Kleine kernreactoren, het volgende grote ding

Nu er meer weersafhankelijke opwekking in energiesystemen wordt geïntroduceerd, moeten we dringend iets doen aan het veiligstellen van planbare basis- en back-upstroom voor de lange termijn, niet in de laatste plaats vanwege de lange implementatietijd van dergelijke alternatieve systemen. Aangezien het nog te vroeg is om te zeggen welke fossielvrije technologieën in de toekomst het meest concurrerend zullen zijn, is het belangrijk om alle deuren open te houden en kleine modulaire reactoren (small modular reactors of SMR's) worden beschouwd als een van de veelbelovende aanvullingen op het scala van realistische oplossingen.

Wat zijn kleine modulaire reactoren?

SMR's zijn in feite kleine kerncentrales met een vereenvoudigd reactorontwerp die flexibeler kunnen inspelen op de vraag. Ze bieden een breder scala aan toepassingen zoals warmtekrachtkoppeling, betere schaalbaarheid, minder impact op energiesystemen en lagere initiële kosten. Net als de grote conventionele kerncentrales hebben ze onderdelen als een reactor, koelsysteem, generator en transformator, maar ze worden in fabrieken gemaakt als modulaire en gestandaardiseerde systemen. Daardoor is er minder constructiewerk op de bouwplaats nodig, aangezien de onderdelen worden verscheept naar de bouwplaats waar ze in elkaar worden gezet.

“SMR's bieden de voordelen van gestandaardiseerde kwaliteit en schaalvoordelen omdat ze niet elke keer uniek zijn, maar deel uitmaken van een serieproductie op basis van industriële standaardcomponenten. Dankzij technische innovaties, verbeteringen in computermodellen en moderne bouwtechnieken hebben SMR's een vereenvoudigd ontwerp die minder materialen en een kleinere voetafdruk vereisen. Hierdoor zijn de kleine kernreactoren eenvoudiger te bouwen, te bedienen en te onderhouden", legt Marcus Eriksson, Senior Advisor in Nuclear Technology bij Vattenfall, uit.

Lichtwater- en geavanceerde SMR's

SMR's kunnen worden onderverdeeld in twee typen: lichtwaterontwerpen en geavanceerde ontwerpen. Een lichtwater-SMR is in feite een kleinere versie van bestaande kerncentrales met hetzelfde type splijtstof, die al commercieel verkrijgbaar is. Deze genereert hetzelfde type verbruikte splijtstof als de reactoren van Vattenfall en de overgrote meerderheid van de huidige reactoren in de wereld - dus energiebedrijven zijn zeer ervaren in het zo veilig mogelijk verwerken van het afval. De lichtwater-SMR's zijn ontworpen voor de opwekking van elektriciteit en warmtekrachtkoppeling van bijvoorbeeld waterstof en stadsverwarming.

“De zogenaamde geavanceerde SMR's gebruiken andere koelmiddelen zoals gas, vloeibaar metaal of gesmolten zout, en sommige ontwerpen kunnen zelfs gerecyclede splijtstof gebruiken”, vertelt Martin Darelius, Technical adviser bij Vattenfall Strategy and Innovation. “Door de verschillende koelmiddelen maken geavanceerde SMR's output mogelijk met hoge temperaturen in het bereik van 540 ^oC tot 750 ^oC, die veel efficiënter kan worden gebruikt voor de productie van waterstof dan conventionele alkaline elektrolysers. Ze kunnen ook proceswarmte van hoge temperatuur leveren voor de cement-, pulp-, chemische en staalindustrie, dus nieuwe en krachtige toepassingsgebieden.”  

Deze centrales zouden echter extra infrastructuur vereisen waaronder nieuwe splijtstofproductie en afvalverwerkingsoplossingen, en in het geval van recycling van splijtstof ook opwerkingsfaciliteiten, die momenteel in de meeste landen met kernenergie niet beschikbaar zijn. Dit geldt vooral voor gesmolten zout en vloeibare metalen.

Veiligheid is een topprioriteit

SMR's worden geëxploiteerd volgens dezelfde veiligheidsnormen en -maatregelen als conventionele kerncentrales. Ze hebben echter een passiever ontwerp waardoor er minder onderdelen nodig zijn die defect kunnen raken en ze zijn minder afhankelijk van actieve onderdelen met elektriciteit en bewegende delen die gevoelig zijn voor slijtage. Ze zullen ook sterker afhankelijk zijn van veiligheidssystemen die geen externe voeding nodig hebben en minder afhankelijk zijn van menselijke interactie, waardoor menselijke fouten tot een minimum worden beperkt en ze beter beschermd zijn tegen externe gevaren.

