Reklama

Wśród firm energetycznych trwa wyścig, aby energia jądrowa radykalnie zmieniła kierunek rozwoju. Chodzi o ożywienie branży. Przedsiębiorstwa na całym świecie, w tym NuScale Power LLC w USA, China National Nuclear Corp. i rosyjski Rosatom, opracowują nową generację reaktorów, które będą o ponad 90 proc. mniejsze niż ogromne obiekty, które dominowały branżę przez dekady. Nowy model reaktora jądrowego zmieści nawet w domu jednorodzinnym.

Nowe elektrownie są zaprojektowane w taki sposób, aby były szybsze i łatwiejsze w budowie. Może to sprawić, że energia jądrowa stanie się opcją bardziej przystępną cenowo i czystszą, szczególnie w krajach rozwijających się, które nie potrzebują wielkich reaktorów.

Czy to wystarczy, aby mini-reaktory odniosły sukces? Choć niektórzy działacze na rzecz klimatu z zadowoleniem przyjmują potencjał rozwoju energetyki bez emisji dwutlenku węgla, to jednak nie są całkowicie przekonani do tego argumentu. Nadal martwią się o swoje bezpieczeństwo. A przy spadających kosztach energii słonecznej i wiatrowej niektórzy zastanawiają się, czy małe reaktory mają sens ekonomiczny.

OZE nie wystarczy?

W miarę jak rządy na całym świecie ustalają ambitne plany pozbycia się paliw kopalnych, rośnie też świadomość, że zamknięcie elektrowni węglowych lub gazowych może doprowadzić do niedoborów energii elektrycznej, czego najlepszym przykładem są niedawne przerwy w dostawie prądu w Kalifornii.

Energia jądrowa stanowi 20 proc. energii w USA, a liczba ta mogłaby wzrosnąć, gdyby w celu ułatwienia dekarbonizacji powstały małe elektrownie jądrowe. Zwolennicy tego kierunku spodziewają się renesansu energii jądrowej, który może poskutkować globalnymi inwestycjami o wartości 5,9 bln dolarów do 2050 roku.

„Przynajmniej na razie i w dającej się przewidzieć przyszłości trudno jest wyobrazić sobie system energii oparty wyłącznie na odnawialnych źródłach energii” - uważa Chris Colbert, dyrektor ds. strategii w NuScale z siedzibą w Portland w stanie Oregon.

Zwolennicy koncepcji mini-elektrowni twierdzą, że małe modułowe reaktory, czyli SMR, jak się je ogólnie nazywa, można budować w fabrykach, dostarczać ciężarówką lub pociągiem, a następnie montować na miejscu, oszczędzając czas i pieniądze. Zakłady użyteczności publicznej będą mogły zainstalować jedną lub kilka takich jednostek. Potencjalny rynek dla małych reaktorów może rozszerzyć się o kraje, które nie potrzebują dużej konwencjonalnej elektrowni jądrowej. Niektóre projekty zapewnią również ciepło przemysłowe oraz energię elektryczną - jednym z potencjalnych zastosowań są odległe wioski na dalekich północnych szerokościach geograficznych, które potrzebują obu tych mediów.

China National Nuclear jako pierwsza przeszła ocenę bezpieczeństwa Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej (MAEA) dla projektu SMR. Firma rozpoczęła budowę wersji demonstracyjnej swojego 125-megawatowego reaktora Nimble Dragon w 2019 r. W Rosji Rosatom w zeszłym roku wprowadził pierwszy na świecie operacyjny SMR na statku, który można wysłać w dowolny punkt świata. Firmy w Korei Południowej, Kanadzie i Wielkiej Brytanii również opracowują podobne projekty.

Mniejszy rozmiar, niższy koszt, większe bezpieczeństwo?

W Stanach Zjednoczonych NuScale pracuje nad projektem reaktora o mocy 60 megawatów, wystarczającego do zasilania 48 tys. domów w USA, a jego projekt właśnie uzyskał w tym miesiącu zgodę Komisji Regulacji Jądrowej. Cylindryczny generator mocy miałby około 65 stóp (19,8 m) wysokości i 9 stóp (2,74 m) średnicy. To niewiele w porównaniu z dużymi, konwencjonalnymi reaktorami, które zwykle mają około 1000 megawatów mocy. I jest tańszy. Pojedyncza elektrownia z 12 połączonymi ze sobą modułami reaktorów NuScale kosztowałaby około 3 mld dolarów. To mało w porównaniu z niektórymi dużymi projektami, których koszt przekracza 20 mld dolarów w przypadku konwencjonalnych elektrowni jądrowych. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, to pierwsza komercyjna elektrownia NuScale zostanie uruchomiona w Idaho w 2029 roku.

Projekt NuScale opiera się na ciśnieniowych reaktorach wodnych, które są obecnie szeroko stosowane w konwencjonalnych elektrowniach jądrowych, więc technologia jest znana regulatorom i projektantom.

Inni próbują odmiennych technologii. Oklo Inc., z siedzibą w Sunnyvale w Kalifornii pracuje nad tak zwanym szybkim reaktorem, który może wykorzystywać jako paliwo odpady jądrowe z istniejących elektrowni i jest chłodzony ciekłym metalem alkalicznym zamiast wody. Miliarder Bill Gates wspiera firmę projektującą reaktory jądrowe TerraPower LLC, która pracuje nad innym typem szybkiego reaktora, który jako chłodziwo wykorzystuje płynny sód.

„Trwa wyścig, jakby u zarania energii jądrowej” - ocenia Ted Jones, starszy dyrektor ds. bezpieczeństwa narodowego i programów międzynarodowych w stowarzyszeniu branżowym Nuclear Energy Institute.

