Small Modular Reactors of SMR

Wat zijn de voordelen van SMR?

Elk ontwerp is anders en heeft zijn voordelen, maar wat alle SMR's gemeen hebben is hun grootte, die een fractie is van die van een klassieke kerncentrale, waardoor een veilige, gedecentraliseerde en moduleerbare energieopwekking mogelijk wordt.

2. Serieproductie

Omdat SMR's klein van omvang zijn, kan het ontwerp ervan worden gestandaardiseerd en kan de productie ervan in de fabriek worden geoptimaliseerd voor massaproductie in serie. Dit betekent dat SMR’s veel sneller en aan een lagere kost kunnen worden geproduceerd dan een conventionele kerncentrale, wat een enorm bouwproject is dat verscheidene jaren in beslag neemt. Deze kostenreductie maakt ze tot een uitstekende optie voor onder meer groeilanden en ontwikkelingslanden.

3. Moduleerbaar

Door verschillende SMR's te combineren, kan een netwerk van volledig moduleerbare mini-centrales worden gecreëerd. Wanneer verschillende SMR's worden gecombineerd, kan men immers een deel ervan in- of uitschakelen en zo de elektriciteitsproductie veel sneller en gemakkelijker moduleren dan bij een grote conventionele kerncentrale. Dit maakt het bijvoorbeeld mogelijk de productie snel te verhogen om hernieuwbare energiebronnen te ondersteunen wanneer er geen wind of zon is en de productie van de SMR's te verminderen wanneer het weer gunstig is voor hernieuwbare energiebronnen.

4. Decentralisatie

SMR's kunnen ons ook in staat stellen de elektriciteitsproductie verder te decentraliseren. Zo zal het bijvoorbeeld mogelijk zijn deze kleine kerncentrales te installeren naar gelang van de lokale behoeften. Bijvoorbeeld om een kleine afgelegen stad, een industriegebied of een wetenschappelijke onderzoeksinstelling te bevoorraden en volledig autonoom te maken.

5. Passieve veiligheid

Om het formaat van deze reactoren te kunnen beperken, zijn alle SMR-ontwerpen gebaseerd op passieve nucleaire veiligheidssystemen. Deze intelligente systemen maken gebruik van de zwaartekracht of de natuurlijke stroming van het koelmiddel om de veiligheid te garanderen, hebben geen externe energiebron nodig en kunnen dus met zeer weinig menselijke tussenkomst werken.

Bovendien gaan de brandstofelementen bij SMR’s vaak langere tijd mee, waardoor er veel minder vaak nieuwe brandstof moet worden geladen (om de 3 à 10 jaar, afhankelijk van het ontwerp, in vergelijking met 1 tot 2 jaar bij de grote klassieke kerncentrales). Hierdoor neemt de behoefte aan menselijke tussenkomst verder af. Sommige SMR's zijn ontworpen om 30 jaar lang te werken zonder het herladen van brandstofelementen.

6. Meer dan alleen elektriciteit…

Naast elektriciteitsproductie kunnen SMR's ons helpen onze samenleving verder CO2-vrij te maken.

Twee menselijke activiteiten die momenteel de meeste CO2 produceren, zijn verwarming en vervoer. SMR's kunnen echter ook worden gebruikt voor de productie van warmte (nuttig voor onze huizen en de industrie, bijvoorbeeld via warmtenetten) en waterstof (dat als niet-vervuilende brandstof zou kunnen dienen).Verschillende SMR-ontwerpen voorzien deze toepassingen al.

Enkele concrete voorbeelden:

• De Poolse chemieproducent Ciech is van plan om kernenergie (uit SMR’s) te gebruiken ter vervanging van steenkool voor de opwekking van elektriciteit en proceswarmte in zijn fabrieken.
• Een Canadese organisatie heeft een nieuwe studie gelanceerd over de rol van kernenergie bij de ondersteuning van een waterstofeconomie.
• Voor de SMR's van Rolls-Royce in het VK worden er naast elektriciteitsproductie ook andere toepassingen zoals waterstofproductie overwogen als mogelijkheid.

Waar worden die SMR’s al ontwikkeld?

