Majhni modularni reaktorji
| Avtorica: Petrisa Čanji Vouri |
V dani časovnici je nerealistično misliti na majhne modularne reaktorje, saj v svetu delujeta le dva, eden v Rusiji in eden na Kitajskem. Čeprav so vroča tema, v resnici obstajajo zgolj na papirju in so predmet raziskav. Tako o majhnih modularnih reaktorjih razmišlja dr. Vladimir Radulović, ki dela na Odseku za reaktorsko fiziko na Institutu ”Jožef Stefan”. Pravi še, da bomo šele konec tega desetletja ali na začetku naslednjega vedeli, kaj lahko dosežemo z njimi. Kritičen je tudi do NEPN-a. Danes se še vedno večinoma napajamo z uporabo fosilnih goriv, v dvotretjinskem deležu v končni rabi. »Razogljičenje,« pravi, »pomeni, da nadomestimo ti dve tretjini z nečim, kar je nizkoogljično«. Po njegovem bomo že tako rekoč pojutrišnjem izgubili dva pomembna stabilna vira energije, to sta TEŠ in NEK. Slovenija bi lahko s tremi jedrskimi elektrarnami pokrila potrebe po elektriki. Dr. Vladimir Radulović je sodeloval v podkastu Zelenega omrežja študentov. Pogovor je vodila Petrisa Čanji Vouri.
Kaj točno so SMR-ji?
Majhni modularni reaktorji oz. »Small modular Reactors« – SMR so tip reaktorja, ki imajo manjšo jedrsko moč kot klasične jedrske elektrarne. Omejitev je 300 MWe, medtem ko JEK proizvaja 700 MWe, največje pa tudi do 1600 MWe. Ideja SMR-jev je narediti manjši jedrski reaktor, ki bi ga lahko zgradili veliko prej kot klasično jedrsko elektrarno in ki bi prej začela vračati investicijo. Od tod tudi interes za majhne modularne reaktorje.
Majhni modularni reaktorji so trenutno zelo aktualni, zapisani v evropski strategiji, v našem NEPN-u, v javnih razpravah o razvoju energetskega sistema in jedrske energije. Torej vedno bolj prihajajo v ospredje, zakaj ravno SMR-ji?
SMR-ji so trenutno zelo vroča tema. Vendar po svetu obstajajo zgolj na papirju, tematiko se trenutno še raziskuje. Obratujeta le dva, en na Kitajskem, drugi v Rusiji. Ruski reaktor je plavajoča elektrarna Akademik Lomonosov, ki je bila projektirana in zgrajena z namenom napajanja zelo odročnega mesta. Prednost elektrarne je, da izgleda kot velika ladja, zasidrana ob obali, do nje pa so povlekli daljnovode. Od konceptov podjetij v Združenih državah Amerike, ki pripravljajo tržni model tovrstnih reaktorjev, ne obratuje še noben.
Pred kratkim je bila na Gospodarski zbornici Slovenije konferenca, na kateri smo poslušali razloge, zakaj so SMR-ji v NEPN-u. V tem dokumentu je med scenariji, s katerimi bi dosegli energetsko neodvisnost, navedena kombinacija virov JEK 2, obnovljivi viri energije in SMR–ji. Se vam zdi ta kombinacija smiselna za Slovenijo?
Ta scenarij je postavljen na podlagi cilja, da bi morali do leta 2050 doseči popolno razogljičenje. Če pogledamo porazdelitev virov energije v primarni rabi, torej kar danes počnemo, je dve tretjini fosilnih goriv. Razogljičenje pomeni, da nadomestimo ti dve tretjini z nečim, kar je nizkoogljično. V dani časovnici, glede na to, da danes ne obratuje noben SMR, ne moremo reči, ali so rentabilni, koliko energije proizvajajo, kakšna bo cena, itd., pomagali pa nam bodo lahko le reaktorji generacije 3 in 3+, ki jih sedaj gradimo. Le ti lahko v dani časovnici premaknejo kazalce. Šele konec tega desetletja oz. na začetku naslednjega, ko bomo videli kakšnega obratovati, nam bo bolj jasno, kaj lahko z njimi dosežemo.
Katere surovine so nujne, da lahko SMR obratuje? So to podobne surovine, ki jih imamo v že obstoječi jedrskih elektrarni? Jih imamo v Sloveniji ali bi jih bilo treba uvažati?
