- Trzech muszkieterów z Mag7 w ostatnich tygodniach zawarło szereg umów, mających na celu dostawy energii jądrowej z różnych źródeł
- Technologia małych reaktorów modułowych jest przede wszystkim na etapie prototypowym, projekty skomercjalizowane można policzyć na palcach jednej ręki (Rosja i Chiny)
- Zakładając, że rozwój nie utknie w martwym miejscu, to na świecie przybędzie odpadów radioaktywnych, a trzeba je składować w jakiś cywilizowany sposób, z czym jest krucho
Bez taniej i najlepiej niskoemisyjnej pod względem uwalniania do atmosfery gazów cieplarnianych energii ani rusz w obecnym biznesie. Tylko, czy to możliwe? Owszem węgiel jest tani, ale jego spalanie nie przyczynia się z pewnością do dekarbonizacji świata. Odnawialne źródła energii są owszem niskoemisyjne, ale czy akurat tanie? Wydawałoby się, że to paradoks – jednego z drugim nie da się skutecznie połączyć.
Część specjalistów z branży jest zdania, że da się połączyć wodę z ogniem. I z tego potencjalnego miksu dwóch żywiołów dochodzimy do pomysłu szerszego wykorzystania energetyki jądrowej, co do której wiele osób ma mieszane odczucia, biorąc choćby pod uwagę katastrofy sprzed lat - w Czarnobylu (1986) czy Fukushimie (2011). Pochodzi z tego źródła według obliczeń BloombergNEF ok. 10% światowej elektryczności.
Gdy spojrzy się na dwa z kluczowych parametrów, charakteryzujących energetykę jądrową, to widać jej przewagę na tle innych źródeł. Po pierwsze, najmniej zatruwa atmosferę ziemską. Największymi „kopciuchami” są węgiel, ropa naftowa i gaz ziemny. Poziom emisyjności instalacji jądrowych jako ekwiwalent wypuszczania CO2 w przeliczeniu na gigawatogodzinę to 0,4% tego, co generuje energetyka węglowa. Tyle, co niemal nic.
Źródło: Sprott
Kolejna rzecz – energetyka jądrowa jest niesłychanie efektywna. Cechuje ją najwyższy współczynnik wydajności (ang. capacity factor), który mierzy się jako iloraz wielkości wyprodukowanej energii do zainstalowanych mocy wytwórczych. Przekracza on 90%, co deklasuje pozostałe źródła.
Źródło: Sprott
Świat pędzi w rozwoju, co rusz wynajdując nowe technologie, które mogą zrewolucjonizować otoczenie, w którym żyjemy. Jeżeli chodzi o technologie energetyki jądrowej, to od pewnego czasu dużo mówi się w małych reaktorach modułowych (ang. small modular reactors, w skrócie: SMR). I właśnie w tym rozwiązaniu zwietrzyli szansę globalni giganci z sektora technologicznego – Amazon, Google i Microsoft.
Zobacz również: Elektrownia atomowa i CPK wcześniej w Bangladeszu niż w Polsce
Czym właściwie są SMR-y?
SMR-y to zaawansowane reaktory jądrowe o mocy do 300 MW, co odpowiada około 1/3 mocy wytwórczej tradycyjnych reaktorów jądrowych. Umożliwiają one fabryczny montaż systemów i komponentów, a następnie dość łatwy transport w całości do miejsca lokalizacji instalacji.
Mają kilka atutów. W szczególności da się je budować w miejscach położonych daleko od sieci przesyłowej. Mogą stanowić lokalne źródła ciepła dla przemysłu, miejskich sieci ciepłowniczych czy odsalania wody morskiej.
Ze względu na swoją modułowość można je uruchamiać stopniowo, aby elastycznie odpowiedzieć na rosnące zapotrzebowanie na energię. A tutaj nie ma co się spodziewać skokowego wzrostu, lecz tego, że dojdzie do systematycznego powiększania się popytu – z szacunków IEA wynika, że w latach 2022-2050 pójdzie on w górę o ok. 86%.
Źródło: IEA World Energy Outlook 2023
Przewaga modułowości SMR-ów polega na tym, że nie trzeba budować potężnej konwencjonalnej elektrowni jądrowej, która w początkowym etapie funkcjonowania nie będzie w pełni wykorzystywała swoich mocy wytwórczych, bo nie będzie odpowiedniego popytu na energię z niej.
Wystarczy jak w klockach Lego „dorzucać” kolejne moduły do instalacji SMR, żeby optymalnie sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu na energię.
