Rosnące koszty prądu i kurczące się zasoby paliw kopalnych sprawiają, że poszukiwanie nowych rozwiązań dla energetyki jest kluczowe. Wpływ na to ma również rosnące zapotrzebowanie na energię oraz obostrzenia prawne związane ze zmniejszaniem emisji dwutlenku węgla do atmosfery. Wśród rozwiązań problemu coraz częściej wymienia się Small Modular Reactors (SMR), czyli tłumacząc dosłownie – małe reaktory modułowe. Bazują one na energii jądrowej, jednak skala jest w tym przypadku znacząco mniejsza od klasycznych konstrukcji tego typu funkcjonujących na świecie. Małe reaktory atomowe to technologia, która może wkrótce okazać się pionierską. Co więcej, to po prostu ekologiczne, czyste źródło energii.

Spis treści:

1. Czym SMR różnią się od dużych reaktorów?
2. Zalety reaktorów SMR
3. Małe modułowe reaktory jądrowe a kwestie bezpieczeństwa
4. Pierwsze reaktory jądrowe SMR i ich typologia
5. Rynek i perspektywy rozwoju SMR
6. SMR-y w Polsce
7. Akceptacja społeczna SMR w Polsce
8. Mały reaktor modułowy – podsumowanie

Czym SMR różnią się od dużych reaktorów?

Duża elektrownia jądrowa osiąga moce jednostkowe powyżej 1000 MW na blok. Tymczasem według założeń Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej, małe reaktory atomowe mają osiągać maksymalnie do 300 MW na moduł. Równie dobrze mogą mieć jednak np. moc 5MW. SMR-y to mniejsze gabaryty, ale sama zasada działania jest podobna. Co jednak istotne, mikroreaktory mają być dostarczane na miejsce montażu jako gotowe elementy. To znacznie przyspiesza budowę małych reaktorów atomowych. Już na miejscu pojedynczy reaktor modułowy może zostać ewentualnie włączony w większy system, który w miarę zapotrzebowania będzie rozbudowywany. Powstawanie SMR wymaga więc zupełnie innej technologii. W porównaniu do większych odpowiedników małe reaktory typu SMR są znacznie bardziej elastyczne pod kątem lokalizacji. Nie wymagają one chociażby bliskości zbiorników wodnych. Pojedynczy reaktor modułowy, mogący bez problemu zasilić przez rok stutysięczne miasto, może zostać zbudowany niemal wszędzie. Budowę reaktorów tego typu uznaje się więc za dużo łatwiejszą.

Zalety reaktorów SMR

Energetyka jądrowa stanowi obecnie istotny element rozwoju gospodarki oraz cywilizacji. Umożliwia ona wytwarzanie dużych zasobów mocy przy relatywnie niskich kosztach. Dodatkowo w 2022 r. decyzją Parlamentu Europejskiego ten rodzaj energii zaliczono do grupy najbardziej ekologicznych. Małe elektrownie jądrowe są łatwiejsze i szybsze w budowie w porównaniu do dużych – powstawanie SMR jest również tańsze. Koszty budowy, realizacji i późniejszej obsługi takiej inwestycji są znacząco niższe, a wraz z rozwojem technologii SMR powinny jeszcze maleć. Na ten moment są to jednak wartości szacunkowe i często znacząco odbiegające od siebie. Za atut SMR należy za to na pewno uznać możliwość całkowitego demontażu konstrukcji lub przeniesienia jej w inną lokalizację. Warto także dodać, że prawdopodobnym rozwiązaniem jest powstanie nie jednej elektrowni, a całej, zlokalizowanej w jednym miejscu floty reaktorów SMR. Ze względu na swój rozmiar oraz bezpieczeństwo użytkowania, małe reaktory budowane mogą być, w przeciwieństwie do większych jednostek, w grupach mogących zapewnić dostęp do energii nawet sporych rozmiarów metropoliom.

