Tlakovodní reaktor SMR160 firmy Holtec (zdroj Holtec)

V předchozím článku jsme se věnovali pokroku v jaderné energetice v roce 2020, a to hlavně v oblasti velkých bloků. Nyní se soustředíme na malé modulární reaktory. Navážeme na přehled situace z minulého roku. Připomeňme si, že tyto reaktory můžeme rozdělit na dva typy. Prvním jsou klasické lehkovodní reaktory, které jsou jen zmenšenými variantami těch velkých. Druhým pak inovativní typy reaktorů. Podívejme se na pokrok dosažený v jednotlivých oblastech.

Klasické lehkovodní reaktory

Jak už bylo zmíněno, v Rusku je ve městě Pevek už více než rok v provozu plovoucí jaderná elektrárna Akademik Lomonosov. Ta postupně přebírá dodávky elektřiny a tepla pro Čukotku. Na základě zkušenosti s ní se předpokládá realizace komerčního projektu plovoucí jaderné elektrárny. Využijí se silnější reaktory RITM-200, které se již realizují v novém pokolení atomových ledoborců. Tyto reaktory by se mohly využít i jako malé modulární reaktory, plánované právě pro severní oblasti Ruska. Jak plovoucí jaderné elektrárny, tak i malé pozemí bloky by se nabízely i do zahraničí. Podrobněji jsou tyto projekty popsány ve zmíněném celkovém přehledu loňské jaderné energetiky. Tyto projekty jsou určeny pro specifické účely, kde nemají tak silnou ekonomickou konkurenci. Na plovoucích jaderných elektrárnách pracuje i Čína a obě země také začaly realizovat výstavbu prvních jaderných tepláren.

Maketa malého modulárního reaktoru NuScale (zdroj NuScale).

Všechny ostatní projekty jsou zatím ve stádiu projektu na papíře. Ze západních projektů malého modulárního reaktoru je nejdále NuScale. U něj se podařilo v září 2020 dokončit posouzení bezpečnostních parametrů americkým úřadem pro jadernou bezpečnost NRC. Dříve se u něj předpokládal výkon 50 MWe, nyní 60 MWe, uvažuje se o zvýšení až na 77 MWe. Takže se ještě bude posuzovat toto zvýšení výkonu. Tato obecná licence ovšem neruší nutnost licencování konkrétního projektu tohoto reaktoru v dané lokalitě. Ukazuje se, že pro řízení elektrárny s dvanácti moduly NuScale budou stačit tři kvalifikovaní operátoři. Zahájení stavby prototypu se plánuje na rok 2025 a dokončení rok 2029. S jejím přiblížením se objevují první zájemci o tento reaktor v USA. Možnosti využití tohoto reaktoru začala posuzovat Ukrajina, dohodu o tom v roce 2020 podepsali představitelé Ukrajiny a firma NuScale.

Podívejme se na některé další projekty lehkovodních reaktorů. Firma Holtec se v roce 2020 rozhodla ve svém tlakovodním malém modulárním reaktoru SMR160 využívat palivo firmy Framatom. Použití osvědčeného paliva by pomohlo zrychlit a zjednodušit jeho vývoj. I o tomto reaktoru uvažuje Ukrajina.

Česku nabízí svůj malý modulární reaktor SMART i korejská firma KEPCO. Jde o jeden z prvních reaktorů integrálního typu na světě. Jedná se o pokročilý vodou chlazený a moderovaný reaktor, který generuje tepelný výkon 365 MWt. Může současně vyrábět 110 MWe elektřiny nebo 100 MWe elektřiny a 40 000 tun odsolené vody. Jedna tlaková nádoba reaktoru obsahuje hlavní součásti včetně jádra reaktoru spolu s palivem, kompenzátorem objemu, 8 generátory páry a 4 čerpadly chladicí kapaliny. Díky takovému integrovanému uspořádání sestavy reaktorové nádoby není nutné použít potrubí o velkém průměru, což má za následek podstatné snížení rizika havárií spojených s velkou ztrátou chladiva. Malá zásobárna vody umístěná v parním generátoru snižuje riziko opětovného zahájení štěpné reakce po havárii s přerušením hlavního parního potrubí. Zabudovaný kompenzátor objemu je navržen tak, aby udržoval tlak na stejné úrovni po celou dobu běžného provozu. Prvky pasivní bezpečnosti vylepšují bezpečnost reaktoru snižováním rizik.