W ocenie ekspertów tego typu reaktory wydają się również bezpieczniejsze w porównaniu z potężnymi konwencjonalnymi elektrowniami jądrowymi. Projektowane instalacje są na ogół prostsze, a koncepcja bezpieczeństwa SMR-ów często bazuje bardziej na systemach pasywnych i cechach reaktora, takich jak niska
i ciśnienie robocze. To z kolei oznacza, że w razie jakichkolwiek usterek czy awarii do wyłączenia reaktora nie potrzeba interwencji ludzkiej, ani zewnętrznego zasilania, gdyż pasywne systemy bezpieczeństwa opierają się na zjawiskach fizycznych (cyrkulacja, konwekcja czy grawitacja). A zwiększone marginesy bezpieczeństwa eliminują lub znacznie obniżają możliwość emisji izotopów promieniotwórczych do atmosfery.
Kwestia bezpieczeństwa ma jeszcze inny wymiar. Dwojakiego rodzaju. Po pierwsze rozproszenie mocy wytwórczych na wiele lokalizacji utrudnia upośledzenie zdolności wytwórczych energii, tak jak to mogłoby mieć miejsce, gdyby doszło do ataku zbrojnego na konwencjonalną elektrownię jądrową.
Ukraiński przypadek Enerhodaru zapewne może przemawiać do wyobraźni. W trakcie inwazji wojska rosyjskie opanowały w marcu 2022 r. teren Zaporoskiej Elektrowni Jądrowej, największej tego typu instalacji ukraińskiej, która pokrywała ok. 1/5 zapotrzebowania Kijowa na energię elektryczną (2020).
Do tego SMR-y można umieszczać w nieoczywistych lokalizacjach – pod ziemią lub pod wodą – co zmniejsza ryzyko wystąpienia różnego rodzaju niepożądanych zdarzeń, prowadzących do zniszczenia instalacji (np. trzęsienia ziemi, tsunami, katastrofy z udziałem samolotów, akty terrorystyczne).
SMR-y mają jeszcze atut w postaci ekonomiki zużycia paliwa. Wiele z nich wymaga rzadszej wymiany paliwa (3-7 lat). Dla porównania wskaźnik ten w przypadku elektrowni konwencjonalnych wynosi 1-2 lata. Niektóre z SMR-ów są nawet zaprojektowane w taki sposób, aby działały do 30 lat bez załadunku nowego paliwa.
Zobacz również: Energia jądrowa - sektor giełdowy warty obserwowania
SMR-y spotykają się z krytyką
To wszystko wygląda kusząco, lecz częstość wymiany paliwa to tylko jeden z aspektów ekonomiki. Jest jeszcze wiele innych, które na dobrą sprawę ze względu na prototypową fazę wdrożeń technologii nie są jednoznacznie ustalone. Zwracał na to uwagę w maju br. Institute
Energy Economics and Financial Analysis (IEEFA).
Analitycy IEEFA zaobserwowali kilka niepokojących rzeczy. Mianowicie z powodu prototypowej, a zatem wciąż związanej z ulepszeniami fazy technologii, koszty jej rozwoju systematycznie w wielu przypadkach stale postępują. I do tego nie o jakieś „marne” procenty.
Przykład: koszt budowy reaktora NuScale (chce go KGHM) w latach 2015-2023 podwoił się z okładem. Jeszcze dynamiczniej poszły w górę koszty dla innych SMR-ów: GE-Hitachi i X-Energy.
Źródło: IEEFA
W efekcie ta zmienność kosztowa stanowi prawdziwe utrapienie głowy dla osób, których zadaniem jest ocena rentowności projektu inwestycyjnego. Bo jak tu sensownie coś budżetować, jak za chwilę okaże się, że koszt na przykład podwaja się?
Zwolennicy technologii przekonują, że to jedynie choroba wieku dziecięcego. W końcu dojdzie do ustabilizowania kosztu budowy instalacji. No właśnie, skoro jesteśmy już przy chorobie wieku dziecięcego, to wbrew pozorom często dochodzi do niedoszacowania kosztu budowy, co zostało pokazane na infografice. I to nie tylko z powodu ceny samych reaktorów, w grę wchodzi również infrastruktura towarzysząca.
