Małe reaktory jądrowe w Polsce możliwe dopiero w latach 50.

Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej (MAEA) określa wielkość reaktora jądrowego według jego mocy elektrycznej: mały (small) - do 300 megawatów elektrycznych (MWe) włącznie, średni (medium) powyżej 300 do 700 MWe i duży (large) powyżej 700 MWe do 1800 MWe. SMR to najczęściej skrót od Small Modular Reactors - małe reaktory jądrowe - wytwarzane w fabryce i dostarczane na miejsce eksploatacji w postaci „modułu” z załadowanym paliwem jądrowym, przeznaczone do wykorzystania w dłuższym okresie czasu bez wymiany paliwa. Rozważa się zarówno wykorzystanie pojedynczych modułów dla lokalnych odbiorców energii, jak i budowę elektrowni jądrowych dużej mocy budowanych z wielu „modułów” - reaktorów małej mocy. Zamiana energii jądrowej na elektryczną przy pomocy SMR następuje przy wykorzystaniu turbin i generatorów, podobnie jak w przypadku elektrowni konwencjonalnych (na paliwa stałe, płynne czy gazowe).  

Największą zaletą SMR jest stosunkowo niewielki koszt inwestycyjny jednego bloku, który jest trudną do pokonania barierą dla inwestorów w przypadku budowy dużych reaktorów. Inną ważną zaletą małych modułowych reaktorów jądrowych jest możliwość ich instalowania w pobliżu odbiorców energii elektrycznej, co obniża koszty budowy i obsługi sieci przesyłowej i rozdzielczej. Małe reaktory nie są tak wymagające pod względem bezpieczeństwa jądrowego jak duże, ale i tak są skomplikowanymi urządzeniami - ze względu na większą gęstość mocy, potrzeby zapobieżenia niebezpieczeństwu utraty kontroli nad reakcją łańcuchową i konieczność zapewnienia warunków odprowadzania ciepła powyłączeniowego.

Powszechnie stosuje się małe reaktory lekkowodne (LWR – Light Water Reactor), w tym ciśnieniowe (PWR = Pressurized Water Reactor) i wrzące (Boiling Water Reactor). Istnieje pokaźny zasób doświadczeń zgromadzonych podczas wielu lat ich eksploatacji. Większość systemów tych reaktorów zawiera takie podstawowe komponenty, jak stabilizator ciśnienia i wytwornice pary wewnątrz zbiornika ciśnieniowego reaktora. Długość rurociągów, dzięki jest znacznie mniejsza niż w przypadku dużych jednostek wytwórczych tego typu. Dzięki temu relatywnie spada prawdopodobieństwo zdarzenia awaryjnego w postaci utraty chłodziwa. SMR dostarczane są jako gotowe moduły, co znacznie skraca czas budowy elektrowni i obniża jej koszty. Należy jednak pamiętać, że konieczne są wtedy szeroko zakrojone - wyprzedzające w czasie montaż - prace inżynieryjno-konstrukcyjne nad przygotowaniem produkcji gotowych elementów modułowych reaktora (czyli budowa swoistej „fabryki reaktorów”), a to oznacza dodatkowy czas i koszty ponoszone jeszcze przed rozpoczęciem realizacji budowy małych reaktorów jądrowych.

Najbardziej obecnie popularnym owocem prac badawczo-wdrożeniowych nad małymi reaktorami jest mPower firmy Babcock&Wilcox i SMR Westinghouse. mPower zbudowano w wyniku rozstrzygnięcia przetargu w 2012 r. - ogłoszonego przez United States Department of Energy USDoE. Budżet wstępny wynosił 452 mln USD na 5 lat i dodatkowo 50 mln USD na prace licencyjne. Sam cykl przygotowania produkcji powtarzalnej elementów modułowych i budowy samego mPower potrwa moim zdaniem ok. 6 lat. Jeśli przygotowania do produkcji przemysłowej jego gotowych modułów zostaną wdrożone wcześniej, jeszcze przed udzieleniem licencji przez amerykański dozór jądrowy USNRC, to czas potrzebny na doprowadzenie do uruchomienia prototypu można będzie nieco skrócić - według mnie realnym terminem jest rok 2022. Na w pełni seryjną i rzeczywiście komercyjną opłacalną produkcję trzeba będzie poczekać jeszcze dłużej i to w sprzyjającym otoczeniu ekonomicznym i politycznym.

