Małe reaktory jądrowe, a sprawa polska

Bloomberg

SMR w założeniu mają być odpowiedzią na szereg kłopotów prześladujących tradycyjną energetykę atomową, w tym przede wszystkim kapitałochłonność pojedynczej inwestycji, wysoki stopień złożoności projektu oraz długie czasy budowy – piszą eksperci Paweł Gajda i Adam Rajewski.

W ostatnich miesiącach do polskich mediów (w tym społecznościowych) powraca regularnie temat energetyki jądrowej. Główną osią dyskusji pozostaje rola, jaką atom ma do odegrania w procesie dekarbonizacji, zarówno naszej lokalnej, jak i globalnej, aczkolwiek istotne wątki dotyczą także tego jaki ten atom powinien być, w szczególności jakie technologie powinny być wykorzystywane. Jednym z powracających tematów w takich dyskusjach jest zagadnienie nowoczesnych konstrukcji tzw. małych reaktorów modułowych (ang. Small Modular Reactors, na ogół skrótowo określane akronimem SMR), które bywają prezentowane jako remedium na wiele problemów trapiących tę branżę przemysłu. W ostatnim czasie pojawił się szereg doniesień dotyczących postępów w rozwoju takich technologii i ich licencjonowania, a także o listach intencyjnych zawieranych przez dostawców z zainteresowanymi inwestorami – jednym z nich było porozumienie pomiędzy GE Hitachi Nuclear Energy a polskim Synthosem. W debacie publicznej pojawiają się głosy, że to na tę technologię powinna postawić Polska, zarzucając jednocześnie budowę tradycyjnych dużych bloków jądrowych.

SMR – co to takiego?

Nie istnieje jedna ścisła definicja, niemniej typowo mianem małych reaktorów modułowych określa się reaktory dla bloków o mocach elektrycznych nieprzekraczających 300 MW, charakteryzujące się dużym stopniem standaryzacji. Choć definicja tego nie implikuje, najbardziej zaawansowane projekty – bo w tej kategorii mamy póki co do czynienia jedynie z niezrealizowanymi projektami – są oparte o tradycyjną technologię reaktora wodnego ciśnieniowego, a więc najpopularniejsze rozwiązanie stosowane obecnie w blokach dużych. Są to też konstrukcje koncepcyjnie zbliżone do reaktorów napędowych stosowanych np. na okrętach podwodnych albo amerykańskich lotniskowcach. W praktyce proponowane obecnie konstrukcje są też mniejsze, niż dopuszcza podana definicja – osiągają od 45 do 225 MW.

Małe reaktory modułowe w założeniu mają być odpowiedzią na szereg kłopotów prześladujących tradycyjną energetykę jądrową, w tym przede wszystkim olbrzymią kapitałochłonność pojedynczej inwestycji, wysoki stopień złożoności projektu dużego bloku (czyli duży potencjał do popełnienia błędów w realizacji) oraz długie czasy budowy. Małe reaktory mają być budowane szybciej i sprawniej, z większym udziałem prefabrykacji, a docelowo ich quasi-seryjna produkcja w standaryzowanej formie ma prowadzić do obniżenia kosztów produkcji. Małe bloki mogą też lepiej wpisywać się w potrzeby systemów elektroenergetycznych – szczególnie tych mniejszych, gdzie jednostki tradycyjne oferowane obecnie na rynku byłyby zbyt duże. Warto tu zauważyć, że jest to w pewnym sensie odwrócenie tradycyjnego sposobu myślenia o blokach jądrowych. Historycznie, moc pojedynczych bloków jądrowych stopniowo rosła – pierwsze jednostki były właśnie na poziomie proponowanych dziś SMR, ale szybko pojawiły się konstrukcje większe, po kilkaset albo i ponad tysiąc megawatów. Większość bloków budowanych w latach 80. i później, to już jednostki istotnie przekraczające 1000 MW mocy elektrycznej. Paradoksalnie i tu argumentem była ekonomia – zwiększanie bloków miało prowadzić do obniżenia kosztu w przeliczeniu na jednostkę mocy. Niestety trend ten doprowadził do powstania jednostek trudnych do udźwignięcia dla pojedynczego inwestora (a czasami i wykonawcy), co szczególnie w warunkach liberalizacji rynku energii oraz skupienia podmiotów gospodarczych na bilansach krótkoterminowych stało się istotną blokadą rozwoju energetyki jądrowej. Do tego moce znacznie przekraczające tysiąc megawatów stanowią wyzwanie nawet dla dużych systemów elektroenergetycznych, które muszą mieć przygotowane rezerwy na wypadek nagłej awarii każdego przyłączonego do nich bloku.

