzalez, et al., “Engineering Transport in Manganites by Tuning Local Nonstoichiometry in Grain Boundaries,” Adv. Mater. 31, 1805360 (2019). https://doi.org/10.1002/adma.201805360
A. Holland, “Government Policy for the Fusion Energy Economy- Lessons from the Fusion Industry Association’s First Two Years,” J. Fusion Energy, 42, 14 (2023). https://doi.org/10.1007/s10894-023-00356-w
R. Devanathan, W.J. Weber, and G.D. Gale, “Radiation tolerance of ceramics—insights from atomistic simulation of damage accumulation in pyrochlores,” Energy Environ. Sci. 3, 1551-1559 (2010). https://doi.org/10.1039/C0EE00066C
A. Chroneos, M.J.D. Rushton, C. Jiang, and L.H. Tsoukalas, “Nuclear wasteform materials: Atomistic simulation case studies,” J. Nucl. Mater. 441, 29-39 (2013). https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2013.05.012
S.C. Lumley, R.W. Grimes, S.T. Murphy, P.A. Burr, A. Chroneos, P.R. Chard-Tuckey, and M.R. Wenman, “The thermodynamics of hydride precipitation: The importance of entropy, enthalpy and disorder,” Acta Materialia, 79, 351-362 (2014). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2014.07.019
M.W.D. Cooper, R.W. Grimes, M.E. Fitzpatrick, and A. Chroneos, “Modeling oxygen self-diffusion in UO2 under pressure,” Solid State Ionics 282, 26-30 (2015). https://doi.org/10.1016/j.ssi.2015.09.006
E. Zapata-Solvas, S.R.G. Christopoulos, N. Ni, D.C. Parfitt, D. Horlait, M.E. Fitzpatrick, A. Chroneos, and W.E. Lee, “Experimental synthesis and density functional theory investigation of radiation tolerance of Zr3(Al1-xSix)C2 MAX phases,” J. Am. Ceram. Soc. 100, 1377-1387 (2017). https://doi.org/10.1111/jace.14742
A.L. Solovjov, L.V. Omelchenko, E.V. Petronko, R.V. Vovk, V.V. Khokevych, and A. Chroneos, “Peculiarities of pseudogap in Y0.95Pr0.05Ba2Cu3O7−δ single crystals under pressure up to 1.7 GPa,” Sci. Rep. 9, 20424 (2019). https://doi.org/10.1038/s41598-019-55959-1
S.T. Murphy, “A point defect model for YBa2Cu3O7 from density functional theory,” J. Phys. Commun. 4, 115003 (2020). https://doi.org/10.1088/2399-6528/abc9a7
F. Baiutti, F. Chiabrera, M. Acosta, D. Diercks, D. Parfitt, J. Santiso, X. Wang, A. Chroneos, et al., “A high-entropy manganite in an ordered nanocomposite for long-term application in solid oxide cells,”Nat. Commun. 12, 2660 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-22916-4
M. Dahlqvist, and J. Rosen, “The rise of MAX phase alloys – large-scale theoretical screening for the prediction of chemical order and disorder,” Nanoscale, 14 10958-10971 (2022). https://doi.org/10.1039/D2NR02414D
M.M. Jin, J.L. Miao, B.H. Chen, M, Khafizov, Y.F. Zhang, and D.H. Hurley, “Extended defects-enhanced oxygen diffusion in ThO2,” Comp. Mater. Sci. 235, 112842 (2024). https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2024.112842
L. Johnson, W. Malone, J. Risk, R.A. Chen, T. Gibson, M.W.D. Cooper, and G.T. Craven, “Machine learning method to determine concentrations of structural defects in irradiated materials,” Comp. Mater. Sci. 242, 113079 (2024). https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2024.113079
Number of global SMR projects 2022, Statista Research Department, https://www.statista.com/statistics/1334632/number-of-small-modular-reactor-projects-worldwide/, last accessed 24/08/2023.
The platform of Small Modular Reactors and their Applications, https://nucleus.iaea.org/sites/smr/SitePages/HomeSmrPlatform.aspx, last accessed 24/8/2023.
