Revolúcia v jadrovej energetike. Andrej Žiarovský v podcaste VUJE #14 rozoberá očakávanú tému malých modulárnych reaktorov SMR

YouTube: bit.ly/4jU0qW3

Spotify: bit.ly/4jDMf7d

Čo robí reaktor "malým"?

Rozdelenie jadrových reaktorov podľa veľkosti súvisí s ich výkonom. Do kategórie SMR (Small Modular Reactors) patria reaktory s výkonom do 300 MWe, zatiaľ čo veľké jadrové reaktory presahujú 700 MWe. Toto pravidlo sa však neuplatňuje príliš striktne. „Napríklad reaktor od spoločnosti Rolls-Royce s výkonom 470 MWe je stále považované za malý modulárny reaktor,“ vysvetľuje odborník na jadrovú energetiku Andrej Žiarovský. Okrem toho existuje ešte špecifická kategória mikroreaktorov s výkonom do 10 MWe, určená napríklad pre napájanie budovaných datacentier alebo malých ostrovných sústav vo vzdialených oblastiach mimo energetickú infraštruktúru.

Aj na Slovensku sme boli súčasťou historického vývoja jadrových reaktorov, ktorý bol sprevádzaný postupným narastaním výkonu. Bohunická elektráreň A1 využívala reaktor prvej generácie s výkonom 150 MWe. Následne prišli prvé elektrárne typu VVER s výkonom 210 MWe, ktoré postupne nahradila druhá, aj u nás používaná, generácia s výkonom 440 MWe. Dnes už sú k dispozícii moderné reaktory generácie 3+ s výkonom od 1000 až do 1700 MWe.

Dôvodom takéhoto nárastu výkonu sú zákony termodynamiky. Väčšie zariadenie vykazuje menšie tepelné straty ako menšie, a tým dosahuje vyššiu termodynamickú účinnosť. Daňou za to je nárast objemu potrebných investičných nákladov. Dôvodom vzniku SMR bolo práve prekonať tieto vysoké investičné bariéry. „Menšie štáty tiež môžu mať problém inkorporovať tak veľký výkon do svojho energetického mixu. Je to samozrejme riešiteľné, ale vyžaduje to ďalšie náklady,“ vysvetľuje Andrej Žiarovský.

Prečo "modulárne"?

„Hlavnou myšlienkou vzniku malého modulárneho reaktora je dospieť k jeho sériovej výrobe,“ pokračuje Andrej, pričom uvádza, že modularita SMR sa odráža v dvoch hlavných aspektoch. Prvým je výrobná modularita, kedy sa reaktory a ich hlavné komponenty vyrábajú v továrňach ako hotové moduly. Cieľom je minimalizovať montážne práce na stavenisku. To skracuje čas výstavby, umožňuje lepšie sledovať kvalitu a zároveň znižuje pravdepodobnosť vzniku nekvality pri montáži. Druhým aspektom je konfiguračná modularita, spočívajúca v tom, že viaceré jednotky SMR sa dajú spájať do väčších celkov podľa energetických potrieb konkrétnej lokality.

Čo SMR dokáže?

SMR sú často prezentované ako budúcnosť jadrovej energetiky, no ich využitie nie je univerzálnym riešením pre všetky krajiny a regióny.  V Európe či Severnej Amerike, s ich hustou energetickou infraštruktúrou, majú slúžiť ako flexibilný zdroj regulovanej energie, na vykrývanie bilančných rozdielov v elektrickej sieti. V odľahlých oblastiach Sibíri alebo kanadského severu zase budú  poskytovať spoľahlivý zdroj energie tam, kde je výstavba tradičných elektrických vedení  náročná alebo priamo nemožná. SMR môžu byť tiež ideálnym riešením aj pre krajiny trpiace nedostatkom pitnej vody, keďže dokážu vyrábať elektrinu pre energeticky náročné odsoľovacie zariadenia.

