Komentarz Ośrodka Badań Azji
Centrum Badań nad Bezpieczeństwem Akademia Sztuki Wojennej
Komentarz nr 17/2021; data złożenia: 25 marca 2021
Amerykańsko-japoński reaktor BWRX-300 i projekt prywatnej elektrowni jądrowej w Polsce
W marcu tego roku Polska ogłosiła nową strategię energetyczną do 2040 roku, ale już pod koniec 2019 media podały, że prywatny przedsiębiorca Michał Sołowow prawdopodobnie zamierza wybudować elektrownię jądrową o mocy 300 MWe. Ma być oparta na reaktorze BWRX-300 produkcji amerykańsko-japońskiego konsorcjum GE Hitachi. Firma ta bywa wymieniana jako potencjalny dostawca reaktorów do dużej elektrowni jądrowej budowanej przez Polskę. Stworzony przez GE Hitachi reaktor należy do klasy małych reaktorów modułowych, podobnie jak rozwijany we współpracy z Japonią przez Narodowe Centrum Badań Jądrowych HTGR. Gorzej niż HTGR nadaje się jako źródło ciepła przemysłowego, ale wydaje się lepszy do celów generacji prądu elektrycznego.
Wydaje się, że małe reaktory modułowe mogłyby stanowić dobre uzupełnienie krajowego miksu energetycznego w przyszłości. W tym kontekście szczególnie cieszy zaangażowanie prywatnego przedsiębiorcy. Warto dążyć do tego, by w Polsce powstawały kiedyś prywatne elektrownie jądrowe. Oprócz tego w oparciu o krajowy przemysł chemiczny i instytuty badawcze oraz korzystając ze strategicznego
miejsca w łańcuchach dostaw związanych z produkcją małych bądź większych reaktorów jądrowych. W szerszym kontekście związanym z pokojowym wykorzystaniem atomu szczególnie pożyteczne w przyszłości mogłoby okazać się uzyskanie technicznych zdolności samodzielnego wzbogacania uranu.
W kontekście ogłoszenia strategii energetycznej Polski do 2040 roku1 można przypomnieć, że już pod koniec 2019 roku media krajowe i zagraniczne podały informację, że prywatny przedsiębiorca Michał Sołowow prawdopodobnie zamierza wybudować w Polsce pierwszą prywatną elektrownię jądrową2. Elektrownia miałaby posłużyć do zasilenia w prąd zakładów miliardera, które, według doniesień prasowych, mogłyby stać się nierentowne w czasach drogiego prądu z węgla, wymuszonego polityką dekarbonizacji. Inicjatywa Sołowowa według słów jego samego, ale również opinii ekspertów, nie stanowi konkurencji dla polskiego programu jądrowego. Warto natomiast zwrócić uwagę na fakt, że rozpatrywany w inwestycji reaktor jądrowy BWRX-300 jest produktem amerykańsko- japońskiego konsorcjum General Electric Hitachi (w Japonii działającego pod marką Hitachi GE Nuclear Energy), czyli jednej z firm, która obok firm francuskich czy południowokoreańskich, bywa wymieniana przez dziennikarzy jako potencjalny dostawca reaktorów jądrowych dla dużej elektrowni jądrowej planowanej przez państwo polskie.
Dlatego niniejszy tekst stanowi krótki opis tego reaktora (wraz z porównaniem go z wdrażanym przez Polskę we współpracy z Japończykami i reklamowanym jako potencjalny produkt eksportowy projektem reaktora HTGR) oraz ogólne wnioski, jakie Polska mogłaby wyciągnąć z istnienia prywatnej energetyki jądrowej opartej na blokach o mniejszej mocy, zbudowanej na przykład w oparciu o reaktory modułowe.
W tym miejscu warto przypomnieć charakterystykę reaktora HTGR z naszego tekstu o reaktorach HTGR w Polsce:
Wysokotemperaturowe reaktory chłodzone gazem (w skrócie ang. HTGR bądź HTR) to reaktory jądrowe IV generacji (najnowsza) z moderatorem grafitowym. Chłodziwem reaktora jest hel, dzięki czemu możliwe jest osiągnięcie wysokiej temperatury na wylocie z rdzenia bez zwiększenia ciśnienia. Reaktor charakteryzuje się wysokim współczynnikiem konwersji paliwa i dużą temperaturą wyjścia (1000 stopni Celsjusza, ponad dwa razy więcej niż w przypadku reaktorów chłodzonych wodą), co umożliwia jego wykorzystanie nie tylko do celów energetycznych, ale również produkcji wodoru, metanu, wytopu żelaza czy produkcji paliw syntetycznych. Reaktor tego typu ma również być wyjątkowo bezpieczny dzięki dużej pojemności cieplnej, odporności paliwa na stopienie (materiał promieniotwórczy w formie małych kulek otoczony jest powłoką wytrzymującą temperatury rzędu nawet 1700 stopni Celsjusza) oraz zjawisku samowygaszania przez wypromieniowanie ciepła i konwekcję.3
Do tych wniosków dodajmy, że reaktory HTGR prawdopodobnie nieco gorzej w porównaniu do innych małych konstrukcji modułowych nadawałyby się do produkcji energii elektrycznej niż do produkcji ciepła. Stosunkowo szybko wypalają również paliwo.