Wereldwijde interesse in SMR-technologie neemt toe

De ontwikkeling van SMR-technologie vindt plaats in grote nucleaire landen zoals de VS, het Verenigd Koninkrijk, Zuid-Korea, Frankrijk, China en Rusland, die een nationale vraag of potentiële exportmogelijkheid zien. Landen die manieren zoeken om hun energiesysteem koolstofvrij te maken, maar die niet gemakkelijk hernieuwbare energie kunnen gebruiken, zijn geïnteresseerd in de toepassing. Tegelijkertijd kijken de bestaande nucleaire landen naar SMR's als een mogelijkheid om verouderde kerncentrales te vervangen.

Koplopers in uitrol van SMR

Een paar landen die bereid zijn het commerciële risico te nemen om als eerste een SMR uit te rollen, hebben de afgelopen jaren projecten opgestart. Deze projecten worden momenteel uitgevoerd in Canada, de VS en China, met Canada als koploper. Het energiebedrijf Ontario Power Generation en de provincie Ontario hebben een leidende positie ingenomen en de voorbereidende werkzaamheden voor de bouw van één SMR zijn onderweg, net nu de planning en vergunningverlening voor drie extra SMR's van start is gegaan. Ontario Power Generation verwacht de bouwvergunning voor de eerste SMR eind 2024 te ontvangen, waarna de bouw van de kerncentrale zelf kan beginnen.

De uitrol van SMR's wordt ook overwogen in het Verenigd Koninkrijk, Polen, Tsjechië, Estland en Roemenië, en wordt geëvalueerd in landen als Zweden en Finland. Frankrijk ontwikkelt SMR's voor de export en streeft ernaar om in 2030 één SMR van Frans ontwerp in bedrijf te hebben voor demonstratiedoeleinden.

Naast de technologische ontwikkeling moet het regelgevingskader voor kerncentrales worden ontwikkeld om flexibiliteit in de technologiekeuze mogelijk te maken en een efficiënt vergunningsmodel voor nieuwe reactorontwerpen te faciliteren - ook na 2030. In de meeste landen die nu voorlopers zijn, is dit opgelost. Wat nog moet worden opgelost, is een overeenkomst tussen verschillende landen om gezamenlijke, gestandaardiseerde oplossingen te accepteren.

SMR's niet gelijk in gebruik

De technologie en de werkingsprincipes voor de SMR's zijn al ver ontwikkeld, maar er moet nog veel gebeuren voordat ze in gebruik worden genomen, legt Marcus Eriksson uit: “De bouw van nieuwe kernreactoren in Zweden - klein of groot - vergt tijd, zowel voor de bouw als voor het opstellen van nieuwe vergunningsdocumentatie. Als we de SMR's begin 2030 in bedrijf willen hebben, zijn lichtwater-SMR's voor Vattenfall de meest logische optie, aangezien we alle infrastructuur al hebben en ze kunnen worden gebruikt voor zowel de productie van elektriciteit als stadsverwarming. En aangezien onze reeks grote kerncentrales ontworpen zijn om nog vele jaren mee te gaan, zouden eventuele SMR's een aanvulling vormen op deze faciliteiten.”

Hoe ziet een kleine modulaire reactor eruit? Deze drie visualisaties zijn gemaakt door de architecten van Gottlieb Paludan voor een mogelijk ontwerp van SMR's voor de haalbaarheidsstudie van Nucelerate West.

Nucelerate West - Vattenfall-haalbaarheidsstudie van SMR's bij Ringhals

Vattenfall is een haalbaarheidsstudie gestart om te evalueren of de commerciële, wettelijke en technologische voorwaarden voor het bouwen van SMR's bij de bestaande kerncentralelocatie van Vattenfall in Ringhals aan de Zweedse westkust aanwezig zijn. In de studie wordt ervan uitgegaan dat een eerste reactor begin of midden 2030 operationeel kan zijn.

“Er moet aan een aantal voorwaarden worden voldaan voordat het project Nucelerate West werkelijkheid wordt”, zegt Henric Lidberg, Senior advisor en projectsponsor voor de haalbaarheidsstudie. “Er moet een brede maatschappelijke acceptatie voor SMR's zijn, de SMR's moeten gestandaardiseerd worden zonder nationale aanpassingen, ze moeten voldoen aan de veiligheidseisen van de autoriteiten, er moet een voorspelbaar en efficiënt vergunningsproces zijn en SMR's moeten een financieel concurrerend alternatief zijn voor andere energiebronnen.”

De keuze voor Ringhals is gebaseerd op het feit dat dit een ideale locatie voor de opbouw van kernenergie is. Zuid-Zweden heeft een grote behoefte aan elektriciteitsproductie en Ringhals heeft al kerncentrales in bedrijf, een aansluiting op het elektriciteitsnet en gedegen ervaring met lichtwaterreactoren. Het Ringhals-gebied is ook van nationaal belang voor energieopwekking en het is de locatie waar nieuwe reactoren het snelst operationeel kunnen worden gemaakt.

Meer informatie over de SMR-haalbaarheidsstudie bij Ringhals vind je hier: SMR-haalbaarheidsstudie bij Ringhals (ENG).