Przyjmijmy, że szacunkowe koszty budowy (ang. original cost estimates) wynoszą 100%. Chińska instalacja SMR Shidao Bay zamiast wspomnianych 100% kosztowała ostatecznie 300%. Rosyjski reaktor pływający 400%. To instalacje działające. Ale już w przypadku argentyńskiej CAREM 25 (w budowie) prawdziwy koszt ma wynieść 700% tego, co planowano wydać.
Źródło: IEEFA
Mrzonką okazuje się krótki czas, jaki trzeba poświęcić na ukończenie SMR-owych reaktorów, choć z tym borykają się też konwencjonalne elektrownie jądrowe. W projekcie Shidao Bay zakładano, że instalacja będzie gotowa w 4 lata – wyszło 12 lat. Rosyjskie „pływaki” miały pochłonąć 3 lata – wyszło 12 lat. Argentyński CAREM budżetowano, że zostanie oddany w ciągu 4 lat – jest już obecnie 13 lat.
Instalacje SMR zdają się też obecnie mało konkurencyjne pod kątem kosztu wytworzenia megawatogodziny w porównaniu z odnawialnymi źródłami energii (wiatr, słońce), pozostawiającymi niewielki ślad węglowy.
Źródło: IEEFA
Zobacz również: 60 mld złotych dla wsparcia elektrowni jądrowej w Polsce
W którym miejscu jesteśmy z zastosowaniami komercyjnymi SMR-ów?
Technologia jest przede wszystkim w fazie eksperymentalnej. Wysiłki świata nauki zmierzają ku temu, aby uruchomić ją komercyjnie na szerszą skalę jeszcze w tej dekadzie. Rosyjski Akademik Łomonosow, czyli pierwsza na świecie pływająca elektrownia jądrowa, rozpoczęła komercyjne funkcjonowanie w maju 2020 r. Wytwarza ona energię z dwóch SMR-ów o mocy 35 MW.
Sporo instalacji znajduje się w trakcie budowy lub licencjonowania – chodzi m.in. Argentynę, Chiny, Kanadę, Koreę Płd., Rosję i Stany Zjednoczone. Polska też się przymierza do wdrożenia tej technologii, a ściślej rzecz ujmując największe spółki – dotyczy to Orlenu, KGHM, Synthosu, ZE PAK i Enei. To ponoć perspektywa nawet tej dekady, choć moim zdaniem to bardzo optymistyczne założenie.
Według danych z maja br. na świecie funkcjonowały trzy instalacje SMR – dwie w Rosji i jedna w Chinach. Łącznie na całym świecie opracowuje się ponad 80 projektów inwestycyjnych opartych o technologię modułową.
Amazon, Google i Microsoft sygnalizują: no i co z tego, że są problemy?
O tym, że przetwarzanie danych – m.in. na potrzeby rozwoju sztucznej inteligencji (AI) – pochłania ogromne ilości energii pewnie nie trzeba nikogo przekonywać. Trudno nie przypuszczać, że o tanim, niezawodnym i małoemisyjnym źródle energii nie marzą również górnicy kryptowalutowi. Dla prywatnych biznesów górniczych SMR-y są prawdopodobnie poza zasięgiem finansowym. Ale dla tych, którzy są afiliowani przy różnych rządach (wystarczy spojrzeć na wschód, żeby domyślić się, o kogo chodzi), to kto wie – pewnie instalacje modularne nie znajdują się wyłącznie w sferze marzeń.
W połowie października br. Amazon ogłosił inwestycję w dwa podmioty z „małej” energetyki jądrowej – Energy Network i X-Energy – na ponad 500 mln dolarów. Ponadto podpisał umowę z Dominion Energy (DE) z Wirginii. DE ma przeanalizować możliwość budowy SMR, w pobliżu istniejącej elektrowni jądrowej Dominion North Anna. DE specjalizuje się zresztą w dostarczaniu energii z konwencjonalnej energetyki jądrowej, gdyż zapewnia ją dla wielu centrów danych zlokalizowanych w Wirginii.
A jest ona odpowiednikiem kalifornijskiej Doliny Krzemowej w swoim obszarze. Wirginijskie zagłębie bazodanowe nosi nazwę Data Center Alley (DCA). I skupia się ono wokół miejscowości w hrabstwie Loudon. Według szacunków przez DCA przechodzi ok. 70% światowego ruchu internetowego. A DE oceniło, że tylko jedno duże centrum danych z kilkuset działających w DCA potrzebuje co najmniej 30 MW energii.
