Ar mažieji branduoliniai reaktoriai – Lietuvos energetinės nepriklausomybės raktas?

Pasak Kauno technologijos universiteto Mechanikos inžinerijos ir dizaino fakulteto (KTU MIDF) termoinžinerijos eksperto doc. dr. Lino Paukštaičio, mažasis branduolinis reaktorius, dažnai vadinamas mažuoju moduliniu reaktoriumi (angl. Small Modular Reactor, SMR), yra atominės elektrinės tipas, kuris gamina elektrą tokiu pačiu principu kaip ir tradiciniai branduoliniai reaktoriai, tačiau daug mažesniu mastu.

Branduoliniame reaktoriuje šiluma išgaunama kontroliuojamos branduolinės reakcijos metu. Ši šiluma naudojama vandeniui virinti, susidarę garai suka turbiną, prijungtą prie generatoriaus, kuris gamina elektrą.

Pagrindinis principas panašus į daugelio kitų elektrinių, pavyzdžiui, anglies ar dujų elektrinių. Skirtumas tas, kad šiluma gaunama iš branduolinio kuro, o ne deginant iškastinį kurą.

Dydis – pranašumas

Tradicinės atominės elektrinės yra labai dideli įrenginiai, galintys gaminti apie 1000–1600 megavatų elektros energijos, o jų statyba reikalauja didelių investicijų ir dažnai trunka daugiau nei dešimtmetį. Tokios galios paprastai pakanka aprūpinti elektra didelį miestą ar net visą mažesnę valstybę.

Maži branduoliniai reaktoriai suprojektuoti taip, kad gamintų gerokai mažiau energijos – paprastai 50–300 megavatų. Dėl mažesnio dydžio jie gali būti naudojami ten, kur didelė atominė elektrinė būtų nepraktiška, pavyzdžiui mažesniuose elektros tinkluose ar atokiuose regionuose.

Svarbus šių reaktorių bruožas yra modulinė konstrukcija. Daugelis komponentų gali būti gaminami gamyklose ir transportuojami į statybos vietą, o patys reaktoriaus moduliai surenkami kaip didesnės sistemos dalys. Toks metodas gali pagreitinti statybą ir padaryti ją labiau standartizuotą.

Daugelyje mažųjų reaktorių taip pat numatytos pažangios saugos sistemos. Kai kurios konstrukcijos remiasi natūraliais fizikiniais procesais, pavyzdžiui gravitacija ar natūralia vandens cirkuliacija, todėl reaktorius gali būti saugiai aušinamas net ir be aktyvių mechaninių sistemų.

Mažieji branduoliniai reaktoriai šiuo metu kuriami kaip būdas tiekti patikimą ir mažai anglies dioksido išskiriančią elektros energiją, ypač regionams, kuriuose didelės atominės elektrinės būtų nepraktiškos.

Kelių reikėtų Lietuvai?

Kalbant apie poreikį Lietuvai, mažo galingumo elektrinė paprastai apibrėžiama kaip iki 300 MW elektrinės galios (pvz., BWRX-300).

2024 m. Lietuvos elektros energijos suvartojimas buvo apie 11,5 TWh – tai visas elektros kiekis, kurį per metus sunaudoja šalies pramonė, verslas ir gyventojai. Didžiausia paklausa yra apie 2,1 GW (2023 m. maksimalus valandinis poreikis), o piko metu gali būti ir daugiau.

Tarkime, kad statytume 300 MWe atominę elektrinę. Apytikslė metinės elektros gamyba iš tokio reaktoriaus, kuomet jis veikia didžiąją laiko dalį (tarkime, apie 90 proc. laiko), pagamina 2,37 TWh per metus.

Taigi, norint užtikrinti apie 11,5 TWh per metus, Lietuvai reikėtų apie 5 vienetų tokių reaktorių. Svarbu pabrėžti, kad metinis pagamintos elektros kiekis ir didžiausia elektrinė galia nėra tas pats.

Didžiausia galia iš tokių reaktorių galėtų būti 1,5 GW. Tuo tarpu Lietuvoje didžiausia galia yra ~2+ GW, todėl 5 vienetai gali padengti didžiąją dalį metinės energijos, bet tuomet labai svarbi tampa kitų energijos šaltinių – vėjo, saulės, hidroakumuliacinės, energijos kaupimo ir esamų bei naujų jungčių sinergija.

Šie skaičiai yra labai sąlyginiai, jei SMR galia mažesnė, tarkime apie 77 MW („NuScale“ tipo modulio dydis), tuomet Lietuvai reikėtų maždaug apie 20, kad padengtų 11,5 TWh per metus.

