Malý modulární reaktor
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/18/NuScale_Power_Module_1_-_JPG.jpg/220px-NuScale_Power_Module_1_-_JPG.jpg)
Malé modulární reaktory[pozn. 1] jsou definovány Mezinárodní agenturou pro atomovou energii (MAAE) jako pokročilé reaktory o elektrickém výkonu až 300 MWe na jeden výkonový modul.[1] SMR jsou jaderné reaktory, které jsou rozměrově menší než konvenční jaderné reaktory. Díky jejich velikosti mohou být jejich komponenty továrně vyráběny v jedné lokalitě a následně dopravovány na místo výstavby jaderného zařízení, kde jsou následně sestaveny do elektrárenského celku. Název SMR plyne z procesů jejich výroby, velikosti, modulární konstrukce a neodkazuje na typ reaktoru a využívaný jaderný proces.[2]
SMR jsou zástupci pokročilé generace reaktorů III+ a více. Tyto reaktory přináší oproti předchozím generacím vylepšení v oblasti jaderné bezpečnosti a tak obsahují v současné době nejlepší dostupné jaderné technologie. Zvýšení úrovně jaderné bezpečnosti dosahují SMR především implementací pasivních bezpečnostních systémů, které ke svému fungování využívají fyzikální principy a jsou nezávislé na lidském faktoru.[3] Mezi reaktory III+ generace spadají převážně lehkovodní reaktory jako je UK SMR, SMR-160 a BWRX-300. Do generace IV spadají vysokoteplotní plynem chlazené reaktory, rychlé reaktory chlazené tekutými kovy a reaktory založené na roztavených solích.[4]
V roce 2023 je ve vývoji přes 80 SMR celkově v 19 zemích světa. První komerční plovoucí SMR byl uveden do provozu v Rusku 22. května 2020 v elektrárně Akademik Lomonosov[5] a první komerční SMR na pevnině byl uveden do provozu v prosinci 2021 v čínské elektrárně Shidao Bay.[6]
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ab/Technologicke_schema.png/220px-Technologicke_schema.png)
Typy malých modulárních reaktorů
Tlakovodní SMR na lehkou vodu
Tlakovodní typ reaktorů (PWR) je světově nejrozšířenějším typem jaderných reaktorů – tvoří 60 % z celkového počtu reaktorů ve světě.[7] Palivem těchto reaktorů je oxid uraničitý (UO2), který je pro evropské jaderné reaktory, pracující na tepelných neutronech, zpravidla obohacován izotopem uranu 235U do 5 %[8] a to kvůli přepravním možnostem při výrobě obohaceného paliva. Tato hladina obohacení je stanovena normami ISO 7195, ANSI N14.1 a ASTM C-996-15.
Štěpná řetězová reakce probíhající v primárním okruhu je moderována demineralizovanou lehkou vodou. Demineralizovaná lehká voda zároveň působí jako teplonosné médium (chladicí médium) a odvádí teplo vzniklé v aktivní zóně reaktoru do parogenerátoru, kde se tepelná energie přenáší do sekundárního okruhu (okruhu páry). Tlak vody v primárním okruhu se u tlakovodních SMR pohybuje v rozmezí od 12 do 17 MPa a teplota v rozmezí 250–330 °C[9][pozn. 2]. Velký tlak je využíván pro zvýšení bodu varu a tím zlepšení odvodu tepla z reaktoru.
Tlakovodní SMR vznikají také v integrální verzi tohoto typu reaktoru (iPWR). Tyto reaktory dosahují zvýšené bezpečnosti integrací parogenerátoru, kompenzátoru objemu a mechanizmů řídicích tyčí do tlakové nádoby reaktoru.[10]
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f3/Zakladni_druhy_MMR.png/440px-Zakladni_druhy_MMR.png)
Varné SMR
Varné reaktory (BWR) také používají demineralizovanou lehkou vodu jako moderátor i chladivo. Na rozdíl od tlakovodních reaktorů je voda v primárním okruhu uváděná do varu a ve formě páry předává svoji energii turbíně. Varné reaktory tedy nemají okruh páry jako tlakovodní reaktory a nemají tedy parogenerátor.
