Modulära kärnreaktorer – nästa stora energikälla

I takt med att en större mängd väderberoende produktion förs in i energisystemen blir frågan om att säkra planerbar baskraft allt mer angelägen. Inte minst med tanke på de långa implementeringstiderna för den typen av system. Eftersom det fortfarande är för tidigt att säga vilka fossilfria teknikslag som kommer att vara mest konkurrenskraftiga i framtiden är det viktigt att hålla alla dörrar öppna. Små modulära reaktorer (SMR) betraktas som ett lovande tillskott till utbudet av realistiska lösningar.

SMR har större flexibilitet

SMR är i huvudsak små kärnkraftverk med utvecklad reaktorkonstruktion och större flexibilitet när det gäller att möta efterfrågan. De har fler tillämpningsområden, som till exempel samproduktion av el och värme, bättre skalbarhet, mindre påverkan på energisystemen och lägre initiala kostnader. På samma sätt som de stora konventionella kärnkraftverken har SMR:erna komponenter som reaktor, kylsystem, generator och transformator, men de tillverkas i fabriker som modulära och standardiserade system där komponenterna levereras och sätts ihop på plats.

– Med SMR får man fördelarna med standardiserad kvalitet och kan utnyttja skalfördelar eftersom de enskilda reaktorerna inte är unika, utan serietillverkade utifrån industriella standardkomponenter. Tack vare teknisk innovation, förbättringar inom datormodellering och modern byggteknik kan SMR:erna ges en förenklad konstruktion som kräver mindre material och tar mindre plats. Det gör att de små kärnreaktorerna är lättare att bygga, driva och underhålla, förklarar Marcus Eriksson, senior rådgivare inom kärnteknik på Vattenfall.

Lättvatten-SMR och avancerade SMR

SMR:erna kan delas in i två typer: lättvattenreaktorer och avancerade reaktorer. En lättvatten-SMR är i grunden en mindre version av de befintliga kärnkraftverken med samma typ av bränsle som redan finns tillgängligt på marknaden. Den producerar samma typ av använt bränsle som Vattenfalls reaktorer och de allra flesta av reaktorerna runt om i världen idag – vilket innebär att energibolagen har stor erfarenhet av att hantera avfallet med högsta möjliga säkerhetsnivå. Lättvatten-SMR:erna är konstruerade för elproduktion och samproduktion av exempelvis vätgas och fjärrvärme.

– I de så kallade avancerade SMR:erna används andra kylmedier som gas, flytande metall eller smält salt. Vissa är till och med konstruerade för att utnyttja återvunna bränslen, förklarar Martin Darelius, teknisk rådgivare på Vattenfall Strategy och Innovation. I de avancerade SMR:erna kan de speciella kylmedierna uppnå höga temperaturer, i intervallet 540 °C till 750 °C, vilket gör att de kan användas för att producera vätgas med mycket högre effektivitet än konventionella elektrolysörer. De kan också leverera högtempererad processvärme till cement-, massa-, kemi- och stålindustrierna, vilket öppnar upp för nya och kraftfulla användningsområden.

Anläggningarna kräver dock ny infrastruktur, bland annat ny bränsletillverkning, nya lösningar för avfallshantering samt upparbetningsanläggningar för bränsleåtervinning, vilket för närvarande saknas i de flesta länder med kärnkraft. Detta gäller särskilt för smält salt och flytande metaller.

Säkerheten har högsta prioritet

Driften av SMR:erna sker enligt samma säkerhetsstandarder och säkerhetsåtgärder som för de konventionella kärnkraftverken. Däremot är de mer passiva i sin konstruktion – de har färre komponenter som kan gå sönder och de är mindre beroende av aktiva eldrivna komponenter med slitagekänsliga rörliga delar. De bygger också i högre grad på säkerhetssystem som inte kräver extern strömförsörjning och som är mindre beroende av mänsklig interaktion. Detta bidrar till att minska sannolikheten för mänskliga misstag och ger ett ökat skydd mot yttre risker.

