Stručnjak o malim modularnim reaktorima: "Oni nisu trenutno rješenje, nego sljedeća faza"

Prethodno je jesenas iz Vlade, odnosno Ministarstva gospodarstva potvrđena želja za gradnjom nuklearne elektrane u Hrvatskoj. Ministar gospodarstva Ante Šušnjar tada je kazao da je u izradi zakonodavni okvir za osnivanje Agencije za nuklearnu energiju. Osim rasprave o eventualnoj tehnologiji - klasičnoj nuklearki ili malim modularnim reaktorima, još se nagađa i o mogućim lokacijama.

I dok o klasičnim 'velikim' nuklearnim elektranama i šira javnost zna podosta, mali modularni reaktori(engleski: Small Modular Reactor, SMR) nisu baš poznati široj javnosti. No oni su, kaže nam dr.sc. Duško Čorak, znanstvenik i poduzetnik te jedan od vodećih domaćih stručnjaka za nuklearnu energiju, posljednjih godina jedna od najčešće spominjanih tema u raspravama o budućnosti energetike.

"Ključna razlika nije samo u snazi"

U svijetu koji traži stabilne, niskougljične izvore energije — uz istodobni rast obnovljivih izvora — SMR se često predstavljaju kao fleksibilno i brže rješenje od klasičnih nuklearnih elektrana - kaže Čorak. S njim smo razgovarali o tome koliko su očekivanja od malih modularnih reaktora realna i bi li bili dobro rješenje za Hrvatsku kada i ako krene putem gradnje vlastite nuklearke.

Laički, koliko su SMR 'mali' u odnosu na velike reaktore, odnosno klasične nuklearne elektrane? U čemu je osnovna razlika?

ČORAK: Pojam SMR (Small Modular Reactor) najčešće se odnosi na reaktore električne snage do oko 300 MWe (električni megavat) iako granica nije strogo definirana. I Međunarodna atomska agencija (IAEA) i Europska komisija navode da danas postoji više od 80 različitih SMR koncepata u raznim fazama razvoja — od idejnih rješenja do projekata u licenciranju, a dva u komercijalnom pogonu. Međutim, tržište već širi definiciju. Primjerice, Rolls-Royce svoj koncept od 470 MWe i dalje naziva SMR-om, iako se po snazi približava tzv. srednjim reaktorima. S druge strane, Westinghouse je razvio AP300 od 330 MWe kao izravnu 'umanjenu' verziju licenciranog reaktora AP1000.

Dakle, ključna razlika između SMR-a i velikih blokova nije samo u snazi, nego i u modularnoj gradnji. Pretpostavlja se gradnja kroz više tvornički proizvedenih modula, manje radova na lokaciji i u serijskoj proizvodnji koja bi trebala dovesti do ekonomski povoljnijih rješenja da svaka sljedeća jedinica bude jeftinija i brža te u fleksibilnijoj integraciji u elektroenergetski i toplinski sustav, zbog manje snage i očekivanog kraćeg vremena gradnje. Veliki nuklearni reaktori od 1000 do 1600 MWe u pravilu imaju veću ekonomičnost, ali istodobno nose i veći projektni rizik. SMR pokušava taj rizik smanjiti no taj poslovni model tek treba dokazati u praksi.

Više vrsta malih modularnih reaktora

Kakva je tehnologija SMR-a?

ČORAK: SMR nije jedna tehnologija, nego cijela skupina vrlo različitih tehnoloških rješenja. Najjednostavnije ih je promatrati kroz tri dimenzije. Prva je snaga. Imamo mikro-reaktore od 1 do 10 MWe, predvidivo za izgradnju na udaljenim lokacijama koje su slabo povezane s elektroenergetskom mrežom, a gdje postoje lokalne potrebe bilo za pučanstvo ili industriju. Imamo mali SMR od 10 do 100 MWe, također predvidiv za izgradnju na udaljenijim lokacijama, ali i kao park većeg broja jedinica koji omogućuju praćenje rasta potrošnje električne energije. Imamo i klasični SMR od 100 do 300 MWe za koje se predviđa da se grade u seriji, recimo četiri do deset njih na istoj lokaciji, čak i u zemljama koje imaju jaku elektroenergetsku mrežu. A gornja zona SMR-a su od 300 do 500 MWe koji bi trebali biti ravnopravna konkurencija velikim nuklearnim jedinicama.

Druga dimenzija razlikovanja je rashladni medij primarnog kruga. To može biti voda koja je tehnološki najbliže današnjim elektranama, može biti plin, mogu biti tekući metali, a mogu biti i taljene soli. Treća dimenzija razlikovanja je neutronski spektar pa imamo termalne reaktore – takvi su gotovo svi do sada izgrađeni reaktori na kojima smo stekli dragocjeno iskustvo i potvrđeni su u praksi kao sigurna i pouzdana rješenja. A imamo i brze reaktore koji su potencijalno napredni gorivni ciklusi, ali s mnogo tehnoloških izazova. Većina SMR-ova 'bliskih tržištu' koristi poznata goriva iz klasičnih reaktora, dok napredni koncepti često zahtijevaju specifična goriva i industrijske kapacitete koji još nisu široko dostupni.

