Małe reaktory jądrowe dla lepszego jutra

Ważnym punktem, który pojawił się podczas konferencji ONZ w sprawie zmian klimatu (COP-26) w Glasgow w 2021 r., było to, że odnawialne źródła energii, takie jak energia słoneczna, wiatrowa i wodna, nie zawsze mogą być wykorzystywane do uzupełniania energii wytwarzanej z paliw kopalnych, ponieważ zależą od klimat. .

Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA) zauważyła, że ​​osiągnięcie zerowej emisji gazów cieplarnianych netto do 2050 r. będzie wymagało podwojenia energii jądrowej na całym świecie. Najważniejszym powodem jest to, że energia jądrowa ma wbudowaną elastyczność, aby radzić sobie z wahaniami popytu i podaży energii oraz aby utrzymać stabilność sieci. Oprócz wytwarzania energii elektrycznej elektrownie jądrowe mogą również wytwarzać wodór i pomagać w dekarbonizacji innych sektorów gospodarki. W rezultacie energia jądrowa ponownie pojawia się jako nieunikniona opcja dla wielu krajów.

Przeczytaj także | Wojna nuklearna: historia ostrych rozmów

Na przykład Chiny planują zbudować około 150 reaktorów w ciągu najbliższych 15 lat, kosztem około 440 miliardów dolarów. Indie badają wiele możliwości ograniczenia emisji dwutlenku węgla. Wszystkie elektrownie cieplne w kraju muszą zostać zamknięte do 2070 r. Rząd ogłosił cel potrojenia rocznej produkcji energii jądrowej w ciągu najbliższych 10 lat.

Członek NITI Aayog i naukowiec VK Saraswat w niedawnym wywiadzie dla PTI zasugerowali, że rząd powinien skoncentrować się na tworzeniu małych reaktorów modułowych, ponieważ pomogłoby to zaspokoić potrzeby energetyczne Indii i mogłoby zastąpić starzejące się elektrownie termoelektryczne.

Prostszy projekt, lepsza użyteczność

Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej (MAEA) definiuje małe reaktory jądrowe jako te o mocy do 300 MW-elektrycznych (MWe) – około jednej trzeciej mocy wytwórczych tradycyjnych elektrowni jądrowych. Reaktory te mogą być wykorzystywane do wytwarzania energii, obróbki cieplnej, odsalania lub innych zastosowań przemysłowych. W SMR jako paliwo stosuje się przede wszystkim nisko wzbogacony uran, a jako czynniki chłodnicze można stosować wodę lekką, gaz, ciekły metal lub stopioną sól. Modułowa konstrukcja umożliwia instalację tylu modułów, ile potrzeba. SMR, ze względu na ich mniejszą moc i modułowość, lepiej nadają się do obciążenia podstawowego i elastycznego trybu pracy, a tym samym są przyjazne dla sieci.

Małe reaktory są prostsze w konstrukcji, bardziej wytrzymałe niż większe oraz łatwiejsze w budowie i obsłudze. Najważniejszą cechą jest nieodłączne bezpieczeństwo reaktora. Istnieje zmiana paradygmatu w zakresie poziomu bezpieczeństwa w jego konstrukcji, bez dużych głównych systemów pompowania i rurociągów czynnika chłodniczego stosowanych w dużych elektrowniach jądrowych.

SMR zużywają znacznie mniejsze ilości paliwa w porównaniu do konwencjonalnych elektrowni. W przypadku nietypowych sytuacji reaktor zostanie bezpiecznie wyłączony i schłodzony bez udziału operatora i zewnętrznego źródła zasilania.

Duże konwencjonalne elektrownie jądrowe są zobowiązane do przygotowania planów operacyjno-ratowniczych poza terenem zakładu, obejmujących środki zaradcze, takie jak schronienie, dystrybucja granulek jodu i ewakuacja ludzi z sąsiedztwa w przypadku awarii z utratą chłodziwa, skutkującą dużymi emisjami radioaktywności do środowiska. Z drugiej strony, SMR, z ich wysokimi funkcjami bezpieczeństwa biernego, nie wymagają awaryjnych środków zaradczych dla sąsiedztwa.