SMR w kontekście polskim

Realne problemy z budową nowych dużych bloków jądrowych oraz pojawienie się oferty małych reaktorów modułowych stawia przed każdym krajem planującym budowę jednostek tego rodzaju oczywiste pytanie: które podejście wybrać? Tradycyjne, duże bloki, czy też nowe proponowane konstrukcje małe? Koncepcja małych bloków wydaje się mieć szereg zalet. Jedną z nich jest możliwość budowy elektrowni o znacznie mniejszej mocy oraz ich rozproszenie. Daje to możliwość budowy w lokalizacjach, gdzie budowa dużej elektrowni nie byłaby możliwa. Zresztą genezą wielu tego typu projektów było zasilanie trudno dostępnych lokalizacji o stosunkowo niewielkim zapotrzebowaniu na energię elektryczną. Mniejsza moc jednostkowa może w przyszłości umożliwić budowę lokalnych jądrowych elektrociepłowni. Właśnie w kontekście kogeneracji małymi reaktorami mocno interesuje się między innymi Finlandia. Żadne z tych podejść nie jest jednak wolne od wad. Te dużych bloków zostały już wspomniane. Ale i z małymi reaktorami sytuacja nie jest prosta.

Najbardziej fundamentalny problem jest taki, że małych reaktorów jądrowych zwyczajnie jeszcze nie ma. Dwie konstrukcje – argentyński CAREM oraz chiński HTR-PM – są obecnie na etapie budowy prototypów. Jednak ta pierwsza konstrukcja jest eksperymentalna i ma być tylko krokiem na drodze do rozwoju docelowego, większego modelu, natomiast ta druga reprezentuje nową zaawansowaną technologię reaktorową (tzw. reaktor wysokotemperaturowy) i także nie jest jeszcze nawet bliska komercjalizacji. W kontekście komercyjnej realizacji częściej wymienia się projekty takie, jak amerykański NuScale (50-60 MW), ale te konstrukcje nie zeszły jeszcze z monitorów projektantów. Oznacza to duże prawdopodobieństwo, że gdyby wybrać taką konstrukcję do realizacji w Polsce, byłby to prototyp, co zawsze wiąże się z ryzykiem opóźnień, przekroczeń kosztów oraz niespełnienia założeń. Historia rozwoju techniki z ostatnich dekad nie napawa optymizmem w kwestii szybkości wdrożeń nowych, zaawansowanych rozwiązań technicznych, niezależnie od branży.

Z zagadnieniem tym częściowo wiąże się drugi problem – z punktu widzenia naszego kraju najważniejszy. Energetyka jądrowa w Polsce ma do spełnienia określoną rolę. Tą rolą ma być zapewnienie dywersyfikacji źródeł energii elektrycznej i powiązane z tym zmniejszenie emisyjności polskiej energetyki. By jednak osiągnąć ten cel, energetyka jądrowa musi osiągnąć istotny udział w miksie energetycznym. W Programie Polskiej Energetyki Jądrowej, zapisano docelowo moc na poziomie ok. 6000 MW – taka moc może w praktyce posłużyć do produkcji około 45 TWh energii elektrycznej rocznie, co odpowiada blisko 30% dzisiejszej rocznej produkcji energii w Polsce (a w roku 2040, kiedy najwcześniej można oczekiwać takich mocy w atomie, będzie to wciąż około 20% ). Uzyskanie takiej mocy przy użyciu tradycyjnych, dużych reaktorów, wymagać będzie budowy 4-6 jednostek, w zależności od wykorzystanej technologii. Jednak w przypadku zastosowania np. amerykańskiej technologii NuScale wymagałoby budowy około 120 takich reaktorów. Oczywiście liczba sama w sobie nie stanowi problemu technicznego – z założenia małe reaktory mają być wykorzystywane do budowy instalacji, w których będzie ich wiele, nawet kilkanaście w jednej lokalizacji – ale w praktyce instalacja takiej liczby reaktorów w tak krótkim (z punktu widzenia energetyki) czasie wydaje się nierealna. Są po temu co najmniej dwie przyczyny. Jedna to wspomniany prototypowy charakter możliwych do zastosowania konstrukcji. Wyklucza on w praktyce budowę więcej niż jednej-dwóch jednostek na wczesnym etapie programu. Trzeba je zatem zaprojektować (bo projektów wykonawczych jeszcze nie ma), zbudować, uruchomić i poddać próbnej eksploatacji. Następnie wyciągnąć z niej wnioski, wprowadzić poprawki do projektu i dopiero wtedy można przystąpić do produkcji quasi-seryjnej. A i jej uruchomienie musi potrwać, bo dziś zakłady mające ją realizować nie istnieją. Dodatkowo niewiadomą jest wydajność takich zakładów – ile reaktorów rocznie będą w stanie dostarczyć? Dziś tego nie wiemy. Przy tym faktyczna moc produkcyjna dostawcy musiałaby zależeć od czynników trudnych do przewidzenia – nikt nie zwymiaruje produkcji podzespołów pod szybką realizacje jednego zamówienia. Do tego dochodzi niebagatelne zagadnienie prawno-organizacyjne. Z punktu widzenia prawa nie ma znaczenia, czy reaktor energetyczny jest duży, czy mały. Tak więc budowa stu jednostek, to nieporównanie większe wyzwanie z punktu widzenia zarówno przygotowania formalnego po stronie inwestora, jak i obsługi regulacyjnej po stronie organów państwa, przede wszystkim służb dozoru jądrowego. Stąd wynika wniosek, że osiągnięcie mocy istotnych systemowo w najbliższych dekadach przy użyciu reaktorów małych byłoby co najmniej bardzo trudne, a być może zupełnie niemożliwe. Stawiając na budowę reaktorów małych zamiast dużych ryzykujemy dojście do sytuacji, w której program jądrowy staje się kosztowną dla państwa sztuką dla sztuki.

