Malé modulárne reaktory

Úvod / Prehľad

Malé modulárne reaktory (SMR – Small Modular Reactors) predstavujú novú generáciu štiepnych jadrových reaktorov navrhnutých na spoľahlivú výrobu nízkouhlíkovej energie flexibilnejším a lepšie škálovateľným spôsobom. Zvyčajne má každý modul elektrický výkon do približne 300 MW, čo je podstatne menej než pri konvenčných veľkých jadrových reaktoroch. Vďaka svojim kompaktným rozmerom a modulárnej konštrukcii je možné hlavné časti reaktora vyrábať vo výrobnom závode, prepravovať ich na miesto výstavby a zostavovať efektívnejšie než pri tradičných jadrových elektrárňach.

Reaktory SMR sú navrhnuté tak, aby dopĺňali veľké jadrové elektrárne aj obnoviteľné zdroje energie. Môžu zabezpečovať stabilnú základnú dodávku elektrickej energie alebo pružne regulovať svoj výkon a podporovať výrobu z premenlivých obnoviteľných zdrojov. Vďaka menším priestorovým nárokom a zjednodušeným systémom sú vhodné aj pre odľahlé oblasti, menšie elektrizačné sústavy alebo priemyselné prevádzky, kde by výstavba veľkých jadrových blokov nebola praktická.

V širšom kontexte globálnej dekarbonizácie a diverzifikácie energetických zdrojov sú malé modulárne reaktory považované za jednu z najperspektívnejších možností ďalšieho rozvoja jadrovej energetiky pri zachovaní vysokých bezpečnostných štandardov a súčasnom znižovaní investičných rizík.

 

Charakteristika

Základnou charakteristikou malých modulárnych reaktorov je ich modularita. Každý modul je navrhnutý ako samostatný celok, ktorý môže pracovať nezávisle alebo ako súčasť elektrárne pozostávajúcej z viacerých modulov. Takéto riešenie umožňuje postupné zvyšovanie výkonu podľa rastúceho dopytu alebo dostupných finančných prostriedkov. Výroba jednotlivých modulov vo výrobnom závode skracuje dobu výstavby, zlepšuje kontrolu kvality a znižuje riziko prekročenia plánovaných nákladov.

Reaktory SMR sa vyznačujú aj zjednodušenou a kompaktnou konštrukciou. Pri mnohých projektoch sú aktívna zóna, parogenerátor a kompenzátor objemu umiestnené v jednej tlakovej nádobe, čím sa znižuje počet vonkajších potrubných spojov a potenciálnych miest poruchy. Pokročilé pasívne bezpečnostné prvky – ako prirodzená cirkulácia chladiaceho média, gravitačné havarijné systémy alebo vysoká tepelná zotrvačnosť – umožňujú udržať reaktor v bezpečne odstavenom stave bez potreby aktívnych zásahov alebo externého napájania.

V porovnaní s konvenčnými jadrovými reaktormi majú malé modulárne reaktory menšie priestorové nároky, menšie ochranné pásmo a nižšie nároky na chladiacu vodu, čo rozširuje možnosti ich umiestnenia. Spojenie modularity, vysokej úrovne bezpečnosti a jednoduchej škálovateľnosti robí z reaktorov SMR univerzálne riešenie pre budúci rozvoj jadrovej energetiky.

 

Oblasti využitia

Malé modulárne reaktory (SMR) sú navrhnuté pre široké spektrum energetických aplikácií presahujúcich rámec tradičnej výroby elektrickej energie. Vďaka svojim kompaktným rozmerom, flexibilnej prevádzke a schopnosti dodávať elektrickú energiu aj teplo sú vhodné pre rôzne oblasti energetiky aj priemyselného využitia.

Hlavným spôsobom využitia reaktorov SMR je výroba elektrickej energie – buď ako samostatných blokov pre odľahlé alebo regionálne elektrizačné sústavy, alebo ako elektrární zložených z viacerých modulov, ktorých výkon možno postupne zvyšovať podľa rastúceho dopytu. Táto škálovateľnosť umožňuje flexibilné investovanie aj postupné rozširovanie jadrových výrobných kapacít.

