SMR czy wielkoskalowa elektrownia jądrowa – co powinna wybrać Polska?

Elektrownie jądrowe zapewniają stabilne dostawy energii niezależnie od warunków pogodowych. Rozwój tej technologii to klucz do uniezależnienia Polski od paliw kopalnych i spełnienia norm środowiskowych. Zgodnie z Programem Polskiej Energetyki Jądrowej (PPEJ) z 2020 roku planowana jest budowa dwóch elektrowni o łącznej mocy zainstalowanej 6–9 GW, opartych na wodnych ciśnieniowych reaktorach jądrowych generacji III(+).

Choć w debacie publicznej dominuje temat dużych elektrowni jądrowych, w ich cieniu coraz śmielej wyłania się inna technologia – małe modułowe reaktory (SMR – Small Modular Reactors), które planuje wdrożyć m.in. ORLEN. Kluczowymi aspektami dyskusji na temat tych dwóch technologii są: niskoemisyjność, bezpieczeństwo i opłacalność, czyli rozwiązania trylematu energetycznego.

Wielkoskalowe reaktory

Główna zaletą tradycyjnych reaktorów jądrowych jest duża moc – jednostkowy blok energetyczny może mieć moc zainstalowaną na poziomie nawet 1400 MW. Ich istotną przewagą jest także żywotność, która wynosi 60 lat z potencjałem wydłużenia do nawet 100 lat.

Największym wyzwaniem przy budowie dużych reaktorów są wysokie koszty i długi czas realizacji. Inwestycje pochłaniają od 21 do 43 mln zł za MW, a proces może trwać 10–15 lat, często przekraczając zakładany budżet, jak w przypadku bloku Olkiluoto 3 w Finlandii czy reaktorów AP1000 w USA. Koszty operacyjne i konserwacyjne reaktorów PWR III(+) wynoszą 371 mln PLN/GW rocznie, a większość istniejących elektrowni jądrowych, które spłaciły już kapitał początkowy, produkuje energię po koszcie wynoszącym 80–120 PLN/MWh. Warto zauważyć, że koszty te obejmują nie tylko wydatki inwestorskie, ale także bilansowanie systemu.

PPEJ wskazuje, że rozwój energetyki jądrowej może obniżyć całkowite koszty wytwarzania energii w porównaniu do scenariusza bez atomu. Projekt pierwszej polskiej elektrowni gminie Choczewo na Pomorzu realizowany przez konsorcjum firm Westinghouse oraz Bechtel, ma szacowany koszt na poziomie około 192 mld złotych. Do 2038 roku według wstępnych planów mają być uruchomione wszystkie bloki. Według wyliczeń dr Bożeny Horbaczewskiej z SGH uśredniona cena z planowanej elektrowni sięgnie około 780zł/MWh zakładając siedmioletni czas budowy, 90 proc. wykorzystanie mocy oraz 7 proc. poziom kosztu finansowania. To wyżej niż wcześniejsze szacunki zaprezentowane w PPEJ, co pokazuje, jak dużą rolę odgrywają przyjęte założenia w prognozowaniu kosztów.

Modułowe SMR

SMR to kompaktowe reaktory o mocy do 300 MW, docelowo produkowane seryjnie i montowane na miejscu. Ich modułowa budowa, pasywne systemy bezpieczeństwa oraz uproszczona konstrukcja ograniczają konieczność stosowania skomplikowanych układów. Mogą one zasilać zakłady przemysłowe, a ich planowany niski koszt jednostkowy i ekonomika skali mają przyciągnąć inwestorów. Możliwość elastycznego dostosowania liczby bloków pozwala dopasować się do lokalnego popytu na energię. Ich użyteczności dodaje opracowana przez Holtec International technologia umożliwiająca przekształcenie elektrowni węglowych w jednostki zasilane SMR-ami. Kluczowym elementem tego rozwiązania jest innowacyjny układ wielostopniowych sprężarek zastępujący kocioł, co pozwala na efektywne wykorzystanie istniejącej infrastruktury i produkcję czystej energii.

Planowane inwestycje spółki Orlen Synthos Green Energy zakładają wykorzystanie reaktorów BWRX-300 opracowanych przez GE Hitachi Nuclear Energy. Zintegrowane zawory odcinające zbiornik ciśnieniowy, sucha obudowa bezpieczeństwa czy naturalna cyrkulacja chłodziwa sprawiają, że reaktory te są jedynymi z najprostszych i najbardziej ekonomicznych SMR-ów zaprojektowanych z myślą o masowej produkcji.

Choć prognozy te brzmią zachęcająco, deklaracje te mogą okazać się tylko pustymi obietnicami. Szacunki kosztów budowy tego typu jednostek zmieniły się dramatycznie – jeszcze w 2020 roku zakładano, że cena jednego kilowata mocy wyniesie około 2883 USD, jednak już trzy lata później prognoza ta wzrosła do ponad 12 000 USD za kW.

Przykładem gwałtownego wzrostu kosztów w projektach SMR jest inwestycja firmy NuScale realizowana we współpracy z Utah Associated Municipal Power Systems (UAMPS). Początkowo, w 2015 roku, planowano budowę reaktorów o łącznej mocy 600 MW przy szacowanym koszcie 3 mld dolarów. Następna iteracja zakładała zwiększenie mocy do 720 MW, co wiązało się z kosztami na poziomie 4,2 mld dolarów. Kolejne przeszacowania doprowadziły jednak do wzrostu kosztów aż do 9,3 mld dolarów, przy jednoczesnym zmniejszeniu mocy do 462 MW. Tak drastyczny wzrost nakładów sprawił, że projekt został ostatecznie anulowany w 2023 roku. Tak duża rozbieżność wskazuje, jak trudne do przewidzenia są ekonomiczne i techniczne aspekty wdrażania technologii SMR. Dla inwestorów i odbiorców energii oznacza to poważne ryzyko związane z opłacalnością i niezawodnością tego typu przedsięwzięć.

