W obliczu kurczących się zasobów i rosnących kosztów produkcji prądu, energetyka światowa staje przed ogromnymi wyzwaniami. Ciągłość dostaw jest istotna dla rozwoju każdego państwa, a ich niezależność ma znaczenie dla ekonomii oraz obronności. Zapotrzebowanie na energię wzrasta. Jednocześnie wprowadzane są ograniczenia związane ze zmniejszaniem emisji, która ma wpływ na postępujące zmiany klimatyczne. Paliwa kopalne stają się przeżytkiem, swoje lobby mają odnawialne źródła energii oraz energetyka jądrowa. W tej sytuacji istotne jest znalezienie kompromisu, który przynajmniej częściowo zadowoli wszystkie środowiska.
Jako jedną z opcji na przyszłość rozważa się SMR. To skrót od angielskiego „Small Modular Reactors”, co tłumaczyć należy jako „małe reaktory modułowe”. Choć nazwa tego nie wyjaśnia, jest to oczywiście mikroenergetyka bazująca na energii jądrowej, ale w znacznie mniejszej skali niż klasyczne elektrownie tego typu. Miałyby one w założeniu dostarczać prąd do zakładów przemysłowych, a wraz z rozwojem technologii również zasilałyby sieci ciepłownicze, a więc pośrednio ogrzewały domostwa mieszkalne. Pierwsze tego typu konstrukcje już funkcjonują, ale jest to etap prób, badań, eksperymentów i udoskonaleń. Do komercjalizacji produkcji wciąż daleka droga.
Definicja i funkcjonowanie
W przypadku SMR nie istnieje wciąż jedna definicja. Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej opisuje je jako zaawansowane reaktory wytwarzające moc elektryczną do 300 MW na moduł. To wystarczy, aby zasilać przez rok miasto liczące ok. 150 tys. mieszkańców, jednocześnie ograniczając emisję CO2 od 0,3 mln t do nawet 2 mln t. Nic nie stoi jednak na przeszkodzie, aby moduły wytwarzały mniejszą moc, nawet 5 MW. Można je też łączyć w większy system w zależności od zapotrzebowania. Dla porównania typowa elektrownia jądrowa ma moce jednostkowe powyżej 1000 MW na blok. Zasada działania jest taka sama i opiera się o rozszczepienie ciężkich jąder pierwiastków. Niemniej mikroreaktory mają być produkowane w taki sposób, aby ich gotowe elementy dostarczać na miejsce montażu.
Sama idea modułowej konstrukcji nie jest tu nowa. Energia atomowa była w ten sposób wykorzystywana np. jako napęd w łodziach podwodnych już od lat 50. XX w. Brak spójnej definicji SMR powoduje, że do grupy tej niektórzy zaliczają również mniejsze HTGR (reaktory gazowe) czy bezobsługowe reaktory o mocy kilkunastu MW. Jednocześnie ze względu na sposób chłodzenia wyróżnia się tu reaktory lekkowodne, prędkie (wykorzystujące gaz, sód lub ołów), wysokotemperaturowe (np. wykorzystujące hel) oraz na stopione sole. Dominująca technologia wciąż nie została wybrana. Samo stworzenie i dopracowanie prototypu wiąże się z dużymi kosztami. Bez wsparcia rządowych funduszy komercjalizacja produkcji na większą skalę nie będzie możliwa. Dotychczasowe terminy realizacji w większości przypadków zostały odsunięte w czasie.
Zalety i szanse
SMR to podążanie za obecnymi trendami energetycznymi. Decyzją Parlamentu Europejskiego w 2022 r. energia jądrowa została uznana za „zieloną” i wolną od emisji CO2. To rozwiązanie ekologiczne w porównaniu do paliw kopalnych. Przy zastosowaniu obiegu zamkniętego można również znacząco zmniejszyć produkcję odpadów nuklearnych. Niemniej istotna pozostaje również ekonomia. W porównaniu do tradycyjnej elektrowni jądrowej koszty jednostkowe inwestycji w mikroenergetykę są dużo niższe, a więc i ryzyko finansowe mniejsze. Sam zakres skomplikowanych prac w miejscu budowy i łańcuch dostaw zostałyby bowiem mocno ograniczone. Po zrealizowaniu inwestycji niższe są również wymagania inwentaryzacji w stosunku do elementów radioaktywnych.
W związku z zastosowaniem gotowych modułów, czas realizacji inwestycji również uległby znacznemu skróceniu. Okres prac konstrukcyjnych szacuje się na 1,5 roku, gdy przy standardowej elektrowni jądrowej jest to 5 lat. Mniejsza moc to także większe bezpieczeństwo. Projekty tworzone są w ten sposób, aby wykluczyć groźne awarie rdzenia. A to w połączeniu z niskimi wymaganiami w zakresie dostępu do wody chłodzącej, zwiększa też elastyczność w zakresie lokalizacji oraz rozbudowy o kolejne elementy. Mikroenergetyka jądrowa znajdzie zapewne zastosowanie w pobliżu zakładów przemysłowych i w obszarach o słabiej rozwiniętej sieci – w miejscach dogodnych dla odbiorców systemu. Ale SMR można lokalizować także bliżej miast, częściowo pod ziemią lub pod wodą. Po zakończeniu eksploatacji obiekt da się usunąć w całości lub zdemontować.