V závislosti na designu se teplota vody v primárním okruhu u varných SMR pohybuje okolo 290 °C a tlak vody se pohybuje okolo 7 MPa.[9]
Vysokoteplotní plynem chlazené SMR
Vysokoteplotní plynem chlazené (HTGR) SMR jsou reaktory, které využívají štěpení pomocí tepelných neutronů. Pro snížení energie neutronů se používá grafitový moderátor. Chladivem těchto reaktorů je helium.[11]
Maximální teplota chladiva se pohybuje v rozmezí 750–950 °C, a proto jsou tyto reaktory vhodné pro vysokoteplotní aplikace jako je například vysokoteplotní elektrolýza, která vyžaduje teploty v rozmezí 700–1000 °C.[12] Palivo je u těchto SMR obohacené izotopem uranu 235U až do 20 %[pozn. 3] a u některých SMR designů dosahuje úrovně vyhoření až 165 GWd/t.[9]
Chladivo | Teplota tání | Teplota varu |
---|---|---|
Sodík | 97.72 °C | 883 °C |
NaK | −11 °C | 785 °C |
Rtuť | −38.83 °C | 356.73 °C |
Olovo | 327.46 °C | 1749 °C |
Eutektická slitina Pb-Bi | 123.5 °C | 1670 °C |
Cín | 231.9 °C | 2602 °C |
Rychlé reaktory chlazené tekutými kovy
Rychlé reaktory chlazené tekutými kovy (LMFR) jsou reaktory využívající fyzikálních a chemických vlastností tekutých kovů, které zde slouží jako chladivo primárního okruhu. Díky své tepelné vodivosti, která je 10-100 krát větší než u vody, tyto reaktory dosahují lepšího odvodu tepla a důsledkem je zvýšení výkonové hustoty.[13] LMFR pracují na rychlých neutronech, takže nemají moderátor.[14]
SMR designy používají jako chladivo převážně olovo, sodík a euktetickou slitinu olova a bismutu (Pb 44,5 hm. %, Bi 55,5 hm. %[15]). Minimální teploty se proto u těchto SMR designů pohybují v rozsahu 340–420 °C v závislosti na použitém chladivu.
Reaktory založené na roztavených solích
Reaktory založené na roztavených solích (MSR) jsou reaktory pracující s energií neutronů v rozsahu tepelných, rezonančních a rychlých neutronů. Štěpitelný materiál je buďto oddělený od tekutých solí v primárním okruhu (pevné palivo), nebo smíchán přímo s tekutými solemi (tekuté palivo) například na fluorid uraničitý (UF4), fluorid plutonitý (PuF3) nebo paliva na bázi chloridových solí. Moderátorem může být grafit, těžká voda, soli a v případě rychlých reaktorů se moderátor neuplatňuje.[16]
MSR reaktory pracují s tlakem v primárním okruhu v rozsahu atmosférického tlaku až do 1 MPa. Většina designů je navržena na práci při atmosférickém tlaku a to je jednou z hlavních výhod MSR.[9]
Seznam SMR projektů
vývoj ve výstavbě v provozu licencování
Název | Výkon | Typ | Výrobce | Stav |
---|---|---|---|---|
CNP-300 | 300 MWe | PWR | SNERDI/CNNC, Pákistán & Čína | v provozu |
ACP100/Linglong One | 125 MWe | iPWR | CNNC, Čína | ve výstavbe |
ACPR100 | 140 MWe | iPWR | CGN, Čína | vývoj |
ACPR50S | 60 MWe | PWR | CGN, Čína | vývoj |
AHWR-300 LEU | 300 MWe | PHWR | BARC, Indie | vývoj |
ARC-100 | 100 MWe | LMFR (Na) | ARC with GE Hitachi, USA | vývoj |
BANDI-60S | 60 MWe | PWR | Kepco, South Korea | vývoj |
BREST-OD-300 | 300 MWe | LMFR (Pb) | RDIPE, Rusko | ve výstavbe |
BWRX-300 | 300 MWe | BWR | GE Hitachi, USA | licencování |
CAP200 LandStar-V | 220 MWe | PWR | SNERDI/SPIC, Čína | vývoj |
