Malé jaderné reaktory – Cesta k nízkoemisní energetice?

V Anglii nyní probíhá náročný a bolestivý proces dekarbonizace národní energetiky. Možnosti, jak jí dosáhnout, ale nejsou jednoduché.

Již od počátku provází tento proces problémy a každá změna vytváří další komplikace, které je třeba řešit. Místem odkud začít by mohly být vyřazované uhelné elektrárny, které produkují nejvíce znečištění. Po jejich odstavení vznikne přibližně 30-40% deficit ve výrobě, který bude třeba nahradit.

Může vítr nahradit uhlí?

Nejspíš ne. Největší britská firma v této oblasti London Array, která se zabývá provozem větrných elektráren na jižním pobřeží Britských ostrovů, nyní dodává do sítě 650 MW elektrické energie. Anglie však potřebuje pokrýt spotřebu přibližně 38 000 – 58 000 MW. Tato a ostatní větrné farmy na území Velké Británie jsou tedy pouze kapkou v moři.

A co těžba břidlicového plynu (tzv. „fracking“)?

Břidlicový plyn je v Anglii úspěšně těžen a poskytuje zajímavý potenciál k zajištění národní energetické bezpečnosti. Lze jej těžit při poměrně nízkých finančních nákladech a také jej skladovat za účelem využití při vykrývání špiček spotřeby nebo např. při slabých poryvech větru. I přes tyto nesporné výhody není břidlicový plyn dlouhodobým řešením pro zajištění nízkouhlíkové energetiky Británie. Mimo jiné se jedná o omezený surovinový zdroj.

Nebo třeba jaderná energetika?

Ano, je to energetický zdroj s nízkými emisemi uhlíku. Zachovává si nízkou cenu vyrobené MWh a vyznačuje se vysokou stabilitou dodávek. Přestože se někdy vedou žhavé diskuze na téma jaderné bezpečnosti těchto zdrojů, pravdou je že v poměru počtu úmrtí na vyrobenou GWh se řadí mezi nejbezpečnější zdroje. Pro představu: Největší množství obětí na vyrobenou GWh je spojeno s uhelnými elektrárnami a následně s elektrárnami na fosilní paliva. Je potřeba zdůraznit, že do bilance jsou započítávány i oběti spojené s těžbou surovin a výstavbou elektráren. Nad jadernými elektrárnami jsou dokonce i vodní elektrárny (především kvůli protrženým hrázím v Číně) a solární elektrárny (překvapivě velké množství úmrtí spojených s instalací panelů na střechách domů).

Za podpory Britské vlády je nyní konsorciem firem v čele s EDF ve výstavbě nová jaderná elektrárna Hinkley Point C v Somersetu. Poskytne instalovaný výkon 3200 MW (2 x 1600 MW) v základním zatížení, což pokryje přibližně 5-7 % spotřeby země. I některé další společnosti spolu s Horizon a NuGen předpokládají výstavbu nový jaderných zdrojů ve Velké Británii.

Problém vyřešen. Nebo snad ne?

Ne tak docela. Meeting „UK 2050“ o klimatických změnách a cílech říká, že bude potřeba 16 GW instalovaného výkonu v jaderných elektrárnách. Vzhledem k tomu, že kromě zmíněného Hinkley Point C zatím není žádná další elektrárna garantována a i ty nejoptimističtější představy tvrdí, že do roku 2023 tato elektrárna nebude vyrábět elektřinu, je 16 GW cíl těžko dosažitelný. Navíc se odhaduje, že cena Hinkley Point C bude 14 – 16 miliard liber. To by mohlo být překážkou, protože takto nákladná investice je riskantní a při dnešních poměrech na energetických trzích je návratnost investic do takovýchto velkých jaderných elektráren nejistá.

Na velikosti záleží

Ale je tu ještě jedna možnost z oboru jaderné energetiky. Malé modulární reaktory (SMR – small modular reactor), které disponují instalovaným elektrickým výkonem od 300 MW až po ty nejmenší s pouhými 10 MW.

Jejich definice „modulární“ spočívá v myšlence vyrábět sériově nejdůležitější komponenty s nejvyšší možnou kvalitou a při bezkonkurenčně nízkých cenách. Díky malým rozměrům může být například reaktorová nádoba nebo parogenerátory vyrobeny jako celek ve výrobní hale a na staveniště dopraveny pomocí kamionu či vlaku. Dnes se musí velké komponenty svařovat až na staveništi z menších částí a tím dochází k vyššímu riziku snížení kvality výsledné komponenty. Sériová výroba navíc zajistí snížení výrobních nákladů a tedy i výsledné ceny.

Navíc je důležité myslet i na vnější faktory, jakými jsou budoucí ceny plynu, či obnovení významu emisních povolenek. Díky nim by mohly být SMR více než konkurenceschopné.

Anglická komise „Energy and Climate Change“ při Britském parlamentu zkoumá potenciál těchto malých modulárních reaktorů. Výsledky by mohly významně ovlivnit budoucí energetickou politiku Velké Británie.

Hlavní výhodou SMR jsou výrazně nižší náklady na výstavbu. Příjem ze stavby a prodeje prvního SMR by mohl financovat druhý a následně i třetí modulární reaktor. Jejich kombinací by poté došlo k jednotné větší elektrárně se stejným instalovaným výkonem jako výše zmíněný Hinkley Point C. Tento postup znatelně snižuje finanční rizika, která jsou spojena s výstavbou velkých jaderných elektráren. Také by umožnil menším firmám vstoupit do projektu výstavby a tím vytvořit širší konkurenční prostředí vedoucí k inovacím a dalšímu snížení nákladů.

Existují i další výhody: SMR dokáží lépe využívat systémů pasivní bezpečnosti – ty fungují v případě inicializace poruchy, bez nutnosti zásahu obsluhy a především pouze na fyzikálních principech, tedy bez potřeby elektrického napájení. Například menší aktivní zóna reaktoru vyvíjí méně tepla, které lze snáze odvádět a tak účinněji předcházet tavení paliva. Ve skutečnosti již existuje mnoho návrhů, jak odvádět vzniklou tepelnou energii konvekcí přes stěnu tlakové nádoby reaktoru pouze pasivní cirkulací vzduchu v okolí nádoby. Snížená závislost na chladivu (běžně voda) umožňuje budovat SMR blíž průmyslovým zónám či městům. Kromě výroby elektrické energie by tak mohlo být odpadní teplo z jaderné elektrárny využíváno pro vytápění domácností a v průmyslu.

SMR – V podstatě nic nového

Zmenšené jaderné reaktory nejsou žádnou novinkou. První generace britských reaktorů typu MAGNOX byla s výkonem do 300 MW také malá. Stejně jako reaktory využívané pro pohon jaderných ponorek, ledoborců a letadlových lodí, které jsou již dlouhá léta využívány především v Rusku. Dokonce flotila ponorek Spojeného království je založena na malých tlakovodních reaktorech, hlavně od firmy Rolls-Royce. Velká Británie by tak mohla využít svých zkušeností a vytvořit své vlastní návrhy SMR.

V současnosti jsou projekty SMR nejdál v Rusku (SVBR-100 a VBER-300 od firmy Rosatom)
a USA (SMR od Westinghouse, a další…). Kromě těchto velkých hráčů se těmito reaktory zajímají i státy jako Kanada, Argentina a Japonsko.

Zdroj úvodní fotografie: www.skyscrubber.com