A konferencia margóján jelentette be a két energiaügyi miniszter, az amerikai Jennifer M. Granholm és a romániai Virgil Popescu, hogy a két állam között létre jött egy kereskedelmi partnerség a NuScale Power és a Societatea Nationala Nuclearelectrica (Országos Nuclearelectrica Társaság) között. Ezt a bejelentést megelőzte a 2019. márciusban NuScale Power és a romániai Nuclearelectricát képviselő Virgil Popescu energiaügyi miniszter által aláírt memorandum, amely rögzíti a két fél közötti technikai információk cseréjét a kis moduláris (SMR) atomerőművek telepítésével kapcsolatban.
A konferencián találkozott John Kerry, az Egyesült Államok elnökének klímaügyi különleges képviselője és Klaus Iohannis Románia államfője és aláírták azt a szerződést, amely szerint Romániában megépítik az első kis moduláris reaktort (SMR). Az aláírt dokumentum 6 SMR reaktor építését foglalja magában, legkorábban 2027-2028-ban, azzal a céllal, hogy Romániában 2032-ig megszüntessék a szénerőművek széndioxid kibocsátását.
A dokumentum aláírása után a sajtókban ellentmondásos vélemények jelentek meg az SMR telepítésével kapcsolatban, amelyek részben a csernobili baleset okozta szociális, gazdasági és környezeti szennyezésnek és részben az atomreaktorok kevés és pontatlan ismeretének tudhatók be. Mások ugyanakkor azt hangsúlyozták, hogy az atomkor legnagyobb, csernobili balesetét emberi hanyagság okozta.
Az energiaforrások helyzete
Ma a szén- és atomerőművek, valamint a megújuló energiaforrások biztosítják a szükséges elektromos áramot. A jelenleg működő szénerőművek bezárásra vannak ítélve első sorban a környezet szennyezése, a klímaváltozásban játszott szerepe miatt. A szénerőművek energia termelését részben a megújuló energiaforrások vennék át. Annak ellenére, hogy a megújuló energiák alkalmazásának kiterjesztésére és új technológiák kidolgozására nagy összegeket folyósítanak, a mai energia igényeket csak részben tudják kielégíteni, mert az energiatermelésük az időjárás és az adott helyi adottság függvénye.
A ma is működő atomreaktorok közül sok már elöregedett, a jelenlegiek átlag életkora 31 év. A Nemzetközi Atomenergia Ügynökség (IAEA) 2020-es évi jelentése szerint ma világszerte 438 erőmű működik, ami a világ energia szükségletének 16%-át jelenti. A 438 erőmű 83%-a a fejlett államokban van. Jelenleg 52 új reaktor van építés alatt. Franciaországban az atomreaktorok által megtermelt energia 76,34%, Litvániában 73,7% és Belgiumban 56,8%, míg az Észak-Amerikában 20% fedezi az ország energia szükségletét.
A World Nuclear Industry Status 2020 jelentése szerint az egyre növekvő energia igényt a reaktorok élettartalmának meghosszabbításával már nem lehet kielégíteni, új atomerőművek építésére van szükség. A jelentés említést tesz a kis méretű, moduláris reaktorokról (SMR) is, amelyek az utóbbi időben nagy figyelmet kaptak. A legtöbb SMR modell egyelőre csak elméletben létezik. Jelenleg a Közel- és a Távol-Keleten, Délkelet-Ázsiában, Kínában, Indiában, Dél-Koreában és Japánban tervezik az új atomreaktorok építését, majd üzembe helyezését. Vannak olyan országok, mint például Németország, ahol nyolc reaktort már bezártak és a tervek szerint 2022-ig minden reaktor működését leállítják. Litvánia és Olaszország is zárt már be erőművet és Svájc is tervezi.
Az EU nem támogat semmilyen atomerőmű fejlesztést, csak a fúziós energiát. Több évtizede folynak a kísérletek és dolgoznak a fúziós reaktorok létrehozásán. A jelenleg működésben levő atomreaktorok a maghasadáson alapszanak.