SMR već razvija ili razmatra 18 europskih država

Rekli ste da su dva SMR-a već u komercijalnom pogonu. Gdje točno?

ČORAK: Ključno je razlikovati koncepte od stvarnih elektrana. Prema dostupnim podacima Rusija 2019. godine i Kina 2021. prve su priključile SMR-ove na mrežu. No za zapadne investitore najvažniji je primjer Kanade, gdje je regulator izdao dozvolu za izgradnju reaktora BWRX-300 u Darlingtonu i to je prvi zapadni SMR projekt s jasnim regulatornim putem.

Ima li u Europi sličnih projekata u razvoju?

ČORAK: Poljska razvija flotni pristup izgradnje BWRX-300. Rumunjska je pred ugovaranjem šest jedinica s kompanijom NuScale, jedinične snage 77 MWe uz snažnu političku i financijsku podršku SAD-a. Ujedinjeno Kraljevstvo odabralo je koncept Rolls-Royceovog SMR-a snage 470 MWe. Francuska razvija NUWARD, lakovodni reaktor snage 170 MWe koji se predviđa u twin izvedbi sa zajedničkom turbinom snage 340 MWe. Također, francuska tvrtka Newcleo razvija SMR s brzim neutronima, hlađen olovom, snage 200 MWe. Europska komisija navodi da se SMR-ovi razvijaju ili razmatraju u 18 europskih država.

Prednosti i nedostaci malih modularnih reaktora

Koje su glavne prednosti SMR-a?

ČORAK: Ključna prednost je modularna tvornička proizvodnja ključnih komponenti uz kraće vrijeme gradnje - tri do pet godina u odnosu na sedam do deset i više godina kod velikih blokova. Prednost su i potencijalno niži troškovi kroz serijsku proizvodnju i bolju kontrolu kvalitete. Manja snaga i kompaktniji dizajn omogućavaju korištenje prirodnih fizikalnih sila, gravitacija i konvekcije recimo, za odvođenje topline u slučaju nesreće, čak i bez napajanja ili intervencije operatera. Nadalje, mogu opskrbljivati udaljena ili izolirana područja koja nemaju pristup velikoj mreži, idealni su za zamjenu stare ugljene infrastrukture, koristeći postojeće priključke na mrežu i radnu snagu. Osim električne energije, mogu isporučivati industrijsku toplinu, toplinu za grijanje gradova ili energiju za proizvodnju vodika i desalinizaciju. Prednost im je i manji početni kapitalni ulog i manji financijski rizik te potencijalno bolja prilagodba u manjim elektroenergetskim sustavima s mnogo obnovljivih izbora energije.

... A nedostaci?

ČORAK: Tradicionalna nuklearna ekonomija temelji se na ekonomiji razmjera – veći reaktori su jeftiniji po jedinici snage. SMR-ovi se oslanjaju na ekonomiju serije, odnosno masovnu proizvodnju. Ta ekonomija serije još ne postoji. Da bi se postigli niži troškovi, potrebno je izgraditi desetke ili stotine identičnih modula kako bi se amortizirali ogromni troškovi razvoja, certifikacije i izgradnje proizvodnih linija. To je ćorsokak: nema narudžbi bez niske cijene, a nema niske cijene bez mnogo narudžbi. Nema izvedenih rješenja s potvrđenim dokazima o tehničkim i ekonomskim prednostima u odnosu na velike nuklearne jedinice. Prve jedinice bit će znatno skuplje po kilovatu nego veliki reaktori, a konkurentnost postaje realna tek s 10-20 izgrađenih jedinica. Treba naglasiti da je potrebno osigurati i distribuiranu ili regionalnu infrastrukturu za skladištenje i preradu goriva te upravljanje otpadom i istrošenim gorivom što može povećati logističku složenost.

"U očima javnosti 'mali' ne znači nužno bolji"

Javnost je u pravilu osjetljiva na nuklearnu energiju i ima puno dvojbi oko nje. Bi li joj mali modularni reaktori, uvjetno rečeno, bili prihvatljiviji?

ČORAK: Glede javnog mnijenja moguće je i dalje imati općenite predrasude prema nuklearnoj energiji, a 'mali' ne znači nužno 'bolji' u očima javnosti. U pogledu opskrbe gorivom za napredne koncepte SMR-a, postoji niz otvorenih tehničkih, ali i političkih pitanja. Radi se o gorivu koje ima obogaćenje nešto malo manje od 20 posto. Ne treba izgubiti iz vida da su regulatorni zahtjevi jednako strogi kao i za velike reaktore. SMR-ovi imaju pasivne sigurnosne sustave, ali regulator i investitor traže dokaz, ne obećanje. Nedostatak izvedenih rješenja s potvrđenim dokazima o tehničkim i ekonomskim prednostima u odnosu na velike nuklearne jedinice jedna je od ključnih odrednica ovih rješenja.

Koliko koštaju SMR-ovi i koliko bi koštala električna energija koju proizvode?

