Az atomenergetika várható újabb irányvonala – SMR reaktorok

Korábbi cikkünkben már szó esett az atomenergetika jelenlegi helyzetéről. Most arról számolunk be, hogy milyen megoldásokat nyújthat a jelenleg működő erőművek hátrányainak kiküszöbölésére az új SMR reaktorok technológiája.

Említésre került, hogy a ma működő és építés alatt álló atomerőművek főként PWR-ek (Pressurized Water Reactor – Nyomottvizes Reaktor), és ezen hagyományos erőművek igen nagy beépített kapacitással rendelkeznek. Ezek előnyei, hogy magas kihasználási óraszám mellett képesek üzemelni, olcsón termelnek villamos energiát, és mindeközben nem keletkeznek üvegházhatású gázok. Fő hátrányai közé tartozik a termelődő nukleáris hulladék, az új erőművek építése igen sokáig tart és rendkívül költséges, valamint ezen erőművek nem alkalmasak rugalmas teljesítményigény- követésre. Márpedig a teljesítményváltoztatás az elmúlt években egyre fontosabb szempont, mivel az időjárásfüggő megújulók bizonyos szintű kiszámíthatatlanságot visznek a villamosenergia-termelésbe, a rendszer fenntartása érdekében pedig mindenképpen meg kell őrizni a fogyasztási és termelési mennyiség egyensúlyát. Habár az úgynevezett BWR-eknek (Boiling Water Reactor – Forralóvizes Reaktor) megvan a képessége rugalmasabb teljesítmény-változtatásra, ezen típusú erőművek száma jóval kisebb, és kevesebb építése is van tervbe véve.

Az előzőekben leírt néhány hátrányra nyújthatnak megoldást az úgynevezett SMR (Small Modular Reactor – Kis Moduláris Reaktor) erőművek. A NAÜ (Nemzetközi Atomenergia Ügynökség – IAEA, (International Atomic Energy Agency) adatai alapján megközelítőleg összesen 50 SMR koncepció létezik1, melyek közül jelenleg kettő üzemel, számos pedig engedélyeztetési eljárás alatt van. Ezen koncepciók lényege, hogy az erőműveket lekicsinyítik, a teljesítményük 300 MW vagy kevesebb, ezáltal lehetővé téve azok sorozatgyártását. A hagyományos atomerőművek esetén jellemzőek a nagy méretek, melyek egyéni gyártást és tervezést igényelnek, ami időigényes és költséges. Továbbá a kisebb méretnek köszönhetően szállításuk és összeszerelésük is kevesebb időt igényel, akár már félig összeszerelt erőművek kerülhetnek a beruházás helyszínére, az építési idő 2-3 évre csökkenhet a nagyobb atomerőművek 8-15 évéhez képest.

A moduláris kialakítás az összeszerelhetőségen kívül rendelkezik azzal a tulajdonsággal is, hogy egy-egy telephelyre több ilyen egység telepíthető. Ennek köszönhetően koncentráltan továbbra is megmaradhatna a nagy beépített teljesítmény, viszont a teljesítménykövetés lehetősége megjelenne, mivel egy-egy modul leállításával lépésenként csökkenthető a termelési kapacitás. További felhasználási lehetőség lenne ezen reaktorok számára az elhagyatott, elzárt területek ellátása, ahol más típusú energiatermelés nem elképzelhető. Ezen reaktorok általánosan magasabb dúsítású uránnal üzemelnének, így ritkábban kellene üzemanyagot cserélni esetükben.

Biztonság szempontjából is megállják helyüket ezen koncepciók. Csakúgy, mint az újabb nagyméretű atomerőművekben, itt is kimagasló hangsúlyt kap a biztonságos működés, és az elképzelhető összes üzemzavar kezelése. Az SMR-ek rendszerint passzív biztonsági rendszerekkel rendelkeznek. Ezek lényege, hogy adott körülmények fennállása esetén automatikusan működésbe lépnek, nem igényelnek külső erőforrást, sem operátori beavatkozást. A passzív üzembiztonsági rendszerek természetes folyamatokra alapulnak, mint a hőmérséklet-különbség, nyomáskülönbség, gravitáció. A biztonságot tovább növeli, hogy méretükből adódóan felszín alatt építhetőek, kihasználva így a mélységi védelem elvét. Két említésre méltó SMR koncepció a NuScale Power Module és a BWRX-300. A NuScale, mely PWR típusú erőmű, a legelőrehaladottabb SMR az USA-ban, több engedélyt is megkapott már, illetve telepítéséről tárgyalások vannak több országban, például Romániában, Bulgáriában és Észtországban. Egy ilyen reaktor teljesítménye 77 MWe, egy telephelyre pedig maximum 12 telepíthető belőlük. Mindegyik reaktorhoz önálló turbógenerátor egység tartozik, ebből kifolyólag a turbinák viszonylag kis méretűek, ami könnyebb szállítást, gyártást és karbantartást eredményez. A 0,5 g talajvízszinti gyorsulásra tervezett reaktorok a talajszint alatt közös vízmedencében helyezkednek el, mely az üzemzavari hőelnyelést is ellátja. Ez az elrendezés látható az 1. ábrán. A primerköri áramlás természetes cirkuláción alapul, így nincs szükség primerköri főszivattyúkra. A reaktortartály magában foglalja a térfogat kompenzátort és helikális gőzfejlesztő hőátadó csöveket, így ezek körül egy extra mérnöki gát is megjelenik, mely tovább növeli a biztonságot.

A BWRX-300 a GE-Hitachi fejlesztése alatt álló BWR típusú reaktor, ennek elképzelt elrendezése látható a 2. ábrán. Ezen cégek nagy tapasztalattal rendelkeznek BWR-ek terén. A 300 MWe teljesítménnyel rendelkező egységek szintén természetes cirkulációval operálnak. Teljesítménye viszonylag gyorsan változtatható, az 50-100% közötti tartományon 0,5%/perc sebességgel.

Tervezési élettartama 60 év, biztonsági rendszerei főként passzívak3. Érdekesség ezen reaktor kapcsán, hogy Lengyelország a 2030-as évek első feléig legalább 10 darab telepítését tervezi, mely egy darab körülbelül 1 milliárd CAD értékű beruházás. Ezen törekvést támogatja a dekarbonizációs céljai elérését.4

Források:

1 https://www.iaea.org/topics/small-modular-reactors

2 NuScale, “Small Modular Reactor,” no. Version 1.0, 2022.

3 Status Report-BWRX-300 (GE Hitachi and Hitachi GE

Nuclear Energy

4 https://www.ge.com/news/press-releases/ge-hitachinuclear-energy-bwxt-canada-and-synthos-green-energyannounce-intention-to

Nyitókép forrása: Freepik prémium

Hirják Árpád Botond