A termelői ágazatokban és a háztartásokban is megnőtt az energia fogyasztás és az igények kielégítésére elengedhetetlen az energiatermelés növelése. Az energetikai szektort régóta foglalkoztatja a villamos energiát termelő kis méretű nukleáris reaktorok tervezése. Argentínában, Dél-Afrikában, Dél-Koreában, Franciaországban, Indiában, Japánban
Kanadában, Kínában, Oroszországban és az Egyesült Államokban dolgozó nukleáris mérnökök, kutatók 45 típusú moduláris reaktor fejlesztésén dolgoznak. Az új technológia lényege, hogy kipróbált atomerőmű típusokat, korábbi fejlesztéseket skáláznak le, tehát kisebb méretben kisebb teljesítményű atomerőműveket terveznek. Ezek 3+ generációs reaktoroknak tekinthetők. A nagyméretű atomreaktorok és az SMR reaktorok működési elve azonos.
Az SMR rövidítése a Small Medium Size Reaktor vagy/és Small Modular Reaktor. Az Small Medium Reaktor közép méretű reaktor és a meglévő reaktorok egy blokkja lehet. 2019-ben 130 SMR működött 125 országban és még 14 épül (Argentína, India, Kína, Oroszország, Pakisztán és Szlovákia).
A Romániában telepítendő reaktorok a moduláris reaktorok, méretük kb. 1%-a mostani nukleáris erőműnek. A modul azt jelenti, hogy ezek a teljes, önmagában is működőképes, kis kapacitású atomerőművek (50-77MW) egymás mellé építhetők és így növelhető a teljesítményük. Az elképzelések szerint akár 12 ilyen reaktorból álló hálózat is működhet, hasonlóan, mint a jelenlegi atomerőműveknél a blokkok.
A legközelebbi megvalósítás: a kanadai Ultra Safe Nuclear Corp tervei szerint 2025-ben árulhatja a kis méretű, általuk előállított reaktorokat, amelyek bányák, elszigetelt városok energia ellátását biztosíthatják. Argentínában most épül a kis méretű a Carem-25 és a
Kínában HTR-PM reaktor. A szárazföldön még nem működik SMR. Oroszországban, a távol-keleti Pevekben Mihail Lomonoszov ismert kutatóról elnevezett úszó atomerőmű az első olyan a világon, amely az SMR technológiáját használ működő prototípusként, megbízhatóan végzi az energiaellátást a távoli területeken. Ez az úszó reaktor tiszta villamos energiát állít elő, hőt és tiszta édesvizet termel (sótalanítása a tengervíznek). Az úszó atomerőmű nagy lépés a távoli, villamosenergia-hálózat nélküli területek szénmentesítésében.
Megvalósítása a moszkvai székhelyű Roszatom konszern, amely az uránbányászatot, a feldolgozást és dúsítást, a fűtőanyag-ellátást, a leszerelést, a kiégett fűtőelemek tárolását és szállítását, valamint a nukleáris hulladék biztonságos kezelését valósítja meg.
Az atomreaktorok működési elve
Az atomreaktorokban a mesterségesen létre hozott maghasadás által kiszabadult energia hasznosul. Ha egy nagy tömegszámú elem atommagja befogad egy lassú neutront, a befogadó atom kettéhasad, két kisebb tömegszámú elemre bomlik miközben energia és 1-3 gyors neutron szabadul ki. A folyamatban több neutron keletkezik, mint amennyit elnyelt és így önfenntartó reakciót jön létre és ez a láncreakció. A kiszabadult neutronok gyors neutronok, amiket az uránmag nemfogad be, ezért le kell lassítani, itt van szerepe a moderátoroknak. A lelassult neutronokat termikus neutronoknak hívják, mert egyensúlyban vannak a reaktor hőmérsékletével. A maghasadások száma és ez által a reaktor hő teljesítménye szabályozó rudakkal, a moderátorba kevert bórsavval, a moderátor mennyiségével és a főtőelemek elhelyezésével szabályozható. A reaktorokat hűteni kell. A hűtőanyagnak átadott hőenergiát használják fel áram fejlesztésre. A hűtőanyag legtöbbször a víz.
