Jelenleg 33 országban összesen 438 nukleáris erőmű működik, és 18 országban összesen 57 erőmű épül. Miközben beköszöntött az atomenergia reneszánsza, a fejlesztések egyik iránya az apróbb, könnyen és gyorsan telepíthető mini-atomerőmű. Az oroszoknál már működik is ilyen egy hajóra telepítve! Mit jelent ez a jövőre nézve?
Lóránt Károly közgazdász írása a Makronómon.
Az elmúlt években részben a megújuló energiaforrásokkal kapcsolatos illúziók mérséklődése, részben az orosz-ukrán háború és az annak kapcsán hozott szankciók hatása miatt nyugat-Európában felértékelődött az atomenergia szerepe.
A korábbi atomenergia-ellenes mozgalmak vesztettek lendületükből, és a kormányok nagy része felhagyott az atomerőművek leszerelésére irányuló tevékenységével, sőt belekezdtek új atomerőművek építésébe, illetve az atomenergetikai fejlesztésekbe. Jelenleg a világ összes villamosenergia termelésének bő 10 százalékát adják az atomreaktorok.
Nézzük először, hogy mennyire elterjedtek maguk az atomerőművek.
Az egyes országokban sokirányú fejlesztés zajlik, amelyeket több szempont szerint különböztethetünk meg. Az egyik, hogy az atomenergia az atommagok bomlásán (fisszió) vagy egyesülésén (fúzió) alapszik.
A fisszió esetében nehéz atommagok (jellemzően urán) bomlanak könnyebb atommagokra, és e bomlás során energia keletkezik, a fúzió során pedig két hidrogénatomból (deutérium és trícium) lesz egy héliumatom és az átalakulás során energia szabadul fel.
A mai atomerőművek kivétel nélkül az urán, illetve a hasonló nehéz atommagok bomlásán alapulnak. A fúziós erőművek megvalósításával már az 1970-es évek óta kísérleteznek, de ahogyan a Makronóm is megírta nemrég, tényleges hálózatra kapcsolásukra talán még évtizedekig várnunk kell. (A cikk a technikai keretes részt követően folytatódik – a szerk.)
Technikai kisokos: milyen típusú reaktorok működnek ma?
A fissziós, tehát az atommagok bomlására épülő energiatermelés is két nagy ágra osztható: a lassú vagy termikus neutronokkal működőkre (ilyenek a mai atomerőművek) és a gyors neutronos erőművekre, amelyek – ötvenévi fejlesztés után – ma már elérték azt a szintet, hogy hálózatra kapcsolhatók, például Oroszországban.
A termikus (lassú neutronos) erőműveknek is számos típusa van a neutronokat lassító moderátor és a hűtőközeg szerint. Így vannak a könnyűvizes reaktorok, ahol a moderátor és a hűtőközeg egyaránt könnyű (közönséges) víz. Ennek is két típusa van a nyomottvizes és a forralóvizes reaktor.
A nyomottvizes attól nyomottvizes, hogy a hűtést és moderálást szolgáló vizet nagy nyomáson (130-150 bar) tartják, hogy mintegy 300 oC-on is cseppfolyós maradjon, ez az úgynevezett primer kör. Ebből a hőenergiát egy hőcserélőn keresztül adják át a szekunder körbe, amelynek nyomása sokkal kisebb (40-60 bar), és így a forró víz gőzzé válik, és hajtja a turbinát.
Ilyen a paksi reaktor. A forralóvizes reaktornál a reaktor aktív zónáját hűtő és gőzzé váló vizet közvetlenül vezetik a turbinákra. Nehézvizes reaktorok esetében a moderátor és a hűtőközeg nehézvíz, ahol a víz hidrogénje deutérium, vagyis olyan hidrogén, amelynek atommagja az egy proton mellett egy neutront is tartalmaz.