ČORAK: Ovdje dolazimo do ključne točke oko koje se danas lomi rasprava o SMR-ovima, a to je ekonomska opravdanost. Za razliku od velikih nuklearnih blokova, gdje već postoje brojne operativne reference, kod SMR-ova se sve navedene cijene temelje na projekcijama i pretpostavkama jer još ne postoji dovoljan broj operativnih SMR elektrana koje bi omogućile empirijsku potvrdu tih iznosa. Možemo za nekoliko projekata koji su ugovoreni ili se nalaze pred ugovaranjem pokazati očekivanja glede iznosa investicijskog ulaganja i očekivane cijene električne energije. Najkonkretniji i najtransparentniji primjer je kanadski projekt u Darlingtonu, temeljen na reaktoru BWRX-300 od 300 MWe. Prema javno dostupnim podacima izgradnja prve jedinice snage 300 MWe procjenjuje se na 4,5 do 4,7 milijardi američkih dolara, a za četiri jedinice 15 do 16 milijardi. Ciljani početak rada prve jedinice je oko 2030. godine.

Ove brojke vrlo jasno pokazuju realnost da prvi SMR nije jeftin projekt. Očekivana prednost SMR-a trebala bi se pojaviti tek na kasnijim jedinicama kroz serijsku gradnju, standardizaciju i učenje. No to još nije potvrđeno stvarnim iskustvom.

NuScale je često navođen kao upozoravajući primjer. U SAD-u su početne procjene za šest modula iznosile oko 1.9 milijardi dolara. Projekt je kasnije otkazan zbog rasta troškova i nedostatka kupaca električne energije. U rumunjskom projektu kasnije su se pojavljivale procjene 4,5 do 5 milijardi dolara. Međutim, bez izgrađene referentne elektrane te brojke ostaju projekcije, a ne potvrđeni troškovi. Upravo taj nedostatak referenci danas predstavlja jedan od najvećih rizika SMR-ova. A procjene cijene električne energije iz SMR-ova danas se kreću u vrlo širokom rasponu. Najčešće oko 80 do 120 solara po megavat satu.

"Ako je cilj stabilnost treba nam veliki blok"

Bi li onda SMR jednoga dana bio dobro rješenje za Hrvatsku i gdje?

ČORAK: Moje je dugogodišnje stajalište da Hrvatska mora minimizirati ukupni rizik kod izgradnje svoje nuklearne elektrane. Ako je cilj stabilna, niskougljična bazna energija, koja je nasušno potrebna hrvatskom elektroenergetskom sustavu jer već danas u pojedinim razdobljima godine uvozimo i do 50 posto električne energije, tada je to veliki blok (nuklearka) oko 1000 MWe koji bi trebao biti izgrađen do 2035. godine. Ovisno o dobavljaču i efikasnosti vođenja projekta izgradnje, takvo rješenje može biti dugoročno povoljnije, lakše za financiranje, i regulatorno jednostavnije. Zato smatram racionalnim da se, u slučaju nuklearne opcije za potrebe Hrvatske, prioritetno razmatraju već istražene lokacije: Prevlaka kod Ivanić Grada i Tanja na Dunavu za koje postoje studije sigurnosti PSAR i studije utjecaja na okoliš. Njih svakako treba novelirati u skladu s važećom regulativom. To znatno smanjuje neizvjesnosti i Hrvatska može već danas započeti razgovore s investitorima i dobavljačima opreme za izgradnju nuklearne elektrane. Kod koncipiranja bloka na lokaciji Prevlaka razmatrala se i mogućnost pokrivanja toplinskih potreba Zagreba, što i danas ostaje snažan argument nuklearne opcije — neovisno o tome radi li se o velikom bloku ili budućim SMR-ovima.

"Nije pitanje je li SMR rješenje, nego kada će to postati"

A lokacija Termoelektrane Plomin?

ČORAK: Plomin se spominje zbog postojeće energetske infrastrukture, no potvrđivanje lokacija za nuklearnu elektranu zahtijeva izradu brojnih studija i istraživanja u skladu s međunarodnom regulativom, kako je to već napravljeno za spomenute lokacije Tanja i Prevlaka, za svaku od njih preko stotinu različitih studija i istražnih radova. Takva odluka se ne može s donositi 'iz medijske rečenice'.

SMR-ovi su važan i legitiman smjer razvoja nuklearne energetike. Ključno pitanje više nije jesu li SMR tehnički mogući, nego kada i pod kojim uvjetima mogu postati ekonomski i regulatorno dokazano rješenje. Oni mogu imati ključnu ulogu u budućim energetskim sustavima s visokim udjelom obnovljivih izvora i potrebom za toplinom. No danas, zbog nedostatka operativnih referenci, neizvjesnih troškova i nerazjašnjenih rokova ozbiljna nacionalna strategija mora krenuti od rješenja s najmanjim tehničkim, financijskim i regulatornim rizikom, dok se SMR-ovi racionalno pozicioniraju kao sljedeća faza, a ne kao trenutno rješenje.