Na razie SMR-y pozostają technologią raczkującą – obecnie na świecie działają trzy takie reaktory– jeden w Chinach, dwa w Rosji, a kolejny jest w trakcie budowy w Argentynie. Niestety, we wszystkich przypadkach rzeczywiste koszty projektu znacznie przekroczyły początkowe założenia, co sprawia, że jakiekolwiek prognozy finansowe należy traktować z dużą ostrożnością – przynajmniej do czasu zakończenia i uruchomienia kolejnych projektów. Oprócz wzrostu kosztów znacząco wydłużył się także czas realizacji – w niektórych przypadkach nawet o 10 lat.

Jednym z najciekawszych projektów wykorzystujących technologię małych reaktorów jest Akademik Łomonosow – pierwsza na świecie komercyjna pływająca elektrownia jądrowa, która odholowana do miejsca docelowego ma za zadanie zasilać m.in. odległe rejony Arktyki.  Wyposażona w dwa reaktory KLT-40S o łącznej mocy około 77 MW dostarcza energię elektryczną i cieplną do miejsc, które ze względu na warunki naturalne, do tej pory polegały na wysokoemisyjnych źródłach. Początkowo koszt budowy szacowano na około 232 mln dolarów, jednak ostatecznie wzrósł on do 700 mln dolarów. Projekt wzbudził zainteresowanie szczególnie wśród krajów zmagających się z problemami w dostawach energii – według rosyjskich mediów aż 15 państw, w tym Chiny, Algieria, Indonezja, Malezja i Argentyna, rozważa wynajem pływających elektrowni jądrowych.

Mały vs. duży atom

Jak zatem wygląda porównanie tradycyjnych reaktorów i SMRów? Obie technologie charakteryzują się niskim śladem węglowym w przeliczeniu na jednostkę wyprodukowanej energii. Jeśli chodzi o technologie i bezpieczeństwo, to wielkoskalowe elektrownie jądrowe bazują na sprawdzonych, użytkowanych od lat rozwiązaniach, które są stale modyfikowane i udoskonalane. Tradycyjne bloki jądrowe posiadają również przetestowane normy legislacyjne, sprawdzone łańcuchy dostaw, autoryzowanych dostawców oraz wyspecjalizowane kadry.

SMR-y natomiast oferują większą elastyczność inwestycji – ich modułowa konstrukcja pozwalałaby szybciej uruchomić reaktor i dostosować liczbę jednostek do zapotrzebowania. Jednocześnie brak odpowiednich regulacji i konieczność stworzenia stabilnego systemu dostaw komponentów stanowią istotne bariery we wdrażaniu tej raczkującej technologii.

Natomiast mówiąc o kosztach i opłacalności, to tradycyjne elektrownie są znaczącą inwestycją, której realizacja możliwa jest praktycznie tylko przy wsparciu państwa. SMR-y, według wstępnych zapewnień, wymagają mniejszych nakładów finansowych na pojedynczy reaktor, co pozwala na stopniową rozbudowę instalacji, a także na dostarczanie energii do rejonów, gdzie budowa dużych sieci przesyłowych byłaby nieopłacalna. Jednak optymistyczne prognozy mogą okazać się nietrafione, a dotychczasowe projekty SMR-ów wielokrotnie przekraczały zakładane budżety i harmonogram realizacji.

Dodatkowo, choć SMR-y charakteryzują się niższą mocą, ich końcowy koszt niekoniecznie przekłada się na proporcjonalnie tańszą energię – według niektórych analiz cena w przeliczeniu na MWh może być wyższa niż w przypadku tradycyjnych, wielkoskalowych bloków jądrowych. Wynika to m.in. z wyższych kosztów jednostkowych budowy i utrzymania, a także konieczności rozproszenia infrastruktury, co może ograniczać efekt skali. Niektóre raporty wskazują, że ostateczna cena energii z SMR-ów może być nawet o kilkadziesiąt procent wyższa niż z dużych reaktorów jądrowych.

Warto zaznaczyć, że obie te technologie reaktorów nie muszą się wykluczać. Przeciwnie, w ramach zrównoważonego systemu energetycznego mogą się dopełniać, współpracując z odnawialnymi źródłami energii i wzmacniając bezpieczeństwo energetyczne kraju poprzez zapewnienie stabilnych mocy, które nie są pogodozależne, jednocześnie wspierając transformację energetyczną ku niskoemisyjności. Biorąc jednak pod uwagę obecny poziom niepewności wokół projektów SMR, kluczowym rozwiązaniem na ten moment dla Polski jest budowa dużej elektrowni jądrowej, opartej na sprawdzonej i znanej technologii o potwierdzonej efektywności i stabilnych kosztach. Nie oznacza to jednak rezygnacji z rozwoju małych reaktorów. Należy uważnie monitorować postęp w tej dziedzinie, a na podstawie ich opłacalności i osiągniętych sukcesów rozważyć ich wdrożenie w naszym kraju.

Amelia Kasierska, SKN Energetyki