Tačiau svarbus klausimas yra ne tik kiek tokių reaktorių galėtų prireikti, bet ir kur jie galėtų būti įrengiami.

Kur gali būti statomi

Paprasčiausias variantas – statyti mažus reaktorius kaip įprastas elektrines ir prijungti jas prie nacionalinio elektros tinklo. Šiuo atveju jos veiktų panašiai kaip esamos atominės ar kitos elektrinės.

Galimos įrengimo vietos: esamų elektrinių teritorijos, pramonės energijos centrai, pakrančių zonos su geru aušinimo vandens tiekimu ar vietos su stipriais elektros tinklo ryšiais. Dažnai paprasčiausia naudoti jau veikiančių elektrinių teritorijas, nes ten jau yra reikalinga infrastruktūra.

Pavyzdžiui, SMR teoriškai galėtų pakeisti iškastinį kurą naudojančius blokus elektrinėse, panašiose į Petrašiūnų šiluminę elektrinę, kuri šiuo metu tiekia centralizuotą šilumą ir dalį elektros energijos Kaunui.

Gali būti pritaikomi ne tik elektrai gaminti

Vis dėlto mažieji branduoliniai reaktoriai gali būti naudojami ne tik elektros energijai gaminti.

Vienas iš galimų panaudojimo būdų – centralizuotas šilumos tiekimas (CŠT). Tokiu atveju reaktoriaus šiluma būtų tiesiogiai tiekiama į šilumos tinklą pastatams šildyti.

Kai kurios SMR koncepcijos net kuriamos specialiai šilumos gamybai. Pavyzdžiui, Suomija aktyviai tyrinėja tokius reaktorius miestų šildymui. Kadangi jų galia mažesnė, teoriškai juos galima statyti arčiau miestų nei tradicines atomines elektrines.

Be miestų šildymo, tokie reaktoriai galėtų būti naudojami ir pramonėje arba kogeneracinėse elektrinėse. Galimos taikymo sritys: chemijos gamyklos, vandenilio gamyba, naftos perdirbimo gamyklos, popieriaus fabrikai ar vandens gėlinimas.

Tokiu atveju reaktorius veiktų panašiai kaip kogeneracinė elektrinė – dalis energijos būtų naudojama elektrai gaminti, o dalis tiesiogiai šilumai ar pramonei.

Privalumai ir iššūkiai

Kaip ir bet kuri energetikos technologija, mažieji branduoliniai reaktoriai turi tiek privalumų, tiek iššūkių.

Vienas svarbiausių privalumų – tai, kad jie gamina elektrą nedegindami iškastinio kuro, todėl eksploatacijos metu beveik neišskiria anglies dioksido.

Be to, skirtingai nei saulės ar vėjo energija, branduoliniai reaktoriai gali veikti nepertraukiamai nepriklausomai nuo oro sąlygų, todėl jie gali užtikrinti stabilų elektros tiekimą. Mažesnis dydis suteikia daugiau lankstumo energetikos sistemoje – reaktorius galima statyti palaipsniui, augant elektros poreikiui. Be to, modulinė statyba gali sutrumpinti statybos laiką.

Branduolinis kuras pasižymi labai didele energijos koncentracija. Pavyzdžiui, viena nedidelė branduolinio kuro granulė gali turėti tiek energijos, kiek kelios tonos anglies.

Tačiau egzistuoja ir iššūkių. Branduoliniai reaktoriai sukuria panaudotą branduolinį kurą, kuris ilgą laiką išlieka radioaktyvus ir turi būti prižiūrimas ir saugomas. Be to, nors SMR yra mažesni nei tradicinės atominės elektrinės, jų statybai vis tiek reikalingos didelės investicijos ir griežtas reguliavimas. Daugelis tokių reaktorių projektų dar yra vystymo stadijoje, todėl jų ekonominis efektyvumas realiomis sąlygomis dar nėra iki galo aiškus.

Svarbus veiksnys yra ir visuomenės pasitikėjimas, nes branduolinė energetika dažnai kelia diskusijų dėl saugos ir atliekų tvarkymo. Tvarumo požiūriu mažieji branduoliniai reaktoriai gali tiekti stabilią ir mažai anglies dioksido išskiriančią energiją, kuri papildytų atsinaujinančius šaltinius, tokius kaip vėjas ar saulė. Tačiau jų vaidmuo ateities energetikos sistemoje priklausys nuo ekonominio pagrįstumo, atliekų tvarkymo sprendimų ir visuomenės pasitikėjimo.

KTU informacija