Najważniejszym czynnikiem w dyskusji duże czy małe są, obok możliwości szybkiego postawienia wymaganej mocy, koszty obu tych rozwiązań. Koszt budowy to zresztą główna oś dyskusji o dzisiejszej energetyce jądrowej. Elektrownia jądrowa to inwestycja długoterminowa, która wymaga znacznych nakładów początkowych. Te nakłady zrekompensowane są niskimi kosztami eksploatacji i mogą pozwolić na uzyskanie niskich i stabilnych cen energii elektrycznej w bardzo długim terminie, ale tylko pod warunkiem, że inwestor będzie skłonny zaakceptować długi czas zwrotu. Próba odzyskania zainwestowanych środków w szybkim terminie kończy się koniecznością podniesienia cen sprzedawanej w tym czasie energii. Zmniejsza to jej atrakcyjność technologii jądrowych dla inwestorów nastawionych na szybki zwrot kapitału. W przypadku „dużej” energetyki pojawia się też efekt kwestia dość wysokiego progu wejścia ze względu na konieczność jednorazowej budowy mocy przynajmniej mocy rzędu tysiąca megawatów. Małe reaktory mogą w przyszłości pozwolić inwestować w energetykę jądrową także mniejszym podmiotom gospodarczym. W odniesieniu do założeń polskiego programu energetyki jądrowej argument ten nie ma jednak znaczenia, gdyż zakłada się budowę bloków o łącznej mocy przynajmniej 6000 MW. Kluczowa jest cena jednostkowa. Wspominany już NuScale zakłada, że budowa pierwszej elektrowni w oparciu o reaktory modułowe będzie kosztować 3 mld dolarów przy budowie instalacji o całkowitej mocy około 680 MW (12 reaktorów). Daje to około 4,5 mln dolarów za każdy megawat mocy zainstalowanej. To koszt bardzo zbliżony do budowanej przez koreańskie KEPCO w Zjednoczonych Emiratach Arabskich Elektrowni Jądrowej Barakah czy budowanych przez rosyjski Atomstrojeksport elektrowni na Białorusi (budowa praktycznie ukończona) i w Turcji (budowa rozpoczęta). Doświadczenie ostatnich lat uczy też, że przewidywania w zakresie kosztów tego rodzaju instalacji niekoniecznie się sprawdzają, a rozbieżności pomiędzy oczekiwaniami (a nawet sumami zapisanymi w umowach na realizację) i rzeczywistością potrafią być bardzo znaczące. Jednym z najjaskrawszych przykładów jest tutaj budowany w fińskim Olkiluoto francuski reaktor EPR. Planowane (i zakontraktowane) koszty wynoszące 3,2 mld euro (co dawałoby ok. 2 mln euro za każdy megawat mocy) wzrosły około trzykrotnie. Co ciekawe tego samego typu reaktory udało się zbudować w Chinach przy kosztach zbliżonych do zakładanych powyżej, a także znacznie szybciej. Nie można oczywiście kosztów budowy dowolnej instalacji w Chinach przenosić bezpośrednio na warunki europejskie, ale może to sugerować, że budowa kolejnych jednostek tego typu nie będzie się już wiązać z tak znacznymi opóźnieniami. Problem rosnących kosztów i wydłużających się czasów budowy dotyczy zresztą obecnie wszelkiej poważniejszej infrastruktury, energetyka jądrowa nie jest tu żadnym wyjątkiem. Ten sam argument działa jednak także przeciwko reaktorom modułowym. W ich przypadku pewność co do realnego kosztu jest zresztą jeszcze mniejsza, bo mówimy o technologiach, dla których nie ma nawet jeszcze finalnych projektów, nie mówiąc już o rzeczywistych doświadczeniach z budowy. Rzeczywiste koszty ich budowy, podobniej jak było to w przypadku dużych reaktorów, poznamy dopiero po wybudowaniu pierwszych jednostek tego typu. Tak więc trudno dziś mówić o realnej perspektywie oszczędności. Do tego dochodzi znany już dziś czynnik w postaci niższej sprawności. Dla bloku z reaktorem NuScale oczekiwana na dziś sprawność to ok. 30%, podczas gdy nowoczesne elektrownie duże mają sprawność na poziomie około 37%. Nawet w przypadku energetyki jądrowej, w której koszt paliwa ma dużo mniejszy wpływ na całkowite koszty wytwarzania energii, taka różnica nie jest zaniedbywalna. Argument ten będzie miał jednak mniejsze znaczenia w przypadku wykorzystania takiego reaktora w kogeneracji, czyli jako elektrociepłownię.