Az említettek mellett léteznek még grafit moderátoros reaktorok, amelyek lehetnek gáz- és könnyűvízhűtésűek egyaránt, továbbá olvadt só vagy fémhűtésű reaktorok is. A sokak által a jövő egyik nagy ígéretének tartott folyékony sóolvadékos tórium reaktor esetében például az olvadt só a hűtőfolyadék és az üzemanyag szerepét is betölti, mert a folyadékban az üzemanyagként szolgáló tórium oldott formában van jelen. (Ennek két óriási előnye van: egyrészt nem keletkezik sok ezer évig le nem bomló, méregdrágán tárolható sugárzó atomhulladék; másrészt gyakorlatilag lehetetlen olyan “elszabaduló” baleset, mint Csernobilban volt, mert a láncreakció itt de fato leállítja önmagát. Egy nagy hátrány viszont van: a dolog nem eléggé kiforrott, és nem minden technológiai részlet megoldott. Viszont Kínában már építés alatt van az első ipari méretű ilyen reaktor – a szerk.) Több generáció az atomerőművek közt
A fentieken túlmenően az atomerőműveket még generációkra is szokták osztani, ami nagyjából megfelel annak a kornak, amelyben az erőművek készültek. Az első generációsokat az ötvenes hatvanas években építették, a második generációsok a hetvenes és kétezres évek között épültek, és már szigorúbb biztonsági elveknek felelnek meg (ilyen a paksi erőmű is).
A harmadik generációsok a jelenleg épülő erőművek, amelyek már gazdaságosabbak és biztonságosabbak a második generációsoknál is, de működésük még a hagyományos elveken nyugszik.
A negyedik generációs, általában még kísérleti fázisban lévő erőművek új elveket igyekeznek megvalósítani a gyakorlatban, ilyen a gyorsneutronos reaktor, ami, mivel a hagyományos erőművek kiégett elemeit képes hasznosítani, zárni tudja az üzemanyagciklust, és ilyenek a kis moduláris reaktorok is, amelyek új gyártási elveket valósítanak meg, vagy éppen a fent említett, ígéretes tóriumos reaktor. (A sok helyütt fejlesztett, de gyerekcipőben járó fúziós reaktorok megint más történetet jelentenek, azt legalább ötödik generációnak, ha nem egészen más “fajnak” érdemes kezelni.)
A hagyományos (termikus, lassú neutronos) reaktorban az 235U92, vagyis a 92-es rendszámú (ez a protonok száma az atommagban), 235-ös tömegszámú (ez a protonok és neutronok száma összesen) urán bomlik el egy neutron becsapódásának hatására kisebb atomokra. Többféle bomlástermék lehet, az egyik ilyen bomláskor bárium (141Ba56) és kripton (92Kr36) keletkezik, és szétrepül három neutron, ami (lelassítva) további maghasadást okozhat, e mellett felszabadul 3,24·10−11 Joule energia.
Erre a reakcióra azonban csak a 235U képes, ami az uránnak csak mindössze 0,7 százalékát teszi ki, míg a többi 99,3 százalék (egy igen kevés 234-es izotóp kivételével) a 238-as tömegszámú urán. Ötven éve folynak kísérletek, hogy az urán túlnyomó többségét kitevő 238-as izotópot is fel tudják használni energiatermelésre, és a problémákat az elmúlt évtizedben sikerült is megoldani. A gyorsneutronos (más néven szaporító) reaktorok úgy működnek, hogy a reaktor közepén elhelyezett spontán bomló 235-ös uránt 238-as uránból álló köpennyel veszik körül. A spontán elbomló 235-ös izotópból kirepülő gyors neutronok a 238-as uránt először 239-es urán-izotóppá alakítják, majd ez úgynevezett negatív béta-bomlással (amikor egy neutron protonná alakul és egy elektron meg egy neutrínó távozik) 239-es neptúnium lesz (239Np93). A neptúnium 2,4 nap felezési idővel megint csak negatív béta-bomlással 239-es plutóniummá (239Pu94) alakul át, ami lassú neutronok hatására ugyanúgy bomlik, mint a 235-ös urán.