Een heel aantal belangrijke bedrijven uit de nucleaire sector werkt op dit moment aan de ontwikkeling van SMR's, voornamelijk in de Verenigde Staten, China, Rusland en Canada. In Europa zijn het vooral het Verenigd Koninkrijk en Frankrijk die belangstelling tonen.

Van de 50-tal bestaande projecten wereldwijd zijn er sommige al gebouwd, zoals de HTR-PM in China, of zelfs al operationeel, zoals de twee reactoren aan boord van de Akademik Lomonosov in Rusland, een drijvende kerncentrale. Andere kleine reactoren zijn in aanbouw in Rusland, China, Canada, de Verenigde Staten, het Verenigd Koninkrijk en Frankrijk. In België nemen Tractebel en SCK CEN het voortouw om deze innovatie verder te ontwikkelen.

Rusland

Rusland is het meest geavanceerde land op het gebied van SMR. Ze hebben immers al enkele SMR’s operationeel. Aan boord van ijsbrekers als motoraandrijving, en aan boord van de Akademik Lomonosov, om de toegang tot elektriciteit te verbeteren in een afgelegen, moeilijk bereikbaar gebied.

Andere projecten, ditmaal op land, zijn eveneens aan de gang. De meest in het oog springende is een loodgekoelde snelle neutronenreactor (fast-neutron reactor). Op 8 juni 2021 is in Seversk begonnen met de bouw van een commerciële industriële demonstratie-installatie met gesloten cyclus. Dit betekent dat de splijtstof voortdurend wordt hergebruikt door de reactor, die ze zelf recycleert. De circulaire economie in de praktijk: "De grondstoffen van de nucleaire industrie zullen praktisch onuitputtelijk worden dankzij de oneindige opwerking van splijtstof", aldus Alexey Likhachov. Dit betekent ook dat er quasi geen kernafval overblijft. De indienstname van de BREST-OD-300 reactor is voorzien voor 2026.

Verenigde Staten

Met zijn Advanced Reactor Demonstration Program (ARDP) dringt het Amerikaanse Ministerie van Energie er bij de verschillende SMR-technologieën op aan om tegen het einde van dit decennium het niveau van effectieve demonstratie te bereiken. Verschillende projecten bevinden zich in de vergunningsfase en het ontwerp van de NuScale-drukwaterreactor is al door de Amerikaanse autoriteiten goedgekeurd.

Volgens een recente overeenkomst zullen NuScale en Nuclearelectrica, het nucleaire staatsbedrijf van Roemenië, de nodige stappen ondernemen om tegen 2027/2028 de eerste NuScale-kerncentrale met 6 modules te bouwen in Roemenië.

De Amerikaanse minister van Energie, Jennifer Granholm, verklaarde onlangs dat de regering "zeer optimistisch" is over de bouw van nieuwe kernreactoren, waaronder SMR's. De Amerikaanse regering erkent de voordelen van het SMR-project en heeft 80 miljoen dollar toegekend aan TerraPower (het energiebedrijf van Microsoft-oprichter Bill Gates) voor de bouw van een demonstratiereactor in Wyoming, op de plaats van een kolencentrale die binnenkort ontmanteld zal worden.

Canada

Canada onderzoekt in parallel verschillende opties voor de ontwikkeling van SMR’s.

• De CANDU SMR, een 300MW-project, zal naar verwachting in 2028 voltooid zijn. Het is gebouwd op beproefde technologie voor een snelle inzet, heeft vereenvoudigde systemen, minder onderdelen en een modulair ontwerp. De doelstellingen van dit ontwerp zijn goedkope, koolstofarme energie met een hoge capaciteitsfactor in een compact formaat.
• Vierde generatie geavanceerde SMR’s in 2030. Verschillende SMR-ontwerpen worden overwogen voor installatie op de site van de bestaande kerncentrale van Darlington (Ontario): de BWRX-300 (GE Hitachi Nuclear Energy), de Integrated Molten Salt Reactor (Terrestrial Energy) en de Xe-100 gasgekoelde hoge-temperatuurreactor (X-energy). Ook voor de nucleaire site van Point Lepreau (in de provincie New Brunswick) worden verschillende ontwerpen van SMR's overwogen. Een van de ontwerpen is de SSR-W 300 (Moltex Energy), een gesmoltenzoutreactor die kernafval als brandstof gebruikt (Stable Salt Reactor - Wasteburner).
• Micro-SMR's (of MMR’s) als vervanging van dieselmotoren in afgelegen gemeenschappen, met bijvoorbeeld een eerste reactor van 5 MW, waarvan de indienstname voorzien is tegen 2026.

