Co wiemy o reaktorach SMR?

Świat potrzebuje nowych technologii energetycznych! Dlaczego? To potrzeba wynikająca z kilku czynników, począwszy od ograniczeń w dostępie do źródeł energii oraz stopniowy wzrost jej kosztów, po niezbędne do przeprowadzenia procesy dekarbonizacji. W obliczu tego oraz niewystarczalności odnawialnych źródeł energii, transformacja energetyczna wydaje się być procesem niezbędnym. Elektrownie jądrowe zmniejszają emisję CO₂, tlenku siarki, azotu, pyłów. To stabilne i pewne zasilanie przy jednoczesnym stosunkowo niskim koszcie energii. Jednak duże reaktory konwencjonalne to olbrzymie pieniądze na ich budowę oraz czas potrzebny na wszelkie działania związane z pozwoleniami i budową. Częściową odpowiedzią na te problemy mogą być reaktory SMR. Potrzebujemy tańszej energii. A niższe koszty na etapie produkcji, krótszy czas realizacji i budowy oraz więcej możliwości na ich wykorzystanie pozwalają sądzić, że małe modułowe reaktory jądrowe odegrają istotną rolę we współczesnym i przyszłym świecie. To ciekawa alternatywa na pozyskiwanie zeroemisyjnej energii.

SMR czyli…

Reaktor modułowy SMR (Small Modular Reactor) jest to mały reaktor jądrowy. Punktem odniesienia może tu być podział zaproponowany przez Międzynarodową Agencję Energii Atomowej (MAEA), według której klasyczny reaktor ma moc 1000 MWe i wyższą, średni około 700 MWe, a reaktor mały to moc poniżej 300 MWe. Osobną podkategorią są bardzo małe reaktory vSMR o mocy poniżej 15 MWe.

Reaktory SMR są projektowane w technologii modułowej, co z założenia ma umożliwiać szybką i seryjną produkcję. Koncepcja opiera się na idei, że reaktory SMR są produkowane w fabryce w postaci modułów, które następnie składa się w całość w miejscu przeznaczenia. Istotą koncepcji małych reaktorów jądrowych są: prostota projektowania i wysoki poziom bezpieczeństwa pasywnego.

Jak to się zaczęło?

Po raz pierwszy reaktory tego typu zostały wykorzystane w łodziach podwodnych w połowie lat 50. XX wieku. W latach 60. wykorzystywano je jako źródło energii np. w amerykańskich stacjach radarowych i arktycznych. Mimo że technologia użyta w reaktorach SMR nie jest nowa, nadal jesteśmy w jej wczesnej fazie rozwoju. Do celów komercyjnych mały reaktor modułowy został po raz pierwszy użyty w roku 1991 w Chinach.    

Początkowo reaktorami SMR nazywano jedynie małe reaktory zbudowane z jednego modułu z załadowanym w nim paliwem. Następnie rozszerzono pojęcie SMR na reaktory o konstrukcji modułowej, które z gotowych elementów składa się w całość w miejscu przeznaczenia. Mimo upływu lat i wielu działań na całym świecie w kierunku reaktorów SMR, nadal nie ma ich wiele. Pierwsze reaktory SMR zostały uruchomione w Chinach i Rosji, od wielu lat w budowie jest reaktor SMR w Ameryce Południowej. Wiele projektów jest rozpoczętych. Prace trwają…

Typy reaktorów SMR

W 19 krajach na świecie trwają prace nad niemal 80 różnymi typami małych reaktorów jądrowych [1]. To m.in.:  

1)     Małe reaktory lekkowodne LWR, ciśnieniowe PWR oraz wrzące BWR;

2)     Małe reaktory IV generacji – np. reaktor chłodzony stopionymi solami MSR, reaktor wysokotemperaturowy HTR, chłodzony gazem HTGR, reaktor chłodzony sodem PRISM;

3)     Mikroreaktory – to reaktory o mocy około 5MWe;

4)     Reaktory mobilne – mogą być przemieszczane w zależności od zapotrzebowania. Idealnym przykładem są reaktory na pływającej rosyjskiej elektrowni Akademik Łomonosow;

5)     Reaktory prędkie (FM).

