Исследование Массачусетского технологического института предлагает основу для оценки экономической целесообразности термоядерных электростанций

Исследователи Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT) недавно предложили основу для оценки, пытаясь ответить на ключевой вопрос, с которым термоядерная энергия должна столкнуться на пути от научной осуществимости к коммерческой прибыльности: как термоядерная электростанция может достичь экономической целесообразности на энергетическом рынке.

Соответствующая статья открытого доступа под названием «Критерии экономической целесообразности термоядерных электростанций» была опубликована в онлайн-версии журнала Journal of Fusion Energy. Статья написана профессором кафедры ядерной науки и техники MIT Деннисом·Уайтом (Dennis Whyte) и профессором финансов Школы менеджмента Слоуна MIT Эндрю·У.·Ло (Andrew W. Lo) в соавторстве с исследователями из Rutherford Energy Ventures и Центра плазменной науки и термоядерного синтеза MIT.

Термоядерная энергия использует энергию, выделяемую при слиянии лёгких атомных ядер, и рассматривается как инженерная реализация на Земле источника энергии звёзд. За последнее десятилетие исследования неоднократно доказывали физическую осуществимость термоядерного синтеза. В 2022 году Национальный комплекс зажигания (National Ignition Facility, NIF) в Ливерморе, штат Калифорния, США, достиг положительного энергетического выхода в реакции термоядерного синтеза. В то же время венчурный капитал продолжает поступать в термоядерную отрасль, однако коммерческие термоядерные электростанции по-прежнему сталкиваются с множеством вызовов, включая инженерные, стоимостные и рыночные аспекты.

Уайт отметил, что если термоядерная технология хочет реально повлиять на мировую экономику, необходимо серьёзно подойти к вопросам привлечения, распределения и использования капитала. Ло также указал, что преобразование сложных научных и инженерных требований в экономические показатели — непростая задача, но без этого шага будет трудно получить финансовую поддержку, необходимую для внедрения технологии.

Предложенная в статье основа включает 10 параметров для оценки экономической целесообразности термоядерной электростанции. Часть параметров касается энергетического ввода и вывода термоядерной плазмы, другая часть охватывает стоимость строительства станции, эффективность преобразования энергии, плотность мощности, долговечность ключевых компонентов, окупаемость инвестиций и рыночные условия.

Подход данной основы опирается на классический критерий Лоусона в области термоядерного синтеза. Критерий Лоусона описывает взаимосвязь между температурой, плотностью плазмы и временем удержания энергии, чтобы определить, способна ли плазма производить чистую энергию за счёт термоядерного синтеза. Уайт отметил, что если критерий Лоусона фокусируется на научных условиях получения энергии термоядерной плазмой, то новая основа сосредоточена на “экономическом Q-факторе”, то есть отношении суммы возврата капитала к сумме капитальных затрат. Подобно Q-фактору плазмы, экономический Q-фактор также должен быть больше единицы, чтобы станция обладала базовой экономической целесообразностью.

Исследователи подчёркивают, что данная основа не привязана к какой-либо конкретной технологической схеме термоядерного синтеза и не зависит от конкретного масштаба реактора. Независимо от того, используется ли магнитное удержание, лазерный драйв или другие подходы, если целью является строительство станции, способной производить термоядерную энергию и формировать экономический продукт, потребуются капитальные вложения и затраты на строительство. Ло отметил, что независимо от масштаба станции, долгосрочное существование требует, чтобы доходы превышали вложения.

Авторы статьи считают, что по мере притока большего объёма средств в термоядерную отрасль строгий учёт затрат станет ещё более важным. Недавно дочерняя компания MIT Commonwealth Fusion Systems (CFS) получила новый раунд финансирования в размере 1 миллиарда долларов США и планирует построить свою первую действующую термоядерную электростанцию в штате Вирджиния, США, в 2030-х годах. Уайт является одним из соучредителей этой компании, а также вместе с Ло основал Rutherford Energy Ventures.

Ло признал, что первые коммерческие термоядерные реакторы в процессе разработки по-прежнему будут сталкиваться с большим количеством неопределённостей и сложных решений. Однако он считает, что если путь коммерциализации будет пройден, термоядерная отрасль, как и другие передовые технологические области, сможет постепенно снижать затраты и повышать экономическую эффективность за счёт “обучения на практике”.

Уайт отметил, что на текущем этапе развития термоядерного синтеза крайне важна основа, позволяющая количественно оценивать взаимосвязь между проектными решениями и экономическими результатами. Она поможет исследователям, компаниям и инвесторам более чётко оценивать фактическое влияние различных технических решений на будущую коммерческую целесообразность станции.