Ostateczny projekt polskiego reaktora badawczego za dwa lata. NCBJ o HTGR-POLA

Jak przypomniano na stronie NCBJ, od czasu podpisania porozumienia paryskiego w 2015 r. rośnie presja społeczna dotycząca redukcji globalnego ocieplenia przez ograniczanie emisji gazów cieplarnianych, z czym wiąże się konieczność zmiany podejścia do generowania energii elektrycznej i cieplnej, które dotąd w większości wytwarzano przy pomocy paliw kopalnych.

Jednym z rozwiązań tego problemu jest przejście na bezemisyjną energetykę jądrową. W jej przypadku bowiem jedynym generowanym do atmosfery gazem jest para wodna. Także paliwo jądrowe dla reaktorów HTGR jest niezwykle wydajne, więc generuje małe ilości odpadów, które można w bezpieczny składować w przeznaczonych do tego miejscach lub przetwarzać do ponownego użycia. Dla przykładu: całość odpadów ze wszystkich elektrowni jądrowych we Francji mieści się na powierzchni jednego boiska piłkarskiego.

Ile mocy z atomu?

Jeśli chodzi o nasz kraj, to zgodnie z Programem Polskiej Energetyki Jądrowej do 2043 r. powinno w nim powstać 4-6 tzw. lekkowodnych bloków jądrowych, produkujących 6-9 GW mocy prądu elektrycznego, co zapewni ok. 25 proc. obecnego zapotrzebowania. Jednak dekarbonizacja sektora energetycznego, zdaniem ekspertów, musi obejmować nie tylko produkcję prądu, ale także inne sektory, takie jak ciepło do ogrzewania domów i para o wysokiej temperaturze niezbędna do procesów przemysłowych. I o ile ciepło komunalne może być wyprodukowane przez modularne reaktory lekkowodne, o tyle para o wysokiej temperaturze wymaga zastosowania reaktorów wysokotemperaturowych chłodzonych gazem, czyli HTGR (high-temperature gas-cooled reactor).

Obecnie produkcja wysokotemperaturowej pary wodnej na potrzeby polskiego przemysłu obarczona jest bardzo wysokim śladem węglowym. Tylko piętnaście największych polskich zakładów chemicznych potrzebuje stałego dostarczania min. 6,5 GW (gigawatów) mocy cieplnej w postaci pary o temperaturze 400-550 stopni Celsjusza. Tymczasem posiadamy jedynie bardzo stare, pochodzące z lat 70. XX w., bloki klasy 200 MW, które – jak podkreślają specjaliści z NCBJ – ze względu na wiek wkrótce osiągną swój technologiczny kres. Zgodnie ze zobowiązaniami Polski powinniśmy maksymalnie do 2035 r. zastąpić je bardziej ekologicznymi rozwiązaniami.

Takim rozwiązaniem są duże elektrownie jądrowe z lekkowodnymi reaktorami. Ich uruchomienie „oznaczać będzie wzmocnienie bezpieczeństwa energetycznego, gdyż skutecznie zdywersyfikuje bazę paliwową i kierunki dostaw nośników energii oraz zastąpi starzejący się park wysokoemisyjnych bloków węglowych” – podkreślają w poniedziałkowym komunikacie przedstawiciele NCBJ.

Jednocześnie dodają, że elektrownie jądrowe są najtańszymi źródłami energii przy uwzględnieniu pełnego rachunku kosztów (inwestorskich, systemowych, sieciowych, środowiskowych, zdrowotnych itp.) oraz czynnika długiego czasu pracy po okresie amortyzacji. Dotyczy to zarówno odbiorców indywidualnych, jak i odbiorców biznesowych, a w szczególności zabezpiecza rozwój przedsiębiorstw energochłonnych, czyli zakładów przemysłu chemicznego i petrochemicznego.

Eksperci NCBJ: ostateczny projekt reaktora HTGR-POLA za dwa lata

Prace w NCBJ dotyczące koncepcji małego wysokotemperaturowego reaktora badawczego o mocy 30 MW cieplnych rozpoczęły się już ponad dziesięć lat temu. Naukowcy i inżynierowie bazowali na doświadczeniach działającego od 50 lat w Świerku reaktora badawczego MARIA oraz japońskiego reaktora badawczego HTTR.

Ich pierwszym krokiem był realizowany w latach 2012-2015 projekt badawczo-rozwojowy HTR-PL, który przygotował wstępne założenia. W 2016 r. ówczesny minister energii powołał Zespół ds. Analizy i Przygotowania Warunków do Wdrożenia Wysokotemperaturowych Reaktorów Jądrowych, który dwa lata później przedstawił raport szacujący zapotrzebowanie naszego przemysłu na flotę kilkunastu reaktorów o średniej mocy cieplnej 180 MW (w postaci 230 ton/godzinę pary o temperaturze 540 stopni Celsjusza i ciśnieniu 13,4 MPa).

W 2022 r. powstała tzw. przedkoncepcja projektu reaktora badawczego o mocy cieplnej 40 MW oraz mapa budowy prototypowych i seryjnych reaktorów komercyjnych, a w kolejnych latach stworzono opis techniczny reaktora oraz wykonano prace, które w przyszłości umożliwią wnioskowanie do Polskiej Agencji Atomistyki o licencję na jego budowę, rozruch i użytkowanie. Podstawowe elementy koncepcji zostały opublikowane przez zespół NCBJ w czasopiśmie „Nuclear Engineering and Design”.

Eksperci z NCBJ szacują, że w ciągu kolejnych dwóch lat powstanie ostateczny projekt reaktora, dodatkowy rok zajmie jego licencjonowanie, a następne cztery lata jego budowa. Gotowy reaktor na rozruch będzie potrzebował 6-12 miesięcy.

Reaktory wysokotemperaturowe w celu odbioru ciepła z rdzenia używają chemicznie obojętnego gazu – helu, który krąży pod wysokim ciśnieniem w obiegu zamkniętym poprzez reaktor i wytwornicę pary. Paliwem dla nich jest dwutlenek uranu wzbogacony rozszczepialnym izotopem U235. Rolę moderatora, czyli materiału do spowalniania neutronów, pełni grafit.

Wszystkie te materiały są odporne na wysokie temperatury, co pozwala wytwarzać parę nawet o temperaturze 950 stopni Celsjusza. Jednocześnie reaktory HTGR są uważane za bardzo bezpieczne.