Malé modulárne reaktory môžu zabezpečovať aj dodávku procesného tepla a kombinovanú výrobu elektrickej energie a tepla pre priemyselné prevádzky, systémy centrálneho zásobovania teplom alebo zariadenia na odsoľovanie morskej vody. Stabilný tepelný výkon niektorých koncepcií, najmä vysokoteplotných plynom chladených reaktorov (HTGR) a reaktorov s roztavenými soľami (MSR), umožňuje ich využitie aj na výrobu vodíka prostredníctvom vysokoteplotnej elektrolýzy alebo termochemických procesov.

Vďaka dlhým intervalom medzi výmenami paliva, zjednodušenej prevádzke a možnosti výroby modulov vo výrobnom závode sú reaktory SMR vhodné aj pre odľahlé banské prevádzky, ostrovné energetické systémy a ďalšie aplikácie mimo elektrizačnej sústavy, kde je spoľahlivá dodávka energie nevyhnutná.

 

Historický vývoj

Koncept malých modulárnych reaktorov vychádza z prvých jadrových technológií používaných v jadrových ponorkách, ľadoborcoch a výskumných reaktoroch, kde boli kompaktné a spoľahlivé zdroje energie nevyhnutnosťou. V nasledujúcich desaťročiach pokrok v oblasti materiálov, pasívnych bezpečnostných systémov a modulárnej výroby obnovil záujem o malé jadrové elektrárne ako doplnok veľkých komerčných jadrových blokov.

Viaceré malé modulárne reaktory sú dnes už v prevádzke alebo sa blížia ku komerčnému nasadeniu. Ruská plávajúca jadrová elektráreň Akademik Lomonosov s dvoma reaktormi KLT-40S dodáva od roku 2020 elektrickú energiu a teplo do arktického prístavu Pevek. Čínsky vysokoteplotný plynom chladený reaktor HTR-PM bol prvýkrát pripojený do elektrizačnej sústavy v roku 2021. Ďalšie projekty, ako NuScale (USA), SMART (Južná Kórea), CAREM-25 (Argentína) a ACP100 (Čína), sa nachádzajú v pokročilom štádiu projektovania, licencovania alebo výstavby, čo dokumentuje postupný prechod malých modulárnych reaktorov od experimentálnych koncepcií ku komerčnému využitiu.

 

Konštrukčné riešenia a architektúra

Malé modulárne reaktory zahŕňajú širokú škálu konštrukčných riešení, ktoré sa líšia použitou technológiou aj celkovou architektúrou jadrovej elektrárne. Väčšina koncepcií vychádza z overených reaktorových technológií prispôsobených do menších modulárnych celkov, ktoré možno vyrábať vo výrobných závodoch a následne prepravovať na miesto inštalácie. Základným princípom ich návrhu je zjednodušenie konštrukcie – zníženie zložitosti systémov, zvýšenie bezpečnosti a umožnenie štandardizovanej sériovej výroby.

Z technologického hľadiska môže byť primárny okruh usporiadaný dvoma základnými spôsobmi. Integrálne reaktory majú všetky hlavné komponenty primárneho okruhu – aktívnu zónu, parogenerátor, kompenzátor objemu a obehové čerpadlá – umiestnené v jednej tlakovej nádobe. Takéto riešenie minimalizuje rozsah vonkajších potrubných rozvodov, znižuje riziko úniku chladiaceho média a zvyšuje úroveň prirodzenej bezpečnosti. Slučkové reaktory majú tieto komponenty umiestnené mimo tlakovej nádoby a vzájomne prepojené potrubím. Takáto koncepcia uľahčuje kontrolu a údržbu zariadení a môže byť výhodná pri niektorých vysokoteplotných alebo rýchlych reaktoroch.

Z hľadiska usporiadania elektrárne môžu malé modulárne reaktory pracovať buď ako samostatné moduly, z ktorých každý má vlastný sekundárny okruh s turbogenerátorom, alebo ako viacmodulová elektráreň so spoločnou infraštruktúrou, v ktorej niekoľko reaktorových modulov dodáva teplo do spoločného sekundárneho okruhu, turbínovej haly alebo chladiaceho systému. Samostatné moduly umožňujú flexibilnejšiu prevádzku a jednoduchšie odstavovanie jednotlivých blokov počas údržby, zatiaľ čo spoločná infraštruktúra znižuje investičné náklady a zvyšuje celkovú hospodárnosť využitím úspor z rozsahu.

