Neutralność emisyjna do 2050 r. jako główny cel przyświecający Unii Europejskiej to wyzwanie dla państw członkowskich, które muszą przekierować swoją politykę energetyczną na niskoemisyjne tory. W przypadku Polski szansą na przyspieszenie transformacji mogą okazać się małe reaktory modułowe mające szeroki potencjał zastosowania nie tylko w przemyśle

Transformacja energetyczna Polski nie powinna opierać się jedynie na odnawialnych źródłach energii (OZE). Należy stawiać na zbilansowany rozwój. Istotnym elementem rozbudowy sieci energetycznej powinna być koncepcja reaktorów jądrowych małej lub średniej mocy, zwanych inaczej małymi reaktorami modułowymi (SMR) – wynika z przygotowanego przez Instytut Sobieskiego raportu: „Małe modułowe reaktory (SMR) dla Polski”.
Budowę „floty” małych elektrowni jądrowych z reaktorem BWRX-300 zaplanowały PKN Orlen i Synthos Green Energy, które utworzą w tym celu spółkę joint venture Orlen Synthos Green Energy. Jej zadania to: promocja technologii, wspieranie rozwoju rozwiązań prawnych, badanie poszczególnych lokalizacji pod kątem budowy instalacji, realizacja wspólnych inwestycji, a w końcu także produkcja energii i ciepła na potrzeby własne, komunalne i komercyjne. Partnerem przedsięwzięcia jest GE Hitachi Nuclear Energy.
Energetyka jądrowa to jedno z najtańszych źródeł wytwarzania energii. PKN Orlen liczy, że inwestycja w mikro i małe reaktory jądrowe pozwoli na dalszy intensywny rozwój całej Grupy Orlen i pomoże zdecydowanie zredukować emisje dwutlenku węgla. Energetyka oparta m.in. na reaktorach modułowych będzie atrakcyjnym uzupełnieniem portfolio energetycznego opartego o odnawialne źródła energii i gaz. Przyspieszenie wdrożenia małych reaktorów jądrowych umożliwi koncernowi lepsze zbilansowanie portfela aktywów wytwórczych oraz budowę niskoemisyjnego i innowacyjnego segmentu energetyki.

Atom orężem dekarbonizacji

– Podpisanie umowy inwestycyjnej zakładającej powstanie spółki rozwijającej technologię małych reaktorów jądrowych przez PKN Orlen i Synthos Green Energy jest pierwszym krokiem do udziału w nowym, międzynarodowym, tworzącym się rynku SMR – ocenia Anna Przybyszewska, ekspert Instytutu Sobieskiego i autorka raportu „Małe modułowe reaktory (SMR) dla Polski”. Jak dodaje, trzeba jednak pamiętać, że bez stabilnego otoczenia regulacyjnego i politycznego nie będzie możliwe podjęcie skutecznych przedsięwzięć w ramach energetyki jądrowej. – Konieczne jest dostosowanie polskich regulacji dla SMR i dla ich nieelektrycznego wykorzystania – podkreśla. W tym kontekście znaczenia nabiera wspieranie rozwoju rozwiązań prawnych, które stanowi jeden z celów spółki joint venture Orlen Synthos Green Energy.
Według Przybyszewskiej jednocześnie Polska, z uwagi na wyzwania transformacji energetycznej, powinna starać się na arenie międzynarodowej o uznanie energetyki jądrowej jako technologii „zielonej i zrównoważonej”, aktywnie włączyć się we współpracę m.in. w międzynarodowym systemem licencjonowania reaktorów. – Dzięki tej technologii możliwa będzie nie tylko transformacja energetyczna, ale i taka, która prowadzi do nowoczesnego i wysoko rozwiniętego państwa – uważa.
Eksperci są zdania, że rozwój technologii SMR może następować równolegle do implementacji dużego atomu. – Nie powinna istnieć konkurencja między SMR i wielkoskalową energetyką jądrową z uwagi na specyfikę poszczególnych rynków zbytu oraz konieczność zaspokajania różnych potrzeb odbiorców, a także odmienne poziomy ich dojrzałości technologicznej. Podobnie jest w przypadku technologii gazowych (bloki gazowo-parowe oraz elektrownie szczytowe), które traktowane są jako przejściowe, transformacyjne rozwiązanie na najbliższe dwie dekady dla palącego problemu obniżenia emisji CO2. Natomiast SMR mogą stanowić rozwiązanie docelowe dla źródeł małej i średniej mocy – ocenia Przybyszewska.
Na rolę atomu w kontekście dekarbonizacji zwraca uwagę również Adam Rajewski z Wydziału Mechanicznego Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej. – W Polsce musimy postawić sobie najważniejsze pytanie, po co chcemy wybudować energetykę jądrową i kto ją chce wybudować. Nie da się rozwinąć energetyki jądrowej bez istotnej roli państwa, dlatego że państwo musi chociażby przygotować porządek prawno-regulacyjny. Żeby państwo podjęło ten wysiłek, musi dostać coś w zamian. Moim zdaniem tym czymś jest istotna redukcja emisji CO2. Oprócz pandemii nie ma obecnie większego wyzwania cywilizacyjnego niż kwestie związane ze zmianami klimatu i zmniejszeniem emisji gazów cieplarnianych – mówi Rajewski. Jak dodaje, uzyskanie takiego efektu wymaga rozwoju energetyki jądrowej na dużą skalę, co oczywiście nie wyklucza równoległej budowy instalacji mniejszych i większych.

