Bilibino och Akademik Lomonosov

Bilibino och Akademik Lomonosov

Kärnkraftverket Bilibino i Tjuktjien

I Tjuktjien, Rysslands mest avlägsna och nordöstliga region, pågår ett generationsskifte när ett kapitel med sovjetisk teknik går mot sitt slut och ersätts av modern kärnenergiteknik som kommer att leverera både el och fjärrvärme.

”En plats där man är utlämnad åt gud, den lokala kolkraften och kärnkraftsdrivna isbrytare”. Så lyder en beskrivning av hamnstaden Pevek i Tjuktjien, en autonom okrug i Ryssland och kontinentens nordöstligast belägna region. Området är oerhört svårtillgängligt – här finns nästan inga vägar – och befolkningen förlitar sig till sjötransporter, antingen under de korta sommarmånaderna eller med eskort av isbrytare. Flygtransporter fungerar när vädret tillåter. Från december till april bygger man även vintervägar, på ryska kallade zimnik, mellan de större orterna.

Trots områdets svårtillgängliga läge har storskalig utvinning av olika naturresurser pågått här sedan det tidiga 1900-talet. Förutom kol, olja och gas finns en omfattande gruvverksamhet med flera gruvor där man utvinner bland annat koppar, tenn, guld, silver och volfram.

Intresset för området tog fart på allvar under 1920-talet när den sovjetiske geologen Yuri Bilibin förutsåg att det borde finnas större mängder guld i området än man tidigare hade trott. Bilibin fick rätt. Brytvärda guldfyndigheter påträffades och i mars 1955 påbörjades utvinningen. En bosättning, mestadels i form av tältläger för geologer och guldgrävare, började ta form. Den kände geologen fick låna ut sitt namn och i februari 1956 döptes staden till Bilibino. Yuri själv kom dock aldrig att besöka den avlägsna staden.

Under tidigt 1960-tal anslöts staden till det elnät som utgår från hamnstaden Pevek vid Norra ishavets kust och utvecklingen fick ytterligare en skjuts. Bilibino blev utsett till administrativt center för det distrikt som utgörs av den östra tundran och 1965 beslutade den sovjetiska regeringen att ett kärnkraftverk skulle uppföras i staden. Konstruktionsarbetet påbörjades 1966 och utfördes till stor del av ett hundratal frivilliga från Komsomol, det sovjetiska kommunistpartiets ungdomsförbund. År 1974 stod den första reaktorn klar och två år senare, 1976, stod ytterligare tre reaktorer färdiga.

Sovjetisk kärnenergiteknik

De fyra reaktorerna vid Bilibino kärnkraftverk är alla av typen EGP-6. De är små, den elektriska effekten är endast 12 MW per reaktor. EGP-6 är en föregångare till och en mindre version av RBMK, alltså den reaktordesign som senare kom att byggas i Tjernobyl och Ignalina och som fortfarande är i drift vid kraftverken i Kursk, Leningrad och Smolensk. Designen är en grafitmodererad lättvattenkyld kokvattenreaktor där kylvattnet går genom kanaler i grafiten. En grundtanke bakom RBMK var, förutom att kunna producera både el och vapenplutonium, att utformningen skulle vara någorlunda modulär så att reaktorns storlek skulle vara justerbar genom att lägga till eller ta bort kanaler i block. EGP-6 är dock en kraftigt förminskad version, och förutom att innehålla mycket färre kanaler än RBMK är reaktorn också mindre i alla dimensioner. I något förenklad mening kan alltså EGP-6 ses som en väldigt simpel föregångare till dagens små modulära reaktorer.

Förutom att leverera sammanlagt 48 MW elektricitet levererade reaktorerna också 78 MW fjärrvärme. När temperaturen sjunker under -50°C kan kraftverket ställas om för att leverera upp till 116 MW värme, men då på bekostnad av att den elektriska effekten begränsas till 38 MW. Reaktorerna producerade tillsammans ungefär 80 procent av all elektricitet i det avgränsade kraftnätet Chaun-Bilibino.

År 2016 beslutades att reaktorerna vid Bilibino kärnkraftverk ska stängas, och i januari 2019 stängdes den första reaktorn, Bilibino 1. Rosenergoatom som driver rektorerna har ansökt om och beviljats licens av den statliga tillsynsmyndigheten Rostekhnadzor för avställningsdriften för Bilibino 1. Licensen, som gäller i 15 år, utgör det första steget i avvecklingsarbetet. De resterande reaktorerna vid Bilibino var planerade att stänga till 2021, men i slutet av december 2019 utfärdade Rostekhnadzor en licens för fortsatt drift av Bilibino 2 fram till 31 december 2025. Arbete pågår för att förlänga licenserna också för Bilibino 3 och 4.