Małe modułowe reaktory jądrowe a kwestie bezpieczeństwa

Mniejsza moc oznacza większe bezpieczeństwo. Konstrukcja reaktora SMR również ma minimalizować ryzyko. Obecne projekty niemal wykluczają jakiekolwiek groźne awarie rdzenia, także poprzez niskie wymagania w zakresie dostępu do wody chłodzącej. W kwestii budowy małych reaktorów bliskość akwenów nie jest istotnym, mającym wpływ na lokalizację czynnikiem. Ponadto zakładają one zastosowanie automatycznych systemów, które mają zmniejszyć ryzyko potencjalnej katastrofy. Również wymogi prawne wobec bezpieczeństwa SMR są bardzo restrykcyjne i wymagają obiektywnej analizy oraz oceny przez dozór jądrowy. Takie szczegółowe postępowanie w praktyce może trwać nawet kilka lat i wymaga niezwykle obszernej dokumentacji. Małe modułowe reaktory jądrowe mają być docelowo lokalizowane także bliżej większych skupisk ludzkich. Wykorzystanie energii jądrowej w taki sposób jest, wbrew powszechnym obawom, wyjątkowo bezpiecznym rozwiązaniem. Budowę reaktorów SMR uznaje się powszechnie za świetną, ekologiczną alternatywę dla pozostałych źródeł energii.

Pierwsze reaktory jądrowe SMR i ich typologia

Idea modułowej konstrukcji reaktorów jądrowych jest znana od dawna. Powstanie pierwszych reaktorów tego typu datuje się na 50. XX w. Ówcześnie wykorzystywano je jako napęd w łodziach podwodnych. Pierwsze małe reaktory były niestety mniej wydajne i bezpieczne niż współcześnie stosowane rozwiązania. W kwestii wykorzystania reaktorów SMR przodowało wówczas wojsko. Pierwsze małe reaktory budowane były stosowane m.in. w obiektach takich jak stacje obrony przeciwpowietrznej. Amerykańska armia wytworzyła przynajmniej kilka zaawansowanych małych reaktorów – wszystkie były wynikiem ANNP, czyli wojskowego programu energii nuklearnej. Wykorzystanie małych reaktorów jądrowych SMR uległo na przestrzeni lat zmianom – wszystko wskazuje na to, że obecnie mogą one z powodzeniem być stosowane jako powszechne źródło energii. Małe reaktory mają świetlaną przyszłość.

Obecnie ze względu na sposób chłodzenia można wyróżnić kilka podstawowych typów reaktorów SMR. Wśród nich wymienić należy: lekkowodne (LWR – Light Water Reactor), ciśnieniowe (PWR – Pressurized Water Reactor), typu wrzącego (BWR – Boiling Water Reactor), wysokotemperaturowe (HTR – High Temperature Reactor, do których zaliczane są też gazowe HTGR – High-Temperature Gas-Cooled Reactor), na neutrony prędkie (FNR – Fast Neutron Reactor) oraz na stopione sole (MSR – Molten Salt Reactor). Ponieważ wciąż nie wybrana została dominująca technologia determinująca budowę SMR, a pierwsze małe reaktory atomowe wciąż znajdują się w fazie projektowej, także kwestie definicyjne zapewne będą jeszcze ulegać doprecyzowaniu. Można być pewnym dalszego rozwoju SMR.

Rynek i perspektywy rozwoju SMR

Wiele krajów inwestuje w rozwój technologii SMR, aby w przyszłości czerpać korzyści z jej użytkowania oraz sprzedaży. Można oczekiwać, że wkórtce reaktory SMR powstaną w takich krajach jak: USA, Kanada, Wielka Brytania, Francja, Korea Południowa, Japonia czy Indie. Swoje sukcesy w polu budowy małych reaktorów mają już również Chiny. Lista krajów, które chcą z nowej technologii korzystać, jest znacznie dłuższa. Polska także chce posiadać reaktory typu SMR. Tymczasem większość działań w zakresie mikroenergetyki jądrowej jest wciąż w fazie koncepcyjnej lub testowej. Wdrożenie SMR na większą skalę wydaje się jednak tylko kwestią czasu. Firmy rozwijające tę technologię funkcjonują w oparciu o wysokie wsparcie państwowych dotacji. Seryjna produkcja małych reaktorów może przynieść wysokie zyski. Trwa więc wyścig o pierwszeństwo. Pierwsze małe reaktory modułowe SMR w użyciu będą początkiem rewolucji energetycznej. Z czasem ich wykorzystanie stanie się bardziej powszechne. Reaktory typu SMR mogą stać się w przeciągu kilkudziesięciu lat standardowym rozwiązaniem.

