Mik is azok a kis moduláris reaktorok?
Az atomenergia alkalmazása világszerte több évtizedes múltra tekint vissza, az utóbbi időben pedig a korábbi megoldásoknál olcsóbbnak és biztonságosabbnak ígérkező kis moduláris reaktorok fejlesztése révén új lendületet kapott. Blogunkban most e technológia előnyeit, alkalmazási területeit és főbb fejlesztési irányait tekintjük át.
Mik azok a kis moduláris reaktorok?
A kis moduláris reaktorok (angolul: small modular reactor, SMR) olyan fejlett technológián alapuló atomreaktorok, amelyek legfeljebb 300 MW elektromos teljesítménnyel rendelkeznek (léteznek ugyanis 1–10 MW-os mikroreaktorok is), és alkalmasak arra, hogy alacsony szén-dioxid-kibocsátás mellett nagy mennyiségű villamos energiát termeljenek. A technológia lényegének megértéséhez érdemes egy kicsit alaposabban is megvizsgálni magát az elnevezést. Az SMR-ek megjelölésében a „kis” szó arra utal, hogy méretük töredéke egy hagyományos atomerőműének, a „moduláris” szó arra, hogy ezeket a rendszereket, illetve rendszerelemeiket egy gyártóüzemben is össze tudják szerelni, és egységként el tudják szállítani a telephelyre, a „reaktor” pedig nyilvánvalóan arra, hogy itt is egy, a maghasadás hőenergiáját hasznosító technológiáról van szó.
A fenti elven működő reaktorok jelenleg csak Kínában és Oroszországban üzemelnek, illetve van egy tesztreaktor Japánban is. Oroszország első úszó atomerőműve, az Akademik Lomonoszov két, egyenként 35 MW teljesítményű kisreaktorral üzemel, és az ország északkeleti csücskében lévő Csukcsföld nyugati részének, valamint a Jakutföldön található Cserszkij energiaszükségletének 60%-át biztosítja. Jelenleg a világ többi részén, Argentínában, Dél-Koreában, az Egyesült Államokban, az Egyesült Királyságban, Franciaországban és Svédországban is terveznek vagy építenek ilyen létesítményeket, az előrejelzések szerint pedig a 2030-as évektől várható majd a technológia igazi felfutása. Az Egyesült Államokban például egy piacvezető nukleáris ipari csoport által 2022-ben végzett felmérés szerint az ország vállalatai a következő években háromszáz kisreaktor építését tervezik.[1]
A kis moduláris reaktorok néhány fontosabb típusa
Forrás: Nemzetközi Atomenergia-ügynökség
Mik a technológia előnyei?
Bár a legtöbb ország célja, hogy minden lakosa számára tudja biztosítani az energiát, e törekvés komoly akadálya, ha ehhez nem megfelelő az infrastruktúrája, elsősorban a villamos hálózati lefedettsége. Ez különösen a vidéki és földrajzi okokból elszigetelt területek esetében jelenthet problémát. Az SMR-ek egyik fontos előnye, hogy megoldást jelenthetnek erre a problémára, mivel nem csupán a már meglévő hálózatokba integrálhatóak, hanem olyan területekre is telepíthetőek, ahol nincs elegendő átviteli hálózati kapacitás, így olyan régiókban is bevethetőek, amelyekben nincs más, tiszta, megbízható és megfizethető energiaforrás. Az általában 10 vagy 20 MW alatti teljesítményű, úgynevezett mikroreaktorok helyigénye még a többi megoldásénál is kisebb, és fontos funkciójuk, hogy vészhelyzeti tartalék-áramellátást szolgáltathatnak, ezáltal pedig még a dízelgenerátorokat is ki tudják váltani.
Az atomerőművekkel szemben támasztott legfontosabb elvárás a biztonság, tehát az, hogy a balesetek megelőzhetőek legyenek, a kockázatokat pedig minimálisra lehessen csökkenteni. Az SMR-ek ebben a tekintetben is új fejezetet nyithatnak az atomenergia felhasználásának történetében. A hagyományos reaktorokhoz képest ugyanis egyszerűbb a felépítésük, és úgynevezett passzív biztonsági rendszer működik bennük. Ez azt jelenti, hogy a normálistól eltérő körülmények vagy üzemzavar esetén nincs szükség emberi beavatkozásra a leállításukhoz. Ehelyett az üzemzavarok és balesetek lehetőségét, illetve következményeit olyan egyszerű fizikai jelenségekre támaszkodva tudják csökkenteni, mint a gravitáció vagy a természetes hővezetés. Baleset esetén a passzív rendszerek ráadásul megakadályozzák vagy jelentősen mérséklik a környezetbe jutó radioaktív szennyeződést is.
Az SMR-ek további kedvező tulajdonsága, hogy a hagyományos reaktorokhoz képest kisebb az üzemanyagigényük. Míg ugyanis az előbbiek esetében évente egy-két alkalommal ki kell cserélni a kiégett fűtőelemeket, az SMR-eknél erre csak három-hét évenként van szükség, sőt néhány típus akár élettartama végéig is elüzemel üzemanyagcsere nélkül. A svéd SEALER-55 élettartamát például 25 évre tervezik. Mindez természetesen jelentősen csökkenti az üzemeltetési költségeiket.