Själva avvecklingen och rivningen kommer med största sannolikhet att bli dyr. När kraftverket byggdes fanns ingen tanke på en framtida rivning och redan hanteringen av det använda kärnbränslet kommer bli ett kostsamt projekt. Bilibino är världens enda kärnkraftverk byggt på permafrost. Det gör det praktiskt taget omöjligt att dra fram vägar för tyngre transporter. År 2017 transporterades ett mobilt ställverk och en ny transformator från hamnen i Pevek till koppar- respektive guldgruvorna Peschanka och Kekura som ligger strax bortom Bilibino. Det tog över två veckor att köra sträckan i hastigheter mellan en och tio km/h över den frusna tundran.

En ny generation reaktorer tar vid

Reaktorerna i Bilibino kommer att ersättas av ett nytt flytande kärnkraftverk, Akademik Lomonosov. Det nya kraftverket anslöts redan den 19 december 2019 till kraftnätet Pevek-Chaun-Bilibino och blev därmed Rysslands elfte och världens nordligast belägna kärnkraftverk. I dagsläget levererar reaktorerna en mindre mängd elektricitet. Innan kraftverket kan köra full effekt med leverans av både el och fjärrvärme återstår arbetet med att förstärka och förnya kraftledningarna i elnätet samt en fjärrvärmeanslutning. Kraftnätet förstärks för 18 miljarder rubel (cirka 2,3 miljarder kronor). Projektet genomförs av RusHydro i två faser, varav den första förväntas vara färdig till 2021. Hela arbetet med det förnyade kraftsystemet, som även inkluderar två nya vattenkraftverk och flera kraftledningar, förväntas stå färdigt 2023. Rosenergoatom uppger att Akademik Lomonosov än så länge producerar ungefär 20 procent av områdets kraftbehov.

Akademik Lomonosov är utrustat med två tryckvattenreaktorer av typen KLT-40S med 150 MW termisk effekt per reaktor. Vid full effekt kommer fartygets reaktorer vardera producera 35 MW elektrisk effekt och 85 MW fjärrvärme till hamnstaden Pevek. Reaktortypen är utvecklad av OKBM Afrikantov och är en variant på de befintliga reaktorerna av typen KLT-40 och KLT-40M som bland annat används i de ryska isbrytarna.

Totalt kommer cirka 300 personer att arbeta, preliminärt uppdelade i fyra-månaders skift med fyra månaders arbete följt av fyra månaders ledighet, för att driva reaktorerna ombord på Akademik Lomonosov. Tiden mellan bränslebytena planeras till mellan tre till fyra år beroende på vid vilken effekt reaktorerna kommer att köras. Fartyget är redan från början lastat med bränsle för att de två reaktorerna ombord ska kunna drivas i tolv år. Tanken är att fartyget ska drivas i tre sådana tolv-års-cykler, där det i slutet av varje cykel bogseras tillbaka till RosAtomFlots hamn i Murmansk. Det finns också utrymmen ombord för att ta hand om och förvara det använda bränslet. I övrigt är fartyget utrustat med hytter för ungefär 80 personer och bekvämligheter för personalen. Bland annat finns en pool, ett gym och en squash-bana samt, underligt nog, en bar.

De omfattande satsningarna på elförsörjningen är en del av ett försök att utöka utvinningen av naturresurser, till stor del med hjälp av utländska företag. Gruvjättar från Kanada, Kazakstan och Australien kommer under 2021 till 2023 att öppna flera stora gruvor, bland annat för koppar och guld. Förutom metaller utvinns även kol av hög kvalitet. Kolet är främst ämnat för användning som koks vid framställning av råjärn ur malmpellets. En mycket omfattande satsning pågår även i områdena i östra Ryssland för att öka utvinningen av olja och gas.

Projekten i området försörjs idag till största del med fossila bränslen, vilket är dyrt och har stor påverkan både på den lokala miljön och på klimatet. Transportkostnaden för de fossila bränslena utgör idag över 40 procent av den totala bränslekostnaden. Det gör det utbyggda elnätet och användning av små reaktorer attraktivt för företagen. Rosatom vill få fart på användningen av små reaktorer och undersöker olika modeller för hur de ska ägas. Bland annat överväger man att hyra ut reaktorerna eller att själva äga reaktorerna och istället sälja el och värme till kunderna.