Představa o vzhledu elektrárny využívající malé modulární reaktory NuScale (zdroj NuScale).

Na vývoji klasických i inovativních malých modulárních reaktorů intenzivně spolupracuje Kanada, která jejich zavedení považuje za nutnou podmínku pro dosažení uhlíkové neutrality. Z podobných důvodů se zapojuje i Velká Británie. O zavedení malých modulárních reaktorů do teplárenství uvažují hlavně severské státy, jako Finsko nebo Pobaltské státy. Ve Finsku by jich potřebovali velký počet pro náhradu fosilních paliv v teplárenství. Uvažují tak, že by do jejich výrobu zapojili i finský průmysl. Estonsko už hledá zájemce mezi městy, kde by se postavily první malé modulární reaktory.

Velká Británie by se proto chtěla stát producentem i vývozcem malých modulárních reaktorů. Ty by doplňovaly velké reaktory, které se ve Velké Británii budují. Na jednom takovém reaktoru pracuje firma Rolls Royce. Ta dodává reaktory i pro britské jaderné ponorky. Jejich tlakovodní reaktor by měl mít výkon 400 až 450 MWe. O možnosti spolupráce a využívání těchto reaktoru jednalo v minulém roce Turecko.

Firma GE Hitachi podala kanadskému úřadu k posouzení bezpečnostních parametrů svůj varný malý modulární reaktor BWRX-300. Jde o varný reaktor s pasivní cirkulací o výkonu 300 MWe. Dodané podklady jsou pro první dvě fáze posunování ze tří. O možnosti využití se jedná i v České republice a v Polsku. Existuje celá řada dalších projektů využívající lehkovodní koncept, nyní se ale podívejme na příklady některých inovativních projektů.

Schéma reaktoru MMR (zdroj Global First Power).

Inovativní typy malých modulárních reaktorů

Jak už bylo zmíněno v celkovém přehledu jaderné energetiky z minulého roku, v Číně se v roce 2020 podařilo dokončit první inovativní malý modulární reaktor. Jde o vysokoteplotní reaktor chlazený héliem HTR-PM. Dva moduly se společnou turbínou ukončily na začátku roku 2021 horké zkoušky a blíží se ke spuštění. Podrobněji je situace popsána ve zmíněném přehledu. U tohoto reaktoru bude kritické, jak se osvědčí v provozu chlazení héliem a využiti kulového paliva s částicemi TRISO. Pokud bude jeho provoz spolehlivý a osvědčí se i ekonomicky, bude znamenat průlom i do oblasti dodávek průmyslového tepla s vysokou teplotou. Zkušenosti z něj budou velice zajímavé, protože se uvažují další modely s chlazením heliem. V praxi se ukáže, zda lze efektivně zabránit únikům drahého helia, které by zhoršovaly právě ekonomiku provozu. Další reaktory jsou pak zatím pouze na papíře. Zmiňme některé z nich, u niž došlo v minulém roce k posunu.

Už v roce 2019 byl v Kanadě podán k posouzení na úřad pro jadernou bezpečnost mikroreaktor MMR (MikroModular Reactor) firmy First Global Power. Ten by měl být vysokoteplotním plynem chlazeným reaktorem s výkonem 15 MWt a 5 MWe. Palivo by se u tohoto reaktoru nemělo vyměňovat. Má vydržet po celou jeho životnost, která bude okolo dvaceti let. O jeho využívání kromě Kanady uvažuje i Jižní Korea.

Představa elektrárny využívající malý modulární reaktor SSR firmy Moltex Energy (zdroj Moltex Energy).

