Små modulära reaktorer – Från idé till industriprojekt

Små modulära reaktorer – Från idé till industriprojekt

Företaget Oklo tänker sig små reaktorer med en helt annan design än konventionella reaktorer.

Idén att små reaktorer skulle kunna vara kommersiellt intressanta började ta fart på allvar när 2010-talet inleddes. Nu tio år senare är flera av idéerna på god väg att förverkligas. De första reaktorerna, ombord på det flytande kraftverket Akademik Lomonosov, är nu i drift och flera modeller är under byggnation eller på väg att byggas. Den traditionella kärnkraftsindustrin runt om i världen har också på allvar börjat få upp ögonen för små och medelstora reaktorer.

I kärnkraftens barndom var reaktorerna små. Men, 100 MW elektrisk effekt blev snart 300 MW och 300 MW blev 1000 MW. Det fanns skalfördelar i att bygga reaktorerna större och storleken växte så fort som tillverkningsmetoderna medgav det. När de senaste lättvattenreaktormodellerna togs fram siktade man stort. AP1000 är 1150 MW, ABWR 1350-1460 MW och EPR 1650 MW.

Att bygga reaktorer i den storleken är ett enormt åtagande för de flesta företag. De amerikanska elbolagen är i de flesta fall för små för att kunna hantera så här stora projekt, särskilt på de avreglerade elmarknaderna. Går projektet snett faller hela företaget. Strävan att försöka begränsa den ekonomiska risken i kärnkraftsprojekt var det viktigaste skälet till att ett stort antal bolag i USA började utveckla småreaktorer som skulle innebära mindre investeringar och för vilka man skulle kunna standardisera tillverkningen och därigenom minska riskerna i projekten.

När tiotalet inleddes hade det börjat bli tydligt att de stora reaktorerna innebar stora ekonomiska risker. På konferenser började det vid den här tiden dyka upp spår i programmen som helt fokuserade på småreaktorer. Föredragen började bli välbesökta. Det amerikanska energidepartementet blev intresserade och började finansiera några av projekten.

Samtidigt pågick arbetet i Ryssland med att anpassa isbrytarreaktorer för kraftproduktion. Bygget av det flytande kraftverket Akademik Lomonosov påbörjades 2007. De två reaktorerna ombord togs i drift den nittonde december 2019. Rosatom som äger kraftverket ser Akademik Lomonosov som det första i en ny serie små kraftverk som ska kunna säkra en stabil tillgång på el och värme på avlägsna platser. Akademik Lomonosov ligger nu i Pevek, i nordöstra Sibirien vid kusten mot Norra ishavet.

Små modulära reaktorer, tänkta att kunna produceras i fabrik för att därifrån transporteras hela eller i några få delar, diskuterades redan under tidigt 00-tal men det var först mot slutet av 00-talet som den kommersiella utvecklingen av små reaktorer för kraftproduktion tog fart. Vid den här tidpunkten var det framförallt i USA som utvecklingen ägde rum.

Tre lättvattenreaktorer var aktuella 2010. Westinghouse utvecklade sin Innovative and Secure Reactor (IRIS) med 100 MW elektrisk effekt. NuScale startades 2007 runt en idé om en 45 MW-reaktor som började utvecklas vid universitetet i Oregon under tidigt 00-tal. Babcock and Wilcox presenterade sin reaktor mPower 2009. Kraftbolaget Tennessee Valley Authority var redan 2010 en intressent i mPower. Flera metallkylda reaktorer var också på gång. Toshiba tog fram sin 4S, Hyperion jobbade på en reaktor som tagits fram vid Los Alamos och Advanced Reactor Concepts arbetade med ett koncept som byggde på den natriumkylda bridreaktorn EBR-II som var i drift i Idaho från 1965 till 1994.

Kulbäddsreaktorer

Sydafrikanska Eskom meddelade sommaren 2010 att man la ner sitt projekt att utveckla en 165 MW grafitmodererad kulbäddsreaktor. Arbetet hade pågått sedan slutet av 1990-talet då Sydafrika tog över kunnande från det tyska programmet kring kulbäddsreaktorer. Över tio miljarder kronor hade plöjts ned i projektet när det avslutades. Det direkta skälet till att projektet avbröts var att Eskom misslyckades med att hitta privata investerare som var villiga att komplettera den statliga finansieringen.

Utvecklingen av kulbäddsreaktorer fortsatte dock i Kina. Även kineserna lärde sig av tyskarna och har sedan 1990-talet arbetat vidare med tekniken. Den kinesiska prototypen, HTR-10, uppnådde sin första kriticitet 2000. Arbetet med två fullskaliga reaktorer HTR-PM startade 2012 vid Shidao Bay. Reaktorerna är nu färdiga och ska tas i drift i närtid.

