W ostatnich latach zrobiło się głośno o małych reaktorach modułowych. Czym jest SMR, jakie są zalety i wady tego typu inwestycji i czy to rozwiązanie jest bezpieczne? Między innymi o to zapytaliśmy prof. NCBJ dr inż. Andrzeja Strupczewskiego.

Co to SMR i jaką ma moc?

Small Modular Reactor (w skrócie SMR), inaczej zwany też małym reaktorem jądrowym, do tej pory nie był popularnym rozwiązaniem w energetyce, mimo że sama idea powstała dawno. Technologia, na której opierają się, stosowana jest od połowy lat 50. XX wieku jako napęd w m.in. łodziach podwodnych, a od lat 60. jako źródło energii np. w amerykańskich stacjach radarowych i arktycznych. 

Działanie SMR-a nie wiele różni się od dużych elektrowni atomowych. Wyróżnia go natomiast to, że mogą być produkowane seryjnie i dostarczane na miejsce budowy w całości. Jaką moc osiągają SMR, czyli Small Modular Reactors? Od nawet 20 MWe do 300MWe. 

– Angielska firma Rolls Royce proponuje już nawet reaktory o mocy 400 MW i przekonuje wszystkich, że są to SMR-y – mówi prof. NCBJ dr inż. Andrzej Strupczewski. 

Koncepcje małych reaktorów jądrowych różnią się od siebie nie tylko mocą, ale i samą konstrukcją. Jakie SMR-y wyróżniamy? 

Jak jest zbudowany mały reaktor modułowy? 

Materiał z maja 2017 roku przygotowany przez Departament Energii Jądrowej Ministerstwa Energii wyróżnia cztery zasadnicze typy reaktorów SMR:

• lekkowodne  (PWR, BWR);
• prędkie chłodzone sodem, ołowiem lub eutektyką ołowiu z bizmutem (FNR/Na, Pb,

Pb-Bi);

• wysokotemperaturowe chłodzone helem, grafitowe (HTGR);
• na stopione sole (MSR).

Komercyjne SMR-y wciąż są dopracowywane przez wiele światowych firm jak np. Westinghouse. Opracowali oni reaktor typu PWR o mocy elektrycznej 225 MWe. Wykorzystane systemy bazują na rozwiązaniach, które zostały użyte przy projektowaniu reaktora AP 1000. Cały układ pierwotny zamknięty został w szczelnym zbiorniku reaktora. 

Westinghouse wyposażyło swój reaktor w: rdzeń, pręty kontrolne i ich mechanizmy, stabilizator ciśnienia, wytwornicę pary, 8 pomp obiegu pierwotnego, obudowę bezpieczeństwa.

• Polska elektrownia jądrowa to konieczność, aby zapewnić niezawodny system energetyczny [WYWIAD]

Jakie reaktory SMR powstaną w Polsce?

W Polsce budowę SMR-ów planują KGHM i Orlen. W przypadku tych dwóch firm, uznanie zyskały szczególnie dwa rodzaje reaktorów.

– Jednym z nich jest reaktor wodny NuScale o mocy 50MWe. Jest on preferowany przez KGHM. Drugim jest BWRX. Jest to reaktor wodny wrzący i preferuje go aktualnie Orlen. Różni się tym od poprzedniego, że nie wymaga pomp w obiegu pierwotnym, ponieważ woda w rdzeniu wrze unosi się do góry i zapewnia obieg chłodzenia rdzenia reaktora – wyjaśnia prof. NCBJ dr inż. Andrzej Strupczewski. 

Polska energetyka jądrowa zakłada jedynie budowanie reaktorów, które zostały już zainstalowane w innym kraju i dla którego dysponujemy doświadczeniem eksploatacyjnym. 

Wymagania te spełniają reaktory III generacji, których rozwiązania są oparte na reaktorach II generacji i na długotrwałych badaniach doświadczalnych. Natomiast SMR-y to technologia nowego typu, dlatego trzeba poczekać z ich wyborem do chwili uzyskania doświadczeń z ich budowy i eksploatacji. Dla przykładu jeden cykl paliwowy w reaktorze mPower trwa 4 lata. 

W których krajach powstaną SMR?

Oprócz Polski budowę reaktorów SMR planują także inne kraje świata. Wśród nich są: Stany Zjednoczone, Chiny, Korea Południowa, Francja, Japonia, Rosja czy Argentyna.

W lipcu 2012 r. Koreańska Komisja Bezpieczeństwa i Ochrony Jądrowej zatwierdziła projekt reaktora SMART o mocy 100 MWe. Jest to pierwszy reaktor SMR PWR który uzyskał certyfikację. W listopadzie tego samego roku Departament Energii Stanów Zjednoczonych spośród czterech projektów wybrał mPower firmy Babcock&Wilcom i przeznaczył 425 mln dolarów na jego rozwój.  

