Ar mažieji reaktoriai išgelbės pasaulį?

Branduolinė energetika – jautri tema. Ši technologija kelia baimę daugeliui žmonių. Tačiau pasauliui reikia vis daugiau energijos. Ir ne bet kokios, o ekologiškos, neteršiančios aplinkos ir atmosferos anglies dioksido dujomis. Saulės ir vėjo energetika kol kas žengia pirmuosius žingsnius. Pakeisti gamtines dujas ir geopolitinę situaciją, atimti finansinius svertus iš diktatorių šiuo metu efektyviausiai gali tik atomų skaidymo technologijos. Galbūt, jeigu vietoj didelių reaktorių pastatytume mažesnius, ir ta baimė sumažėtų?

LMA tikrasis narys, energetikas prof. A. Kaliatka sako: „Azijos šalyse šiuo metu jaučiamas branduolinis renesansas. Ypač išsiskiria Kinija, kuri planuoja pastatyti nemažai branduolinių reaktorių. Elektros energijos reikia, norint didinti gamybos pajėgumus. Be to, stengiamasi pakeisti anglimi kūrenamas elektros energijos jėgaines ir taip pagerinti ekologinę situaciją.“

Kinai šiuo metu ne tik stato, bet ir išbando įvairių tipų reaktorius. Stengiasi naudoti ir didelės galios reaktorius. Tokios tendencijos vyrauja Indijoje, Turkijoje. Kai kurie politikai aiškina, kad branduolinių jėgainių uždarymas yra didelė Vokietijos klaida. Tačiau vokiečiai neketina dar kartą keisti nuomonės. Tokius sprendimus pakeisti iš tiesų nepaprasta. Energetika – sudėtinga, daug investicijų reikalaujanti, lėtai kintanti ir labai politizuota sritis. Ne visada laimi ekonomiškai labiausiai pagrįstas sprendimas. Europoje šiuo metu kalbama tik apie dabar veikiančių jėgainių saugų eksploatavimą ir uždarymą. Todėl vieninteliai reaktoriai, kurie galėtų veikti ateities Europoje, – maži moduliniai.

Prof. A. Kaliatkos teigimu, tokie reaktoriai pasižymi tuo, kad yra nedidelės galios – iki 300 megavatų. Tačiau jų galima sujungti keletą vienoje aikštelėje. Tai suteikia daug pranašumų. Kadangi jie mažesni, juos paprasčiau pastatyti. Taip pat jie būtų pigesni, nes reikėtų mažiau investicijų. Tokių reaktorių ir statyba greitesnė. Paruošus aikštelę pirmajam, kiti reaktoriai būtų pastatomi žymiai greičiau. Kalbant apie mažos galios reaktorius, paprasčiau sprendžiama galios rezervavimo problema. Ši savybė labai naudinga tokioms šalims kaip Lietuva.

A. Kaliatka teigia, kad tokie reaktoriai labai tinka nedidelio elektros tinklo šalims. Taip pat jie gali veikti atokiuose regionuose. Reaktoriai gali būti įvairaus tipo, veikiantys pagal įvairias schemas, aušinami vandeniu arba dujomis, aukštatemperatūriai, žemesnių temperatūrų. Dėl to jie galėtų puikiai veikti kartu su pramonės įmonėmis, gamindami aukštos temperatūros šilumą, reikalingą pramonei: plieno lydymui, trąšų gamybai, o tai Lietuvai būtų itin aktualu. Žemesnės temperatūros reaktoriai galėtų būti naudojami šilumai tiekti mieste. Tokie reaktoriai būtų surenkami specialioje gamykloje, tuomet transportuojami ir pastatomi aikštelėje. Dėl to jų priežiūra paprasta ir pigesnė. Tas labai aktualu šalims, turinčioms mažai specialistų. Mažųjų reaktorių veikimo principai gali būti įvairūs. Populiariausi šiuo metu kuriami ir veikia, remiantis gerai žinomomis lengvojo vandens technologijomis, dažniausiai suslėgto vandens reaktoriaus pagrindu. Tokio tipo reaktorius kuria Prancūzija, Didžioji Britanija, Pietų Korėja, Argentina. Ši technologija jau gerai žinoma, patikrinta. Tačiau kitos šalys, pvz., Kinija, orientuojasi į dujomis aušinamus reaktorius.

Praėjusiais metais Kinijoje ėmė veikti aukštos temperatūros, helio dujomis aušinamas reaktorius, kurio galia – apie 100 megavatų. Jis užpildomas 6 cm skersmens kuro rutuliukais. Pagrindinis tokio reaktoriaus pranašumas – saugumas, o jame pasiekiama aukšta temperatūra praverstų, gaminant vandenilį. Tiesa, tai bandomasis modelis. Pirmasis komercinis reaktorius, tikimasi, ims veikti 2026-aisiais Hainano mieste. Tokio reaktoriaus korpusas įdedamas į apsauginį kiautą. Jis gali būti statomas ne tik ant žemės, bet ir įrengiamas po žeme arba po vandeniu. Deja, tokių veikiančių reaktorių šiuo metu yra vos keletas.

Prof. A. Kaliatka sako, kad du suslėgto lengvojo vandens mažieji moduliniai reaktoriai buvo sumontuoti laive 2019 m. Rusijoje ir šiuo metu veikia Rusijos Čiukotkos regione. Tai nedidelės galios (apie 50 MW) moduliniai reaktoriai, gaminantys ne tik elektrą, bet ir karštą vandenį gyvenvietei apšildyti. Maži moduliniai reaktoriai dažniausiai kuriami, naudojant žinomas technologijas, pasiskolintas iš šiuo metu veikiančių didžiųjų reaktorių. Aiškiausiai matomas modulinių reaktorių skirtumas būtų dydis.