Projektanci reaktorów twierdzą, że małe zakłady są również bezpieczniejsze. Głównym zagrożeniem ze strony elektrowni jądrowej jest możliwość wycieku promieniowania, ale ponieważ mniejsze reaktory mają mniej materiału rozszczepialnego w swoich rdzeniach, istnieje mniejsze ryzyko. NuScale twierdzi, że projekty tej firmy mogą być instalowane w basenach z wodą podziemną, co zminimalizuje ryzyko awarii, ponieważ nie będą potrzebować pomp do cyrkulacji wody do chłodzenia.

Zagrożenia

Ale wraz z mniejszymi rozmiarami, te nowe projekty mogą mieć również mniejsze i słabsze systemy do kontrolowania potencjalnego wycieku promieniowania, ocenia Edwin Lyman, dyrektor ds. bezpieczeństwa energetyki jądrowej w Union of Concerned Scientists. To niepokojące, ponieważ pojawiła się również potrzeba budowania SMR bliżej skupisk ludności, powiedział.

„Można mieć mniejszy reaktor, ale słabszą ochronę i mniejszą odległość od skupisk ludności” - powiedział Lyman. „Paradoksalnie, mały reaktor może uwolnić więcej materiału niż duży reaktor”.

Mini-reaktory ożywią branżę?

Małe reaktory są postrzegane jako klucz do ożywienia branży, która obecnie jest daleka od rozkwitu. Budowa konwencjonalnych elektrowni jądrowych jest na najniższym poziomie od 10 lat. Według BloombergNEF w pierwszym kwartale na całym świecie w budowie były 52 reaktory. To najmniej od dekady. Ponad 20 proc. tych projektów stoi przed wyzwaniami, które mogą je wykoleić. Chodzi m.in. o problemy finansowe czy opozycję polityczną.

Jedynym projektem jądrowym w Stanach Zjednoczonych są dwa reaktory w Plant Vogtle w Georgii, który jest teraz opóźniony o wiele lat i podwoił koszty do ponad 28 mld dolarów. Budowa dwóch nowych reaktorów o wartość 21 mld dolarów w elektrowni atomowej V.C. Summer w amerykańskim stanie Południowa Karolina została zawieszona w 2017 roku po bankructwie głównego wykonawcy.

Zmiany klimatyczne będą sprzyjać atomowi

Ten i inne przykłady pokazują, że energetyka jądrowa nie jest w najlepszej kondycji. Jednak Brett Rampal, kierownik zespołu jądrowego w grupie badawczej Clean Air Task Force uważa, że małe reaktory mogą to zmienić, a katalizatorem tych zmian będą wysiłki mające na celu powstrzymanie zmian klimatycznych. Kierując się planem Kalifornii, która chce całkowicie wyeliminować emisję dwutlenku węgla do 2045 roku, kilkanaście stanów i obszarów administracyjnych w USA zaczęło wymagać bezemisyjnych sieci elektroenergetycznych.

Podczas gdy liczba instalacji słonecznych i wiatrowych rośnie, to jednak nie mogą one dostarczać energii elektrycznej przez całą dobę. Między innymi dlatego w Kalifornii, która w ostatnich latach wycofała 9 gigawatów z elektrowni gazowych, na początku tego miesiąca wystąpiły braki i przerwy w dostawie prądu, ponieważ fala upałów spowodowała wzrost zapotrzebowania na energię. Zamykanie elektrowni podstawowego obciążenia może stworzyć lukę, wyjaśnia Rampal. „Te zaawansowane reaktory mogą ją wypełnić” - dodaje.

Reaktor Oklo miałby moc 1,5 megawata wystarczającą do zasilenia około 1200 domów w USA. Jednocześnie byłby wystarczająco mały, aby zmieścić się w domu. W marcu NRC zaakceptował wniosek firmy o licencję, jako pierwszy zastosował nowy proces oceny, który agencja wdrożyła w celu przyspieszenia procesu przeglądu. Jacob DeWitte, dyrektor generalny i współzałożyciel firmy Oklo, spodziewa się, że projekt może uzyskać zatwierdzenie w ciągu dwóch lat, a system może działać już rok później.

Koszty

Ale pojawiają się pytania o to, czy małe elektrownie jądrowe będą konkurencyjne kosztowo w dobie odnawialnych źródeł energii. Na przykład NuScale dąży do budowy elektrowni, która może sprzedawać energię za 55 USD za megawatogodzinę. TerraPower opracowuje reaktor o mocy 345 megawatów, którego koszt energii elektrycznej wyniesie 50 dolarów za megawatogodzinę. Można go połączyć z systemem, który magazynuje ciepło w stopionej soli w celu wytworzenia dodatkowej mocy w okresach dużego zapotrzebowania. Dyrektor generalny firmy Chris Levesque uważa, że zwiększy to moc do 500 megawatów i obniży koszty do 40 USD. Oczekuje się, że system TerraPower będzie kosztował miliard dolarów, a Levesque zapowiada, że instalacja demonstracyjna może działać w 2028 roku. Taka elastyczność byłaby bardzo pomocna w takich przypadkach, jak obecne problemy Kalifornii.

Z kolei energia wiatrowa w większości krajów na świecie kosztuje obecnie około 44 USD za megawatogodzinę, a energia słoneczna 50 USD. Według BloombergNEF do końca dekady w niektórych regionach cena energii odnawialnej spadnie poniżej 20 USD za megawatogodzinę. W tej sytuacji „logika stojąca za budowaniem małych modułowych reaktorów nie będzie miała sensu ekonomicznego” - ocenia Lyman.