 

Technológie

Malé modulárne reaktory využívajú viacero reaktorových technológií, ktoré sa líšia predovšetkým použitým chladiacim médiom, spektrom neutrónov a prevádzkovou teplotou. Tieto parametre určujú ich účinnosť, bezpečnostné vlastnosti aj možnosti využitia – od výroby elektrickej energie až po dodávku priemyselného tepla alebo výrobu vodíka.

Najrozšírenejšou skupinou malých modulárnych reaktorov sú vodou chladené reaktory, vychádzajúce z osvedčených technológií ľahkovodných reaktorov, ako sú tlakovodné (PWR) a varné reaktory (BWR). Využívajú overené konštrukčné materiály aj dlhoročné prevádzkové skúsenosti, čo uľahčuje ich licencovanie. Pri výstupných teplotách približne 300 °C sú vhodné na výrobu elektrickej energie aj na dodávku nízkopotenciálneho tepla.

Vysokoteplotné plynom chladené reaktory (HTGR) využívajú ako chladiace médium hélium a ako moderátor grafit. Výstupná teplota chladiaceho média presahuje 700 °C. Vďaka vysokej tepelnej účinnosti a stabilnej prevádzke sú vhodné na kombinovanú výrobu elektrickej energie a tepla aj na výrobu vodíka prostredníctvom vysokoteplotnej elektrolýzy alebo termochemických procesov.

 

Reaktory chladené kvapalnými kovmi, najčastejšie sodíkom alebo olovom, pracujú pri tlaku blízkom atmosférickému a pri vysokých teplotách. Ich výborné tepelné vlastnosti a pri väčšine koncepcií aj využitie rýchlych neutrónov umožňujú dosahovať vysokú tepelnú účinnosť a efektívne využitie jadrového paliva. Sú vhodné aj pre uzavretý palivový cyklus a recykláciu jadrových materiálov.

Reaktory s roztavenými soľami (MSR) využívajú ako chladiace médium roztavené fluoridové alebo chloridové soli a v niektorých koncepciách slúži roztavená soľ zároveň ako nosič jadrového paliva. Pracujú pri nízkom tlaku a vyznačujú sa výrazným záporným teplotným koeficientom reaktivity, čo prispieva k ich prirodzenej bezpečnosti a umožňuje flexibilné palivové cykly vrátane využitia tória.

Niektoré koncepcie malých modulárnych reaktorov využívajú aj superkritický oxid uhličitý (sCO₂) alebo plynové turbíny, ktoré umožňujú kompaktnejšie usporiadanie zariadenia a vyššiu účinnosť premeny energie. Mnohé návrhy sú určené na kombinovanú výrobu elektrickej energie a tepla a umožňujú dodávku kvalitného tepla pre priemyselné procesy, centrálne zásobovanie teplom alebo odsoľovanie morskej vody.

 

Jadrové palivo a palivový cyklus

Malé modulárne reaktory využívajú rôzne druhy jadrového paliva v závislosti od svojej konštrukcie a spektra neutrónov. Väčšina vodou chladených reaktorov SMR používa nízko obohatený oxid uraničitý podobný palivu využívanému vo veľkých jadrových reaktoroch, zvyčajne obohatený približne do 5 % izotopu uránu-235 (²³⁵U). Niektoré pokročilé koncepcie využívajú mierne vyššie obohatenie – približne do 10 % ²³⁵U – s cieľom predĺžiť intervaly medzi výmenami paliva a zjednodušiť palivový cyklus.

Vysokoteplotné plynom chladené reaktory, rýchle reaktory a reaktory s roztavenými soľami môžu využívať palivo obohatené až na 20 % ²³⁵U, čo predstavuje hornú hranicu nízko obohateného uránu. Tieto koncepcie často používajú aj alternatívne formy paliva, napríklad kovové zliatiny (U–Zr, U–Mo) alebo palivové častice TRISO, ktoré zabezpečujú účinnejšie zadržiavanie štiepnych produktov a vysokú odolnosť pri zvýšených teplotách.

Malé modulárne reaktory sú zvyčajne navrhnuté na dlhé palivové cykly trvajúce od niekoľkých rokov až po niekoľko desaťročí. Niektoré koncepcie umožňujú čiastočnú recykláciu paliva alebo prevádzku v uzavretom palivovom cykle, čím sa zlepšuje využitie jadrového paliva a znižuje množstvo rádioaktívneho odpadu určeného na dlhodobé uloženie. Viaceré projekty skúmajú aj možnosti využitia tóriového palivového cyklu, ktorý predstavuje jednu z perspektívnych ciest k zvýšeniu udržateľnosti a diverzifikácie jadrového paliva.