A kis moduláris reaktorok tulajdonságai a teljes villamosenergia-rendszer szempontjából is kedvezőek. Mivel jelenleg még nincsenek a megtermelt villamos energia közvetlen tárolására alkalmas, jelentős léptékű, gazdaságos megoldások, ezeknek a rendszereknek folyamatosan és rugalmasan kell alkalmazkodniuk a kínálat változásához. Az erőművek teljesítményét így a kereslet és a kínálat alakulásának megfelelően néhány órán vagy akár másodpercen belül is meg kell változtatni, és ennek során figyelembe kell venni a szomszédos országokból érkező forgalom alakulását is. A hagyományos atomerőművek teljesítményét viszont nehéz rugalmasan változtatni, mivel ez kedvezőtlen hatással lehet azok rendszereire, rendszerelemeire és üzemanyagára. Az SMR-eket ezzel szemben úgy tervezik meg, hogy egyetlen telephelyen általában több egységet is üzembe helyeznek. Ezáltal üzemeltetésük is rugalmasabb lehet, mivel az egyes egységek teljesítménye és leállási ütemezése jobban igazítható az aktuális energiaszükséglethez. Az amerikai NuScale 77 MW-os modelljéből például egy adott helyszínen akár tizenkét egység is elhelyezhető.
Gazdasági-pénzügyi szempontból a hagyományos atomerőművek létesítésével kapcsolatos legnagyobb nehézséget a magas beruházási költség jelenti, így ezeket a projekteket nehéz piaci alapon, állami támogatás nélkül megvalósítani. Az elmúlt évek új telepítései ráadásul állandóan átlépték az előre megszabott költségkeretet. Az SMR-eket viszont sorozatgyártásra tervezik, és ezért a fejlesztő cégek igyekeznek a nemzetközi szintű szabványosítás irányába haladni, ettől ugyanis azt remélik, hogy az engedélyezési folyamatok gyorsabbak, a költségek pedig alacsonyabbak lesznek. A kis reaktorok a rövidebb – mindössze két-három évig tartó – építési idő miatt is olcsóbbak és vonzóbbak lehetnek, hiszen a nagyobb típusok esetében a létesítés átlagosan hat-nyolc évet vesz igénybe, Európában pedig 12-14 évnyi késedelemre is volt már példa.
Milyen alkalmazási területei vannak a kis moduláris reaktoroknak?
A kis moduláris reaktorokat a hagyományos, „nagy” erőművekhez hasonlóan elsősorban villamos energia előállítására tervezték, ám más alkalmazási területeik is lehetnek. Az egyik legígéretesebb fejlesztési irány a hálózaton kívüli hő- és energiatermelés. Ennek köszönhetően akár távoli régiókban – például a hálózati infrastruktúrán kívül eső bányákban – is helyettesíteni tudnák a dízelgenerátorokat. A kis moduláris reaktorok emellett alternatívát kínálhatnak a fosszilis üzemanyagok kiváltására a központi fűtés területén és a nehéziparban.[2] Az SMR-eket az úgynevezett kapcsolt energiatermelésben – vagyis amikor egyazon technológiai folyamat keretében történik a hő- és a villamos energia előállítása – is hasznosítani lehet. Erre példa a műtrágyaiparban az ammónia- és a káliumgyártás. Végül az SMR-ek alkalmasak lehetnek az energiaforrásként, üzemanyagként és ipari alapanyagként egyaránt használható hidrogén termelésére is.
Kilátások
A jelenlegi trendek alapján adatközpontjaik, illetve szerverparkjaik energiaéhsége miatt a nemzetközi óriásvállalatok figyelme egyre inkább az atomenergia felé fordul, és ez is segíthet kedvező beruházási környezetet teremteni az új fejlesztések számára. 2024-ben például a Google bejelentette, hogy jövőbeli működése során a Kairos Power nevű startup által fejlesztett kis moduláris reaktorokban termelt energiát is felhasználná. A vállalat első reaktorai 2030-ra várhatóak. Az Amazon pedig a hírek szerint egy másik induló vállalkozásba, az X-Energybe kíván befektetni. Az atomenergia emellett a Microsoft figyelmét is felkeltette, bár a cég egyelőre a hagyományos atomerőművek irányába lépett, mivel a Constellation Energy nevű vállalattal tavaly ősszel arról egyezett meg, hogy újraindítják a Three Mile Island-i telephely egyik korábban leállított reaktorát.
Az atomenergia megítélése az elmúlt évtizedekben nem alakult túl kedvezően. Ez elsősorban a csernobili és fukusimai katasztrófáknak, emellett pedig az induló projektek magas költségeinek és hosszú építési idejének volt tulajdonítható. A nukleáris iparág így gyakran szembesült a társadalom bizalmának hiányával, ráadásul a magas pénzügyi kockázatok miatt a befektetők számára sem volt vonzó. Az SMR-ek viszont biztonságos üzemeltetésüknek, kompakt méretüknek, gyors telepíthetőségüknek és alacsonyabb költségeiknek köszönhetően segíthetnek eloszlatni a hagyományos atomerőművekkel kapcsolatos aggályokat, és új perspektívát nyithatnak az iparág számára.