A folyamat tehát elég bonyolult, nem csoda, hogy fél évszázadig tartott, míg a felmerülő problémákat megoldották, most már azonban
Az új fejlesztések igazi sztárját azonban a kis moduláris atomerőművek (Small Modular reactors – SMR) alkotják. Ezek a hagyományos atomreaktoroknál jóval kisebbek, a felső határt 300 MWe elektromos (1000 MWth termikus) teljesítménynél szabták meg. Alsó határ nincs, de fejlesztenek igazán kicsi, mikro reaktorokat is 10-20 MWe teljesítménnyel. (Az elektromos teljesítmény, a mintegy 30 százalékos hatásfok miatt harmada a hőteljesítménynek).
A kis moduláris reaktoroknak számos előnyük van, mindenekelőtt az, hogy
– tömeggyárthatók, ami a költségek jelentős csökkenésével jár,
– rugalmasan telepíthetők,
– egy típusra kiadott engedéllyel a reaktor sok helyre telepíthető, nem kell ismételten engedélyeztetni.
– Fokozott biztonságot nyújtanak,
– alacsonyabb kezdeti költségekkel járnak és
– kapcsolt energiatermelésre (villamos energia és hő ellátás) is alkalmasak.
– Továbbá: magas hőmérsékletű változataik technológiai célokra is felhasználhatók például a vegyiparban vagy a kohászatban.
– Mi több: az SMR-ek lehetőséget kínálhatnak távoli régiók időjárástól független energiaellátására is.
A fentieken felül előny még az is, hogy a kisebb erőművek decentralizált telepítése nagyobb biztonságot nyújt. Meghibásodás vagy javítás esetén kisebb egység esik ki az országos hálózatból, illetve az országos hálózat problémái esetén biztosíthatja a helyi ellátást.
Különféle SMR-ek tervezése és építése több mint 17 országban van folyamatban.
A reaktorok tervezésének és technológiai fejlesztésének többsége ugyanakkor nemzetközi együttműködés keretében valósul meg. Fejlesztési irányaik rendkívül széleskörűek. Annak érdekében, hogy minél több energetikai és technológiai igényt tudjanak kielégíteni az SMR konstrukciók fejlesztése világszerte több mint hetven fő technológiai irányba történik.
Az első SMR-ek szélesebb körben a húszas évek végén vagy a harmincas évek elején kerülhetnek kereskedelmi forgalomba. Viszont gyorsan terjedhetnek: előrejelzések szerint az SMR-ek globális piaca 2040-re eléri a 300 milliárd dollárt.
Oroszország
Az Orosz Föderációban jelenleg 11 kis moduláris reaktor van a fejlesztés, illetve az engedélyezés különböző fázisaiban, amelyek teljesítménye hattól háromszáz MWe-ig terjed.
A fő fejlesztők az OKBM Afrikantov, amelyik hat, és az OKB Gidropress, amelyik három fejlesztésen dolgozik. OKBM Afrikantov által fejlesztett KLT-40S típusú Akademik Lomonoszov úszó atomerőmű a világ első kis moduláris reaktora, amelyet hálózatra kapcsoltak. Ez 2020-ban történt, és az erőmű a Csukcs félszigeti, az Északi-Jeges-tenger mentén fekvő Pevek városkát és környékét látja el energiával. A Roszatom üzemelteti az újszerű megoldást.
Kína
Oroszország után Kína a világ második országa, ahol kis moduláris reaktort hálózatra kapcsoltak, mégpedig 2021 decemberében. Az erőmű Kína déli részén Shandong tartományban található, és fő célja a szénerőművek kiváltása. A magas hőmérsékletű reaktor (HTR-PM) két, gőzturbinás generátorrendszerrel összekapcsolt reaktormodulból összesen 210 MWe teljesítményt állít elő. Ez a világ első moduláris, kavicságyas, magas hőmérsékletű gázhűtéses reaktora
Egy másik
A reaktor az ország déli részén lévő Hainan tartományában épül. Az építés 2021 júliusában kezdődött és 58 hónap alatt, tehát 2026 tavaszára kívánják teljes egészében befejezni. Az erőmű új energiaforrásának első tervezett felhasználói között lesz egy helyi sótalanító és egy szomszédos ipari park.
