Polska w unijnej awangardzie pionierów technologii SMR

W ostatnim czasie coraz więcej państw inwestuje w rozwój nowych technologii produkcji niskoemisyjnej energii. Jedną z nich są małe modułowe reaktory jądrowe (SMR). Polska również planuje ich wdrożenie tak, aby zwiększyć bezpieczeństwo i niezależność energetyczną. Krajowe plany są zbieżne z działaniami Unii Europejskiej.

SMR-y w Net Zero Industry Act

Komisja Europejska 16 marca br. przedstawiła projekt „Net-Zero Industry Act” mający na celu promowanie zielonego przemysłu w Europie. To kluczowy element nowej strategii przemysłowej w ramach forsowanego przez Komisję Europejską „Zielonego Ładu”, a przy okazji odpowiedź Unii Europejskiej na ogromny zielony pakiet stymulacyjny amerykańskiej gospodarki. Zgodnie z propozycją Komisji co najmniej 40% zapotrzebowania na czyste technologie w UE będzie wytwarzane do 2030 roku na obszarze państw członkowskich.

W ramach projektu określono cele dla technologii uznanych za niezbędne do dekarbonizacji europejskich gospodarek, aby zapobiec pogłębianiu zależności UE od państw trzecich, takich jak Chiny. Wśród technologii uznanych za „strategiczne” znajdują się między innymi fotowoltaika, wiatr onshore i offshore, baterie i magazyny energii, pompy ciepła i energia geotermalna, elektrolizery i ogniwa paliwowe, biometan, wychwytywanie i składowanie dwutlenku węgla oraz technologie sieciowe.

W dokumencie pojawia się również kwestia energii jądrowej, której brakowało w pierwotnej wersji dokumentu. Ostatecznie projekt jest niejednoznaczny – energia jądrowa nie jest uwzględniona na liście strategicznych technologii net-zero, ale w innym miejscu w dokumencie formalna definicja technologii net-zero obejmuje „zaawansowane technologie do produkcji energii z procesów jądrowych z minimalnym odpadem z cyklu paliwowego” oraz „małe reaktory modułowe” (tzw. SMR-y).

Zalety SMR-ów

Zainteresowanie państw Unii Europejskiej SMR-ami, w tym Polski jako jednego z pionierów tej technologii, nie powinno dziwić. Jedną z kluczowych korzyści, jakie oferują SMR-y, jest znacznie mniejszy rozmiar obiektu w porównaniu z tradycyjnymi elektrowniami jądrowymi. Dzięki mniejszemu wymiarowi (około 10 proc. w stosunku do tradycyjnego bloku), te instalacje  mogą być budowane na obszarach, gdzie miejsce jest cenne lub trudno dostępne, co jest szczególnie ważne dla rozwijających się miast i regionów. Na marginesie warto przypomnieć, że tzw. rewolucji łupkowej nie udało się powtórzyć na Starym Kontynencie m.in. w związku z ostrymi normami środowiskowymi i wysokim stopniem urbanizacji.

Zalety SMR-ów wpisują się mocno w energetyczne, przemysłowe i ciepłownicze plany spółki Orlen Synthos Green Energy, która chce wybudować małe jądrowe reaktory modułowe m.in. w Ostrołęce (na potrzeby energetyki), Włocławku, Tarnobrzegu – Stalowej Woli, Dąbrowie Górniczej, Stawach Monowskich obok Oświęcimia (na potrzeby przemysłu) oraz Warszawie i Krakowie (na potrzeby ciepłownictwa).

Kolejną zaletą SMR-ów jest mniejsze zużycie wody. W przeciwieństwie do tradycyjnych elektrowni jądrowych, które zużywają ogromne ilości wody jako chłodziwo, SMR-y wymagają znacznie mniejszej ilości wody, dzięki czemu są bardziej przyjazne dla środowiska i mniej obciążają infrastrukturę wodną. Nie trzeba chyba tłumaczyć jak duże ma to znaczenie w przypadku Polski zmagającej się z deficytem wody i permanentną suszą hydrologiczną..

Innym atutem SMR-ów jest ich wysoki poziom bezpieczeństwa. Małe reaktory modułowe są projektowane tak, aby działać w trybie awaryjnym przez kilka dni bez zewnętrznego dostawiania paliwa (tzw. pasywne systemy bezpieczeństwa), co zapewnia większą niezależność i odporność na nieoczekiwane wydarzenia.

Oprócz wymienionych korzyści, SMR-y oferują również niskie koszty produkcji zeroemisyjnej energii elektrycznej – to natomiast przynajmniej od wybuchu wojny na Ukrainie i kryzysu energetycznego, który zwiększył skalę ambicji klimatycznych UE, rzecz zasadnicza.

Kolejną korzyścią związaną z SMR-ami jest ich elastyczność w zakresie produkcji energii elektrycznej. Np. moc BWRX-300 odpowiada mocy tradycyjnego bloku węglowego, co oznacza, że SMR-y mogą zastąpić stare bloki, zwłaszcza w elektrowniach lub ciepłowniach miejskich po wyłączeniu mocy węglowych, co rozpocznie się w najbliższych latach (URE przewiduje dużą lukę generacyjną w latach 30stych, gdy miałyby powstawać orlenowskie reaktory).