A NuScale Power által kidolgozott SMR
Romániában ez a típus kerülne telepítésre. A reaktor 23 m magas, 5 m átmérőjű acélhenger, tömege 59 tonna. A 2,7 m átmérőjű reaktor tartályt a földbe helyezik. Földalatti medencében áll az az acél és vasbeton szerkezet, amely a reaktortartályt veszi körül (konténment), ez a védőszerkezet hermetikusan van kiképezve, természetes cirkulációs hűtéssel. A reaktor mag: fűtőelemekből, moderátorokból és szabályozórudakból áll.
Fűtőelemek: a hasadóanyag dúsított 4,95%-ban 235 U. A 235-ös uránizotóp dúsítása az atommagok hasadásának valószínűségét növeli. A hasadó anyagot rudak formájában helyezik a reaktor tartályba. Az SMR reaktorokban 37 kötegbe helyezik el a 1,98 m hosszú rudakat. Egy köteg több rudat is magában foglal. A fűtőelemekben működés közben csökken a hasadóképes atommagok száma, az üzemanyag rudak elhasználódnak. Az üzemanyag utántöltése 3-6 év folytonos működés mellett lehetséges, nem kell a reaktort leállítani.
Moderátor: a moderátorba merítik a hasadóanyag rudjait. A moderátor szerepe az urán atommagjai által elnyelt neutronok számának csökkentése. Az SMR reaktorok moderátora a víz. A hasadóanyag és a moderátor anyaga együtt képezi a reaktor aktív zónáját.
A szabályozórudak szerepe a neutronok szabályozása, ezért neutron elnyelő anyagból, kadmiumból vagy bórkarbidból készítik. Ha a szabályozó rudakat mélyen engedik az aktív zónában több neutront nyelnek el és ezáltal csökken a maghasadások száma. Ha kihúzzák a szabályozó rudakat a láncreakció gyorsan nő. A szabályzó rudakat teljesítményváltoztatására és a reaktor leállítására használják. A fűtőelemeket magasnyomású víz veszi körül (100-150 bar). Innen ered a reaktor típusának a neve: nyomott vizes reaktor. A nagy nyomás alatt álló keringési körben (ez a primer kör) a víz hőmérséklete 275 0C. Az üzemanyagrudak által létrehozott nukleáris reakció hatására a víz 315 0C-ra melegszik. A nyomás alatt lévő belső vezeték úgy van kialakítva, hogy lehetővé tegye a forró víz feláramlását a hőcserélő körön keresztül, és lehűlése után az visszasüllyedjen az üzemanyag-rudak felé. A meleg víz gőzfejlesztőkön (hőcserélőn) keresztül adja le a hőt a szekundér víz körnek. A víz így zárt rendszerben kering. A keletkező gőzt egy gőzturbinához vezetik, amely áramot termel. Az új tervek passzív hűtőrendszert tartalmaznak, nincs szükség szivattyúkra vagy mozgó alkatrészekre a reaktor biztonságos működéséhez. Nyomáscsökkenéskor villamos fűtőtestek kapcsolnak be, míg nyomás növekedéskor a gőztérbe fecskendeznek be vizet valamelyik keringtető vezeték hideg ágából és így állítják helyre a nyomást. Energia hozama: 50 MW áram termelésére képes.
Biztonsági intézkedések: A modern technológiára alapozott reaktorok kis mennyiségben termelnek hulladékot, kezelésükre fejlett módszerek, hatékony megoldások állnak rendelkezésre.