Härden i en kulbäddsreaktor består av en bädd av grafitbollar som innehåller bränsle. Härden kyls av helium som strömmar mellan bollarna. Bränslet är mycket värmetåligt. Det gör dels att härden kan drivas vid höga temperaturer. Det gör också att härden kan kylas passivt utan att bränslet blir så varmt att det skadas.

Massor av projekt

Vid tiden för IAEA:s 59:e generalförsamling 2015 hade antalet småreaktorer världen över som potentiellt skulle kunna byggas inom en tioårsperiod växt till 45 modeller. Tre av dem såg då ut att bli klara inom några år; de två reaktorerna ombord på Akademik Lomonosov, de två kinesiska kulbäddsreaktorerna HTR-PM och den Argentinska reaktorn Carem. Flera nya länder hade då gett sig in i utvecklingen, Saudiarabien och Indonesien är två exempel. Inget av de länderna har kärnkraft, men startade trots det utveckling av småreaktorer.

Nära industrialisering

När tiotalet slutade var flera av reaktorerna redo för kommersialisering, eller till och med under uppförande. Akademik Lomonosovs båda reaktorer var i drift.

De kinesiska högtemperaturreaktorerna HTR-PM var i princip färdiga och de förväntas tas i drift inom kort. I kina pågår också uppförandet av en första DHR-400, eller Yanlong, en vattenkyld fjärrvärmereakor med en termisk effekt om 400 MW. En första ACP100, en kinesisk tryckvattenreaktor med en installerad elektrisk effekt om 125 MW, är på väg att börja byggas.

NuScale, Terra Power och General Electric är i allra högsta grad fortfarande aktuella. NuScale är under licensiering i USA och beräknas kunna godkännas under 2021. Terra Power genomgår den kanadensiska licensieringsprocessen och General Electrics BWRX-300 har precis påbörjat den amerikanska licensieringen. BWRX-300 är intressant för både Polen och Estland. Företag i båda länderna arbetar tillsammans med General Electric för att på sikt kunna bygga reaktorn.

Utvecklingstävlingar

I Storbritannien och i Kanada pågår tävlingar för att välja ut småreaktorer som ska utvecklas vidare med statligt stöd. I båda länderna gäller tävlingarna icke-vattenkylda reaktorer. I Kanada är motivet att förse avlägsna byar och industrier med pålitlig el och värme. I det brittiska fallet är tanken att bygga upp en inhemsk leverantörskedja och en export av småreaktorer. Förutom sin tävling satsar den brittiska staten också pengar på Rolls-Royces lättvattenreaktor, UK-SMR. Den är visserligen inte särskilt liten med sina 443 MW elektrisk effekt, men den ses ändå av britterna som en SMR, detta mycket tack vare att den modulära utformningen gör den förhållandevis enkel att transportera.

Spännande 2020-tal

Små modulära reaktorer är nu så pass väl utvecklade att blir allt svårare att samla dem under en gemensam etikett. Snarare handlar det nu istället om en uppsättning kommersiellt tillgängliga reaktormodeller med sina respektive för- och nackdelar. Det är sannolik att vi inom några år kommer att få se en handfull av de här modellerna under byggnation och att flera av de kinesiska modellerna är i drift.

Huruvida småreaktorerna kommer att göra succé och huruvida de kommer att byggas i stora antal beror väldigt mycket på hur tillsynsmyndigheterna runt om i världen kommer att agera. Allt hänger på om myndigheterna kommer att erkänna varandras typgodkännanden och om de kommer att se på de mindre reaktorerna på ett nytt sätt snarare än att bara se dem som små varianter av dagens stora kommersiella reaktorer. Till exempel kan myndigheterna behöva ta ställning till hur krav på elkraftförsörjning ska hanteras för reaktorer med passiv härdnödkylning där ingen elkraft är nödvändig.

Det är troligt att vi kan komma att få se en lång rad andra reaktormodeller för olika tillämpningar. Det pratas till exempel sedan en tid tillbaka mycket om ”mikroreaktorer”, med effekter kring några megawatt. De skulle kunna fylla ytterligare en nisch, men de skulle med sina låga effekter kräva en mycket smidig licensieringsprocess som är harmoniserad över stora delar av världen.

(Energiforsk gav hösten 2019 ut en genomgång av vilka små modulära reaktorer som är på väg att kommersialiseras.)