 

Technické a projektové výzvy

Hoci malé modulárne reaktory prinášajú množstvo potenciálnych výhod, ich vývoj a zavádzanie do prevádzky sprevádza aj celý rad technických, priemyselných a regulačných výziev. Jednou z najdôležitejších technických úloh je pretaviť modulárne konštrukčné riešenia do podoby výrobkov vhodných na sériovú výrobu. Výroba veľkých reaktorových komponentov vo výrobných závodoch si vyžaduje nové výrobné kapacity, kvalifikované dodávateľské reťazce a dôsledné zabezpečenie kvality spĺňajúce prísne požiadavky jadrového priemyslu. Náročná je aj preprava veľkých prefabrikovaných modulov na odľahlé alebo priestorovo obmedzené staveniská, ktorá si vyžaduje špecializovanú logistiku a vhodnú infraštruktúru.

Ďalšou významnou výzvou je proces licencovania a regulačný rámec. Väčšina národných predpisov bola pôvodne vytvorená pre veľké ľahkovodné reaktory, preto môže byť ich prispôsobenie modulárnym a netradičným konštrukciám zložité. Každý nový typ reaktora si môže vyžadovať dodatočné preukázanie bezpečnosti, kvalifikáciu nových materiálov a rozsiahle testovanie vybraných systémov, čo môže predĺžiť schvaľovací proces a zvýšiť náklady. Medzinárodná spolupráca regulačných orgánov je preto dôležitým predpokladom harmonizácie požiadaviek a širšieho uplatnenia malých modulárnych reaktorov.

Z ekonomického a projektového hľadiska musia malé modulárne reaktory preukázať, že ich modulárna koncepcia dokáže vykompenzovať stratu úspor z rozsahu, ktoré sú typické pre veľké jadrové bloky. Dosiahnutie konkurencieschopných nákladov závisí od štandardizácie, sériovej výroby a získavania skúseností pri realizácii väčšieho počtu projektov. Riadenie investičných rizík v počiatočných fázach vývoja, budovanie spoľahlivých dodávateľských reťazcov a získanie dôvery verejnosti zostávajú rozhodujúcimi predpokladmi úspešného prechodu malých modulárnych reaktorov od prototypov ku komerčnému využitiu.

 

Výhody malých modulárnych reaktorov

Malé modulárne reaktory prinášajú viacero výhod vyplývajúcich z ich menších rozmerov, zjednodušenej konštrukcie a moderných návrhových princípov. Vďaka kompaktným systémom a nižšiemu celkovému tepelnému výkonu sa jednoduchšie chladia počas bežnej prevádzky aj v havarijných situáciách, čo prispieva k vysokej úrovni prirodzenej bezpečnosti. Mnohé reaktory SMR pracujú pri nižších prevádzkových tlakoch alebo využívajú chladiace médiá s priaznivými tepelnými vlastnosťami, čím sa ďalej znižuje pravdepodobnosť vzniku havárie spojenej so stratou chladiaceho média aj závažnosť jej následkov. Vďaka týmto vlastnostiam môžu bezpečnostné funkcie vo väčšej miere využívať pasívne fyzikálne procesy a v menšej miere závisieť od aktívnych systémov, čo zvyšuje spoľahlivosť a odolnosť reaktora.

Z hľadiska výstavby a nasadenia ponúkajú malé modulárne reaktory vysokú flexibilitu a možnosť postupného rozširovania výkonu. Menší výkon jednotlivých blokov znižuje objem počiatočných investícií potrebných na začatie projektu, čím sa jadrová energetika stáva dostupnejšou aj pre krajiny alebo regióny s menšou elektrizačnou sústavou alebo nižším dopytom po elektrickej energii. Modulárna výstavba a výroba hlavných komponentov vo výrobných závodoch majú potenciál skrátiť dobu výstavby a zvýšiť predvídateľnosť nákladov aj harmonogramu realizácie. Okrem výroby elektrickej energie môžu mnohé koncepcie SMR poskytovať aj ďalšie energetické služby, napríklad dodávku priemyselnej pary, centrálne zásobovanie teplom alebo vysokoteplotné teplo na výrobu vodíka, čo im umožňuje plniť viacero úloh v budúcich nízkouhlíkových energetických systémoch.