Aktualna administracja amerykańska rozważa też wsparcie projektów mniej zaawansowanych, gdyż termin uruchomienia prototypu mPower jest obciążony dużym ryzykiem technologicznym i planistycznym. Tym bardziej, że po zakończonym sukcesem wdrożeniu projektu nie będzie on jeszcze konkurencyjny dla dużych reaktorów, bo jego przewaga uwidocznić się może w specyficznych zastosowaniach. Prace nad doskonaleniem reaktorów SMR są obecnie prowadzone w kilku wiodących krajach (w tym pozaeuropejskich), ale w żadnym z nich nie wydano jeszcze pozwolenia budowę.  Podczas dorocznej konferencji międzynarodowej poświęconej energetyce jądrowej na Politechnice Warszawskiej w 2014 r. poinformowano, ze mPower jest oferowany celem zastosowania w systemach unieszkodliwiania wysokoaktywnych odpadów promieniotwórczych; w tym wypalonego paliwa jądrowego - dla zmniejszenia ich radiotoksyczności o kilka rzędów wartości. Wpłynęłoby to korzystnie na znaczne zmniejszenie kosztów ich przetwarzania (lub gospodarowania nimi).  

Prace studialne nad małymi reaktorami jądrowymi w Europie koordynuje Nuclear Cogeneration Working Group - w ramach Platformy Technologii Jądrowych Wytwarzania Energii dla Zrównoważonego Rozwoju SNE-TP Sustainable Nuclear Energy Technology Platform. Są też prowadzone przez inne zespoły - np. w Grupie Wyszehradzkiej V4 i in. Przedmiotem tych prac są reaktory chłodzone ciekłymi metalami (sodem, ołowiem lub bizmutem) i na stopionych solach.  Do kategorii małych reaktorów jądrowych chłodzonych gazem należy reaktor wysokotemperaturowy HTR - High Temperature Reactor chłodzony helem. Ten typ reaktora uznawany jest jako szczególnie obiecujący do celów współ-wytwarzania ciepła procesowego do zastosowań przemysłowych z produkcją energii elektrycznej. Czynny jest aktualnie w Japonii, a kolejne powstają w Chinach i USA (New Generation Nuclear Power Plant NGNP).

W większych krajach, o stosunkowo dużej gęstości zaludnienia, SMR proponowane są do zastosowań w systemach współwytwarzania ciepła z energią elektryczną - kogeneracyjnych. Wyższy koszt produkcji energii elektrycznej w Kogeneracji jest kompensowany wyższymi wpływami i rentownością na sprzedaży generowanego ciepła. Na przykład  małe HTR stanowią atrakcyjne źródło ciepła procesowego dla fabryk chemicznych itp., małe LWR - do zasilania miejskich sieci ciepłowniczych lub chłodzących, a także do odsalania wody morskiej itp.

