Поскольку технология развивается недостаточно быстро, термоядерные электростанции вряд ли смогут составить конкуренцию возобновляемым источникам энергии по стоимости. Затраты на создание каждой новой установки снижались лишь незначительно, не более чем на 8%, что существенно ниже первоначальных прогнозов венчурных инвесторов. Это ставит под сомнение целесообразность инвестиций, и доступная термоядерная энергия может так и не появиться.
Ученые на протяжении многих лет утверждали, что термоядерный синтез – это основной путь к получению экологически чистой электроэнергии. Водородная энергетика рассматривается политиками как идеальная альтернатива традиционным нефтегазовым ресурсам. На 2024 год правительство США направило миллиард долларов на реализацию подобных проектов. Кроме того, венчурные инвесторы вложили два миллиарда долларов в разработку инновационных, высокопрочных сплавов.
Оптимизм основывался исключительно на теоретических расчетах и достижениях в других сферах промышленности. Физики ошибочно экстраполировали тенденции снижения стоимости массового производства солнечных батарей на область сложной ядерной физики. Экономические прогнозы предсказывали уменьшение затрат как минимум на 20% с каждым последующим увеличением энергетической мощности комплекса вдвое.
Неуверенность в осуществимости намеченных целей появлялась уже некоторое время: 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.
По мнению швейцарских исследователей, снижение стоимости инновационного оборудования представляется маловероятным, что подтверждается проведенным моделированием. Полученные данные опубликовали в журнале Nature Energy.
Учёные провели тщательный анализ методов магнитного удержания плазмы и передовых технологий лазерного инерциального синтеза. На снижение стоимости реактора влияли габариты, внутренняя структура и трудности программной настройки, учитывающей особенности ландшафта. Для оценки систем по семибалльной шкале авторы идеи провели опрос 28 опытных проектировщиков.
При оценке конструкций солнечные панели получили два балла за их предельное удобство использования. Шесть баллов достались классическим, крупногабаритным атомным электростанциям. Магнитные термоядерные комплексы получили максимальную оценку – почти семь баллов. Вакуумный реактор имел многослойную сферическую структуру. Любое изменение параметров плазмы вынуждало персонал полностью перерабатывать внешние защитные барьеры.
Размеры сооружений существенно затрудняли снижение капитальных затрат. Для достижения рентабельности магнитному реактору требовалась базовая мощность не менее 530 мегаватт, а лазерным системам – от 230 мегаватт. Крупногабаритные здания исключили возможность серийного производства типовых компонентов. Каждое уникальное строительство вынуждало специалистов разрабатывать индивидуальную схему водоснабжения с учетом строгих сейсмических требований региона. Инженерам не удалось организовать сборку основного оборудования на заводах и доставку его готовым на строительную площадку.
Специалисты провели анализ бюджетных документов нескольких предприятий, работающих в данной сфере. Планируемые капитальные затраты существенно различались. Независимые эксперты определяли стоимость в 1400 долларов за киловатт установленной мощности. Сотрудники государственных органов предусматривали гораздо большие расходы, достигавшие 43 000 долларов за киловатт.
В новой научной работе авторы не стали оценивать предполагаемую стоимость строительства, так как значительные расхождения в цифрах четко показали уровень высокой неопределенности и непредсказуемых рисков, связанных с началом функционирования нового рынка электроэнергии.
Основываясь на опыте строительства атомных электростанций, швейцарская компания представила кредиторам не самый обнадеживающий прогноз. Реальное снижение затрат оказалось незначительным – всего 5%. В сочетании с огромными бюджетами, затраченными на создание первых установок, это привело к тому, что водородный синтез значительно уступает ветрогенерации с точки зрения экономической эффективности.
Тщательный академический анализ снизил оптимизм сторонников и продемонстрировал необоснованно завышенную потенциальную доходность разрабатываемых установок. Ученые установили, что для обеспечения устойчивого развития плазменной индустрии специалистам необходимо отказаться от гигантских размеров сооружений и сосредоточиться на поиске принципиально новых, более компактных реакторов.
Безусловно, ситуация может оказаться не столь простая. Чтобы прояснить некоторые аспекты этой научной работы, Naked Science обратилась за разъяснениями к директору частного предприятия, входящего в структуру госкорпорации «Росатом» — «Проектный центр ИТЭР» Анатолию Витальевичу Красильникову. Он отметил, что данная технология пока находится в стадии подтверждения возможности практической реализации, и окончательное решение относительно конструкции реактора будет принято позднее. Поэтому говорить о конкретной стоимости пока преждевременно:
В настоящее время существует несколько подходов к созданию термоядерных реакторов, включая токамак ITER, китайский токамак BEST, лазерный синтез, стеллараторы и открытые ловушки. Предсказать, какая из этих концепций станет ведущей в будущем, затруднительно. На текущем этапе исследований плазмы наиболее перспективными являются токамаки.
Будущее определит, какое решение будет принято относительно концепции реактора. Безусловно, создание термоядерного реактора значительно сложнее, чем создание ядерного реактора или солнечных батарей. Поэтому сейчас немногие могут точно предсказать, как изменится стоимость термоядерного реактора после определения его концепции.
Второй значительный аспект – это принципиально разные области. Например, как можно проводить сравнение источника энергии в космосе и гидроэлектростанцией? В космосе не будет аналогов, а лишь крайне ограниченные виды топлива, в частности, термоядерное. Поэтому для определенных задач может не существовать альтернатив. В таком случае мы либо ориентируемся на перспективные разработки, либо остаемся на Земле и оцениваем экономическую целесообразность.
Необходимо сокращать размеры, однако оценить степень такой компактизации на данном этапе невозможно. Безусловно, потребуются и станции мощностью в 100 мегаватт, а не только гигаваттные, но на текущем этапе мы демонстрируем возможность реализации. Данное направление является областью исследований: мы создаем установки и пытаемся выяснить принципы их работы, после чего будем оптимизировать и уменьшать размеры в зависимости от окончательного решения.