 

Jadrová bezpečnosť a regulačné aspekty

Bezpečnostná koncepcia malých modulárnych reaktorov vychádza zo snahy zjednodušiť architektúru jadrovej elektrárne a znížiť počet systémov, ktoré by mohli iniciovať alebo zhoršiť priebeh havárie. Keďže reaktory SMR majú menšie aktívne zóny a nižší zvyškový tepelný výkon po odstavení reaktora, mnohé koncepcie dokážu zabezpečiť základné bezpečnostné funkcie – ako je dlhodobé chladenie alebo riadenie reaktivity – prostredníctvom prirodzených fyzikálnych procesov bez potreby aktívnych zariadení alebo externého napájania. Takýto prístup zvyšuje odolnosť elektrárne pri širokom spektre prevádzkových aj havarijných stavov a zároveň zjednodušuje havarijné postupy.

Mnohé koncepcie SMR prinášajú nové prvky, ktoré ovplyvňujú spôsob hodnotenia ich bezpečnosti. Patria medzi ne umiestnenie reaktorových modulov pod úrovňou terénu, integrálne usporiadanie primárneho okruhu s minimálnym počtom prestupov cez tlakovú nádobu a pri niektorých koncepciách aj dlhé prevádzkové cykly bez výmeny paliva priamo v mieste prevádzky. Takéto riešenia si vyžadujú bezpečnostné analýzy zohľadňujúce dlhodobý odvod zvyškového tepla, dlhodobú funkčnosť kontajnmentu a správanie nových materiálov pri neštandardných prevádzkových alebo havarijných stavoch. Rozsiahle využívanie digitálnej prístrojovej techniky a automatizovaných riadiacich systémov zároveň vyžaduje osobitné metódy overovania kybernetickej bezpečnosti a spoľahlivej prevádzky pri poruchových stavoch.

Z regulačného hľadiska prinášajú malé modulárne reaktory aj nové otázky, ktoré presahujú rámec tradičných požiadaviek na veľké jadrové bloky. Viacmodulové elektrárne si vyžadujú jednoznačné pravidlá pre personálne zabezpečenie prevádzky, usporiadanie hlavnej dozorne a riadenie spoločných pomocných systémov. Možnosť zmenšenia zóny havarijného plánovania, o ktorej sa pri niektorých koncepciách SMR často uvažuje vzhľadom na ich nízky potenciál úniku rádioaktívnych látok, musí byť podložená dôveryhodnými analýzami zdrojového člena a nezávislým odborným posúdením. Koncepcie určené pre odľahlé oblasti alebo priemyselné areály musia zároveň preukázať, že bezpečnostné funkcie budú spoľahlivo zabezpečené aj pri obmedzenej miestnej infraštruktúre alebo menšom počte pracovníkov na lokalite.

Niektoré koncepcie prinášajú aj ďalšie regulačné výzvy. Prepravovateľné alebo vo výrobnom závode zavážané reaktorové moduly si vyžadujú zabezpečenie medzinárodných záruk, fyzickej ochrany a evidencie jadrových materiálov vo viacerých štátoch. Vysokoteplotné, rýchle alebo soľné reaktory môžu vyžadovať nové postupy kvalifikácie konštrukčných materiálov, kontroly chemického zloženia chladiaceho média alebo manipulácie s jadrovým palivom. Vývojári aj regulačné orgány preto pracujú na vytvorení zjednodušených technologicky neutrálnych regulačných princípov, ktoré umožnia licencovanie inovatívnych typov reaktorov pri zachovaní vysokej úrovne jadrovej bezpečnosti.

 

Ekonomika a perspektívy rozvoja

Ekonomická konkurencieschopnosť malých modulárnych reaktorov je založená na výrobe hlavných komponentov vo výrobných závodoch, štandardizovaných konštrukčných riešeniach a opakovateľných výrobných a stavebných procesoch. Hoci jednotlivé moduly vyžadujú nižšie počiatočné investície než veľké jadrové bloky, ich celková ekonomická konkurencieschopnosť – často vyjadrovaná prostredníctvom vyrovnanej ceny elektrickej energie (LCOE – Levelized Cost of Electricity) – závisí od dosiahnutia dostatočného počtu vyrobených modulov, ktorý umožní naplno využiť výhody sériovej výroby. Prvé realizované projekty môžu byť finančne náročnejšie, avšak získavané skúsenosti, zefektívňovanie montáže a stabilizácia dodávateľských reťazcov by mali s rastúcim počtom realizovaných projektov postupne znižovať náklady.