SMR-y są również bardziej ekonomiczne niż tradycyjne reaktory jądrowe, ponieważ są łatwiejsze w produkcji i instalacji, a ich koszty są mniejsze niż koszty budowy tradycyjnych reaktorów.

Rosnące zainteresowanie BWRX-300

Jak już częściowo wspomniano koszt produkcji energii elektrycznej z SMR jest szacowany na około 30% niższy niż w przypadku energii pozyskiwanej gazu. Pojedynczy reaktor modułowy o mocy około 300 MWe może pomóc w zmniejszeniu emisji gazów cieplarnianych od 0,3 do 2 mln ton rocznie, co oznacza, że SMR pozytywnie wpływa na środowisko naturalne.

To nie bez znaczenia dla spółek takich jak PKN Orlen, które w swojej strategii uwzględniają konieczność zielonej transformacji i dążenia do ograniczania emisji. Stąd decyzja o rozwijaniu przez płocki koncern reaktora BWRX-300 w ramach spółki Orlen Synthos Green Energy.

Ontario Power Generation przygotowuje się do budowy pierwszego BWRX-300 w Kanadzie, a oczekuje się, że elektrownia zostanie uruchomiona do końca 2028 roku. Natomiast spółka Tennessee Valley Authority bada możliwość budowy reaktora BWRX-300 w Clinch River w Tennessee.

Orlen Synthos Green Energy również podjęło decyzję o wyborze reaktora BWRX-300 po dokładnej analizie technologii SMR rozwijanych na świecie. Przemawiają za nim jego dostawca, GE Hitachi, który ma 70-letnie doświadczenie w energetyce jądrowej i wiele licencjonowanych reaktorów w 10 krajach.

Reaktor BWRX-300 przeszedł pierwszą i drugą fazę przeglądu regulatora w Kanadzie. Jeśli dostanie certyfikację w tym kraju, będzie mogła ubiegać się o unijną i trafić na rynek polski.

Jednostka wykorzystuje licencjonowane paliwo GNF2, co odróżnia go od nowo opracowywanych technologii SMR.

Potencjalne problemy

SMR-y to niewątpliwie przyszłość i wiele państw zaczyna spoglądać w tym kierunku. Nie da się jednak ukryć, że to także technologia, która będzie wymagać dopiero komercyjnego wdrożenia. Dlatego już teraz pojawiają się pierwsze głosy (np. Andrzeja Mikulskiego, byłego pracownika Instytutu Badań Jądrowych), sugerujące, że dopiero po rozruchu pierwszej jednostki będzie możliwe przeanalizowanie w sposób kompleksowy wyzwań dotyczących wdrażania technologii BWRX-300.

Jednym z największych wyzwań dla reaktorów BWR, a więc także  BWRX-300, jest kontrola oscylacji mocy. Jest to proces, w którym moc reaktora zmienia się w sposób nieregularny, co może prowadzić do groźnych sytuacji. Problem ten jest szczególnie powszechny w reaktorach BWR, nawet tych z wymuszonym obiegiem chłodzenia. Aby uniknąć niebezpieczeństwa, należy określić możliwości techniczne wykrywania i likwidowania oscylacji mocy, gdy pojawią się w reaktorze.

Innym ważnym aspektem bezpieczeństwa w reaktorach BWR jest pomiar poziomu wody w zbiorniku reaktora. Poziom wody musi być dokładnie kontrolowany, aby uniknąć przegrzania i zapewnienia właściwej pracy reaktora. W przeszłości, aby zapewnić dokładne pomiary, w reaktorach BWR były budowane specjalne czujniki. W przypadku nowych reaktorów, takich jak BWRX-300, konieczne będzie zapewnienie równie skutecznego systemu pomiarowego.

Kolejnym elementem reaktora BWR, który wymaga specjalnej uwagi, jest system chłodzenia awaryjnego. W przypadku dużej wersji reaktora, system chłodzenia awaryjnego został już zaakceptowany przez amerykański dozór jądrowy. Jednak jego działanie wymaga sprawdzenia doświadczalnego dla każdego nowego reaktora, w tym również dla reaktorów BWR.

Wyścig na zielone technologie

Nie ulega jednak wątpliwości, że pakiety stymulacyjne wdrażane przez największe globalne gospodarki, takie jak Inflation Reduction Act czy Net Zero Industry Act to wyścig na rozwój niskoemisyjnych technologii, w tym rozwiązań zupełnie nowych, mających dać w przyszłości przewagi konkurencyjne (magazyny energii, wodór, SMR-y).

Polska musi uczestniczyć w tych procesach, aby nie pozostać gospodarką zapóźnioną. Wydaje się więc, że próba wdrożenia małych modułowych reaktorów jądrowych ma sens, tym bardziej, że krajowa energetyka wymaga kompleksowego przekształcenia. Średni wiek elektrowni węglowej to ponad 50 lat.

Piotr Maciążek

Ekspert rynku energetyczno–paliwowego z 13-letnim doświadczeniem. Doradzał największym firmom z sektora takim jak Siemens, Westinghouse, MOL. Obecnie szef projektu Wzielonejstrefie.pl