Ökat globalt intresse för SMR-tekniken

I stora kärnkraftsländer som USA, Storbritannien, Sydkorea, Frankrike, Kina och Ryssland arbetar man för att utveckla SMR-tekniken. Där ser man en nationell efterfrågan eller en möjlighet till export. Intresse för tekniken finns bland länder där man undersöker möjligheterna att minska koldioxidutsläppen inom energisystemen, men där man inte kan använda förnybar energi på ett enkelt sätt. Samtidigt ser de nuvarande kärnkraftsländerna att SMR eventuellt skulle kunna ersätta de allt äldre kärnkraftverken.

Pionjärer inom SMR

En liten grupp länder som vågat ta den kommersiella risken att vara först med att införa SMR har under de senaste åren startat ett antal projekt. Projekten pågår för närvarande i Kanada, USA och Kina, där Kanada har kommit längst. Energibolaget Ontario Power Generation och provinsen Ontario har tagit täten. Just nu pågår förberedande markarbeten inför byggandet av en SMR, samtidigt som man påbörjat planering och licensiering av ytterligare tre SMR:er. Ontario Power Generation räknar med att få tillstånd att uppföra den första SMR:en i slutet av 2024 och därefter kan bygget av själva kärnkraftsanläggningen påbörjas.

Även i Storbritannien, Polen, Tjeckien, Estland och Rumänien överväger man att införa SMR, och i länder som Sverige och Finland är frågan under utredning. Frankrike utvecklar SMR:er för export och siktar på att ha en SMR av fransk typ i drift senast 2030 för att kunna använda för demonstration.

Förutom den tekniska utvecklingen behöver regelverket kring kärnkraftverken utvecklas. Detta för att ge möjlighet till flexibilitet i valet av teknik och för att underlätta en effektiv licensieringsmodell för nya reaktorkonstruktioner – även efter 2030-talet. I de flesta länder som nu är föregångare är den frågan löst. Det som fortfarande återstår är att sluta avtal mellan olika länder om att acceptera gemensamma, standardiserade lösningar.

Ännu en liten bit kvar för SMR

Även om tekniken och funktionsprinciperna för SMR är välutvecklade så återstår mer arbete innan de kan tas i drift, förklarar Marcus Eriksson:

– Att bygga nya kärnreaktorer i Sverige, oavsett om de är små eller stora, kräver tid både för att bygga och för ta fram ny licensdokumentation. Om vi ska ha SMR:er i drift i början av 2030-talet så är lättvatten-SMR:er det mest logiska alternativet för Vattenfall eftersom vi redan har all infrastruktur på plats och vi kan använda dem för både el- och fjärrvärmeproduktion. Och eftersom våra befintliga stora kärnkraftverk är konstruerade för att vara i drift i många år till skulle alla eventuella SMR:er kunna fungera som komplement till de anläggningarna.

Hur ser en liten modulär reaktor ut? De här tre visualiseringarna är framtagna av Gottlieb Paludan Architects som förslag till design av SMR:er inom ramen för förstudien för Nucelerate West.

”Nucelerate West” – Vattenfalls förstudie om SMR vid Ringhals

Vattenfall har påbörjat en förstudie för att utvärdera om de kommersiella, juridiska och tekniska förutsättningarna gör det möjligt att bygga SMR:er vid Vattenfalls befintliga kärnkraftsanläggning vid Ringhals på den svenska västkusten. Studien utgår från att en första reaktor kan vara i drift i början av eller i mitten av 2030-talet.

– Vissa villkor måste vara uppfyllda för att Nucelerate West-projektet ska kunna bli verklighet, säger Henric Lidberg, senior rådgivare och projektsponsor för förstudien. Det måste finnas en bred acceptans för SMR i samhället, SMR:erna måste standardiseras utan några nationella anpassningar, de måste uppfylla myndigheternas säkerhetskrav, det måste finnas en förutsägbar och effektiv licensieringsprocess och SMR måste vara ett ekonomiskt konkurrenskraftigt alternativ till andra energislag.

Valet av Ringhals grundar sig på det idealiska läget för att bygga kärnkraft. Södra Sverige har ett stort behov av elproduktion och Ringhals har redan kärnkraftverk i drift, tillgång till nätanslutning och gedigen erfarenhet av att driva lättvattenreaktorer. Området kring Ringhals är också av riksintresse för energiproduktion och det är den plats där nya reaktorer snabbast kan tas i drift.

Läs mer om förstudien här