SMR-y w Polsce

Wiele wskazuje na to, że małe reaktory jądrowe pojawią się także w Polsce. Świadczyć mogą o tym liczne zapewnienia ze strony rządzących. Obecnie zainteresowanie tą technologią wykazują duże firmy o znaczącym kapitale, jak: Orlen, KGHM, Enea, Tauron i Ciech. Koncern Orlen podał już wstępnie siedem potencjalnych lokalizacji, w których mogą powstać małe reaktory jądrowe. Są to: Włocławek, Dąbrowa Górnicza, Kraków, Nowa Huta, Ostrołęka, Stalowa Wola (Tarnobrzeska  Specjalna Strefa Ekonomiczna), Stawy Monowskie koło Oświęcimia, a także okolice Warszawy. Lokalizacje reaktorów mogą oczywiście ulec zmianie. Pierwszy z bloków ma powstać na przełomie 2028 r. i 2029 r. Planowane są również inne miejsca, które z uwzględnieniem dialogu społecznego zostaną wytypowane na mały reaktor modułowy. Początkowo mikroenergetyka jądrowa ma funkcjonować w pobliżu dużych zakładów przemysłowych. Bardzo możliwe, że SMR-y w Polsce okażą się ogromnym sukcesem, który spowoduje chęć dalszych inwestycji w tego typu technologię. Być może zaplanowane zostaną nowe lokalizacje reaktorów SMRw Polsce.

Akceptacja społeczna SMR w Polsce

Zaufanie społeczeństwa do technologii jądrowej mogło zostać nadszarpane w wyniku katastrof w Czarnobylu oraz Fukushimie. Jenak już pierwsze małe elektrownie jądrowe są wyposażone w kompleksowe systemy zabezpieczeń, a wraz z postępem niebezpieczeństwo wystąpienia potencjalnie niebezpiecznych awarii stanie się niemal zerowe. Dodatkowym czynnikiem zwiększającym bezpieczeństwo tego rozwiązania są starannie przeprowadzane analizy lokalizacyjne. Wszystko to sprawia, że małe reaktory mają ogromny potencjał jako przyszłościowe czynne źródło energii. Perspektywy rozwoju SMR są światłe, a społeczna akceptacja uzyskała wysoki poziom. Eksperci są zgodni w kwestii wykorzystania reaktorów SMR – jak podaje Państwowy Instytut Ekonomiczny, aż 88% ekspertów uważa, że akceptacja społeczna dla instalacji tego typu będzie na podobnym lub wyższym poziomie w porównaniu do wielkoskalowej energetyki jądrowej. Małe reaktory typu SMR są więc powszechnie akceptowanym rozwiązaniem. Być może nadchodząca transformacja energetyczna będzie opierać się właśnie na tym rozwiązaniu.

Mały reaktor modułowy – podsumowanie

Trzeba pamiętać o tym, że produkcja technologicznie zaawansowanych małych reaktorów póki co nie stanie się zagrożeniem dla dominującej pozycji dużych elektrowni jądrowych. Mogą natomiast wraz z odnawialnymi źródłami energii stanowić uzupełnienie i wsparcie – zwłaszcza przy zaspokajaniu lokalnego zapotrzebowania na większe dostawy mocy. Mały reaktor jądrowy SMR jest również w stanie wykorzystywać dotychczasową infrastrukturę przesyłową, więc funkcjonujące obecnie elektrownie oraz elektrociepłownie zapewne zostaną z powodzeniem zastąpione nową technologią. Wykorzystanie małych reaktorów stanie się dla wszystkich bardziej opłacalne. To wszystko wymaga jednak czasu i dużych nakładów finansowych na dalsze badania. Komercyjne wdrożenie pierwszych modeli modułowych reaktorów jądrowych SMR będzie wymagało także gwarancji bezpieczeństwa i międzynarodowych certyfikatów. Wyzwaniem wciąż pozostaje też np. kwestia gospodarowania odpadami radioaktywnymi czy zużytym jądrowym paliwem.

Żródła:

• http://cejsh.icm.edu.pl/cejsh/element/bwmeta1.element.ojs-doi-10_21858_msr_42_02
• http://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-0eb383d1-d023-4bde-88c8-15906dc726dd
• https://www.researchgate.net/profile/Maciej-Lipka/publication/347997798_Program_Polskiej_Energetyki_Jadrowej_a_male_reaktory_modulowe_Polish_Nuclear_Power_Programme_and_small_modular_reactors/links/5fec3a22a6fdccdcb816bdf4/Program-Polskiej-Energetyki-Jadrowej-a-male-reaktory-modulowe-Polish-Nuclear-Power-Programme-and-small-modular-reactors.pdf
• http://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-9a2bc276-9bf4-4dd8-96e0-104908fd856f
• https://pie.net.pl/wp-content/uploads/2023/06/Reaktory-SMR.pdf
• https://www.oecd-nea.org/jcms/pl_14924
• https://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/nuclear-power-reactors/small-nuclear-power-reactors.aspx#ECSArticleLink5