Zamiast węgla

Obecnie wszystkie główne klasy reaktorów jądrowych (dużych jednostek) mają swoje odzwierciedlenie w SMR: reaktory wodne, reaktory chłodzone gazem, sodem, stopionymi solami lub ciekłym metalem oraz pracujące na neutronach termicznych lub prędkich – zauważa Przybyszewska. Jak mówi, najszybciej mogłyby zostać wdrożone w Polsce SMR oparte na technologii LWR (ang. Light Water Reactor) z uwagi na stosunkowo wysoki poziom gotowości technicznej i wysokie prawdopodobieństwo wprowadzenia na rynek komercyjny ok. 2025 r.
Reaktory BWRX-300, które planują wybudować Orlen i Synthos, to właśnie reaktory lekkowodne LWR o mocy elektrycznej 300 MW, który może wyprodukować rocznie do 2,4 TWh czystej energii elektrycznej, co jest równe zapotrzebowaniu miasta liczącego 100–150 tys. mieszkańców.
Zgodnie z intencją pomysłodawców reaktory BWRX-300 będą stanowić wsparcie dla procesu transformacji polskiego sektora energetycznego i uzupełnienie miksu energetycznego o zeroemisyjne, stabilne źródła. Pojedynczy reaktor modułowy o mocy ok. 300 MW może zapobiec emisji od 0,3 do 2 mln ton dwutlenku węgla rocznie, w zależności od rodzaju zastępowanego paliwa (np. węgla kamiennego lub brunatnego).
PKN Orlen wskazuje, że skala wyłączeń źródeł energii opartych na węglu w Polsce w połączeniu z prognozowanym rosnącym zapotrzebowaniem na energię elektryczną powoduje, że BWRX-300 jest rozwiązaniem, które idealnie wpasowuje się w potrzeby transformacji energetycznej Polski. Zwłaszcza że przeprowadzone analizy pokazują, że mamy ponad 120 jednostek generujących prąd lub energię cieplną o mocy powyżej 200 MW, które w ciągu najbliższych dekad muszą zostać wyłączone. Szacuje się, że łącznie do 2035 r. z krajowego systemu energetycznego wypadnie ok. 14 GW mocy, zaś w 2050 r. w Polsce luka w zapotrzebowaniu na energię elektryczną może wynieść nawet 190 TWh. To więcej niż dziś wynosi roczne zużycie w kraju.
SMR-y mogą umożliwić czyste wytwarzanie energii elektrycznej z dużą elastycznością przy kosztach konkurencyjnych względem elektrowni opalanych gazem ziemnym. Szacowany koszt produkcji 1 MWh energii elektrycznej przy wykorzystaniu BWRX-300 będzie docelowo o ok. 30 proc. niższy niż w przypadku energii z gazu, co przemawia za wykorzystaniem małego atomu w elektroenergetyce. – Już od lat 30. XXI w. w warunkach Polski SMR mogłyby być uzupełnieniem dla OZE w podobny sposób, jak robią to dziś bloki źródeł gazowych, stanowiąc alternatywne źródło ciepła dla lokalnych rynków ciepła, a także znaleźć zastosowanie w przemyśle. Ta perspektywa nie powinna być jednak hamulcem dla rozwoju projektów gazowych potrzebnych „tu i teraz” – wskazuje Przybyszewska.
Na długofalową korzyść małego atomu przemawia niskie LCOE (średni koszt wytwarzania energii elektrycznej) przy produkcji energii z wykorzystaniem SMR-ów, co umożliwiłoby obniżkę cen prądu w Polsce. Adam Rajewski, komentując potencjał atomu, zauważa z kolei, że elektrownie jądrowe gwarantują dość stabilne koszty energii. – To nawet nie chodzi o to, że one są skrajnie niskie, ale o to, że one są przewidywalne w perspektywie kilkudziesięciu lat. W przypadku źródeł odnawialnych jest tak, że one dają w tej chwili bardzo tanią energię, ale problem zaczyna się wtedy, kiedy nie wieje wiatr i nie świeci słońce . Natomiast zarówno atom, jak i OZE mają do odegrania swoją rolę – ocenia.