Významnú úlohu pri uvádzaní projektov SMR na trh zohrávajú modely financovania. Viaceré krajiny skúmajú možnosti verejno-súkromných partnerstiev, štátom podporovaného financovania alebo podpory prostredníctvom exportných úverových agentúr s cieľom znížiť investičné riziká a umožniť realizáciu prvých projektov svojho druhu. Tieto mechanizmy môžu preklenúť obdobie medzi výstavbou prvých demonštračných jednotiek a sériovou komerčnou výrobou, pri ktorej sa od modulárnej výstavby očakáva lepšia predvídateľnosť harmonogramu aj účinnejšia kontrola nákladov.

Najväčšie predpoklady na rozšírenie malých modulárnych reaktorov v 30. rokoch 21. storočia majú krajiny s jasne definovanou energetickou politikou a aktívnymi vývojovými programami. Medzi lídrov patria Spojené štáty americké, Kanada, Spojené kráľovstvo, Čína a Južná Kórea, kde viaceré projekty postupujú fázami licencovania, demonštračnej prevádzky alebo výstavby. Okrem výroby elektrickej energie môžu reaktory SMR poskytujúce priemyselné teplo alebo vyrábajúce vodík významne rozšíriť možnosti svojho uplatnenia a stať sa vhodným doplnkom veľkých jadrových elektrární aj premenlivých obnoviteľných zdrojov energie.

Významné projekty malých modulárnych reaktorov (podľa typu technológie)

Vodou chladené malé modulárne reaktory

Vodou chladené malé modulárne reaktory sú najbližšie ku komerčnému nasadeniu, pretože vychádzajú z overenej technológie ľahkovodných reaktorov a existujúcich regulačných rámcov. Ich modulárna konštrukcia a zjednodušené systémy umožňujú flexibilné a postupné zvyšovanie inštalovaného výkonu.

NuScale VOYGR (USA)

Integrálny tlakovodný reaktor s elektrickým výkonom 50 až 77 MWe na jeden modul. Koncepcia využíva prirodzenú cirkuláciu chladiaceho média v primárnom okruhu a rozsiahle pasívne bezpečnostné systémy. Projekt NuScale získal regulačné schválenie v Spojených štátoch a vstúpil do fázy výroby hlavných komponentov.

BWRX-300 (USA / Kanada)

Zjednodušený varný reaktor s hrubým elektrickým výkonom približne 300 MWe. Využíva prirodzenú cirkuláciu chladiaceho média a znížený počet systémov, čo skracuje dobu výstavby a znižuje investičné náklady. Projekt sa v súčasnosti nachádza vo fáze podrobného projektovania a o jeho nasadení uvažuje viacero krajín.

SMART (Južná Kórea)

Integrálny tlakovodný reaktor s elektrickým výkonom 107 MWe, určený na výrobu elektrickej energie aj tepla. Využíva prirodzené aj pasívne bezpečnostné systémy, vďaka čomu je vhodný pre krajiny s menšími elektrizačnými sústavami alebo obmedzenou infraštruktúrou. V Južnej Kórei získal schválenie štandardného projektu.

CAREM-25 (Argentína)

Integrálny tlakovodný reaktor s elektrickým výkonom 25 až 30 MWe, ktorý je v súčasnosti vo výstavbe. Všetky hlavné komponenty primárneho okruhu sú umiestnené v jednej tlakovej nádobe, čo zvyšuje bezpečnosť a znižuje rozsah vonkajších potrubných rozvodov. CAREM-25 je navrhnutý ako demonštračná jednotka pre budúce výkonnejšie varianty.

ACP100 / Linglong One (Čína)

Tlakovodný reaktor s elektrickým výkonom 125 MWe, ktorý využíva nútenú cirkuláciu chladiaceho média v primárnom okruhu. ACP100 patrí medzi prvé malé modulárne reaktory, ktoré vstúpili do fázy výstavby. Je určený predovšetkým pre pobrežné oblasti, ostrovy a priemyselné prevádzky vyžadujúce spoľahlivý zdroj elektrickej energie stredného výkonu.