S.M. Goldberg, and R. Rosner, Nuclear Reactors: Generation to Generation. American Academy of Arts and Sciences, 2011, https://www.amacad.org/sites/default/files/academy/pdfs/nuclearReactors.pdf
G. Locatelli, M. Mancini, and N. Todeschini, “Generation IV nuclear reactors: Current status and future prospects,” Energy Policy, 61, 1503-1520 (2013). https://doi.org/10.1016/j.enpol.2013.06.101
B. Steigerwald, J. Weibezahn, M. Slowik, and C. von Hirschhausen, “Uncertainties in estimating production costs of future nuclear technologies: A model-based analysis of small modular reactors,” Energy, 281, 128204 (2023). https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.128204
L.H. Tsoukalas, Fuzzy Logic: Applications in Artificial Intelligence, Big Data, and Machine Learning, (McGraw Hill, New York, 2024).
S. Froese, N.C. Kunz, and M.V. Ramana, “Too small to be viable? The potential market for small modular reactors in mining and remote communities in Canada,” Energy Policy, 144, 111587 (2020). https://doi.org/10.1016/j.enpol.2020.111587
L.H. Tsoukalas, and R. Gao, “Inventing Energy Internet: The role of Anticipation in Human-centered Energy Distribution and Utilization,” in: 2008 SICE Annual Conference, (Chofu, Japan, 2008), pp. 399-403, https://doi.org/10.1109/SICE.2008.4654687
M. Kazimi, “Thorium fuel for nuclear energy: an unconventional tactic might one day ease concerns that spent fuel could be used to make a bomb,” Am. Sci. 91, 408–415 (2003). https://www.americanscientist.org/sites/americanscientist.org/files/200582141548_306.pdf
S.F. Ashley, G.T. Parks, W.J. Nuttall, C. Boxall, and R.W. Grimes, “Thorium fuel has risks,” Nature, 492, 31–33 (2012). https://doi.org/10.1038/492031a
World Thorium Occurrences, 2019. Deposits and Resources. IAEA TECDOC-1877, Vienna.
A. Chroneos, I. Goulatis, A. Daskalopulu, and L.H. Tsoukalas, “Thorium fuel revisited,” Progress Nucl. Energy, 164, 104839 (2023). https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2023.104839
A. Chroneos, and R.V. Vovk, “Modeling self-diffusion in UO2 and ThO2 by connecting point defect parameters with bulk properties,” Solid State Ionics, 274, 1–3 (2015). https://doi.org/10.1016/j.ssi.2015.02.010
N. Kuganathan, P.S. Ghosh, C.O.T. Galvin, A.K. Arya, B.K. Dutta, G.K. Dey, and R.W. Grimes, “Fission gas in thoria,” J. Nucl. Mater. 485, 47–55 (2017). https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2016.12.011
A.V. Colton, and B.P. Bromley, “Simulations of pressure-tube-heavy-water reactor cores fueled with thorium-based mixed-oxide fuels,” Nucl. Technol. 203, 146–172 (2018). https://doi.org/10.1080/00295450.2018.1444898
S. Moxon, J. Skelton, J.S. Tse, J. Flitcroft, A. Togo, D.J. Cooke, E.L. da Silva, et al., “Structural dynamics of Schottky and Frenkel defects in ThO2: a density-functional theory study,” J. Mater. Chem. 10, 1861–1875 (2022). https://doi.org/10.1039/D1TA10072F
J. Krige, and K.H. Barth, “Introduction,” Osiris, 21(1), 1–21 (2006). https://doi.org/10.1086/507133
J.F. Pilat, editor, Atoms for Peace: An Analysis After Thirty Years, 1st ed. (Routledge, 1985). https://doi.org/10.4324/9780429038327
The Atomic Energy Act of 1954. Pub. L. No 703, 83th Cong, 2d Sess. (1954), 68 Stat. 919
The Economic Cooperation Act of 1948. Pub. L. No 472, 80th Cong.; 2d Sess. (1948), 62 Stat. 137
Greece: Law 1468 of 1950, Official Gazette vol. A.169/1950. https://www.et.gr/api/DownloadFeksApi/?fek_pdf=19500100169 (in Greek)
S. Arapostathis, A. Kandaraki, Y. Garyfallos, and A. Tympas, “Tobacco for Atoms': Nuclear Politics, Ambivalences and Resistances about a Reactor that was Never Built,” History of Technology, 33, 205-227 (2017).
A. Angelis-Dimakis, G. Arampatzis and D. Assimacopoulos, “Monitoring the sustainability of the Greek energy system,” Energy Sustain. Dev. 16(1), 51-56 (2012). https://doi.org/10.1016/j.esd.2011.10.003
E.K. Judd, and H.E. DeSanctis, “Possibilities for uranium in Greece, report,” (University of North Texas Libraries, UNT Digital Library, 1953). https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc1393254/
A. Hekimoglou, Atomic era. Nuclear energy, Reactors and Uranium in Greece in the 20th c. (Papadopoulos Publications, Athens, 2023). (in Greek).