Argentína
Meglepetésre a világ harmadik országa, ahol kis moduláris atomerőművet üzembe helyezhetnek az előbbieknél jóval kisebb ország: Argentína. Argentínában a CAREM (Central Argentina de Elementos Modulares) nevű 30 MWe teljesítményű kis moduláris reaktor az építés előrehaladott fázisában van, a jelenlegi cél az üzemanyag betöltése és az üzembe helyezés megkezdése 2024 végéig.
USA
Időrendben a következő ország, ahol hamarosan kis moduláris reaktort helyezhetnek üzembe, az az Egyesült Államok. A legutóbbi időben az Egyesült Államokban is megtörtént a felismerés, hogy a kis moduláris reaktorok nagy jövő előtt állnak, és Donald Trump amerikai elnök utolsó hivatali napjaiban, bő két esztendeje aláírta Small Modular Reactors for National Defense and Space Exploration" (Kis moduláris reaktorok a nemzetvédelem és az űrkutatás számára) című rendeletet.
Trump az atomenergiát az Egyesült Államok nemzetbiztonsága, energiabiztonsága és gazdasági jóléte szempontjából kritikus fontosságúnak nyilvánítva több kormányzati szervet bízott meg azzal, hogy együttesen
Az Egyesült Államokban jelenleg nem kevesebb mint 11 kis moduláris reaktort fejlesztenek, ezek egyike a NuScale Power által fejlesztett reaktor, amely már megkapta az amerikai nukleáris szabályozó hatóság (NRC) jóváhagyását. A konstrukciót, amelynek kifejlesztését Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma közel 300 millió dollárral támogatta.
Dél-Korea
A kis moduláris reaktorok fejlesztése területén jelentős szerepet játszik még Dél-Korea. A KAERI (Korea Atomic Energy Research Institute) 1997 óta fejleszt egy 100 MWe teljesítményű kis moduláris reaktort (SMART).
A SMART-reaktor fejlesztését Szaúd-Arábiával közösen végzik, jelenleg a reaktor szabványos tervezési jóváhagyásának megszerzésén dolgoznak. A Doosan Enerbility Co., Ltd., 2022 áprilisában stratégiai partnerségi megállapodást írt alá a NuScale Power amerikai céggel. A megállapodás szerint Doosan Enerbility szállítja az SMR-ek kovácsolt alkatrészeit és fő részegységeit. A Doosan 2023 második felében megkezdi az SMR főberendezésének teljes körű gyártását.
Az EU és Nagy-Britannia
Európában a német zöldektől származó atomenergia-ellenesség miatt a fejlesztések a 2000-res évektől de facto leálltak. Azonban megváltozott a helyzet: Emmanuel Macron francia elnök nagyarányú reaktor-építési programot jelentett be bő egy évvel ezelőtt, a közeljövőben hat, 2050-ig pedig 14 új nagy erőművet kívánnak építeni.
E mellett lendületet kapott a kis moduláris erőművek építése is. Az EDF (Électricité de France) a francia állami energiavállalat által fejleszteni kívánt NUWARD kódnevű kis moduláris reaktor jelentős állami támogatást kapott. A NUWARD egy 340 MWe teljesítményű, két, egyenként 170 MWe teljesítményű reaktorból álló európai nyomottvizes erőmű.
Az Egyesült Királyságban közben a Rolls Royce fejlesztett egy SMR konstrukciót, amely 470 MWe teljesítmény előállítására képes. Az engedélyezési eljárás várhatóan 2024 közepén fejeződik be, és a reaktor körülbelül 2030-ban lesz képes energiát szolgáltatni.