Niemal równocześnie Google podpisał z Kairos Power porozumienie dotyczące budowy SMR-ów wykorzystujących technologię chłodzenia stopioną solą - dostawy energii z tego źródła mają rozpocząć się między 2030 a 2035 r.
Wcześniej – we wrześniu br. - Microsoft zapewnił sobie 20-letnie dostawy energii z konwencjonalnej elektrowni jądrowej, którą ponownie uruchomić ma w 2028 r. koncern Constellation Energy (projekt Three Mile Island) – koszt: 1,6 mld dolarów.
Trudno posądzać tych gigantów technologicznych, że nie wiedzą, co czynią. Na pewno zdają sobie sprawę z tego, że SMR-y to myśl przyszłości, która dopiero za kilka lat być może wyjdzie z choroby wieku dziecięcego. I czerpanie energii z tych instalacji będzie wówczas uzasadnione ekonomicznie.
A w tle tego wszystkiego znajduje się wyzwanie, z którym energetyka jądrowa nie może się uporać od lat. I nawet, gdy SMR-y będą bez zarzutu pod każdym względem, to może stanowić ono kulę u nogi dla rozwoju tej gałęzi biznesu.
Zobacz również: Kurs zapomnianej spółki z GPW wystrzelił, chodzi o elektrownię jądrową
Co zrobić z odpadami radioaktywnymi?
Produktem ubocznym energetyki jądrowej jest zużyte paliwo i inne odpady radioaktywne. Stany Zjednoczone mimo wysiłków trwających już dziesięciolecia, mających na celu zbudowanie podziemnego składowiska odpadów z reaktorów, wciąż nie uporały się z tym wyzwaniem. Odpady są po prostu przechowywane na terenach poszczególnych firm-operatorów elektrowni jądrowych.
Zużyte paliwo po usunięciu z rdzenia reaktora elektrowni jądrowej, przechowuje się kilka lat, chłodząc je w basenach wodnych, aż do chwili, gdy można je bezpiecznie przenieść do pojemników magazynowych zwanych suchymi beczkami. Beczki zostały zaprojektowane jednak jako tymczasowa metoda przechowywania zużytego paliwa na terenie elektrowni do czasu jego utylizacji.
Departament Energii jest odpowiedzialny za ten ostatni etap. Miał wybudować składowisko głęboko pod ziemią, które byłoby „miejscem pochówku” dla odpadów z reaktorów, mogących zachowywać niebezpieczny poziom radioaktywności przez tysiące lat. Resort energii nawet zaczął pobierać opłatę utylizacyjną od elektrowni w 1998 r., tylko nigdy nie zaczął odbierać radioaktywnych „śmieci”, ponieważ nie miał gdzie ich wywieźć.
Składowisko miało być wybudowane w regionie Yucca Mountain w stanie Nevada, mniej więcej 100
na północny zachód od Las Vegas, ale straciło ono finansowanie w 2010 r. za czasów kadencji prezydenta Obamy. Do tego momentu prace przygotowawcze pochłonęły 9 mld dolarów, a efektu finalnego jakoś nie widać. Żeby było jeszcze ciekawiej do września 2023 r. władze federalne musiały zapłacić ok. 10,6 mld dolarów z tytułu wyroków sądowych i ugód przedsądowych, co wiązało się z zarzutami społecznymi dotyczącymi braku utylizacji odpadów radioaktywnych z elektrowni konwencjonalnych.
Pod koniec 2022 r. w basenach chłodzących i suchych beczkach w ponad 100 lokalizacjach w 39 stanach znajdowało się ponad 90 tys. ton metrycznych zużytego paliwa jądrowego.
W zeszłym roku został opublikowany raport National Academies of Science, Engineering and Medicine, z którego wynika, że zaplanowane do wybudowania bloki jądrowe X-energy, firmę współpracującą z Amazonem, wytworzą prawie 24 razy więcej zużytego paliwa rocznie niż wiele istniejących elektrowni produkujących taką samą ilość energii.
A to tylko jedna ze spółek rozwijających technologię SMR…
Zobacz również: Przedsiębiorcy zapłacą 29-krotnie mniejszy podatek od nieruchomości. Ucierpieć mogą na tym pozostali podatnicy
Komentarze
Sortuj według: Najistotniejsze
5 miesięcy temu
Finlandia jest jakieś 10 lat przed innymi państwami w kwestii składowania odpadów radioaktywnych i mają już opłacalną, bezpieczną technologię składowania w skałach na północ od Helsinek. Poza tym ~1/3 odpadów da się recyklingować.