Isbrytare och flytande kärnkraftverk

Flytande kraftverk är ingen ny idé. Runt om i världen finns ett stort antal liknande pråmar där gasturbiner producerar el. USA använde ett flytande kärnkraftverk, MH-1A med en reaktor på 10 MWe ombord på fartyget Sturgis som byggts om till pråm, för att generera elektricitet vid Panamakanalen mellan 1968 och 1976. Westinghouse hade också långt gånga planer på flytande kärnkraftverk, men de byggdes aldrig. Även Kina arbetar i dagsläget med flytande reaktorer och i december 2015 godkändes fortsatt utveckling av reaktortypen ACPR 50S, en reaktor för användning på flytande plattformar, i den kinesiska statens trettonde femårsplan.

Förutom ett stort intresse runt om i Ryssland finns motsvarande intresse för små reaktorer i avlägsna och nordliga samhällen i Kanada, där behoven väsentligen ser identiska ut. Det finns även intresse från afrikanska länder. Sudans minister för vattenresurser och elektricitet har uppgett att regeringen i Khartoum har skrivit under ett avtal om att bli Rosatoms första utländska kund. Både den sudanesiska regeringen och Rosatom är tystlåtna.

En föregångare till reaktorerna ombord på Akademik Lomonosov, en KLT-40 med 135 MW termisk effekt, används idag för framdrivning av LASH-fartyget Sevmorput (LASH, Lighter Aboard SHip är ett särskilt sjötransportsystem för pråmar kallade lighters). Ytterligare en version, KLT-40M med 135 MW termisk effekt, används ombord på de två isbrytarna i Taymyr-klassen – Taymyr och Vaygach. De tidigare isbrytarna i Arktika-klassen – i vilken sex fartyg byggdes men endast två, Yamal och systerskeppet 50 Let Pobedy, ”50 års seger”, fortfarande är i drift – använder två reaktorer av en annan typ, OK-900A, som producerar 171 MW termisk effekt. Den första kärnkraftsdrivna isbrytaren, Lenin, som byggdes 1957 använde först tre reaktorer av typen OK-150 men dessa byttes sedan ut mot två reaktorer av typen OK-900A.

Reaktorerna som används ombord på isbrytarna och på fartyget Sevmorput använder uran med en anrikning mellan 40 och 90 procent. Reaktorerna av typ KLT-40S ombord på Akademik Lomonosov använder istället en lägre anrikning på 14,1 procent. Reaktorns utformning har gjorts om för att uran med en anrikning under den internationellt accepterade nivån på 20 procent ska kunna användas.

Isbrytarna och hamnen i Pevek är av stor vikt för Nordostpassagen, som på ryska kallas Severnyy morskoy put (förkortat Sevmorput, som lastfartyget fått sitt namn efter). Nordostpassagen är en betydligt kortare väg från Asien till Europa och ett strategiskt mycket viktigt projekt för Ryssland. Rutten via Nordostpassagen från Yokohama i Japan till Rotterdam i Nederländerna är cirka 7 000 km, vilket kan jämföras med vägen via Suezkanalen som är drygt 11 100 km och alltså 37 procent längre. För motsvarande rutt från Hong Kong är avståndet via Suezkanalen elva procent längre än via Nordostpassagen. Att göra Nordostpassagen mer tillgänglig beror dock på tillgången till hamnar med lämplig infrastruktur och med en tillförlitlig energiförsörjning. Pevek är en viktig hamn längs rutten.

Ryssland arbetar nu på en ny generation av kärnkraftsdrivna isbrytare under namnet ”Projekt 22220”, en design kallad LK-60, som kommer använda två reaktorer per fartyg av en annan typ, RITM-200, för framdrivningen. RITM-200-reaktorerna är också designade av OKBM Afrikantov och producerar 175 MW termisk effekt med 55-60 MW elektrisk effekt. Fem stycken isbrytare är beställda, varav de tre första är under konstruktion och den första bör färdigställas i år. Se även den tidigare artikeln i Kärnkraft i vår omvärld från 2018-09-05 om den senaste isbrytarklassen.

Det finns även flera dieseldrivna isbrytare beställda av den ryska militären och av flera olje- och gasföretag, däribland Gazprom. Ett projekt ”Projekt 22600” eller LK-25, syftar till att bygga världens största dieseldrivna isbrytare, men projektet har försenats av en brand. Andra mindre dieselisbrytarprojekt är ”Projekt 21900” och ”Projekt 21190” med storlekar mellan 10 MW och 22 MW.