SMR dla przemysłu

Pomysłodawcy budowy reaktorów BWRX-300 w Polsce wskazują, że branże energochłonne powinny jak najszybciej przejść na niskoemisyjną energię. W przeciwnym przypadku polski przemysł będzie coraz mniej konkurencyjny względem podmiotów z krajów o dużym udziale bezemisyjnej energii, które nie będą obarczone wysokimi kosztami uprawnień do emisji dwutlenku węgla. W tym kontekście wybór technologii SMR wydaje się uzasadniony.
– PKN Orlen jako firma zajmująca się produkcją rafineryjną i petrochemiczną potrzebuje w swoich zakładach przemysłowych dużej ilości ciepła i prądu. Na przykład w Płocku wykorzystujemy moce elektrociepłowni zasilanej gazem ziemnym i ciężkim olejem opałowym, który pozostaje po przerobie ropy naftowej. Ta jednostka jest jednym z największych źródeł emisji w grupie kapitałowej w Polsce – mówi Karol Wolff, dyrektor Biura Strategii i Projektów Strategicznych w PKN Orlen. – Zastąpienie emisyjnych jednostek generowania ciepła i energii elektrycznej SMR-ami pozwoli na dostarczenie czystej energii elektrycznej, jak i ciepła technologicznego do zakładów produkcyjnych, i tu widzimy potencjał wymiany źródeł na niskoemisyjne. Tym bardziej że skala tych jednostek jest porównywalna – tłumaczy.
Elektrociepłownia w Płocku ma moc 350 MW, czyli prawie tyle samo co pojedynczy reaktor BWRX-300. Wolff podkreśla przy tym, że na razie nie wiadomo, gdzie zostaną wybudowane SMR-y, decyzję o lokalizacji małych reaktorów musi bowiem poprzedzić szereg szczegółowych analiz.
Adam Rajewski podkreśla, że elektrownia nie musi być nawet zlokalizowana bezpośrednio przy rafinerii i przywołuje model Mankala wykorzystywany w Finlandii.