Izpostaviti moram, da je gostota energije, ki jo pridobivamo v jedrskih elektrarnah, torej v gorivu, tako zelo visoka v primerjavi s fosilnimi gorivi, biomaso, da je potreba po surovinah nizka. Surovine niso tako zelo velik faktor ne glede na velikost reaktorjev. Klasične elektrarne uporabljajo uranov oksid oz. mešani oksid, ki ga pridobimo z reprocesiranjem goriva. Pri obratovanju jedrske elektrarne proizvajamo visoko radioaktivne snovi, oz. izrabljeno jedrsko gorivo. Razlika pri nekaterih SMR-jih bi bila, da bi lahko visoko radioaktivne odpadke ponovno predelali v gorivo in uporabili v proizvodnji električne energije.
Na konferenci ste govorili tudi o pridobivanju energije s cepitvijo težkih jeder, ki nastajajo pri obratovanju jedrskih elektrarn.
To so tako imenovani težki aktinidi, najbolj problematični jedrski odpadki. Imajo dolgo življenjsko dobo in so razlog, zakaj aktivnost izrabljenega jedrskega goriva pada tako počasi do ravni uranove rude. Da bi to dosegli, potrebujemo reaktorje na hitre nevtrone. V klasični jedrski elektrarni, kjer so reaktorji na termične nevtrone, uporabljamo gorivo in vodo. Voda služi kot hladilo, ki prenaša toploto, ki jo generira sredica, ter kot moderator, ki upočasni nevtrone, počasni oz. termični nevtroni so najbolj optimalni za cepitev urana, oz. izotopa U-235. Reaktorji na hitre nevtrone ne potrebujejo moderatorja, zato je hladilo v teh reaktorjih staljen svinec ali staljen natrij. Hitri nevtroni imajo namreč v sebi dovolj energije, da razbijajo jedra teh aktinidov, ki nam povzročajo probleme.
Omenili ste, da lahko del odpadkov ponovno uporabimo. Kako je z ostalimi odpadki?
Ostali odpadki so radioaktivni, moramo jih skladiščiti na podoben način, kot hranimo odpadke trenutne jedrske elektrarne. Vendar pa seveda to ni edina panoga, ki proizvaja radioaktivne odpadke, tudi na Inštitutu Jožef Štefan, specifično pri delovanju reaktorja Triga ter v medicini moramo trajno skladiščiti radioaktivne odpadke.
Kakšna je življenjska doba SMR-jev v primerjavi z jedrsko elektrarno, ki se amortizira približno 80 let?
Iskreno, ne moremo govoriti o življenjski dobi, ker še noben ne deluje. Vendar je koncept malo drugačen. Pri SMR-jih se v tovarnah proizvajajo reaktorske sredice v kompletu, nato se jih prepelje na lokacije SMR-jev. Ko je gorivo v eni sredici porabljeno, se menja kar celotna sredica. Torej nimamo remontov, kot jih imamo v velikih jedrskih elektrarnah.
Kako ocenjujete slovensko znanje in tehnološko zmogljivost na tem področju? Mislite, da smo sposobni sami implementirati in vzdrževati SMR-je, ali bi potrebovali tujo pomoč? Moramo tehnologijo uvažati?
Nivo raziskav, ki jih lahko opravljamo na Institutu Jožef Štefan, specifično na reaktorju TRIGA, sodijo v svetovni vrh. Torej so naše znanje in kompetence izjemno močne. Vendar moramo pri izvozni odvisnosti upoštevati ceno tehnologije in kaj dobimo za to ceno. Tudi velik del JEK 2 bomo kupili in uvozili. Prav tako ne bomo uvozno neodvisni pri SMR-jih, ker jih sami še ne razvijamo, zato je, ko bo to mogoče, tehnologijo najbolj smotrno uvoziti. Vendar moramo seveda počakati, da bo kakšen SMR sploh deloval, preden se lahko odločimo, od kod bomo kupili tehnologijo.
Omenili ste, da je tehnologija SMR-jev dokaj stara. Navedli ste tudi reaktorje tretje generacije. Kakšna je zgodovina SMR-jev in kakšna je sodobna tehnologija?