Ett ytterligare projekt för framtida kärnkraftsdrivna isbrytare är ”Projekt 10510 Lider” (ryska för ledare), eller LK-110, som kommer bli världens överlägset största isbrytare. I nuläget kommer de använda två stycken reaktorer av en ny reaktortyp kallad RITM-400, med 315 MW termisk effekt. De nya isbrytare kommer ha en framdrivningseffekt på 110 MW. Den första ska börja byggas 2027.

Ryska ambitioner för små reaktorer

Ryssarna håller alltså hög takt i sitt utvecklingsprogram för små tryckvattenreaktorer med en tydlig koppling mellan marina tillämpningar och energitillämpningar. För framtida flytande kraftverk kommer man inte att använda KLT-40S som på Akademik Lomonosov. Istället kommer troligen RITM-200 eller RITM-400 att användas. Det finns även andra reaktortyper som övervägs, som VBER-300. Det är också en tryckvattenreaktor, men den är mycket större med 325 MW elektrisk effekt.

Det finns ett antal andra reaktortyper som utvecklats av NIKIET-institutet (Dollezhal Research and Development Institute of Power Engineering) – vilka framförallt inbegriper de sex reaktortyperna Vityaz (integrerad PWR, 6 MWth, 1 MWe), ATGOR (gaskyld mikroreaktor), SHELF (integrerad PWR, 28 MWth, 6 MWe), UNITHERM (en obemannad/fjärrstyrd PWR, 30 MWth, 6,6 MWe), NIKA-330 (integrerad PWR med 4,5 år mellan bränslebytena) samt KARAT-45 och KARAT-100 (liten BWR med naturlig cirkulation, 45 MWe respektive 100 MWe). Begreppet integrerad avser för tryckvattenreaktorerna att härden och primärsystemet med ånggenerator är inrymda i samma tryckkärl.

Reaktorerna är i olika designstadier och vissa är fortfarande på konceptstadiet. För SHELF finns det färdiga detaljritningar och en prototyp av KARAT-45 har varit i drift i över 50 år. Ryssland har även tagit fram en avancerad reaktor i form av SVBR-100, en integrerad bly-vismutkyld reaktor. Man har även beslutat att bygga en blykyld snabbreaktor, BREST 300. Se den tidigare artikeln i Kärnkraft i vår omvärld från 2019-12-19 om BREST 300.

Inriktningsbesluten för det ryska reaktorprogrammet tas ofta i större steg och just nu finns tre delar i programmet med olika inriktning – dels termiska lättvattenreaktorer, dels snabbreaktorer som antingen är blykylda eller natriumkylda. Planeringshorisonten för de kommande strategiska besluten sträcker sig ända till 2100, då de reaktorer som planeras kommer att vara i drift fram till dess. Besluten om hur programmet ska fortsätta är komplicerade då de förutom frågor kring reaktorutvecklingen också behöver väga in frågor kring bränslen och kring upparbetningprocessen samtidigt som ekonomin hela tiden är i fokus. Inte helt oväntat har de här besluten också skjutits upp. Se även den tidigare artikeln i Kärnkraft i vår omvärld från 2018-02-28 om den ryska energistrategin och inriktningsbesluten.

Rosatom planerar att inom kort börja bygga små reaktorer på land. Även här är det RITM-200 som är det främsta alternativet. De platser man tittar på ligger nära olika gruvor vid Tjeljabinsk oblast i Uralbergen och i Jakutien, den region som ligger väster om Tjuktjien där Bilibino ligger.

Det finns helt klart en stor potential för de ryska små modulära reaktorerna. Samtidigt inleds nu en mödosam och dyr avvecklingsprocess för att riva reaktorerna i Bilibino. Den besvärliga avvecklingen visar att flytande kärnkraftverk har fördelar, men som erfarenheterna i Pevek och Bilibino visar finns ofta påtagliga begränsningar i form av svaga elnät.

Den lilla regionen Tjuktjien har hamnat i rampljuset för utvecklingen av tillämpad kärnenergiteknik. För både regionen och för Rosatom själva krävs nu att man lyckas infria de löften om prestanda och kostnad som man har ställt ut för att succén ska bli verklighet. I så fall är det mycket möjligt att ett antal ryska småreaktorer inom en snar framtid byggs för att exporteras. Med ett stort antal beställningar i orderboken och den ryska statens ambitioner för östra Ryssland och Nordostpassagen har förutsättningarna nog aldrig varit bättre.