Nie zamiast ale obok

Wydaje się zatem, że technologia SMR nie jest w stanie zastąpić tradycyjnych technologii reaktorowych w realizacji celów aktualnej polskiej polityki energetycznej. Nie znaczy to jednak, że trzeba jej z polskiej pozycji powiedzieć twarde „nie”. Jej prototypowy charakter, który nie pozwala na zrealizowanie istotnych celów emisyjnych w skali kraju w krótkim i średnim terminie, może być jednocześnie szansą na wzięcie udziału w rozwoju nowych technologii. Jakkolwiek nie wydaje się możliwe (ani celowe) opracowanie takiej technologii od podstaw w Polsce, polskie podmioty i jednostki badawcze z pewnością mogłyby wziąć udział w dopracowaniu i komercjalizacji takich technologii. Program rozwojowy mógłby tu być powiązany na przykład z budową nowego reaktora badawczego w Narodowym Centrum Badań Jądrowych w Świerku. Ale także z modernizacją polskiego ciepłownictwa – Polska jest krajem z jednym z najlepiej rozwiniętych sektorów scentralizowanego wytwarzania ciepła, dla których małe jednostki jądrowe mogłyby być atrakcyjną ofertą. Budowa prototypowych rozproszonych elektrowni jądrowych w Polsce dałaby szansę także polskiemu przemysłowi na dołączenie do klubu wykonawców takich instalacji w przyszłości. Niemniej potencjalne, wymierne korzyści dla polskiej gospodarki byłyby dość odległe. Oczywiście może być to warte zachodu, niemniej, jeśli chcemy, by energetyka jądrowa odegrała istotną rolę w zmniejszeniu wpływu na środowisko polskiej gospodarki w najbliższych dekadach, konieczne będzie w pierwszej kolejności sięgnięcie po technologie i konstrukcje sprawdzone.

Paweł Gajda, Wydział Energetyki i Paliw, AGH w Krakowie

Adam Rajewski, Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa, Politechnika Warszawska

Tagi:

Mogą Ci się również spodobać

Wkrótce mamy poznać plan dla energetyki i górnictwa

W ciągu 2 – 3 tygodni minister aktywów państwowych zaprezentuje program restrukturyzacji energetyki. – ...

Amerykanie wyrzucają kupców ropy z Iranu

Z powodu amerykańskich sankcji 23 kraje zrezygnowały z zakupów irańskiej ropy. Teheran stracił na ...

PGNiG dokonało dużych odpisów

Ubiegłoroczne wyniki grupy okazały się słabsze od oczekiwanych. W tym roku mogą być jeszcze ...

Od piątku spółki energetyczne pod nadzorem Ministerstwa Energii

Nadzór nad spółkami Enea, Energa, Zespół Elektrowni Wodnych Niedzica, PGE Polska Grupa Energetyczna i ...

Bułgaria zmniejsza zależność od gazu z Rosji

Obok Austrii, Bułgaria jest drugim krajem w Unii całkowicie zdanym na eksport gazu z ...

Naftowy renesans na Morzu Północnym

Wydobycie surowca z nowych pól położonych niedaleko Wielkiej Brytanii wzrośnie do najwyższego poziomu od ...