Zastosowanie reaktorów SMR

Reaktory SMR mają wiele zastosowań. Mogą one pełnić rolę zarówno jednostek sieciowych, jak i mniejszych jednostek odpowiednich dla przemysłu ciężkiego i zasilających odległe społeczności. Mogą być wykorzystane w produkcji ciepła systemowego oraz niskoemisyjnego wodoru. To idealne rozwiązanie dla przemysłu jako lokalne źródło ciepła czy miejskiej sieci ciepłowniczej. To także doskonałe wyjście dla lokalizacji położonych daleko od sieci przemysłowych. Stąd np. koncepcja rozwijana w USA oraz Rosji, której celem jest wykorzystanie SMR do zasilania energią elektryczną oddalonych od sieci przemysłowych niewielkich społeczności. Założonym przeznaczeniem dla reaktorów SMR są rozproszone, odizolowane systemy energetyczne. Mogą być one jednak też wykorzystywane w celu zaspokojenia potrzeb ciepłowniczych lub do produkcji wodoru i odsalania wody.

Technologia ta może też odegrać istotną rolę w procesie dekarbonizacji i zastępować likwidowane bloki w elektrowniach węglowych. Uznaje się, że reaktory SMR nie zastąpią konwencjonalnych reaktorów jako podstawowych elementów systemu energetycznego, nie są więc dla nich konkurencją. Mogą za to być idealnymi jednostkami uzupełniającymi.

Zalety

Wielkoskalowa energetyka jądrowa to ogromne wyzwanie, czas i pieniądze. To inwestycja trudna do zrealizowania dla każdego inwestora poza państwem. Odpowiedzią na potrzeby energetyczne może być więc mały reaktor jądrowy. Do jego niewątpliwych zalet należą:

– modułowość – pozwala na powtarzalność i seryjną produkcję większej liczby elementów, które można dowozić na miejsce przeznaczenia i montować. Korzystanie z gotowych modułów znacznie skraca czas realizacji i pozwala na budowę reaktora z gotowych modułów w miejscu jego przeznaczenia. Koncepcja wytwarzania gotowych modułów pozwala na automatyzację wielu procesów. To też może skutkować wyższą jakością niż w przypadku konstruowania całości bezpośrednio w miejscu przeznaczenia.

– prostsze finansowanie – reaktory SMR w prostszy sposób pozwalają sfinansować inwestycję. Mogą występować pojedynczo albo działać w grupie modułów, dzięki czemu można rozłożyć inwestycję na etapy, co z punktu widzenia prywatnego inwestora może być niezwykle ważną zaletą. To pozwala na płynne finansowanie inwestycji, a także umożliwia na bieżąco dostosowywać dalsze działania do istniejących potrzeb energetycznych. Dzięki temu, że do uruchomienia reaktora SMR potrzebny jest znacznie mniejszy kapitał niż przy konwencjonalnym reaktorze, rozwiązanie to może być dostępne dla prywatnych inwestorów.

– szerokie zastosowanie – to że reaktory SMR przeznaczone są do produkowania energii elektrycznej to oczywistość. Jednak zastosowane rozwiązanie pozwala rozszerzyć zakres ich wykorzystania do produkcji niskoemisyjnego wodoru, odsalania wody czy też w miejsce stopniowo demontowanych elektrowni węglowych. Ciekawym rozwiązaniem jest możliwość zastosowania reaktora SMR do budowy pływających reaktorów jądrowych bądź jako zapasowe źródło energii dla OZE.

– elastyczność inwestycji – dzięki dużej liczbie projektów, można dopasować projekt do potrzeb inwestora, a w zakresie jednej inwestycji daje możliwość na reagowanie na zmiany zapotrzebowania na energię, np. poprzez dodawanie modułów.

– zasięg – idea reaktorów SMR to z jednej strony większa liczba potencjalnych lokalizacji niż przy wielkoskalowym reaktorze jądrowym. Z drugiej zaś strony to możliwość instalowania bliżej odbiorców niż w przypadku reaktora konwencjonalnego, co znacząco wpływa na obniżenie kosztów sieci i przesyłu.

– czas – cała koncepcja opiera się na automatyzacji i modułowości. Daje to krótszy czas budowy niż przy konwencjonalnym reaktorze i powtarzalność, a z drugiej strony dostępność różnych modeli.

– wysoki poziom bezpieczeństwa – wynika on m.in. ze zmniejszonej częstotliwości uzupełniania paliwa. W konwencjonalnych reaktorach paliwo jest uzupełniane co 1-2 lata, w przypadku reaktorów SMR okres ten wynosi nawet od 3 do 7 lat [2]. 