CR-100[17] | 100 MWt | PWR | ÚJV ŘEŽ, Česko | vývoj |
DAVID[18] | 50 MWe | PWR | Czechatom Design Bureau, Česko | vývoj |
EM2 | 240 MWe | HTR, FNR | General Atomics (USA) | vývoj |
FMR | 50 MWe | HTR, FNR | General Atomics + Framatome | vývoj |
HTR-PM | 210 MWe | HTR | INET, CNEC & Huaneng, Čína | v provozu |
IMR | 350 MWe | iPWR | Mitsubishi Heavy Ind, Japan* | vývoj |
Integrální MSR | 192 MWe | MSR | Terrestrial Energy, Kanada | vývoj |
KLT-40S | 35 MWe | PWR | OKBM, Rusko | v provozu |
Moltex SSR-U | 150 MWe | MSR/FNR | Moltex, UK | vývoj |
Moltex SSR-W | 300 MWe | MSR | Moltex, UK | vývoj |
mPower | 195 MWe | iPWR | BWXT, USA* | licencování |
Natrium | 345 MWe | LMFR (Na) | TerraPower + GE Hitachi, USA | vývoj |
NuScale Power Module | 77 MWe | iPWR | NuScale Power + Fluor, USA | licencování |
NUWARD | 170 MWe | PWR | EDF, CEA, Naval Group, Framatome, TA, TE | licencování |
PB-FHR | 100 MWe | MSR | UC Berkeley, USA | vývoj |
PBMR | 165 MWe | HTR | PBMR, Jižní Afrika* | vývoj |
PHWR-220 | 220 MWe | PHWR | NPCIL, Indie | v provozu |
PRISM | 311 MWe | LMFR (Na) | GE Hitachi, USA | vývoj |
RITM-200 | 50 MWe | iPWR | OKBM, Rusko | v provozu |
RITM-200M | 50 MWe | iPWR | OKBM, Rusko | vývoj |
RITM-200N | 55 MWe | iPWR | OKBM, Rusko | vývoj |
Seaborg CMSR | 100 MWe | MSR | Seaborg, Dánsko | vývoj |
SMART | 100 MWe | iPWR | KAERI, South Korea | licencování |
SMR-160 | 160 MWe | PWR | Holtec, USA + SNC-Lavalin, Kanada | licencování |
SNP350 | 350 MWe | PWR | SNERDI, Čína | vývoj |
SVBR-100 | 100 MWe | LMFR (Pb-Bi) | AKME-Engineering, Rusko* | vývoj |
Teplator[19] | 150 MWt | PHWR | ZČU v Plzni & CIIRC ČVUT v Praze, Česko | vývoj |
Thorcon TMSR | 250 MWe | MSR | Martingale, USA | vývoj |
TMSR-SF | 100 MWt | MSR | SINAP, Čína | vývoj |
UK SMR | 470 MWe | PWR | Rolls-Royce SMR, UK | licencování |
VBER-300 | 300 MWe | PWR | OKBM, Rusko | vývoj |
VK-300 | 300 MWe | BWR | NIKIET, Rusko | vývoj |
Westinghouse LFR | 300 MWe | LMFR (Pb) | Westinghouse, USA | vývoj |
Westinghouse SMR | 225 MWe | iPWR | Westinghouse, USA* | vývoj |
Xe-100 | 80 MWe | HTR | X-energy, USA | vývoj |
Tabulka byla vytvořena 10. 7. 2023 na základě článku https://world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/nuclear-power-reactors/small-nuclear-power-reactors.aspx |
Ekonomika
Hlavním důvodem zájmu o SMR jsou deklarované úspory z rozsahu výroby díky velkoobjemové výrobě v továrně mimo areál elektrárny. Některé studie naopak uvádějí, že kapitálové náklady na SMR jsou stejné jako u větších reaktorů.[20] K výstavbě továrny je zapotřebí značný kapitál – zmírnění těchto nákladů vyžaduje značný objem, který se odhaduje na 40–70 jednotek.[21][22]
Podle studie výroby elektřiny v decentralizovaných mikrosítích z roku 2014 by celkové náklady na využití SMR pro výrobu elektřiny byly výrazně nižší ve srovnání s celkovými náklady na větrné elektrárny na moři, solární tepelné elektrárny, elektrárny na biomasu a solární fotovoltaické elektrárny.[23]