Prace nad reaktorami SMR wciąż trwają, więc dopiero za kilka lat będziemy mogli określić, gdzie modułowe reaktory jądrowe zyskały popularność, a gdzie nie. Nie ulega, jednak wątpliwości, że już dziś zainteresowanie tą technologią jest duże w wielu krajach na świecie.

• PKN Orlen zbuduje 76 małych reaktorów jądrowych SMR

Gdzie mogą powstawać SMR? 

SMR-y mogą być instalowane blisko odbiorców, co obniża koszty sieci i przesyłu. To spora różnica, bo dotychczas bezpieczeństwo jądrowe zakładało budowę reaktorów daleko od ośrodków zaludnienia. 

Gdzie mogą powstawać małe reaktory modułowe? Ze względu na ich wysokie koszty ich stosowanie jest ekonomicznie uzasadnione tylko:

• w lokalizacjach położonych daleko od sieci przesyłowej, np. na dalekiej północy w Rosji lub w USA,
• w krajach rozwiniętych jako jednostki uzupełniające niewielki wzrost potrzeb energetycznych w poszczególnych regionach energetycznych,
• jako lokalne źródła ciepła dla przemysłu, miejskich sieci ciepłowniczych, odsalania wody morskiej, 
• w krajach o małej łącznej mocy sieci, gdzie duże bloki trudno stosować ze względu na równowagę sieci. 

Czy małe reaktory jądrowe są efektywne?

Małe reaktory modułowe nie stanowią konkurencji dla reaktorów dużej mocy, które mają pracować jako podstawowe elementy systemu energetycznego. Jak czytamy w raporcie Narodowego Centrum Badań Jądrowych w USA i Rosji koncepcje SMR rozwija się w celu zasilania w energię elektryczną niewielkich skupisk ludzkich oddalonych od istniejących sieci przesyłowych.

W małych krajach, takich jak Litwa, reaktor o mocy rzędu 1000 MW stanowiłby zbyt duży ułamek mocy krajowej, co groziłoby destabilizacją systemu w przypadku konieczności wyłączenia. Przykładowo w Armenii jeden działający tam reaktor typu VVER 440 w 2011 roku wyprodukował 33% energii elektrycznej w tym kraju. Na rok 2020 planowane jest wybudowanie kolejnego reaktora VVER o mocy 1000 MW. Dla porównania kilka SMR-ów stworzyłoby system droższy, jednak jak przekonują eksperci NCBJ stabilniejszy. 

Zalety i wady SMR: Czy mały reaktor modułowy jest bezpieczny?

Według prof. Andrzeja Strupczewskiego oba wymienione wyżej reaktory nie stwarzają zagrożenia dla otoczenia. W związku z tym można je ocenić jako bardzo bezpieczne. Jakie inne zalety mają reaktory SMR?

– Ich moce są nieduże. SMR-y budowane są jako małe jednostki (np. NuScale składa się z sześciu modułów po 77 MWe). Wobec tego łatwiej jest je finansować. A ich budowa odbywa się stosunkowo szybko – tłumaczy prof. NCBJ dr inż. Andrzej Strupczewski.

Jednak reaktory SMR mają także pewne wady. Jakie? 

– Według szacunków reaktor NuScale będzie bardzo drogi. Ci którzy rozwijają te SMR-y, jak i ci, którzy chcą je kupować są przekonani że w miarę postępu techniki i budowy coraz większej liczby bloków będą one coraz tańsze. Jeśli chodzi o stronę finansową to nie mamy gwarancji czy SMR będą tańsze niż duże reaktory – dodaje prof. Strupczewski.

Poza tym, dla każdej elektrowni jądrowej w tym SMR-a potrzeba zrobić postępowanie wobec dozoru jądrowego i udowodnić, że taki reaktor jest bezpieczny. Do tego potrzeba ogromnych tomów dokumentacji. 

– Dla dużych reaktorów jest to np. 20 tys. stron z obliczeniami, wykresami i rysunkami. Dla małych będzie to mniej, ale nadal dużo np. 10 tys. stron. Po zgromadzeniu dokumentacji dozór jądrowy przeprowadza analizę i ocenę. W całym procesie bierze też udział niezależna firma, która potwierdza obiektywizm badań. Całe postępowanie może trwać nawet kilka lat – mówi prof. NCBJ dr inż. Andrzej Strupczewski.

• Małe elektrownie atomowe w Polsce? Reaktory jądrowe SMR mogą uzupełniać OZE

Źródło: gov.pl, Małe Reaktory Modułowe – raport NCBJ 

Fot: Canva

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.