– ułatwienia lokalizacyjne – technologia zastosowana w reaktorach SMR znacznie zmniejsza strefę wyłączenia wokół elektrowni w porównaniu do dużego reaktora konwencjonalnego. To niezwykle poszerza możliwości lokalizacyjne. Można je bowiem budować na terenach o słabo rozwiniętej sieci energetycznej. Są także doskonałym rozwiązaniem dla przemysłu, gdyż można je umieszczać w pobliżu instalacji przemysłowych. Reaktory SMR posiadają mniejsze wymagania, jeśli chodzi o dostęp do wody chłodzącej. Dzięki temu można je lokalizować także w głębi lądu, blisko potencjalnego odbiorcy [3].

Koncepcja reaktorów SMR opiera się na wykorzystaniu dwóch efektów: skali oraz synergii. Z jednej strony – automatyzacja na etapie produkcyjnym i zwiększenie możliwości zastosowania zwiększą popularność reaktorów SMR, co przyczyni się do zwiększenia ich produkcji i zmniejszy koszty.  Z drugiej zaś strony zadziała synergia, czyli współdziałanie dwóch lub więcej czynników, co przyniesie lepsze efekty.  

Bezpieczeństwo

Wyróżniamy dwa typy systemów bezpieczeństwa – aktywne oraz pasywne. Aktywny system bezpieczeństwa wymaga zasilania lub interwencji człowieka. Pasywny system bezpieczeństwa opiera się na zjawiskach naturalnych (np. konwekcja, grawitacja, zmiana właściwości fizycznych pod wpływem temperatury) i nie wymaga ani zasilania, ani działania człowieka.

Reaktory SMR z założenia mają opierać się na pasywnych systemach bezpieczeństwa. Mniejsza moc reaktorów pozwala na uproszczenie układów bezpieczeństwa, a zastosowana technologia pozwoli także na rzadsze uzupełnianie paliwa.

Dodatkowo możliwość umiejscowienia instalacji pod powierzchnią ziemi lub wody zabezpiecza przed zagrożeniami naturalnymi (jak np. tsunami) oraz zewnętrznymi (terroryzm, upadek samolotu) [3].

Przeszkody

Mówiąc o reaktorach modułowych SMR, nie można nie wspomnieć o przeszkodach. Wynikają one w dużej części z faktu, że jest to, mimo lat, które upłynęły, młoda technologia, we wczesnej fazie rozwoju, co przy jednoczesnym dużym zapotrzebowaniu, rodzi dużo niebezpieczeństw. Na chwilę obecną jedynie w Chinach i Rosji mają miejsce zaawansowane projekty pilotażowe.

– modułowość – mimo niewątpliwych plusów, które wynikają z zastosowanej technologii SMR, należy też zwrócić uwagę na utrudnienia, na sprawy do załatwienia i dopracowania. Z modułowości wynika konieczność transportu gotowych modułów do miejsca przeznaczenia. Stąd niezbędnym jest opracowanie odpowiednich dla takich gabarytów środków transportu. W przypadku większych modułów preferowanym wyborem jest transport wodny, średnie moduły to kolej, natomiast z uwagi na największe ograniczenia, z transportu drogowego można skorzystać tylko w przypadku modułów do ok. 22 ton [3].

Modułowość skraca czas potrzebny na budowę SMR w miejscu jego przeznaczenia. Ale jednocześnie wymaga dodatkowego czasu na przygotowanie modułów, projektów, szczegółowe opracowania w celu idealnego dopasowania submodułów oraz zapewnienia powtarzalności.    

– licencjonowanie – z uwagi na to, że reaktory SMR to ciągle nowa i raczkująca technologia, brakuje jasnych przepisów, wytyczonych ścieżek postępowania, to proces, który dopiero się kształtuje i trwa. Potrzeba przepisów i zmian legislacyjnych, które udrożnią proces licencjonowania elektrowni jądrowych. Służą temu m.in. takie zmiany w prawie, jak nowelizacja tzw. specustawy jądrowej z kwietnia 2023 roku (Dz.U. 2023 poz. 595) [4]. Specustawa jądrowa porządkuje początkowe etapy inwestycji i ustanawia nową kolejność uzyskiwania pozwoleń. Zgodnie ze zmianami pierwszym etapem dla inwestora jest zdobycie tzw. decyzji zasadniczej [5], która warunkuje ubieganie się przez inwestora o wydanie pozwolenia na budowę. Dopiero po jej wydaniu inwestor stara się o decyzję lokalizacyjną (wraz z załączonymi: decyzją o środowiskowych uwarunkowaniach i raportem lokalizacyjnym). Pierwotnie, przed zmianami wprowadzonymi specustawą jądrową, decyzja zasadnicza była wydawana po uzyskaniu decyzji lokalizacyjnej i po przeprowadzeniu wszelkich postępowań związanych z ustaleniem lokalizacji pod inwestycję.