Oddziaływanie czynnika korzyści skali jest jednak jeszcze tak silne, że SMR nie znalazły dotychczas powszechniejszego zastosowania. Co prawda, na świecie pracuje ich ok. 120, ale są to głównie reaktory wybudowane 30-60 lat temu. Produkcja i eksploatacja nowych może być opłacalna po wdrożeniu modelu ich produkcji seryjnej. Przeniesienie większości czynności konstrukcyjnych z placu budowy do fabryki upraszcza logistykę i przyśpiesza prace. Ceną za uzyskany mały koszt inwestycji u odbiorcy reaktora jest wysoki koszt inwestycji w fabrykę reaktorów u producenta. Stanowi to bardzo poważną barierę wejścia na rynek, tak jak i kwestia licencjonowania. Wypracowane dotychczas procedury licencjonowania dużych reaktorów nie są adekwatne dla małych. Koszty licencjonowania pierwszych z nich są istotnie większe, gdyż muszą pokryć koszty opracowania nowych procedur. Inwestor nie zaryzykuje wkładu finansowego w reaktor, co do którego nie ma pewności, że uzyska licencję. Producent nie sfinansuje licencjonowania bez uprzedniego uzyskania zamówienia od inwestora i zbadania możliwości umieszczenia go w portfelu zamówień. Dlatego stosuje się wsparcie ze środków publicznych, co jest utrudnione we Wspólnocie Europejskim. Tutaj z powodzeniem zastosowano kontrakty różnicowe (Wielka Brytania), zaś w Polsce mamy duże doświadczenie z zastosowania kontraktów długoterminowych na modernizację elektrowni konwencjonalnych w latach 90. XX wieku.  

Wieloletni Program Polskiej Energetyki Jądrowej ze stycznia 2014 r. - zakłada w terminie do 2035 r. - zbudowanie dwóch elektrowni po dwa bloki-reaktory jądrowe o łącznej zainstalowanej mocy elektrycznej netto 6 GWe (w planach spółki wykonawczej PGE EJ1 Sp. z o.o. z października 2015 r. mówi się o 4,5 GWe). Zainstalowanie planowanej mocy elektrycznej netto wymaga na przykład 4 sztuk dużych reaktorów lekkowodnych: wysokociśnieniowych francuskich EPR po 1600 MWe lub 6 sztuk nieco mniejszych amerykańskich AP 1000 po 1000 MWe. Dla zaspokojenia potrzeb na moc elektryczną w wysokości 6 GWe przez małe modularne reaktory jądrowe potrzeba by było 38 sztuk mPower po 160 MWe lub 134 sztuki NuScale po 45 MWe itd. Ustawa z 29 listopada 2000 r. - Prawo atomowe przewiduje, że dopuszczalna w Polsce jest tylko budowa sprawdzonych reaktorów jądrowych mających pozytywnie zweryfikowane doświadczenia eksploatacyjne w konkretnych krajach. Wymaganie takie spełniają reaktory generacji III i III+, ale nie SMR. Dopiero w 2026 r. będą znane pierwsze doświadczenia eksploatacyjne z pierwszego cyklu jądrowego (4 lata). Komercyjne zastosowania SMR można w praktyce brać pod uwagę dopiero ok. 2050 r. Należy dodać, iż opóźnienia w realizacji rządowego PPEJ wynoszą na koniec 2015 r. - cztery i więcej lat, co oznacza, że pierwsza elektrownia jądrowa powstanie w najlepszym razie w 2028 r. i druga raczej po 2035 r. Oczekiwanie na zaawansowane sprawdzone SMR, które rozwiążą polskie problemy zróżnicowania i zwiększenia generacji energii elektrycznej przy pomocy takiej technologii są jeszcze obecnie kontr-produktywne.

dr inż. Lech Małecki: W latach 2006-2014 piastował funkcję dyrektora Departamentu Energetyki w Ministerstwie Gospodarki (zainicjował Zespół do spraw energetyki jądrowej przy MG w 2006 r.) i Radcy Ministra w Departamencie Energii Jądrowej. Został członkiem międzynarodowych grup roboczych ds. energetyki jądrowej, Rady Naukowej Instytutu Energetyki w Warszawie-Morach, Rady Nadzorczej PSE-Operator S.A., Krajowym Koordynatorem Integrated Nuclear Infrastructure Review do spraw Bezpieczeństwa Fizycznego Obiektów Jądrowych oraz wiceprzewodniczącym Zespołu do spraw opracowania Krajowego Planu Gospodarki Odpadami Promieniotwórczymi i Wypalonym Paliwem Jądrowym 2009-2014.

Zobacz także: PiS zamrozi budowę polskiego atomu? „Przyszłość to małe reaktory”