Czyste ciepło

Inicjatorzy budowy małego atomu w Polsce dostrzegają również jego potencjał pod kątem ciepła sieciowego. Polska ma największą liczbę mieszkańców w UE korzystających z ciepła systemowego, a z drugiej strony wytwarzanie energii cieplnej jest uzależnione od węgla jeszcze bardziej niż produkcja prądu. Węgiel wraz z olejem opałowym odpowiadają obecnie za prawie 80 proc. podstawy miksu energetycznego w ciepłownictwie. Jednocześnie ok. 87 proc. węgla spalanego w UE na cele ogrzewania indywidualnego zużywają mieszkańcy Polski.
Likwidacja problemu smogu oraz redukcja emisji CO2 wymagają odejścia od węgla jako paliwa w ciepłownictwie. Tu z pomocą mogą przyjść SMR-y. Specyfikacja i parametry techniczne powodują, że BWRX-300 jest optymalnym rozwiązaniem pod kątem wytwarzania energii cieplnej. Moc cieplna reaktora to 870 MWt.
– Jest to potencjalny kierunek wykorzystania technologii SMR w segmencie komunalnym. Mało efektywna jest produkcja ciepła z energii elektrycznej pochodzącej z OZE. Wytwarzanie energii elektrycznej można dekarbonizować, stosując odnawialne źródła energii, produkcję ciepła trochę trudniej. Dlatego wykorzystanie małych reaktorów jądrowych nabiera tutaj znaczenia – wskazuje Wolff.
W raporcie Instytutu Sobieskiego „Małe modułowe reaktory (SMR) dla Polski” Anna Przybyszewska wymienia zaspokojenie potrzeb ciepła sieciowego jako jeden z możliwych obszarów implementacji SMR w Polsce. Jak wskazuje w publikacji: „technologie SMR, które z założenia mają pracować w kogeneracji lub bezpośrednio na potrzeby ciepłownicze, byłyby idealnym rozwiązaniem dla lokalnych, małych rynków ciepła. Szacuje się, że obecnie w Polsce pracuje ok. 400 ciepłowni o mocy 15–50 MWe. Jest to więc spory rynek zbytu. Ważnym aspektem w implementacji programu energetyki jądrowej będzie oczywiście akceptacja społeczna tego rozwiązania”.
Pozostałe dwa obszary implementacji to wspominany już przemysł oraz praca w skojarzeniu z OZE. – Model funkcjonowania SMR w większości przeznaczony jest do pracy w niestabilnym sieciowo otoczeniu lub wprost do synergii z OZE. Z uwagi na zakres mocy dostępnych modułów 50–300 MWe SMR mogłoby zabezpieczać dostawy z farm fotowoltaicznych i farm wiatrowych w perspektywach długookresowych (godziny–dni). Z kolei duża elastyczność pracy (np. szybka zmiana mocy) mogłaby zrekompensować dynamicznie braki mocy w sieci, wpływając pozytywnie na bilans podaży i popytu (minuty–dni) – ocenia Przybyszewska. Jak uzupełnia, obecnie zadania te spełniają głównie bloki węglowe klasy 200 MW, gazowe i gazowo-parowe. W perspektywie do lat 30. SMR-y mogłyby być konkurencyjne dla tego typu źródeł energii, umożliwiając tym samym większą partycypację OZE w polskim miksie energetycznym, przy równoczesnym zwiększonym bezpieczeństwie energetycznym.
– Trzeba jednak brać pod uwagę fakt, że jest to rynek dopiero rozwijający się. W kolejnych dekadach SMR mogą stopniowo wypierać źródła gazowe z uwagi na ich kończący się czas życia (25 lat), a także postępującą dekarbonizację – wskazuje ekspertka IS.

Szeroki krąg odbiorców

Orlen i Synthos podkreślają, że małe reaktory modułowe wyróżnia szeroki krąg potencjalnych odbiorców, wykraczający poza energetykę zawodową. Projekty związane z ich budową mogą być realizowane przez podmioty spoza grupy wielkich koncernów energetycznych lub państw. Wyzwania związane z prognozowanym rozwojem gospodarki i jej dekarbonizacją są przy tym tak duże, że inwestowanie w nowe moce produkcyjne – niskoemisyjne i stabilne – jest wręcz niezbędne. Specyfika Polski sprawia przy tym, że ma ona potencjał i możliwości, aby zostać jednym z najważniejszych na świecie państw pod kątem rozwoju technologii SMR.