A Visegrádi négyek fejlesztései, magyar részvétellel
A közép-európai országok is érdeklődnek az SMR-rek fejlesztése iránt. Lengyelország például széleskörű nemzetközi együttműködést keretében igyekszik e termékhez hozzájutni. 2021 decemberében megállapodást kötöttek a GE Hitachi Nuclear Energy (GE HNE) amerikai céggel 10 új SMR telepítéséről Lengyelországban, cél a szénerőművek kiváltása. Az építkezések 2025-ben kezdődnének, az üzembe helyezésekre pedig 2028 körül kerülne sor. Lengyelország ugyancsak tárgyalások folytat Dél-Koreával. A koreaiak 6-9 GWe erőmű kapacitás építésére vállalkoznának.
Románia az Egyesült Államokkal együttműködve kisméretű moduláris atomreaktoroktelepítését tervezi. A cseh kormány is erőteljesen támogatja a kis moduláris reaktorok fejlesztését, és ennek érdekében több potenciális gyártóval vették fel a kapcsolatot, és Szlovákia is érdeklődik a kis moduláris reaktorok iránt. A Visegrádi Négyek a franciákkal együtt fejlesztik az ALLEGRO nevű reaktort, ami gázhűtéses gyorsreaktor lesz.
A reaktor demonstrációs céllal készül, és a technológia megvalósíthatóságát kívánja bemutatni. A 75 MW termikus (kb. 30-35 MWe) teljesítményre tervezett reaktor legfőbb előnye kilépő hűtőközeg igen magas hőmérséklete (850 °C). Ebben a kutatásban magyar részről az MTA Energiatudományi Kutatóközpontja és a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Nukleáris Technikai Intézete vesz részt.
Az SMR-ek előnyeit természetesen csak akkor lehet kihasználni, ha valóban tömegben, nagy sorozatban, típusengedéllyel gyárthatók, és így felgyorsul a ma sokáig tartó engedélyezési eljárás és a telepítés. A várható költségek körül is nagy a bizonytalanság. A világ vezető pénzügyi tanácsadó és vagyonkezelő cége, a Lazard, 2020 októberi becslése szerint az SMR-ek beruházási (overnight) költségei 7675 és 12500 $/kWe között, az egy MWh energia megtermelésének költségei pedig 129 és 198 dollár között változhatnak.
A Rolls Royce 470 MWe-os SMR-je 3 milliárd dollárba kerül, ami 6 382 $/kWe-nek felel meg. A cég azt állítja, hogy teljes kihasználás esetén a reaktor egy MWh energiát 68 dollárért tudna előállítani.
Összehasonlításképpen a készülő Paks II erőmű beruházási költsége 6000 $/kWe körül várható.
Összefoglalóan azt lehetne mondani, hogy a kis moduláris reaktorok fejlesztése sok előnyt kínál,
Mindenesetre célszerű aktívan részt venni eme, a klímapolitikai célokkal is összhangban lévő (sőt, azokat egyedül megvalósítani képes) technológia fejlesztésében.
(Címlapfotó:123rf.com)
A hétvégi genfi találkozó után amerikai tisztviselők szerint az ukrán fél kész elfogadni az új békefeltételeket, és megkezdődött azok átadása a moszkvai delegációnak.
Hogyan hozták rendbe a forradalom során keletkezett károkat Kádárék, és hogyan kezelte a megromlott közhangulatot a diktatúra? Történelmi cikkünk!
Franciaország újabb háborús üzemmódba kapcsol, Macron reformja és a vezérkari főnök megdöbbentő szavai belpolitikai feszültséget gerjesztenek.
Európa a kompromisszum helyett a konfliktus fenntartására készül.
Szergej Lavrov orosz külügyminiszter elmondta, hogy Moszkva üdvözölte az eredeti amerikai tervet, és most a módosított verzió bemutatását várják, amelyet Washington Kijevvel és európai partnerekkel dolgozott ki.
Az európai vezetőket délibábos tévképzetek vezérlik, mintha az ukrán fél állna győzelemre a háborúban.
Az FTC elnöke igazi sportági legendákat választott inspirációul.
Mutatjuk mit érdemes tudni róla.