V 50. in 60. letih prejšnjega stoletja so razvijali različne koncepte reaktorjev za različno uporabo. Ideja vojaške aplikacije reaktorja je slonela na načrtu letala, ki bi lahko bilo več dni v zraku, pripravljeno na napad z jedrskim orožjem. Še en primer je tlačnovodni reaktor, ki je trenutno najbolj razširjena tehnologija, namenjeni so poganjanju podmornic in ladij. Te reaktorje so nasledili takšni, ki jih danes uporabljamo v elektrarnah in so tako zavrli razvoj drugih konceptov. Novejši koncepti so ponovna izraba porabljenega goriva. Kot pravi star rek: Če potrebuješ novo idejo, preberi kakšno staro knjigo. Razmišljamo o starejših konceptih in jih apliciramo za današnje potrebe.
Kaj so največje dileme SMR-jev?
Razvoj SMR-jev spremljamo že več let z malo razdalje, ker to ni naš primarni fokus na IJS. Koncept SMR-jev se delno prekriva s 4. generacijo reaktorjev, ki temeljijo na starih idejah, ampak imajo prednost pred tlačnovodnimi reaktorji. SMR-ji zaobjemajo okoli 80 konceptov, vendar bo le čas pokazal, koliko jih bo primernih. Le na podlagi tega bomo lahko povedali kaj več.
Kako ocenjujete jedrsko varnost in zanesljivost SMR-jev v primerjavi z JEK?
Koncepti SMR-jev vključujejo izboljšano jedrsko varnost, vendar moramo biti tudi kritični, ker uvajajo dodatno kompleksnost, ker iz ene sredice v eni enoti elektrarne preidemo lahko tudi na 12 sredic v eni SMR elektrarni. Vendar naj bi SMR-ji imeli manjši prostorski odtis in bi jih lažje umestili v prostor. A je to vseeno zelo odvisno od koncepta SMR-jev.
Umeščanje v prostor naj bi bilo lažje, kaj ne? Ker se velik del reaktorja proizvede v tovarnah in jih nato dostavijo direktno na lokacijo umestitve.
Ko govorimo o umeščanju v prostor, mislimo na izpolnjevanje regulativnih zahtev in ne na fizično umeščanje v prostor.
Katera država bo prva postavila SMR?
Kot sem že omenil, Kitajska in Rusija imata delujoče SMR-je.
Seveda, ampak katera ga bo najprej začela tržiti? Ker kitajske in ruske tehnologije ne moremo kupiti, kaj ne?
Kitajska in Rusija imata že več let delujoči jedrski program. V Evropi in ZDA smo imeli 20-letno pavzo in s tem izgubili veliko kompetenc in znanja. Francija dolgo leta ni zgradila nove jedrske elektrarne. Šele z gradnjo novih so začeli postavljati programe. Tega na Kitajskem in Rusiji ni bilo. Vendar iz političnih in, bi lahko rekli, delikatnih razlogov verjetno ne bomo kupili ruske tlačnovodne reaktorske tehnologije, četudi se z njimi dogovarja Madžarska.
Eden izmed scenarijev NEPN predvideva JEK 2, OVE in SMR pod pogojem, da bi lahko SMR-ji do izgradnje JEK 2 nadomesti termoelektrarne na premog. Se vam zdi časovnica tega načrta realna ali tipamo po oblakih?
SMR-je imeti v mislih v dani časovnici je nerealistično. Dve tretjini energentov, ki so trenutno v končni uporabi, nadomestiti z nizkoogljičnimi viri? Mislim, da z njimi ne bo mogoče. Morda raje z novo generacijo reaktorjev. TEŠ naj bi zaprli leta 2030 oz najkasneje 2033, kar je praktično jutri. Nek bo delal do leta 2043, kar je pa praktično pojutrišnjem. Torej bomo hitro izgubili dva stabilna vira energije. Če bi na primer Slovenija zgradila tri nove enote jedrskih elektrarn po 1 GWe, bi lahko tako pokrili svoje potrebe po elektriki.
In koliko SMR-jev bi potrebovali, da nadomestimo 1 enoto jedrske?
Odvisno od enote. Najmanjše so namreč zmožne proizvajati 5 MWe. Ti so mišljeni predvsem za napajanje odročnih naselij ali dejavnosti, največji pa je 300 MWe, kar je primerljivo z enim termoblokom. Torej, potrebovali bi 3 največje SMR-je za eno jedrsko elektrarno. In seveda ne moremo primerjati amortizacije SMR-jev z amortizacijo jedrske elektrarne. Zanimiv pa je tudi tale primer. Za plin smo v Evropski uniji plačevali tudi do milijarde evrov na dan. Če postavimo to v kontekst, bi vrednost jedrske elektrarne tako pokrili v dveh tednih in prišli do veliko boljše alternative, kot je kurjenje na plin.