V roce 2016 se uvádělo, že náklady na výstavbu jednoho reaktoru SMR jsou nižší než u konvenční jaderné elektrárny, zatímco náklady na provoz mohou být u SMR vyšší kvůli nízké ekonomice rozsahu a vyššímu počtu reaktorů. Provozní náklady personálu SMR na jednotku výkonu mohou být až o 190 % vyšší než fixní provozní náklady menšího počtu velkých reaktorů.[24] Modulární stavba je velmi složitý proces a podle zprávy z roku 2019 jsou „informace o přepravě modulů SMR velmi omezené“.[25]
Výpočet výrobních nákladů provedený německým Spolkovým úřadem pro bezpečnost nakládání s jaderným odpadem (BASE), který zohledňuje úspory z rozsahu a efekty učení z jaderného průmyslu, naznačuje, že by muselo být vyrobeno v průměru 3 000 SMR, než by se výroba SMR vyplatila. Je to proto, že náklady na výstavbu SMR jsou vzhledem k nízkému elektrickému výkonu relativně vyšší než náklady na výstavbu velkých jaderných elektráren.[26]
V roce 2017 se studie Energy Innovation Reform Project osmi společností zabývala návrhy reaktorů s výkonem od 47,5 MWe do 1 648 MWe. Studie uvádí průměrné investiční náklady 3 782 USD/kW, průměrné provozní náklady celkem 21 USD/MWh a vyrovnané náklady na elektřinu 60 USD/MWh.[27]
V roce 2020 zakladatel Energy Impact Center Bret Kugelmass prohlásil, že tisíce SMR by mohly být postaveny paralelně, „čímž by se snížily náklady spojené s dlouhými výpůjčními lhůtami pro prodloužené harmonogramy výstavby a snížily rizikové prémie, které jsou v současnosti spojeny s velkými projekty“.[28] Výkonný viceprezident GE Hitachi Nuclear Energy Jon Ball souhlasil s tím, že modulární prvky SMR by také pomohly snížit náklady spojené s prodlouženými lhůtami výstavby.[29]
Odhadovaná cílová cena výroby elektřiny je 89 USD/MWh v roce 2023, zvýšená z 58 USD/MWh v roce 2021, pro první plánované komerční nasazení SMR v USA v Idaho National Laboratory šesti reaktorů NuScale 77 MWe. Projekt má podporu vlády USA ve výši 1,355 miliardy dolarů plus odhadovanou dotaci na výrobu 30 USD/MWh ze zákona o snížení inflace v roce 2020.[29][30][31]
Akademická práce,[32] publikovaná v říjnu 2023, porovnává 19 hlavních světových projektů malých modulárních reaktorů. Autoři využili veřejně dostupná data o těchto projektech pro modelování dvěma používanými modely pro odhad skutečných výrobních nákladů.[33] Závěry studie jsou následující:
- Odhady nákladů výrobců jsou většinou příliš optimistické ve srovnání s teorií výroby.
- Simulace Monte Carlo ukazuje, že žádný koncept není ziskový ani konkurenceschopný.
- Medián NPV je záporný a pohybuje se od 3 (HTR) do 293 (SFR) milionů USD/MWe.
- Medián LCOE začíná na 116 USD/MWh pro HTR a na 218 USD/MWh pro PWR.[32]
Odkazy
Poznámky
- ↑ V České republice známé též pod názvem MMR. V anglické verzi zkratky SMR představuje Small Modular Reactor.
- ↑ V případě tlakovodních SMR, které jsou určeny pouze k produkci tepelné energie, se teplota v primárním okruhu může pohybovat i pod hranicí 200 °C. Například projekt ZČU nazvaný Teplátor dosahuje teplot vody 150 °C.
- ↑ Obohacení nad 5 % se používá pouze v zemích, které nejsou omezené výše zmíněnými normami
Reference
V tomto článku byl použit překlad textu z článku Small modular reactor na anglické Wikipedii.