Ha bármilyen üzemzavar lépne fel, a reaktor automatikus kezeli a hőmérsékletet. A szabályozórudakat egy motor tartja aktív állapotban az üzemanyagrudak felett, ha szükséges a szabályzórudakat leengedik az üzemrudak közé és ez leállítja a láncreakciót. Áramszünet esetében a szabályzó rudak leesnek az üzemanyagrudakra és leállítja a reakciót. Belső szelepek gondoskodnak a nyomás alatt lévő vízcső túlnyomásának levezetéséről. A kis méretű moduláris kialakítás egyik előnye, hogy minden egység csak kisebb mennyiségű radioaktív üzemanyagot tartalmaz és így kisebb a hőmennyiség, amit el kell vezetni egy adott helyzetben.
Kapcsolata a környezettel: Nincs széndioxid kibocsájtás. A kiégett üzemanyag elhelyezése, hasonlóan történik, mint a csernavodai atomreaktor kiégett üzemanyagánál. Kis méretük előnye, hogyha bármilyen probléma adódik, az csak helyi jellegű lesz. Nincs reaktor baleset veszély, amennyiben jól kiképzett szakemberek működtetik.
Az SMR telepítése: A modulokat előre gyártják és vasúti kocsival, hajóval vagy speciális teherautókkal szállítják, és a helyszínen szerelik össze. A NuScale erőművek építése várhatóan kevesebb időt, anyagokat és helyet igényel, mint más energiaforrások esetében, és fokozatosan bővíthetők a változó energiaszükségletek szerint.
Az SMR telepítése mellett szól, hogy karbonemisszió mellett állítanak elő villamos energiát. Olyan városokat szolgálhatnak ki elektromos árammal, ahol nincs áram és így kiválthatja a fa- vagy szénfűtést. Ugyanakkor csak energiatermelésre használható, nem lehet háborús célokra felhasználni. A legnagyobb kihívást az SMR-ek számára az jelenti, hogy az egységnyi teljesítményre számított költségük meghaladja a nagy atomerőművekét.
Adatok Románia partneréről, a NuScale Powerről
NuScalePower magáncég 2007-ben alakult. Székhelye Tigard, Oregon, Egyesült Államok. Többségi tulajdonosa, a Fluor Corporation, amelyik mérnöki, beszerzési és építőipari tevékenységet folytat. 60 éves tapasztalattal bír az atomerőművek építése terén. 2011-től foglalkoznak kis moduláris reaktorok tervezésével (SMR). 2013 júliusában a NuScale bejelentette a WIN-nek (Western Initiative for Nuclear), hogy kis méretű atomreaktorokat tanulmányoz, amelynek bemutatása az Egyesült Államok nyugati részén lenne 2024-ben.
A tervek engedélyeztetése több fázisú, bonyolult folyamat. Az engedély megadása azt jelenti, hogy a működtetésé biztonságos és figyelembe veszi az esetleges környezet károsító szempontokat. Az Egyesült Államok Nukleáris Szabályozási Bizottsága (NRC - U.S. Nuclear Regulatory Commission ) 2020-ban megadta a végleges engedélyt az SMR építéséhez, amely úttörő jellegű kis méretű moduláris reaktor.
Az a tény, hogy a NewScalePower megkapta az engedélyt, azt jelenti, hogy ez a típusú erőmű megfelel a biztonsági követelményeknek, működési és környezeti szempontból és, hogy az évtized közepére a jóváhagyott terv alapján az ügyfelek megkezdhetik a NuScale villamos erőművek telepítését. A NuScale betervezte és jóváhagyta a tesztreaktorok építését 2029-ben és 2030-ban Idahóban. A NuScale folytatja a projekt kivitelezésének kidolgozását, az ellátói lánc kialakítását, a szabvány erőművi tervek kidolgozását, az erőművi kiszállítási tevékenységek tervezését, az erőmű indítási és üzembehelyezési tervét. Ugyanakkor már több szerződést is aláírt amerikai egyesült államokbeli, kanadai, romániai, cseh köztársaságbeli és jordániai szervezetekkel az SMR telepítésére.
A szerző fizikus, tudományos főkutató, egyetemi docens