Wyróżniają się natomiast dużym bezpieczeństwem (teoretycznie całkowicie wyeliminowano możliwość stopienia rdzenia pod warunkiem braku poważnych mechanicznych uszkodzeń w paliwie na etapie produkcji). Koszt uruchomienia bloku
Reaktor BWRX-300 jest reaktorem wodnym wrzącym (ang. Boiling Water Reactor; BWR), tak jak blisko 21 procent reaktorów jądrowych na świecie. Jest to zatem druga najpopularniejsza technologia tego typu na świecie po PWR (76 procent)4. Jest reaktorem o projektowanej mocy 300 MWe (ze względu na dopasowanie do zoptymalizowanej kosztowo turbiny wraz z generatorem z oferty General Electric). Reaktor jest na etapie prelicencjonowania w Kanadzie i Stanach Zjednoczonych. Wykorzystuje komponenty i stanowi rozwinięcie już licencjonowanej w Stanach Zjednoczonych konstrukcji ESBWR o mocy 1520 MWe,5 względem której wyróżnia się przede wszystkim mniejszą kubaturą potrzebnej osłony betonowej (15,5 tys. m3 wobec 160 tys. m3 w przypadku ESBWR) i pasywnymi systemami bezpieczeństwa6. W odróżnieniu od HTRG, który wykorzystuje granulki TRISO, paliwem dla reaktora BWRX-300 (podobnie jak dla innych reaktorów typu BWR) są pręty paliwowe najprawdopodobniej GNF2, wykorzystywane w 70 procentach reaktorów BWR). Chłodziwem i moderatorem neutronów dla reaktora BWRX jest woda.
Innowacją w stosunku do starszych typów reaktorów BWR jest wykorzystanie cyrkulacji naturalnej zamiast pomp obiegowych, co obniża koszty inwestycji, a także przyczynia się do większego bezpieczeństwa (mniej ruchomych elementów, które mogłyby ulec awarii).
Konstrukcja reaktora właściwie eliminuje możliwość utraty chłodzenia i bardzo poważnie ogranicza ryzyko stopienia rdzenia reaktora. Podobnie jak w innych reaktorach wodnych wrzących doprowadzona jako chłodziwo woda wrze w reaktorze i już jako para doprowadzana jest bezpośrednio do turbin (reaktory te mają pojedynczy obieg wody w odróżnieniu od PWR, co samo w sobie obniża koszty konstrukcyjne). Ze względu na niższą temperaturę pracy, reaktor BWRX-300 nie jest tak dobrym jak HTGR źródłem ciepła
przemysłowego, natomiast stosunkowo lepiej nadaje się do produkcji prądu elektrycznego. Do wad reaktorów BWR, w tym BWRX-300, należą:
(1) konieczność wprowadzania prętów kontrolnych od dołu reaktora (zamiast powszechnego w innych typach reaktorów, np. PWR, rozwiązania od góry – wówczas można wykorzystywać zwykłą grawitację w przypadku awarii siłowników hydraulicznych),
(2) bardziej skomplikowane obliczenia zużycia paliwa (ponieważ część reaktora chłodzona jest wodą, a część parą wodną),
(3) i konieczność częstszego monitorowania7.
Koszt uruchomienia gotowej elektrowni o mocy 300 MWe w technologii BWRX-300 nie powinien wynieść więcej niż miliard dolarów amerykańskich8. Jeśli Michał Sołowow będzie realizował ten projekt, ma szansę stać się pierwszym na świecie użytkownikiem reaktora tego typu. Tempo postępów będzie jednak zależeć od kwestii formalnych. Sam inwestor nie zakłada, że uda mu się wyprzedzić państwo polskie i postawić w Polsce pierwszy reaktor energetyczny, ale nie można tego wykluczyć.
Wnioski
Wysiłek prywatnego przedsiębiorcy, który samodzielnie planuje wdrożyć w swoim zakładzie nowoczesną i niedostępną w kraju technologię jądrową zasługuje na najwyższe
uznanie. W interesie państwa polskiego wydaje się jak najszerszy udział sektora prywatnego we wszelkich projektach związanych z energią jądrową, podobnie jak dzieje się to obecnie w dziedzinie energii słonecznej i wiatrowej. Takie doświadczenia mogą zaowocować w przyszłości budową małych i większych prywatnych elektrowni jądrowych w Polsce, co jest spotykaną praktyką w rozwiniętym świecie. Na przykład w Stanach Zjednoczonych znakomita większość komercyjnych reaktorów jądrowych została postawiona przez prywatnych przedsiębiorstw i jest ich własnością.