- ↑ Small Modular Reactor (SMR) Regulators' Forum. www.iaea.org [online]. 2018-01-18 [cit. 2023-07-10]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ asmedigitalcollection.asme.org [online]. [cit. 2023-07-10]. Dostupné online. DOI 10.1115/icone26-81604.
- ↑ International Atomic Energy Agency. Passive Safety Systems and Natural Circulation in Water Cooled Nuclear Power Plants. [s.l.]: [s.n.] Dostupné online. S. 1–160. (anglicky)
- ↑ FG Forrest, a s. Základní typy jaderných reaktorů. Skupina ČEZ [online]. [cit. 2023-07-10]. Dostupné online.
- ↑ Akademik Lomonosov. [s.l.]: [s.n.] Dostupné online. (anglicky) Page Version ID: 1152205648.
- ↑ Shidao Bay Nuclear Power Plant. [s.l.]: [s.n.] Dostupné online. (anglicky) Page Version ID: 1143502026.
- ↑ FG Forrest, a s. Základní typy jaderných reaktorů. Skupina ČEZ [online]. [cit. 2023-07-11]. Dostupné online.
- ↑ International Atomic Energy Agency. Light Water Reactor Fuel Enrichment beyond the Five Per Cent Limit: Perspectives and Challenges. [s.l.]: [s.n.] Dostupné online. S. 1–56. (anglicky)
- ↑ a b c d Advances in Small Modular Reactor Technology Developments (2022) [online]. IAEA [cit. 2023-07-11]. Dostupné online.
- ↑ ZELIANG, Chireuding; MI, Yi; TOKUHIRO, Akira. Integral PWR-Type Small Modular Reactor Developmental Status, Design Characteristics and Passive Features: A Review. Energies. 2020-06-05, roč. 13, čís. 11, s. 2898. Dostupné online [cit. 2023-07-11]. ISSN 1996-1073. DOI 10.3390/en13112898. (anglicky)
- ↑ Gas cooled reactors. www.iaea.org [online]. 2016-04-13 [cit. 2023-07-13]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ ACAR, Canan; DINCER, Ibrahim. 3.1 Hydrogen Production. Příprava vydání Ibrahim Dincer. Oxford: Elsevier Dostupné online. ISBN 978-0-12-814925-6. DOI 10.1016/b978-0-12-809597-3.00304-7. S. 1–40. (anglicky) DOI: 10.1016/B978-0-12-809597-3.00304-7.
- ↑ International Atomic Energy Agency. Liquid Metal Coolants for Fast Reactors Cooled by Sodium, Lead and Lead-Bismuth Eutectic. [s.l.]: [s.n.] Dostupné online. S. 1–82. (anglicky)
- ↑ REVANKAR, Shripad T. Chapter Four - Nuclear Hydrogen Production. Příprava vydání Hitesh Bindra, Shripad Revankar. [s.l.]: Academic Press Dostupné online. ISBN 978-0-12-813975-2. DOI 10.1016/b978-0-12-813975-2.00004-1. S. 49–117. (anglicky) DOI: 10.1016/B978-0-12-813975-2.00004-1.
- ↑ Handbook on Lead-bismuth Eutectic Alloy and Lead Properties, Materials Compatibility, Thermal-hydraulics and Technologies – 2015 Edition. Nuclear Energy Agency (NEA) [online]. [cit. 2023-07-17]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ SERP, Jérôme; ALLIBERT, Michel; BENEŠ, Ondřej. The molten salt reactor (MSR) in generation IV: Overview and perspectives. Progress in Nuclear Energy. 2014-11-01, roč. 77, s. 308–319. Dostupné online [cit. 2023-07-17]. ISSN 0149-1970. DOI 10.1016/j.pnucene.2014.02.014. (anglicky)
- ↑ CR-100 – Small Modular Reactor | Malý modulární reaktor [online]. [cit. 2023-07-17]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ DAVID SMR | Witkowitz Atomica. www.witkowitz-atomica.cz [online]. [cit. 2023-07-17]. Dostupné online.