Szybsze licencjonowanie reaktorów SMR jest niezbędne i możliwe. Pozwolą na to zarówno mniejsze rozmiary, mniejsza ilość materiałów rozszczepialnych, jak i szereg zastosowanych w tej technologii pasywnych systemów bezpieczeństwa.

Przyszłość reaktorów SMR

Czy małe reaktory modułowe się przyjmą? Czy będą częstym wyborem? Odpowiedź jest jedna – to zależy! Czynników, które wpłyną na dalszy los reaktorów SMR i ich rolę w gospodarce jest wiele. Oczy wszystkich zwrócone będą na wdrożenie w życie pierwszych komercyjnych modeli. Wyzwaniami zapewne będą: gospodarka odpadami promieniotwórczymi, dezinformacja oraz przekonanie lokalnych społeczności. Niebagatelną kwestią jest też dostosowanie prawa oraz ułatwienie przeprowadzenia certyfikacji reaktorów oraz uzyskania niezbędnych decyzji. W chwili obecnej inwestycje w rynek reaktorów SMR wydają się być niepewne, a konkretne wsparcie ze strony państwa w jego wdrożenie jest koniecznością.

Niezwykle istotną rolę w sukcesie lub porażce projektu odegra niewątpliwie kampania informacyjna. To od jej skuteczności może w dużej mierze zależeć powodzenie dalszych prac nad reaktorami SMR. Mniejsze moce oraz możliwość stawiania reaktorów SMR blisko miast, otwierają nowe możliwości na rozwój tego typu źródeł energii jądrowej. Jeśli małe reaktory modułowe mają towarzyszyć ludziom, muszą oni z jednej strony rozumieć ideę, z drugiej zaś posiadać wiedzę o bezpieczeństwie zastosowanych rozwiązań oraz korzyściach płynących z energetyki jądrowej. Stąd też np. nałożony na gminy przez nowelizację specustawy [4] obowiązek informowania mieszkańców o dochodach z tytułu podatku od nieruchomości płaconego przez właściciela elektrowni jądrowej [6].  

Modułowe reaktory jądrowe mogą odegrać ważną rolę w świecie energii, z całą pewnością jednak nie zastąpią ani dużych reaktorów, ani odnawialnych źródeł energii. Małe reaktory jądrowe to uzupełnienie, a nie alternatywa. To uzupełnienie, które może być doskonałą odpowiedzią na wiele współczesnych i przyszłych problemów.

Na losy technologii SMR w Polsce zapewne wpłynie inwestycja na Pomorzu, w gminie Choczewo i zaplanowana tam budowa dużego konwencjonalnego reaktora. Pierwszy reaktor jądrowy z pewnością wpłynie na rozwój technologii SMR w Polsce, utoruje im drogę lub uwydatni przeszkody. A o konkretnych działaniach i planach Polski w zakresie technologii jądrowej zapraszamy do naszego następnego artykułu.   

PYTANIE – KONKRETNA ODPOWIEDŹ!

Czy reaktory SMR zastąpią duże konwencjonalne reaktory?

Reaktory SMR to idealne uzupełnienie a nie alternatywa dla dużych konwencjonalnych reaktorów jądrowych. Są tańsze, mniejsze i szybsze w budowie, co sprawia, że mogą być dostępne dla większej liczby inwestorów. To doskonała odpowiedź na miejscowe problemy energetyczne i nowe możliwości.

Jakie są najważniejsze zastosowania reaktorów SMR?

Głównym wykorzystaniem małych reaktorów jest oczywiście dostarczanie energii elektrycznej. To doskonałe rozwiązanie dla miejskiej sieci ciepłowniczej i przemysłu jako lokalne źródło ciepła. Mogą być także użyteczne przy odsalaniu wody czy produkcji wodoru.

Jak działają małe reaktory jądrowe?

Reaktory SMR działają na takiej samej zasadzie jak duże konwencjonalne reaktory – rozszczepiania ciężkich pierwiastków. Istnieje jednak wiele różnych typów projektów, np. reaktory lekkowodne, chłodzone stopionymi solami lub gazem.  