Jednou z kľúčových výhod SMR bude ich schopnosť pružne reagovať na energetické potreby v reálnom čase.  Rola SMR je kľúčová pri deklarovanej snahe znižovať spotrebu zemného plynu. Práve malé modelárne reaktory majú byť náhradou za paroplynové elektrárne, na ktorých dnes stojí  dodávka regulačného výkonu. Už aj moderné veľké jadrové reaktory generácie 3+  dokážu upravovať veľký podiel výkonu podľa potreby siete, no pre ešte efektívnejšiu reguláciu budú výhodnejšie práve menšie jednotky. „A potenciál SMR chcú využívať nielen tradičné energetické spoločnosti, ale aj technologickí giganti ako Google, ktorí už plánujú integráciu mikroreaktorov do svojich dátových centier, ktoré sú tiež veľmi náročné na spotrebu elektriny,“ hovorí Andrej Žiarovský. Mať malý vlastný SMR alebo mikroreaktor im umožní zabezpečiť si stabilný, nezávislý zdroj energie a minimalizovať riziká výpadkov.

SMR na Slovensku

Prostredníctvom spoločnosti VUJE sa Slovensko aktívne zapája do vývoja malých modulárnych reaktorov a má šancu stať sa v tejto perspektívnej oblasti energetiky lídrom na európskej úrovni. „Naša spoločnosť podpísala dohodu o spolupráci na vývoji rýchleho reaktora chladeného tekutým olovom so spoločnosťou Newcleo, pričom prototypová jednotka by mohla vzniknúť priamo na Slovensku,“ uvádza v podcaste Andrej Žiarovský a dodáva, že ďalšia spolupráca, tentoraz so spoločnosťou NucAdvisor, sa týka vývoja menšieho 30-megawattového reaktora určeného primárne na výrobu a dodávku tepla. Tento koncept by mohol pomôcť nahradiť plynové kotly v teplárenstve, opäť znížiť závislosť na dovoze plynu a zároveň zvýšiť energetickú bezpečnosť krajiny.

Vývoj SMR však prináša aj výzvy, ako je zabezpečenie fyzickej ochrany a ekonomická konkurencieschopnosť. Napriek tomu viaceré krajiny postupne napredujú – prvé prototypy sa očakávajú už v najbližších rokoch. Napríklad spoločnosť Copenhagen Atomics plánuje v roku 2025 predstaviť demonštrátor svojho reaktora na báze tekutých solí, zatiaľ čo viaceré ruské a čínske modely už vstupujú do experimentálnej prevádzky. Ak sa ambiciózne plány podarí naplniť, do roku 2030 by sme mohli mať v bežnej prevádzke niekoľko SMR, ktoré budú formovať budúcnosť energetiky – nielen jadrovej, ale aj celosvetovej.

Podrobný pohľad na problematiku malých modulárnych reaktorov, ktorý prináša náš riaditeľ pre strategický rozvoj a medzinárodné projekty, člen predstavenstva VUJE, a. s., Andrej Žiarovský, sledujte a počúvajte v našom podcaste VUJE #14 spolu s ďalšími videami na našom YouTube kanáli bit.ly/48CotTP

Pár faktov, ktoré v PodcastVUJE #14 môžete nájsť.

Prečo je malý modulárny reaktor?

• Nižšie celkové investičné náklady: Keďže jednotlivé moduly majú menší výkon, ich financovanie bude flexibilnejšie.
• Jednoduchšia integrácia do energetického mixu: Niektoré krajiny si nemôžu dovoliť integrovať 1000+ MWe bloky do svojej siete bez dodatočných opatrení.
• Vyššia bezpečnosť: SMR  štandardne využívajú pasívne bezpečnostné systémy a inherentné bezpečnostné prvky.
• Flexibilita umiestnenia: SMR sú vhodné pre odľahlé lokality, priemyselné areály či dokonca plávajúce elektrárne.
• Regulačný výkon: SMR môžu efektívne nahradiť paroplynové elektrárne ako zdroj flexibilného regulačného výkonu pre vyrovnávanie siete.

Typy malých modulárnych reaktorov

SMR nie sú homogénnou skupinou a vývojové smery siahajú od tradičných tlakovodných reaktorov (PWR) až po experimentálne vysokoteplotné, rýchle množivé reaktory alebo reaktory na tekuté soli.