Wady i zagrożenia
Reaktory SMR wciąż nie istnieją w wersji komercyjnej, bo wiąże się to z dużymi początkowymi nakładami inwestycyjnymi na budowę fabryki modułów. Trudno dziś planować wykorzystanie czegoś, czego de facto jeszcze nie ma. Dlatego właśnie koszty, brak nabywców, i ewentualne protesty społeczne są obecnie największymi barierami dla rozwoju mikroenergetyki. Niedopracowane są również aspekty prawne, np. dotyczące licencjonowania reaktorów. Bez szczegółowych regulacji pomiędzy państwami, rozwój tego sektora nie stanie się możliwy. Ograniczenie produkcji do kilku podmiotów na świecie zminimalizuje transfer technologii oraz udział krajowego przemysłu w produkcji.
Brak prototypów to także brak doświadczenia w zarządzaniu nową technologią. Dane odnośnie kwot w przeliczeniu na jednostkę otrzymywanej mocy są niejednoznaczne. Trudno też przewidzieć żywotność samych reaktorów typu SMR i realne koszty ich eksploatacji. Mniejsza zależność od systemów bezpieczeństwa nie oznacza, że takie instalacje można pozbawić dozoru. Tym bardziej że zakłada się, że będzie ich stosunkowo dużo. Dlatego kwestie bezpieczeństwa nie mogą tu być traktowane bardziej pobłażliwie niż przy standardowych konstrukcjach związanych z energią jądrową. W przypadku dużych elektrowni problem stanowi gospodarka odpadami promieniotwórczymi i wypalonym paliwem jądrowym. Można więc spodziewać się podobnych kłopotów przy okazji mniejszych konstrukcji.
Mikroenergetyka jądrowa – perspektywy rozwoju
Zmiany w energetyce światowej są koniecznością. Z dzisiejszej perspektywy wydaje się, że mikroenergetyka jądrowa wraz z odnawialnymi źródłami energii może być odpowiedzią na przyszłe potrzeby ludzkości. Także, jeśli weźmiemy pod uwagę jej zastosowanie w rejonach odległych oraz niedostępnych czy w przypadku projektów wydobywczych. Każda innowacyjna technologia budzi jednak również kontrowersje. Nie inaczej jest i tutaj. Bez istnienia prototypowych instalacji nie uda się rozwikłać niektórych wątpliwości. Zdaniem ekspertów, znaczenie SMR powinno wzrosnąć dopiero po 2030 r., kiedy to wdrożone zostaną pierwsze komercyjne reaktory.
Tymczasem trwa wyścig o to, kto będzie liderem. Obecnie na świecie rozwijanych jest ponad 70 różnych projektów związanych z małymi reaktorami. Są kraje, które mocno inwestują w energię jądrową małej skali, aby w przyszłości czerpać korzyści z użytkowania, ale i ze sprzedaży technologii. Są to m.in. Kanada, USA, Wielka Brytania, Korea Południowa, Francja, Japonia oraz Indie. Na początku 2022 r. elektrownia SMR o mocy 200 MW zaczęła funkcjonować w Chinach w prowincji Shadong. Swoje działania w zakresie mikroenergetyki jądrowej podejmowała także Rosja, ale w wyniku sankcji gospodarczych nałożonych na ten kraj w związku z agresją na Ukrainę, kontynuowanie programu może być tam kłopotliwe.
Energia jądrowa w Polsce
Polska wciąż nie posiada elektrowni jądrowej, choć wiele wskazuje na to, że w końcu się jej doczeka. Małe reaktory nie będą nigdy konkurencją dla dużej elektrowni i nie staną się podstawowym źródłem energii. Niemniej mogą być jej uzupełnieniem, zwłaszcza w zaspokajaniu lokalnego i przemysłowego zapotrzebowania, a wcześniej stanowić wsparcie w transformacji sektora energetycznego. SMR może z powodzeniem zastąpić dotychczasowe elektrownie i ciepłownie wykorzystując istniejącą już infrastrukturę przesyłową. Energia jądrowa w Polsce wydaje się obecnie koniecznością, jeśli państwo zamierza nadążyć za rozwojem cywilizacyjnym. Nie wiadomo natomiast, w jakim tempie i stopniu będą następować zmiany w tym kierunku.
Co pewien czas media donoszą o zainteresowaniu kolejnych firm w Polsce technologią SMR. Do 2029 r. planowane jest postawienie w naszym kraju dwóch takich jednostek. Oczywiście nie musi to znaleźć potwierdzenia w rzeczywistości. Zaangażowanie dużych firm, takich jak Orlen, Enea, KGHM, Tauron czy Ciech, daje jednak nadzieje na zrealizowanie kosztownych inwestycji. Polska czyni starania, aby nie pozostać w tyle, gdy nowa technologia wejdzie już do użytku. Celem kraju jest dywersyfikacja źródeł energii elektrycznej oraz stopniowa dekarbonizacja. Proces ten w obecnych warunkach nie będzie możliwy bez uwzględnienia energetyki jądrowej.