[1] https://www.neimagazine.com/features/featureiaea-ups-support-for-smrs-10528638  [dostęp: 31.10.2023]

[2] https://pie.net.pl/wp-content/uploads/2023/06/Reaktory-SMR.pdf [dostęp: 31.10.2023]

[3] https://sobieski.org.pl/wp-content/uploads/Raport-SMR-dla-Polski-Instytut-Sobieskiego-12-2019.pdf [dostęp: 31.10.2023]

[4] Ustawa z dnia 9 marca 2023 r. o zmianie ustawy o przygotowaniu i realizacji inwestycji w zakresie obiektów energetyki jądrowej oraz inwestycji towarzyszących oraz niektórych innych ustaw (Dz.U. 2023 poz. 595) https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=WDU20230000595 [dostęp: 31.10.2023]

[5] Art. 3a. 1. Rozdziału 1a Ustawy z dnia 9 marca 2023 r. o zmianie ustawy o przygotowaniu i realizacji inwestycji w zakresie obiektów energetyki jądrowej oraz inwestycji towarzyszących oraz niektórych innych ustaw (Dz.U. 2023 poz. 595) brzmi:

Decyzja zasadnicza określa dozwolone parametry inwestycji w zakresie budowy obiektu energetyki jądrowej i uprawnia do ubiegania się o uzyskanie decyzji o ustaleniu lokalizacji inwestycji w zakresie budowy obiektu energetyki jądrowej oraz innych decyzji niezbędnych do przygotowania, realizacji i użytkowania inwestycji w zakresie budowy obiektu energetyki jądrowej. Decyzja zasadnicza zabezpiecza interes publiczny pod względem celów polityki państwa, w tym polityki energetycznej, oraz bezpieczeństwa państwa.

Art. 3e. Rozdziału 1a Ustawy z dnia 9 marca 2023 r. o zmianie ustawy o przygotowaniu i realizacji inwestycji w zakresie obiektów energetyki jądrowej oraz inwestycji towarzyszących oraz niektórych innych ustaw (Dz.U. 2023 poz. 595) brzmi:

Decyzja zasadnicza określa następujące dozwolone parametry inwestycji w zakresie budowy obiektu energetyki jądrowej:

1) wskazanie gmin, na których obszarze dozwala się lokalizację inwestycji w zakresie budowy obiektu energetyki jądrowej, spośród gmin wskazanych we wniosku o wydanie decyzji zasadniczej;

2) dozwoloną maksymalną moc zainstalowaną oraz dozwolone rodzaje technologii reaktorowych spośród technologii wskazanych we wniosku o wydanie decyzji zasadniczej – w przypadku elektrowni jądrowej;

3) dozwolone rodzaje technologii składowania odpadów promieniotwórczych spośród technologii wskazanych we wniosku o wydanie decyzji zasadniczej oraz maksymalną pojemność składowiska odpadów promieniotwórczych – w przypadku składowiska odpadów promieniotwórczych.

[6] Art. 5a. 1. Ustawy z dnia 9 marca 2023 r. o zmianie ustawy o przygotowaniu i realizacji inwestycji w zakresie obiektów energetyki jądrowej oraz inwestycji towarzyszących oraz niektórych innych ustaw (Dz.U. 2023 poz. 595) brzmi:

1. Gmina, która otrzymała opłatę, o której mowa w art. 50 ust. 1, upowszechnia na swoim terenie informację o wykorzystaniu tej opłaty. W informacji wskazuje się w szczególności podstawę otrzymywania opłaty przez gminę, kwotę opłaty otrzymaną w roku poprzednim oraz jej procentowy udział w dochodach i wydatkach gminy.

2. Upowszechnianie informacji, o której mowa w ust. 1, odbywa się w szczególności przez:

1) zamieszczenie na stałe, w widocznym miejscu, na stronie internetowej gminy;

2) zamieszczenie w formie ogłoszenia w siedzibie urzędu gminy;

3) doręczenie ulotki wraz z decyzją, o której mowa w art. 6 ust. 7 ustawy z dnia 12 stycznia 1991 r. o podatkach i opłatach lokalnych (Dz. U. z 2023 r. poz. 70).

3. Koszty upowszechniania informacji, o której mowa w ust. 1, ponosi gmina.

4. Gmina przekazuje ministrowi właściwemu do spraw energii roczne sprawozdanie z wykonania obowiązku, o którym mowa w ust. 1, w terminie do dnia 31 stycznia danego roku za rok poprzedni.