Siekdama energetinio saugumo, Didžioji Britanija ketina pasistatyti šešiolika tokių modulinių reaktorių, kuriuos gamina bendrovė „Rolls-Royce“. JAV kompanijos „NUScale Power“ pirmasis mažas reaktorius turėtų pradėti gaminti elektros energiją iki 2029 metų. Šiuo metu pasaulyje sukurta beveik 50 įvairių reaktorių koncepcijų. Kiek iš jų pasiteisins ir bus realizuota, parodys laikas. Prof. A. Kaliatka mano, kad tai gali būti ir IV kartos, greitųjų neutronų reaktoriai. Jie padeda bent iš dalies spręsti branduolinių atliekų problemas. Jie galėtų naudoti atidirbusį branduolinį kurą, susidarantį iš dabar veikiančių reaktorių.

Mažaisiais reaktoriais Europoje pastaruoju metu labai domisi Lenkija, Estija, Rumunija ir kitos šalys, ketinančios visiškai atsisakyti rusiškų dujų ir naftos. Tačiau sukurti tokią technologiją nėra taip paprasta. Mažųjų reaktorių konstruktoriai susiduria su įvairiomis problemomis. Sunku numatyti ir prognozuoti, kaip būsimas reaktorius veiks įvairiais režimais. Todėl mėginama modeliuoti jo darbą ir galimus sutrikimus, naudojant išradingus algoritmus. Lietuvos energetikos instituto specialistai prisijungė prie dviejų tarptautinių projektų. Pirmojo tikslas – pasirengti mažų modulinių reaktorių licencijavimui Europoje. Kartu su kolegomis iš Vokietijos lietuviai rengia matematinius modelius ir modeliuoja procesus, vykstančius reaktoriuje jį eksploatuojant ir įvykus avarijai. Pirmiausia reikia patikrinti, ar turimos matematinio modeliavimo priemonės gali patikimai imituoti procesus, vykstančius tokiame reaktoriuje. Kol jis nesukurtas, neaišku, ar tikrai gaunami realūs duomenys. Tad kartais tenka spėlioti.

Akad. A. Kaliatka sako: „Daug sistemų veikia natūralios cirkuliacijos arba pasyvios cirkuliacijos principu. Viena vertus, tai labai gerai. Tai užtikrina tokio reaktoriaus saugų veikimą ir elektros energijos tiekimą.“ Nepaisant sunkumų, tokie modeliai vis dėlto leidžia prognozuoti, kaip reaktorius elgsis netekęs elektros energijos tiekimo, kaip veiks jo pasyvios aušinimo sistemos. Antrasis projektas yra pirmojo tęsinys. „Šiame projekte vertinamos radiologinės pasekmės, įvykus avarijai mažame reaktoriuje, – tęsia akademikas. – Tikimasi, kad tokiame reaktoriuje radioaktyviosios medžiagos nepasklistų, arba pasklistų nedideliu atstumu. Tokį reaktorių būtų galima statyti net šalia didelio miesto.“

Reaktorius galėtų aprūpinti miestą ne tik elektra, bet ir tiektų karštą vandenį. Tiesa, nepaisant tokių modulinių reaktorių pranašumų, juos būtina apsaugoti nuo diversijų, arba, kaip parodė karas Ukrainoje, nuo karinių veiksmų. Kol kas neaišku, ar tą padaryti bus lengviau, negu didžiuosius reaktorius. Kol kas problema ta, kad tokių veikiančių reaktorių labai nedaug ir dar nesukaupta jų eksploatavimo patirtis.

Šiuo metu toks reaktorius, pagrįstas suslėgto vandens principu, yra projektuojamas Europoje. Todėl svarbu iš anksto žinoti, kaip jis veiks. Kur slypi galimos saugos problemos. Ir kokie procesai vyktų ne tik normaliai eksploatuojant, bet ir įvykus avarijai. Modeliavimui naudojamos specializuotos priemonės, kurios realiai įvertina visus fizikinius šiluminius ir hidraulinius procesus. Kitaip sakant, visas modulinis reaktorius turi atsidurti skaitmeniniame formate. Tai leidžia modeliuoti šiluminius ir hidraulinius procesus. Ar neužkils slėgis? Ar šiluma bus nuvesta nuo aktyvios zonos pakankamai efektyviai. Kas įvyktų, praradus elektros energijos tiekimą?

Iš tiesų, sunku imituoti tikrovę, kol jos nėra. Tenka remtis turimais didžiųjų reaktorių pavyzdžiais bei matematikos formulėmis. Kurdami dar neegzistuojančią tikrovę, specialistai ją modeliuoja pagal fizikos dėsnius. Šio proceso metu vertinamos galimos saugos problemos.

Amerikiečius ir britus labiausiai vilioja dujiniu heliu aušinamų branduolinių reaktorių technologija. Tokiame reaktoriuje pasiekiama 750 °C temperatūra. Todėl jie gali gaminti ne tik elektrą, bet ir šilumą. O šiluma bus naudojama ir vandeniliui gaminti. Tai gali būti svarbus technologinis lūžis, padėsiantis sukurti veiksmingą ir aplinkai draugišką energijos kaupimo sistemą, papildančią saulės ir vėjo energetiką.

Parengė dr. Rolandas Maskoliūnas/LMA