Czym są reaktory SMR i czym rzeczywiście różnią się od dużych elektrowni jądrowych?
Reaktory SMR, czyli małe reaktory modułowe, wytwarzają energię na tej samej zasadzie, co konwencjonalne elektrownie jądrowe. Wewnątrz reaktora zachodzi kontrolowana reakcja rozszczepienia, wskutek czego uwalnia się znaczna ilość energii w postaci ciepła. Energia ta jest następnie wykorzystywana do podgrzewania wody, co prowadzi do powstania pary wodnej. Para ta napędza turbinę, która z kolei porusza generator, umożliwiając produkcję energii elektrycznej. Zasada działania SMR-ów i klasycznych elektrowni jądrowych jest więc identyczna, jednak pewne różnice konstrukcyjne sprawiają, że SMR-y mogą być postrzegane jako innowacyjne rozwiązanie w sektorze energetycznym. Co zatem różni wielkoskalowe elektrownie jądrowe i SMR?
Przede wszystkim należy zaznaczyć, że SMR to nie jedna, konkretna technologia jądrowa, lecz termin obejmujący szeroką gamę różnych rozwiązań. Reaktory tego typu mogą pracować na różnych typach moderatora, takich jak woda lekka, woda ciężka czy grafit, oraz wykorzystywać różnorodne rodzaje paliwa, i to również będzie wpływało na niektóre aspekty związane z eksploatacją. Najczęściej jednak omawiane i rozwijane są reaktory lekkowodne, bazujące na sprawdzonych technologiach stosowanych od lat w większych instalacjach jądrowych.
Czym więc są reaktory SMR?
Nie istnieje jedna i oficjalna definicja SMR-ów. Rozwinięcie skrótu nasuwa nam pewne wskazówki na temat niektórych ich cech, jednak początkowo miało ono obejmować małe i średnie reaktory jądrowe (Small and Medium Reactors). Aktualnie najpopularniejsze wyjaśnienie tego terminu to reaktor o mocy elektrycznej do 300 MW. Modułowość tego typu reaktorów też nie jest pojęciem jednoznacznym. Ciekawie została ona zrealizowana w projekcie firmy NuScale – VOYGR. Jest on przeznaczony do budowy po kilka (od 6 do 12) małych reaktorów w obrębie jednej elektrowni, co tworzy jedną całość o odpowiednio większej mocy. W przypadku niektórych SMR, zwłaszcza tych opartych na rozwiązaniach z dużych reaktorów, trudno jednoznacznie zdefiniować ich modułowość, ponieważ stosowana w nich technologia nie odbiega znacznie od tego, co znamy z wielkoskalowych elektrowni jądrowych.

Źródło: nuscalepower.com
Co rzeczywiście różni je od wielkoskalowych elektrowni?
Jedną z największych różnic pomiędzy SMR a elektrowniami, jakie znamy, jest więc ilość wytwarzanej energii. Na przykład BRWX-300, reaktor produkcji Hitachi, oferuje moc na poziomie 300 MW, a Firma NuScale szacuje w swoim projekcie, że jeden moduł ma wytwarzać 77 MW mocy elektrycznej. Są to wartości zdecydowanie mniejsze od mocy standardowych reaktorów, których moc przekracza 1 GW. Czy więc SMR wyróżniają się jedynie poziomem mocy?
Rolls-Royce SMR charakteryzuje się mocą elektryczną na poziomie 470 MW, a więc wyższą niż większość reaktorów zaliczanych do grupy SMR. Kluczowe są tutaj jego rozmiary. Zbiornik ciśnieniowy reaktora ma wymiary 7,9 x 4,2 m, co czyni go stosunkowo niewielkim w porównaniu do klasycznych reaktorów. Jego małe gabaryty są jednak kompensowane przez potrzebę osobnego wykonania między innymi trzech wytwornic pary. Podobna sytuacja ma miejsce też w innych reaktorach PWR (wodno ciśnieniowych) o mniejszej mocy, takich jak Holtec SMR-300 czy Westinghouse AP300, gdzie również wymagane są osobne elementy obiegu pierwotnego. Ostateczna powierzchnia elektrowni ulega nieznacznemu zmniejszeniu np. dla konstrukcji Rolls-Royce SMR na poziomie 30%, względem konwencjonalnej elektrowni jądrowej. Rozwiązaniem tej kwestii w niektórych projektach, takich jak Nuward, CAREM-25 czy VOYGR, miała być próba wprowadzenia integralnej budowy wytwornicy pary oraz innych elementów obiegu pierwotnego. Takie rozwiązanie ma swoje zalety, polegające głównie na pełnym wykorzystywaniu ograniczonej przestrzeni, ale może również generować problemy eksploatacyjne. Na przykład, zwiększa ryzyko korozji generatora pary oraz utrudnia jego wymianę.

Źródło: nuscalepower.com
SMR vs. duże elektrownie jądrowe
Czy zatem SMR można uznać za lepsze rozwiązanie niż konwencjonalne elektrownie jądrowe? Odpowiedź na to pytanie nie jest jednoznaczna. Warto zwrócić uwagę na to, że budowa SMR-ów może być szansą głównie dla podmiotów prywatnych, które mają duże zapotrzebowanie na energię. W takich przypadkach małe modułowe reaktory wydają się atrakcyjnym wyborem, oferując możliwość niezależności energetycznej oraz ograniczenia emisji. Należy jednak zaznaczyć, że mimo zalet, budowa i eksploatacja SMR-ów wiąże się z wysokimi kosztami. Technologia SMR okazuje się bardzo droga – koszt budowy pierwszego bloku BWRX-300 szacuje się na ponad miliard euro.
Reaktory SMR oferują więc nowe możliwości w zakresie produkcji energii. Mimo to technologia ta wiąże się z wysokimi kosztami, które mogą stanowić barierę dla szerokiego wdrożenia tego rozwiązania. Dalsze inwestycje w badania i rozwój, a także w standaryzację procesów budowy, mogą jednak sprawić, że SMR-y staną się bardziej dostępne w przyszłości. Już jakiś czas temu zarówno BWRX-300, jak i Rolls-Royce SMR otrzymały decyzję zasadniczą z Ministerstwa Klimatu i Środowiska, co jest pierwszym krokiem do rozwijania małych reaktorów modułowych w Polsce.
Źródła: aris.iaea.org, bakermckenzie.com, nuscalepower.com, nrc.gov, gevernova.com, rolls-royce.com
Materiał został przygotowany przez Koło Naukowe Energetyków Jądrowych URANIUM, AGH.
Marlena Machola