Małe reaktory są podatne na standaryzację, co obniża koszt kapitału i minimalizuje wysiłek wymagany do spełnienia wymagań licencyjnych agencji regulacyjnych. Ponieważ reaktory SMR są tańsze, a czas ich budowy i licencjonowania krótszy niż w przypadku dużych reaktorów, ryzyko finansowe związane z zainwestowaniem dużej kwoty pieniędzy jest znacznie zmniejszone.

SMR są zaprojektowane tak, aby mogły być produkowane w fabryce poza zakładem, transportowane i montowane na miejscu. Prostota projektowania oznacza również łatwiejszą automatyzację, konserwację, kontrolę sprzętu i szkolenie operatorów. Ponieważ przestrzeń wymagana dla SMR jest znacznie mniejsza, można je łatwo zainstalować na terenach poprzemysłowych (wcześniej zagospodarowanych, które nie są używane), zastępując emerytowane elektrownie węglowe. Dzięki tym wszystkim zasobom SMR mogą lepiej wspierać ekonomiczne, środowiskowe i społeczne podstawy zrównoważonego rozwoju.

Wiele projektów SMR

Według Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej (MAEA) badanych jest ponad 70 projektów SMR w 17 krajach. Kilka krajów już zainwestowało w technologię SMR. Niedawno Komisja Regulacji Jądrowych Stanów Zjednoczonych zatwierdziła projekt NuScale Power dotyczący elektrowni o mocy 600 MW składającej się z 12 modułów SMR o mocy 50 MW. Część z nich musi zostać oddana do użytku przed 2030 rokiem.

W Rosji w 2019 roku oddano do użytku pływającą elektrownię wodno-ciśnieniową Akademik Łomonosow o mocy 77 MW. Rosyjski Rosatom buduje również reaktor SVBR-100, reaktor IV generacji oparty na metalowy czynnik chłodniczy o mocy 100 MW. Chiny niedawno zleciły demonstracyjne SMR chłodzone gazem modułowe złoże żwirowe (HTR-PM). Uważany za przemysłową instalację demonstracyjną, posiada dwa bloki reaktorów, które napędzają pojedynczą turbinę o mocy 200 MW.

W Wielkiej Brytanii Rolls Royce zakłada scentralizowaną fabrykę produkującą SMR. W Kanadzie firma Global First Power (GFP) złożyła wniosek o pozwolenie na przygotowanie terenu pod swój 15 MW termiczny mikromodułowy reaktor (MMR) w Chalk River w Ontario. W Polsce przedsiębiorstwo energetyczne, we współpracy z amerykańską firmą, zdecydowało się na instalację SMR na swoim terenie po wycofaniu starych elektrowni węglowych, efektywnie wykorzystując dostępne zasoby, takie jak przyłącza do sieci, wodociągi, obiekty budowlane i wykwalifikowani pracownicy.

Mapa drogowa do Indii

Katedra Energii Atomowej posiada kilkudziesięcioletnie doświadczenie w projektowaniu, budowie i eksploatacji małych reaktorów badawczych oraz dużych elektrowni jądrowych. Wykazał również swoją zdolność do budowy małych kompaktowych reaktorów dla atomowych okrętów podwodnych. Nisko wzbogacony uran wymagany do SMR można importować zgodnie z istniejącymi praktykami ochronnymi MAEA.

Podobnie jak Polska, Indie mogą również rozważyć instalację SMR tam, gdzie elektrownie węglowe przechodzą na emeryturę. W ramach projektu badawczego naukowcy z Narodowego Instytutu Badań Zaawansowanych w Bangalore ocenili kilka z tych potencjalnych terenów zdegradowanych pod kątem lokalizacji SMR.

Cel ograniczenia emisji dwutlenku węgla w określonych ramach czasowych można osiągnąć tylko wtedy, gdy będziemy w stanie zbudować na czas SMR z udziałem sektora prywatnego i publicznego, zgodnie z potrzebami. Aby to osiągnąć, rząd musi odpowiednio zmienić politykę sektora energetycznego i obecne procesy przeglądu regulacyjnego. Mogą one zapewnić bezpieczeństwo radiologiczne i środowiskowe oraz fizyczne obiektów jądrowych i pomogą zapewnić społeczną akceptację nowych reaktorów.

(Autor jest byłym dyrektorem (Bezpieczeństwo Radiologiczne), Rada Regulacji Energetyki Atomowej)