Vysokoteplotné plynom chladené reaktory (HTGR)

Vysokoteplotné plynom chladené reaktory využívajú ako chladiace médium hélium a ako moderátor grafit. Dosahujú vysoké výstupné teploty, ktoré umožňujú ich využitie na kombinovanú výrobu elektrickej energie a tepla, priemyselné aplikácie, výrobu vodíka alebo odsoľovanie morskej vody.

HTR-PM (Čína)

Dvojmodulový vysokoteplotný reaktor s guľovým palivom, ktorý dodáva približne 210 MWe do jednej turbíny. Elektráreň je v komerčnej prevádzke a umožňuje priebežnú výmenu paliva počas prevádzky pomocou guľových palivových elementov s časticami TRISO. Vysoká výstupná teplota zabezpečuje účinnú výrobu elektrickej energie aj využitie tepla v priemyselných procesoch.

Xe-100 (USA)

Modulárny vysokoteplotný plynom chladený reaktor s elektrickým výkonom 80 MWe, využívajúci hélium ako chladiace médium a grafit ako moderátor. Je navrhnutý na kombinovanú výrobu elektrickej energie a tepla, centrálne zásobovanie teplom aj odsoľovanie morskej vody. Elektráreň môže byť zostavená z viacerých modulov podľa požadovaného výkonu.

GTHTR300 (Japonsko)

Vysokoteplotný plynom chladený reaktor s elektrickým výkonom 300 MWe, využívajúci hélium ako chladiace médium a grafit ako moderátor. Dosahuje veľmi vysoké výstupné teploty vhodné na kombinovanú výrobu elektrickej energie a tepla aj na výrobu vodíka. Palivo typu TRISO a pasívne bezpečnostné systémy zabezpečujú stabilnú prevádzku aj pri vysokých teplotách.

Malé modulárne reaktory s rýchlym spektrom neutrónov chladené kvapalnými kovmi

Rýchle reaktory chladené kvapalnými kovmi, ako sú olovo alebo sodík, pracujú pri nízkom tlaku a vysokých teplotách. Vyznačujú sa účinným odvodom tepla, efektívnym využitím jadrového paliva a vytvárajú predpoklady na uzavretý palivový cyklus.

BREST-OD-300 (Rusko)

Rýchly olovom chladený reaktor bazénového typu s elektrickým výkonom 300 MWe, ktorý je v súčasnosti vo výstavbe. Využíva zmiešané nitridové palivo a umožňuje výmenu paliva každé 3 až 6 rokov. Je navrhnutý pre uzavretý palivový cyklus a dlhodobo udržateľnú prevádzku.

ARC-100 (Kanada / USA)

Rýchly sodíkom chladený reaktor bazénového typu s elektrickým výkonom 100 MWe a veľmi dlhou životnosťou aktívnej zóny. Výmena paliva sa predpokladá až po približne 20 rokoch prevádzky. Projekt je vo fáze vývoja a jeho cieľom je vysoká spoľahlivosť a minimálne nároky na údržbu.

SVBR-100 (Rusko)

Rýchly malý modulárny reaktor chladený eutektickou zmesou olova a bizmutu, ktorý vychádza zo skúseností s jadrovými reaktormi používanými v ponorkách. Dosahuje elektrický výkon približne 100 MWe a využíva kompaktnú koncepciu bazénového typu s prirodzene vysokou úrovňou bezpečnosti charakteristickou pre reaktory chladené kvapalnými kovmi.

Malé modulárne reaktory s roztavenými soľami

Reaktory s roztavenými soľami pracujú pri nízkom tlaku a vysokých teplotách. Vyznačujú sa vysokou úrovňou prirodzenej bezpečnosti a umožňujú flexibilné palivové cykly vrátane potenciálneho využitia tória.

IMSR-400 (Kanada)

Integrálny reaktor s roztavenými soľami s elektrickým výkonom 195 MWe, ktorý využíva palivo rozpustené v roztavenej soli uzavretej v hermetickej aktívnej jednotke, ktorá sa po skončení životnosti vymieňa ako celok. Koncepcia kladie dôraz na jednoduchosť prevádzky, prirodzenú stabilitu a rýchlu výstavbu.