China

China, dat massaal investeert in kernenergie om zijn ecologische voetafdruk en CO2-uitstoot te verkleinen (met ook een grootschalig kernfusieproject), is in 2021 begonnen aan de constructie van zijn allereerste SMR. Met een vermogen van 125 megawatt kan deze SMR 526.000 huishoudens voorzien van koolstofarme elektriciteit, maar de reactor kan ook ingezet worden voor verwarming, stoomproductie en de ontzilting van zeewater.

Vanaf 2030 zou er ook een eerste thoriumreactor, ook wel gesmoltenzoutreactor genoemd, operationeel zijn in China.

Andere multifunctionele projecten, waarbij de productie van elektriciteit en warmte wordt gecombineerd, worden over 3 tot 7 jaar verwacht.

Verenigd Koninkrijk

In het Verenigd Koninkrijk maken SMR’s deel uit van het “groene 10-puntenplan”. Een Brits SMR-consortium, geleid door Rolls-Royce, heeft het ontwerp aangekondigd van een SMR met een vermogen van 470 MW.

Het is de bedoeling dat de eerste eenheid begin jaren 2030 klaar is en dat er tegen 2035 tot 10 eenheden zijn gebouwd. Rolls-Royce heeft zich verzekerd van de nodige investeringen van de overheid en investeerders om het project voort te zetten.

Frankrijk

Op 12 oktober 2021 ontvouwde President Macron tijdens een speech zijn ambitieuze plannen voor de herindustrialisering van Frankrijk. Een belangrijk onderdeel van dat project is de investering van 1 miljard euro voor onderzoek en ontwikkeling van Small Modular Reactors (SMR’s).

Frankrijk heeft zijn eigen SMR-project “Nuward” gedoopt. Deze kleine reactor van 2 x 170MW is het resultaat van een samenwerking tussen CEA, EDF, Naval Group en TechnicAtome.

Elders in de wereld

Rusland, de Verenigde Staten, het Verenigd Koninkrijk, Canada en China zijn de grootste landen die SMR-projecten zijn gestart. Maar er zijn er nog! Argentinië, Estland, Finland, Polen, Tsjechië, Bulgarije, Roemenië, … De lijst wordt elke dag langer, wat nog maar eens de belangstelling voor deze nieuwe technologie bewijst, die veel energieproblemen belooft op te lossen. Zelfs landen die de bouw van nieuwe kerncentrales hebben verboden, heroverwegen hun standpunt naar aanleiding van deze kleine modulaire reactoren, zoals Nederland en Australië.

En in België?

In België nemen Tractebel en SCK CEN het voortouw om deze innovatie verder te ontwikkelen.

Het studiecentrum voor kernenergie SCK CEN ontvangt 100 miljoen euro onderzoeksbudget extra (verspreid over 4 jaar) voor onderzoek naar kleine modulaire reactoren. Ze zullen innovatieve SMR’s onderzoeken op basis van verschillende criteria, waaronder nucleair afval en passieve veiligheid. Dit onderzoek zal gebeuren in nauwe samenwerking met (inter)nationale partners.

Tractebel publiceerde eind 2020 haar visie rond SMR. Begin 2022 opende Tractebel een nieuw kantoor in Canada, waar het een dynamische speler binnen nucleaire engineering wil zijn om de uitrol van SMR’s te versnellen en bruggen te slaan naar de Europese markt. In mei 2022 ondertekenden ze een contract om bij te dragen tot de ontwikkeling van het Franse SMR-project NUWARD. In samenwerking met Laborelec zullen de experts er studies uitvoeren voor de voltooiing van het conceptuele ontwerp van de eerste SMR in de Europese Unie.