1. Ľahkovodné SMR, ktoré sa ešte delia na tlakovodné (PWR) a varné (BWR):

• Pracujú na podobnom princípe ako v súčasnosti najrozšírenejšie jadrové elektrárne, ale sú menšie a  ich konštrukcia zohľadňuje princípy modularity.
• Príklady: Westinghouse AP300, Rolls-Royce SMR (470 MWe), Holtec SMR-300, NuScale (77 MWe), General Electric BWRX-300.

2. Vysokoteplotné reaktory (HTGR/VHTR):

• Používajú hélium ako chladiace médium a pracujú pri vyšších teplotách, čo zvyšuje ich termodynamickú efektivitu.
• Umožňujú tiež výrobu vodíka.
• Príklady: čínsky HTR-PM, projekt krajín V4 ALLEGRO, do ktorého je zapojené aj VUJE.

3. Reaktory na tekuté soli (MSR):

• Chladivom a palivom zároveň sú roztavené soli na báze Li-F-Be obsahujúce štiepny materiál vo forme zlúčenín uránu a plutónia.
• Kompaktná konštrukcia a potenciál využitia tória.
• Príklad: čínsky TMSR-LF1, Copenhagen Atomics.

4. Rýchle množivé reaktory (FBR/LMR):

• Používajú rýchle neutróny čo umožňuje efektívnejšie využitie paliva.
• Využívaním už použitého palivo z PWR elektrární umožňujú uzavrieť jadrový palivový cyklus a minimalizovať vznik jadrového odpadu.
• Chladivá: tekuté olovo, sodík.
• Príklad: ruský BREST-300, LFR-AS-200 spoločnosti Newcleo, v minulosti francúzsky Superphénix.

Slovensko a SMR: Aká je naša úloha?

VUJE, a. s., sa aktívne zapája do vývoja SMR. Nedávno sme so spoločnosťou Newcleo podpísali dohodu o spolupráci na vývoji rýchleho reaktora chladeného olovom LFR-AS-200. Taktiež máme ambíciu spolupracovať so spoločnosťou NucAdvisor na vývoji menších reaktorov vhodných pre teplárenstvo. V rámci krajín V4 sme zapojení tiež do vývoja vysokoteplotného héliom chladeného reaktora ALLEGRO.

SMR predstavujú fascinujúci príklad, ako môže pokrok v materiáloch, automatizácii a regulačných procesoch otvoriť nové možnosti pre jadrovú energetiku. Očakáva sa, že prvé SMR budú v komerčnej prevádzke okolo roku 2030.

Malé modulárne reaktory majú všetky predpoklady stať sa kľúčovou technológiou pre bezpečnú, ekologickú a ekonomicky udržateľnú energetiku. Jedno je isté – sme svedkami revolúcie v jadrovej energetike.

Možné využitie malých modulárnych reaktorov

SMR sa považujú za vhodné riešenie pre rôzne typy aplikácií, ako napríklad:

• Zabezpečenie dodávky regulačného výkonu do elektrizačných sietí
• Energetická sebestačnosť odľahlých oblastí
• Použitie v priemysle
• Odsoľovanie morskej vody
• Výroba vodíka

SMR predstavujú komplexnú technológiu – viaceré spoločnosti a krajiny vyvíjajú vlastné konštrukcie a prístupy. Rozdeľujeme ich podľa chladiaceho média, energetickej úrovne neutrónov generujúcich štiepnu reakciu a použitého paliva:

• Ľahkovodné reaktory vychádzajú zo štandardnej technológie a majú najbližšie k súčasným komerčným reaktorom, a ktoré sa delia na dve podkategórie: tlakovodné (PWR) - (napr. Rolls-Royce SMR, Westinghouse AP300) a varné (BWR), napr General Electric BWRX-300.
• Vysokoteplotné reaktory (HTGR) - používajú hélium ako chladiace médium a dosahujú teploty nad 700 °C.
• Reaktory na báze tekutých solí - využívajú ako palivo roztavené soli uránu alebo tória (napr. čínsky TMSR).
• Rýchle množivé reaktory chladené kovmi - ako chladiaci prostriedok používajú tekutý sodík alebo olovo (napr. ruský reaktor BREST-OD-300, LFR-AS-200 spoločnosti Newcleo).

Sledujte a komentujte naše podcasty na YouTube: bit.ly/48CotTP