Små modulære reaktorer: En viktig kilde til ren energi?
EUs mål om å oppnå karbonnøytralitet innen 2050 har lagt et stort press på industrien i Europa for å drastisk redusere CO2-utslippene. Verden over har mange bransjer begynt å undersøke hvordan avanserte atomreaktorer kan dekke deres behov for en langsiktig, utslippsfri og stabil kilde til energi, i tillegg til fornybar og gassbassert energiteknologi.
Interessen for kjernekraft som et grønt energialternativ i Norge er stadig økende, og Institutt for energiteknikk (IFE) kan ta en viktig rolle i debatten om kjernekraft i Norge.
– Klimakrisens voldsomme tempo og det økende behovet for å redusere vår avhengighet av fossile brensler gjør at vi må se på mer radikale løsninger for kilder til utslippsfri energi, sier Tomas Nordlander, divisjonsdirektør for IFE.
– Vi har passert et halvt århundre med forskning med god margin, og vår deltakelse i store internasjonale forskningssamfunn gjør at IFE er i en helt unik posisjon, nasjonalt og globalt. Vår ekspertise innen energi gjør at vi kan hjelpe norske bedrifter med å forstå teknologien, konsekvensene av den, og dens egnethet for norsk industri, poengterer han.
Endrer energilandskapet
Kjernekraft er i endring. Stadig flere bedrifter utvikler avanserte reaktordesign som små modulære reaktorer (SMR) og mikroreaktorer. SMR er definert som «avanserte atomreaktorer som har en kapasitet opptil 300 Megawatt (MW) per enhet, som i dag er en tredjedel av kapasiteten til tradisjonelle atomreaktorer» kilde: IAEA.
I dag er det mer enn 70 forskjellige SMR- og mikroreaktor-design som utvikles globalt (kilde: IAEA, 2020). Omtrent seks av disse designene eies av store produsenter som NuScale, Westinghouse, GE Hitachi, TerraPower, og Seaborg, og forventes å være klare til å settes i drift i nær fremtid, anslagsvis 2026-2029.
Små modulære reaktorer og andre avanserte reaktorer skiller seg kraftig fra de konvensjonelle atomkraftverkene som ble designet og bygget på 1900-tallet. En viktig designkarakteristikk for SMR er at de er langt mindre enn de konvensjonelle anleggene.
– Dette betyr at små modulære reaktorer kan bygges på steder hvor det tidligere ikke ville være mulig å plassere et kjernekraftanlegg. Til og med offshore-installasjoner og havgående fartøy vil være aktuelt, forklarer Claire Blackett, seniorforsker ved IFE i Halden.
De fleste variantene av SMR-design utnytter et modulært konsept som reduserer kostnader og byggetid. Hoveddelen av reaktoren og støttesystemene kan bygges i moduler på en fabrikk og settes sammen før det fraktes til stedet den skal installeres.
Det modulære fabrikkbygde-konseptet gjør det også mulig å skalere etter behov, slik at flere SMR-enheter kan legges til for å møte et økende energibehov over tid.
Avanserte reaktorer gir mer fleksibilitet
Avanserte reaktorer som SMR er designet for å tilpasse seg energibehovet på strømnettet. Dette betyr at en modulær reaktor kan være en støttekilde til fornybar energi når det produseres mindre strøm.
Vindturbiner produserer ikke strøm om det ikke blåser, solceller produserer lite energi om solen ikke skinner, i slike tilfeller kan en SMR følge behovet og dekke opp for manglende energiproduksjon. Slike avanserte reaktorer er også designet for å dekke behov i mer avsidesliggende områder som i dag er avhengig av olje, kull, eller naturgass for å produsere elektrisitet.
Avanserte reaktorer tilbyr fleksibilitet utover behovstilpasset energiproduksjon.
– SMR kan produsere høye temperaturer på 600°C til 800°C, denne varmen kan brukes av industrien i prosesser som hydrogenproduksjon og avsalting av sjøvann. Noen reaktortyper, som molten salt-reaktorer (smeltet salt), er bygget for å transportere og lagre varmen fra reaktoren til senere bruk, eller for transport over lengre distanser for bruk i fjernoppvarming, forklarer Robert McDonald, senioringeniør og nukleær prosessekspert ved IFE i Halden.
Bedre sikkerhet gjennom design
SMR- og særlig mikroreaktordesign har flere innebygde passive og iboende sikkerhetsfunksjoner enn tradisjonelle kjernekraftverk. En viktig del av dette er selve størrelsen, noe som gjør at det er langt enklere å unngå overoppheting, og at en er mindre avhengig av strøm fra eksterne kilder ved ulykker. Det forenklede designet gjør også at kontrollsystemet er enklere og en får bedre respons ved uforutsette hendelser.
Sikkerheten rundt SMR strekker seg også til nye konsepter innen brensel og håndtering av radioaktivt avfall. Den kraftig reduserte størrelsen på kjernen sammenlignet med tradisjonelle atomreaktorer, samt lavere energiproduksjon, gjør at disse reaktorene bruker langt mindre brensel i løpet av deres livssyklus. Noen av mikroreaktorene er også designet slik at man ikke trenger å bytte eller fylle på brensel, de kan kjøre på det første brenslet i opptil 20 år.
– Andre SMR-design, som molten salt-reaktoren, kan til og med bruke brukt brensel fra konvensjonelle atomkraftreaktorer. Dette blir en form for resirkulering av brensel som fører til at brenslet blir mindre radioaktivt, og i så måte enklere å håndtere. Designet gjøre også at det er færre komponenter som er utsatt for stråling, noe som gjør at det er langt mindre radioaktivt avfall å håndtere på slutten av reaktorens levetid, legger Robert McDonald til.
IFE: Norges nukleære eksperter
– IFE har gjennomført forskning på trygg SMR-drift siden 2018, forklarer Andras Bye, Forskningssjef og prosjektleder for OECD NEA Halden HTO Project.
IFE har med mer enn 60 års erfaring innen det å eie og å drifte fire nukleære forskningsreaktorer i Norge, i tillegg til vår rolle som verdensledende organisasjon innen nukleær sikkerhetsforskning, en unik posisjon til å støtte norske og europeiske industriaktører som utforsker avanserte nukleære reaktorteknologier.
Vår kunnskap dekker hele verdikjeden, fra design, til fare-, sikkerhet- og risikoanalyser, evaluering av reguleringsbehov, drift, vedlikehold, og dekommisjonering.
I 2022 fikk IFE også installert en fullskala SMR kontrollrom-simulator – den eneste fullskala forskningssimulatoren i Europa. Simulatoren er basert på et design av en 50 Megawatt PWR (pressurized water reactor). Simulatoren kan betjenes av alle typer kraftverk og har et bredt spekter av mulige funksjonsfeil på reaktorsystemet, turbinsystemet, og vannsystemet.
Opptil 12 individuelle reaktorer kan kjøres for å simulere et typisk anlegg for små modulære reaktorer. Dette gjør at IFE kan tilby realistiske evalueringer av egnetheten til avanserte reaktorteknologier for å støtte, eller erstatte, eksisterende energikilder. I tillegg kan IFE gjøre kost/nytte-analyser, og vurdere hvilke støttesystem og rammeverk som må på plass for å realisere et kraftverk med avanserte reaktorer.