SSR-W / SSR-U (Moltex Energy, Kanada / Spojené kráľovstvo)

Rodina reaktorov Stable Salt Reactor využíva roztavenú soľ ako chladiace médium a buď pevné palivové súbory (SSR-W), alebo palivo rozpustené v roztavenej soli (SSR-U). Reaktory pracujú pri nízkom tlaku a vysokých teplotách, vyznačujú sa robustnými pasívnymi bezpečnostnými systémami a umožňujú využitie recyklovaného jadrového paliva.

ThorCon (USA / Indonézia)

Modulárny reaktor s roztavenými soľami využívajúci kvapalné palivo, ktorého hlavné komponenty sa vyrábajú v lodeniciach. Jednotlivé moduly sa po skončení životnosti vymieňajú ako veľké hermeticky uzavreté celky, čo zjednodušuje údržbu. Projekt ThorCon je určený predovšetkým pre rozvíjajúce sa krajiny a ostrovné štáty.

Mikroreaktory

Mikroreaktory predstavujú veľmi malé jadrové zdroje energie určené pre odľahlé oblasti, priemyselné prevádzky alebo obranné aplikácie. Dôraz sa kladie na jednoduchú prepravu, autonómnu prevádzku a dlhé intervaly medzi výmenami paliva.

eVinci (Westinghouse, USA)

Mikroreaktor s elektrickým výkonom 5 MWe, chladený tepelnými trubicami (heat pipes) a využívajúci palivo TRISO. Je navrhnutý na najmenej osem rokov nepretržitej prevádzky bez výmeny paliva. Vyrába sa vo výrobnom závode a možno ho prepravovať v štandardnom kontajneri, čo umožňuje jeho rýchle nasadenie aj v odľahlých oblastiach s minimálnou infraštruktúrou.

Aurora (Oklo, USA)

Kompaktný rýchly mikroreaktor chladený kvapalným kovom, určený na dlhodobú autonómnu prevádzku. Koncepcia je zameraná na minimálne personálne požiadavky, flexibilné možnosti umiestnenia a dodávku elektrickej energie mimo elektrizačnej sústavy.

U-Battery (Spojené kráľovstvo)

Mikroreaktor chladený héliom s elektrickým výkonom 4 MWe, vhodný na dodávku priemyselného tepla, procesnej energie a výrobu elektrickej energie v menšom rozsahu. Vyznačuje sa veľmi kompaktnými rozmermi a vysokou výstupnou teplotou.

Budúci vývoj a smerovanie výskumu

Predpokladá sa, že malé modulárne reaktory budú zohrávať čoraz významnejšiu úlohu v budúcich nízkouhlíkových energetických systémoch, keďže mnohé krajiny hľadajú flexibilné, spoľahlivo regulovateľné a jednoducho rozšíriteľné zdroje čistej energie. Viaceré projekty už prechádzajú fázou licencovania, demonštračnej prevádzky alebo výstavby. Prvé malé modulárne reaktory sú už v komerčnej prevádzke a v 30. rokoch 21. storočia sa očakáva ich výraznejšie rozšírenie. Ďalší vývoj sa zameriava predovšetkým na znižovanie investičných nákladov prostredníctvom sériovej výroby, rozširovanie využitia aj mimo výroby elektrickej energie, napríklad na dodávku priemyselného tepla alebo výrobu vodíka, a na integráciu malých modulárnych reaktorov s obnoviteľnými zdrojmi energie a novými energetickými systémami.

Medzi hlavné smery výskumu patrí vývoj pokročilých jadrových palív s dlhšou životnosťou, nových materiálov odolných voči vysokým teplotám, zdokonaľovanie pasívnych bezpečnostných systémov a využitie digitálnych technológií na autonómnu alebo čiastočne autonómnu prevádzku. Čoraz väčší význam má aj medzinárodná spolupráca pri harmonizácii regulačných požiadaviek, ktorá má zjednodušiť proces licencovania a podporiť širšie rozšírenie malých modulárnych reaktorov vo svete. Spojenie technologického pokroku a moderných regulačných prístupov vytvára predpoklady na to, aby sa malé modulárne reaktory stali vhodným doplnkom veľkých jadrových elektrární aj obnoviteľných zdrojov energie a prispeli k hlbokej dekarbonizácii energetiky a posilneniu energetickej bezpečnosti.