Velmi inovativní jsou reaktory, které předpokládají využití tekutých solí k chlazení nebo jako nosiče kapalného paliva. V Indonésii uvažují o postavení malého modulárního reaktoru ThorCon, který předpokládá využití kapalného paliva právě v podobě tekutých solí. Takový typ reaktoru by měl pro Indonésii velkou výhodu. Byl by totiž vhodný i pro využití thoria, kterého má tato země velké zásoby. Uvažuje se o využití pro plovoucí jadernou elektrárnu s výkonem 500 MWe. Což je dvojnásobek původně plánovaného výkonu. Problémem tohoto projektu je hlavně to, že jde o velmi exotickou koncepci, s jejímž licencováním nejsou zatím žádné zkušenosti.

Dalším reaktorem využívajícím tekuté soli je reaktor SSR (Stable Salt Reactor) s výkonem 300 MWe firmy Moltex Energy. Na reaktorech tohoto typu IMSR-400 pracuje i firma TerraPower Bila Gatese.

K posouzení bezpečnostních parametrů předložila k americkému úřadu pro jadernou bezpečnost v roce 2020 svůj inovativní rychlý modulární reaktor Aurora i firma kalifornská firma Oklo. Reaktor bude mít výkon 1,5 MWe. Existuje ještě celá řada dalších inovativních projektů, které však jsou většinou spíše pouze v ideovém návrhu.

Závěr

Malý modulární reaktor využívající rychlé neutrony a chlazení oxidem uhličitým Aurora firmy Oklo (zdroj Gensler).

V Číně a Rusku se do provozu dostávají první prototypy malých modulárních reaktorů. Konkrétně jsme zmínili plovoucí jadernou elektrárnu Akademik Lomonosov a vysokoteplotní reaktor HTR-PM. Mohly by ukázat, jak se tyto reaktory osvědčí v provozu a jaké budou jejich provozní ekonomické parametry. Zatím jde o specifické případy pro nestandardní účely. Takové mají větší šanci uspět, není zde tak velká konkurence jiných možných zdrojů. I tak potřebují modulární reaktory pro zlepšení ekonomiky sériovou produkci a dostatečný počet zakázek. Uvidíme, zda bude u zmíněných reaktorů dostatek zájemců a opravdu se bude realizovat sériová výroba.

Další projekty jsou zatím pouze na papíře. Nejblíže k realizaci by mohl být NuScale, který v září 2020 obdržel licenci amerického úřadu pro jadernou bezpečnost NRC. Připomeňme, že jde o obecnou licenci. Konkrétní stavba pak bude potřebovat licenci pro danou elektrárnu. V každém případě se tak dostal blíže k možné realizaci. Pro konkurenceschopnost malých modulárních reaktorů v decentrální energetice je důležité zjednodušení licenčního řízení a podmínek pro konkrétní projekt. Pozitivní je, že se v USA připravuje zákon, který by stanovoval bezpečnostní požadavky na malé modulární reaktory. Ministerstvo energetiky DOE podpořilo u nich návrh zmenšení havarijní zóny oproti velkým reaktorům. To by přispělo ke zlepšení jejich konkurenceschopnosti. Je to důležité pro zvýšení počtu zájemců, a tedy i sériovosti produkce a zlepšení ekonomických parametrů. Nastavení vhodných licenčních podmínek tak je kritickou podmínkou jejich úspěchu. Je třeba zdůraznit, že u většiny projektu jsme ještě hodně daleko od jejich dokončení, realizace prvního prototypu a zahájení sériové produkce, která by umožnila s nimi v energetice počítat. Je tak velmi otevřenou otázkou, které z projektů a kdy se nakonec realizují. A kdy je bude možné využít i u nás.

Poznámka redakce

I když to s článkem přímo nesouvisí, připojujeme zde autorovu  „ještě teplou novinku“, populární přednášku věnovanou událostem v kosmologii za minulý rok - První pozorování neutrin z CNO cyklu reakcí probíhajícím ve hvězdách a na Slunci, které se podařilo detektoru Borexino. Pozorování gravitačních vln ze splynutí dosud nejhmotnějších černých hvězd, detekce gravitačních vln, která prokázala i existenci černých děr.