CERN (1971). Convention for the establishment of a European organization for nuclear research: Paris, 1st July, 1953: as amended. Geneva: CERN. https://legal-service.web.cern.ch/system/files/downloads/CONVENTION.pdf
Greece: Law 2750 of 1954, Official Gazette vol. A.32/1954. https://www.et.gr/api/DownloadFeksApi/?fek_pdf=19540100032 (in Greek)
IAEA, Report on Greece. Establishment of an Atomic Centre, (IAEA Bulletin, 1(2), 9-10 (1959).
L.L. Strauss, Twenty-second Semiannual Report of the Commission to the Congress, July 1957. United States, 1957. https://doi.org/10.2172/1364038
P. Dimotakis, “The Demokritos Nuclear Research Centre, Greece,” Nature, 220, 861–862 (1968). https://doi.org/10.1038/220861a0
GAEC (2014). Greece Report as required under Article 9.1 of Council Directive 2009/71/EURATOM. https://energy.ec.europa.eu/system/files/2021-02/el_implementation_reports_2014_en_0.pdf
GAEC (2020). Report of Greece of July 2020 on the implementation of Council Directive 2009/71/Euratom as amended by the Council Directive 2014/87/Euratom. https://energy.ec.europa.eu/system/files/2021-03/12._el_2nd_2020_report_a-nsd_0.pdf
NEA (2020). Nuclear Legislation in OECD and NEACountries: Greece (2016 update), OECD Publishing, Paris.
Greece: Presidential Decree 610 of 1978, Official Gazette, vol. A.130/1978. https://www.et.gr/api/DownloadFeksApi/?fek_pdf=19780100130 (in Greek).
G. Donatos, and G. Mergos, “Energy demand in Greece: The impact of the two energy crises,” Energy Economics, 11(2), 147 152 (1989). https://doi.org/10.1016/0140-9883(89)90008-X
ENSREG, 2011. Declaration of ENSREG - EU "Stress Tests" specifications. https://www.ensreg.eu/news/declaration-ensreg-eu-stress-tests-specifications
Uranium, 2005. Resources, Production and Demand, OECD NEA/IAEA, 2006
A. Tsirambides, and Filippidis, “Energy Mineral Resources of Greece,” Journal of Environmental Science and Engineering B, 1, 709-719 (2012).
Uranium, 2009. Resources, Production and Demand, OECD NEA/IAEA, 2010.
Uranium, 2022. Resources, Production and Demand, OECD NEA/IAEA, 2023.
Α. Tympas, S. Arapostathis, K. Vlantoni, and I. Garyfallos, “Border Crossing Electrons: Critical Energy Flows in the Balkans from WWII to the Post-Cold War Era,” in: The Making of Europe’s Critical Infrastructures: Common connections and shared vulnerabilities, P. Högselius, A. Hommels, A. Kaijser, and E. Van der Vleuten, editors, (Macmillan Publishers Limited, 2013), pp. 157 183.
V. Smil, Power Density: A Key to Understanding Energy Sources and Uses, (MIT Press, Cambridge, 2015).
L. Hirth, “The market value of variable renewables: The effect of solar wind power variability on their relative price,” Energy Economics, 38, 218-236 (2013). https://doi.org/10.1016/j.eneco.2013.02.004
P.J. Heptonstall, and R.J.K. Gross, “A systematic review of the costs and impacts of integrating variable renewables into power grids,” Nature Energy, 6(1), 72-83 (2021). https://doi.org/10.1038/s41560-020-00695-4
NEA (2018), Measuring Employment Generated by the Nuclear Power Sector, OECD Publishing, Paris.
D. de Solla Price, “Gears from the Greeks. The Antikythera Mechanism: A Calendar Computer from ca. 80 B.C.” Transactions of the American Philosophical Society, 64(7), 1–70 (1974). https://doi.org/10.2307/1006146
J.H. Seiradakis, and M.G. Edmunds, “Our current knowledge of the Antikythera Mechanism,” Nature Astronomy, 2(1), 35-42 (2018). https://doi.org/10.1038/s41550-017-0347-2
T. Freeth, “Decoding an Ancient Computer,” Scientific American, 301(6), 76–83 (2009). http://www.jstor.org/stable/26001660
Авторське право (c) 2025 Олександр Хронеос, Аспасія Даскалопулу, Іоанніс Гулатіс, Руслан В. Вовк, Лефтері Х. Цукалас
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
