Malé jaderné reaktory aneb SMR: nastupující fenomén dnešní doby?

Malé jaderné reaktory neboli SMR. Abychom byli přesní, SMR je zkratka pro „small and medium-sized reactors“ neboli doslova pro malé a střední jaderné reaktory. V tomto tisíciletí se však zkratka marketingově používá i pro modulární reaktory.

Mezinárodní agentura pro atomovou energii (MAAE) definuje malé reaktory jako reaktory s výkonem do 300 MW a střední s výkonem do 700 MW.

Tyto reaktory představují flexibilní zdroj energie pro širokou základnu uživatelů a aplikací. Je možné je provozovat jak v jednomodulovém, tak ve vícemodulovém zapojení. Nabízejí tak cestu, jak úspěšně zkombinovat jaderné zdroje s alternativními zdroji, včetně obnovitelných. Pojďme se na ně nyní podívat blíže.

Designová záležitost?

Designů SMR existuje celá řada. Můžeme je rozdělit dle principu jejich fungování na:

• vodou chlazené,
• vysokoteplotní,
• rychlé,
• na bázi tekutých solí a ostatní.

Podskupinou tohoto rozdělení může být jejich umístění, pak je dělíme na stacionární či plovoucí. Celkově je SMR návrhů přibližně 50 (viz následující tabulka).

TABULKA: Seznam všech SMR designů (k roku 2018)

Zdroj: IAEA

Většina návrhů je v různé fázi vývoje, o některých se mluví v souvislosti s možností brzké výstavby. V současné době jsou pilotní projekty SMR ve výstavbě v Argentině, Číně a Rusku.

Přehled designů SMR podle jednotlivých regionů. Zdroj: IAEA/NENP/NPTDS/SMR team 2020

SMR versus klasické reaktory

Od klasických reaktorů se SMR mohou lišit například ve zjednodušeném designu, ekonomice postavené na možnosti sériové výroby nebo v kratší době výstavby.

Sériová výroba může znamenat snížení nákladů na jednotlivý reaktor na rozdíl od velkých jaderných zdrojů, kde je většina komponent vyráběna na zakázku v jednotkách kusů. Navíc lze reaktory stavět postupně s časovým odstupem, což je značná výhoda při financování projektu.

Dalším aspektem jejich atraktivnosti je možnost umístit SMR do lokalit po odstavených uhelných elektrárnách. Tímto řešením by tedy nedošlo v dané lokalitě ke ztrátě několika MW elektrického výkonu, jelikož by mohly být nahrazeny právě malými nebo středními reaktory.

Výhody a nevýhody?

Jak již název napovídá, velkou výhodou těchto reaktorů je jejich modularita. Ta umožňuje zapojení SMR podle rozdílných potřeb.

Na odlehlých místech s potřebou nízkého výkonu bude možné nasadit pouze jeden reaktor/modul. V místech s potřebou vyššího výkonu bude možné zapojit několik modulů do série.

Další nespornou výhodou, jak už bylo řečeno, je sériová výroba nebo například zmenšená zóna havarijního plánování. Výhodou je také potenciál vyšší bezpečnosti díky inherentním a pasivním systémům.

Abychom nehovořili jen o pozitivech, i SMR mají jistá negativa. Mezi nevýhody patří složitý a dlouhý proces licencování FOAK (first of a kind) reaktoru, dlouhodobě prokázaný spolehlivý a bezpečný provoz.

Výzvou je i spolehlivá dodavatelská základna pro více modulů, nutnost kompetitivního rozpočtu pro fázi vývoje či plán pro provoz ve spolupráci s obnovitelnými zdroji. V neposlední řadě se zatím nepodařilo prokázat, že SMR mohou zajistit prokazatelně ekonomicky efektivní provoz.

Od ponorek (nejen) k výrobě elektřiny

I když se SMR dostává pozornosti v posledních letech (včetně české vlády, která k nim také upíná oči, pozn. red.), koncept malých reaktorů není nový, SMR byly a jsou používány po celém světě.

Pokud budeme důslední, tak například i „naše“ čtyři dukovanské reaktory zapadají do koncepce SMR.

Malé reaktory se používají na jaderných ponorkách, válečných i obchodních lodích, ledoborcích, jako výzkumné reaktory nebo reaktory pro tvorbu medicínských radioizotopů či „výcvikové“ reaktory na univerzitách.

První designy SMR se objevily a byly testovány v padesátých letech v USA pro námořní a jiné armádní využití. První využití malého tlakovodního reaktoru vedl admirál Hyman Rickover – jednalo se o využití v ponorce. První taková ponorka, USS Nautilus, byla uvedena do provozu roku 1954.

Schéma průřezu jaderné ponorky USS Nautillus. Zdroj: Ship Pictures (2012–2018) / Sakhalia Net Project / militaryhistory.mx

Jak už jsme zmínili, SMR se dnes těší velikému zájmu a jejich vývoj je tak velice aktuální. Země, které mají vojenský jaderný program, mají oproti ostatním velkou výhodu, jelikož provozují SMR již několik desítek let.

Jistě tedy nebude překvapením, že jsou v současné době ve vývoji SMR nejaktivnější USA, Kanada, Velká Británie a Rusko.

Příkladem budiž plovoucí elektrárna Akademik Lomonosov od ruské firmy Rosatom. Tato elektrárna v současné době sídlí a dodává elektřinu ve vzdáleném regionu Ruska, na Čukotce.

Plovoucí elektrárna Akademik Lomonosov města Pevek na Čukotce. Zdroj: atominfo.cz

Výroba elektřiny a co dál?

S provozem SMR se nepočítá jen pro výrobu elektřiny, ale také pro neelektrické aplikace.

První možností je samozřejmě použití pro centrální vytápění. Projektů, které uvažovaly o vytápění pomocí tepla z jaderného reaktoru, již bylo v průběhu let několik. Především se jednalo o projekty v Rusku, Finsku a Švédsku, ale také v Německu nebo i u nás v České republice.

Žádný z těchto projektů se však nerealizoval, s výjimkou švédské jaderné teplárny Ågesta. Ta dodávala teplo a elektřinu do Farsty, předměstí Stockholmu. Byla v provozu deset let od roku 1964. U této teplárny ale převládá názor, že sloužila primárně k vojenským účelům – k výrobě plutonia pro švédský vojenský program.

Dalšími velice perspektivními neelektrickými aplikacemi jsou odsolování mořské vody nebo výroba vodíku a v neposlední řadě použití pro zkoumání vesmíru, například pro pohon meziplanetárních družic.

V dalších dílech seriálu se zaměříme na perspektivní projekty Ruska, USA, Japonska, Číny a na jejich možnost použití v Česku.