2021-02-03
Energiforsks årliga kärnkraftskonferens, som i år flyttade till den digitala världen i form av ett webbinarium, är en återkommande tillställning som samlar experter från hela världen. Tack vare det digitala formatet verkar det som att ännu fler talare än vanligt kunde delta – talarna kom från Sverige, Finland, Frankrike, Kanada, Kina, Ryssland och USA. Temat för konferensen var SMR-teknikens potential, vad som krävs för att realisera potentialen samt olika exempel på arbetet med SMR.
Gemensamt för många av presentationerna var ett fokus på kärnenergi snarare än kärnkraft, där kärnenergi ses som en flexibel systemlösning för ett koldioxidfritt energisystem. Små reaktorer skulle alltså kunna bidra med allt från processvärme eller fjärrvärme till vätgas eller helt andra områden. Sådana användningsområden skulle till exempel kunna vara att producera radionuklider för industriella och medicinska tillämpningar eller att transmutera och bestråla olika material.
Transmutation kan användas för att tillverka dopat kisel. Genom neutronbestrålning transmuteras kisel-30 till fosfor-31 vilket ger en n-dopad halvledare (med extra elektroner). Halvledare kan i sin tur användas inom en lång rad elektroniktillämpningar. Bestrålning av ädelstenar kan öka värdet och används rutinmässigt inom smyckesindustrin. Till exempel kan man på så sätt göra gröna diamanter och en rad andra färgade ädelstenar. Flera mineral och ädelstenar färgas naturligt genom bakgrundsstrålningen som finns överallt i jordskorpan och vår omgivning. Två vanliga exempel är violett och brun kvarts, även kallade ametist respektive rökkvarts.
Stor potential
Ett grundläggande ekonomiskt koncept är storskalighetsfördelar , något som varit drivande bakom utvecklingen mot allt större reaktorer. I sin presentation berättade Eric Hanus från franska CEA hur storskalighetsfördelarna drivit franska reaktorer från 900 MW, till 1300 MW och nu 1 650 MW med reaktortypen EPR, European Pressurised Reactor. För att vara konkurrenskraftiga krävs att små modulära reaktorer kompenserar avsaknaden av storskalighetsfördelar genom tre huvudsakliga mekanismer – enkelhet, modularitet samt standardisering och serietillverkning.
Enkelhet innebär att reaktorns utformning från början förenklas genom mindre komplexitet och en högre grad av passiva säkerhetssystem. Modularitet innebär dels att reaktorerna genom sin mindre storlek kan byggas ut en i taget och därmed minska byggtiden tills man kan börja leverera el och generera inkomster. Det öppnar också upp nya marknader och minskar osäkerheten, eftersom stora reaktorer kräver stor avsättning för produktionen under lång tid. Dels innebär modularitet även att själva konstruktionen är modulär, med tillverkning och testning i fabriker och mindre konstruktionstid på plats. Till sist ska standardisering och serietillverkning dra ned tillverkningskostnaderna. Att tillverka flera mindre enheter ger fler möjligheter att implementera lärdomar.
Dessa tre framgångsfaktorer är inte självklara, utan måste möjliggöras. Framgångsfaktorerna är dessutom i olika grad beroende av varandra. Enkelhet har i stor mån redan möjliggjorts genom årtionden av forskningsframsteg inom exempelvis materialteknik och beräkningsteknik samt bättre förståelse av olika fysikaliska fenomen. Enkelheten möjliggör i sin tur standardisering och serietillverkning när komplexiteten minskar. Men det krävs standardisering mellan olika länder och ett homogent regelverk. För att få ned tillverkningskostnaderna krävs att tillverkarna får upp sina produktionsvolymer, något som snabbt blir omöjligt med olika krav i olika länder. Samtidigt är homogena krav inte heller en självklarhet. Passiva system som bygger på grundläggande principer som gravitation måste vara robusta även under ansträngda driftförhållanden. Eftersom gravitationen är en relativt svag kraft krävs noggrann dokumentation och genomgång.
Tillsynsmyndigheter i olika länder har ofta olika syn på vad aktiva och passiva säkerhetssystem innebär. Amerikanska tillsynsmyndigheten NRC förlitar sig till exempel på relativt explicita definitioner av vilka system som är antingen passiva eller aktiva. Det internationella atomenergiorganet IAEA har istället en skala från A till D, där A är mest passiv och fungerar helt utan yttre signaler, rörliga delar och yttre krafttillförsel medan D är minst passiv. Konceptet med passiva och aktiva system är dock inte nytt och dagens reaktorer och nya reaktorer som tillhör Gen III+ använder flera passiva och aktiva säkerhetssystem.
Samarbete en grundläggande förutsättning
För att ta fram en internationell standard för säkerhetskrav och sänka kostnaden för licensiering krävs samarbete både mellan länder och mellan olika intressenter. Här pågår febrilt arbete på flera nivåer. Till exempel jobbar tillsynsmyndigheterna i Kanada och USA med så kallad pre-licensing, eller förstudier till licensieringsprocessen. Här bjuds tillverkare in för att gå igenom underlag innan själva licensieringsprocessen Det ökar förutsägbarheten i processen och gör att tillverkarna kan undvika kostsamma designändringar i senare skeden. Under 2021 kommer Storbritannien öppna upp sin licensieringsprocess för små reaktorer.
Det finns även samarbeten mellan aktörer i olika länder. Två exempel på sådana samarbeten är ELSMOR och EcoSMR. Båda projekten syftar till att lösa gemensamma frågor och involverar flera aktörer från näringsliv och akademi.
ELSMOR löper från 2019 till 2023 och ska utveckla metoder och verktyg för att utvärdera säkerheten hos lättvattenkylda SMR i Europa. EcoSMR-projektet är ett projekt med finansiering från Business Finland som ska pågå under 2 år. Syftet är bland annat att identifiera affärsmodeller och möjligheter genom att bygga upp ett ekosystem av kompetenser och kunnande bland olika aktörer.
Konkreta exempel på framsteg
På konferensen presenterades flera konkreta exempel på framsteg. I Ryssland har den sjunde reaktorn av typen RITM-200 tillverkats för att användas i den ryska flottan av isbrytare. Det är en vidareutveckling av KLT-40S-reaktorerna som finns ombord det flytande kärnkraftverket Akademik Lomonosov, se även Kärnkraft i vår omvärld 2020-03-25.
Från Kina presenterades flera framsteg med små reaktorer. Bland annat ska konstruktion av ACP100, eller Linglong-1, påbörjas under 2021. ACP100 är en tryckvattenreaktor med 125 MW elektrisk effekt som är baserad på den större ACP1000. Man förväntar sig att den gaskylda högtemperaturreaktorn HTR-PM ska nå första kriticitet under 2021 och att DHR-400, en reaktor för fjärrvärme, ska kunna leverera första värmen under 2024.
I Kanada publicerade man under 2018 en ”road map”, eller färdplan, för utveckling av små reaktorer. Baserat på färdplanen har man nu tagit fram en handlingsplan med målet att en första, avancerad SMR ska producera el år 2026. Tillsammans med andra framsteg i Argentina, USA och Storbritannien ser 2020-talet ut att bli ett årtionde med flertalet viktiga milstolpar för små reaktorer.