- ↑ TEPLATOR | Jaderné řešení pro levné a bezpečné centrální vytápění. Teplator.cz [online]. [cit. 2023-07-17]. Dostupné online.
- ↑ MD Carelli, B Petrovic, CW Mycoff et al. Economic comparison of different size nuclear reactors. legacy-assets.eenews.net [online]. 2007 [cit. 2023-10-29]. Dostupné online.
- ↑ The nuclear industry: a small revolution. BBC News. 2016-03-23. Dostupné online [cit. 2023-10-29]. (anglicky)
- ↑ MIGNACCA, Benito; LOCATELLI, Giorgio; SAINATI, Tristano. Deeds not words: Barriers and remedies for Small Modular nuclear Reactors. Energy. 2020-09-01, roč. 206, s. 118137. Dostupné online [cit. 2023-10-29]. ISSN 0360-5442. DOI 10.1016/j.energy.2020.118137.
- ↑ ISLAM, Md. Razibul; GABBAR, Hossam A. Study of small modular reactors in modern microgrids: SMALL MODULAR REACTORS IN MODERN MICROGRIDS. International Transactions on Electrical Energy Systems. 2015-09, roč. 25, čís. 9, s. 1943–1951. Dostupné online [cit. 2023-10-29]. DOI 10.1002/etep.1945. (anglicky)
- ↑ Small modular reactors Can building nuclear power become more cost-effective? [online]. 2016-03 [cit. 2023-10-29]. Dostupné online.
- ↑ MIGNACCA, Benito; ALAWNEH, Ahmad Hasan; LOCATELLI, Dr Giorgio. Transportation of Small Modular Reactor Modules: What Do the Experts Say?. The Proceedings of the International Conference on Nuclear Engineering (ICONE). 2019, roč. 2019.27, s. 1235. Dostupné online [cit. 2023-10-29]. DOI 10.1299/jsmeicone.2019.27.1235.
- ↑ Small Modular Reactors - Was ist von den neuen Reaktorkonzepten zu erwarten?. BASE [online]. [cit. 2023-10-29]. Dostupné online. (německy)
- ↑ EIRP. What Will Advanced Nuclear Power Plants Cost? [online]. 2017-07-01 [cit. 2023-10-29]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2022-04-16. (anglicky)
- ↑ Industry heads warn nuclear costs must be slashed | Reuters Events | Nuclear. www.reutersevents.com [online]. [cit. 2023-10-29]. Dostupné online.
- ↑ a b UAMPS downsizes NuScale SMR plans. www.ans.org [online]. [cit. 2023-10-29]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ Further cost refinements announced for first US SMR plant : New Nuclear - World Nuclear News. www.world-nuclear-news.org [online]. [cit. 2023-10-29]. Dostupné online.
- ↑ Eye-popping new cost estimates released for NuScale small modular reactor. ieefa.org [online]. [cit. 2023-10-29]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ a b STEIGERWALD, Björn; WEIBEZAHN, Jens; SLOWIK, Martin. Uncertainties in estimating production costs of future nuclear technologies: A model-based analysis of small modular reactors. Energy. 2023-10-15, roč. 281, s. 128204. Dostupné online [cit. 2023-10-29]. ISSN 0360-5442. DOI 10.1016/j.energy.2023.128204.
- ↑ BLAŽEK, Petr. Studená sprcha pro malé modulární reaktory: ekonomicky nevycházejí. iDNES.cz [online]. 2023-10-29 [cit. 2023-10-29]. Dostupné online.
Související články
Externí odkazy
Obrázky, zvuky či videa k tématu malý modulární reaktor na Wikimedia Commons
- NucNet | The Independent Nuclear News Agency
- World Nuclear Association – World Nuclear Association
Média použitá na této stránce
Autor: Oregon State University, Licence: CC BY-SA 2.0
NuScale Power Module, image courtesy NuScale Power.
Autor: Martin Krycha, Licence: CC BY-SA 4.0
Basic types of small modular reactors
Autor: Martin Krycha, Licence: CC BY-SA 4.0
Ilustrační schéma tlakovodního malého modulárního reaktoru (MMR)