Reaktory modułowe mogą stać się atrakcyjnym uzupełnieniem krajowego miksu energetycznego. Oczywiście istnieje więcej konstrukcji niż dwie przedstawione w niniejszym tekście (w sumie około 50 konstrukcji różnych producentów)9. Podstawową zaletą małych reaktorów modułowych są niższe koszty inwestycyjne i lepsza (do pewnych zastosowań) skalowalność. W przyszłości pozostające w prywatnych rękach małe reaktory modułowe mogłyby stanowić stabilną i przewidywalną alternatywę dla energii słonecznej i wiatrowej dla dużych przedsiębiorstw (reaktor może pracować cały czas i być niezależny od pogody i pory dnia, podczas gdy panele fotowoltaiczne i turbiny wiatrowe mają skoki mocy, co utrudnia zarządzanie siecią). Reaktory takie nie musiałyby w ogóle być podłączone do sieci ogólnokrajowej (off-grid), co ograniczyłoby koszty związane z doprowadzaniem prądu do dużych zakładów (ponieważ reaktor jest i pracuje na miejscu).
Oczywista jest też przewaga atomu nad fotowoltaiką jeśli chodzi o powierzchnię zabudowy na jednostkę mocy: do postawienia farmy fotowoltaicznej o mocy zainstalowanej 300 MWe potrzeba byłoby użyć działki o powierzchni ok. 600 hektarów w porównaniu do 4,76 hektara w przypadku małej elektrowni opartej na reaktorze BWRX- 300)10. Zmierza się do tego, by najbardziej zminiaturyzowane konstrukcje komercyjnych
małych reaktorów modułowych (mikroreaktorów) mieściły się w typowym kontenerze morskim albo na podwoziu ciężarówki11, co już w niedalekiej przyszłości (być może 2030 rok) dawałoby możliwość wykorzystania ich jako wysokowydajnych i niezależnych od czynników zewnętrznych źródeł ciepła oraz energii elektrycznej w bazach wojskowych, stacjach badawczych oraz podziemnych instalacjach, jak na przykład schrony12.
W oparciu o krajowy przemysł i instytuty badawcze oraz korzystając ze strategicznego partnerstwa z Japonią i Stanami Zjednoczonymi, Polska mogłaby dążyć do zajęcia miejsca w łańcuchach dostaw związanych z produkcją małych bądź większych reaktorów jądrowych. W szerszym kontekście związanym z pokojowym wykorzystaniem atomu szczególnie pożyteczne w przyszłości mogłoby okazać się uzyskanie technicznych zdolności samodzielnego wzbogacania uranu.
Konrad Rumiński – analityk ds. Japonii w Ośrodku Badań Azji
1 Bartłomiej Sawicki, Strategia energetyczna Polski do 2040 roku została oficjalnie opublikowana, 10.03.2021, BiznesAlert, https://biznesalert.pl/strategia-energetyczna-opublikowana-pep-2040-odejscie-od-wegla-oze- atom-gaz-energetyka/ [dostęp: 25.03.2021].
2 GEH signs agreement for small modular reactor in Poland, 22.10.2019, World Nuclear News, https://world- nuclear-news.org/Articles/GEH-signs-agreement-for-small-modular-reactor-in-P [dostęp: 25.03.2021].
3 Konrad Rumiński, Rośnie szansa na wdrożenie japońskiej technologii reaktorów HTGR w Polsce, 22.03.2019, Biuletyn Ośrodka Badań Azji, numer 26, marzec 2019, ss. 29-32,
https://www.wojsko-polskie.pl/aszwoj/u/71/b2/71b27133-abb4-4c5a-ab1d-5704fe1281fb/2019- 03_biuletyn_osrodka_badan_azji.pdf [dostęp: 1.03.2021].
4 Reaktory lekkowodne są najważniejsze dla gospodarki, 31.05.2013, Narodowe Centrum Badań Jądrowych, http://ncbj.edu.pl/lwr-reaktory-lekkowodne-pwr-bwr/reaktory-lekkowodne-sa-najwazniejsze-dla-gospodarki [dostęp: 25.03.2021].
5 GE Hitachi/Christer Dahlgren, materiał wideo z prezentacji na konferencji, zamieszczony na kanale Suomen Ekomodernistit ry (Ecomodernist Society of Finland) w serwisie Youtube, 26.04.2019,
https://www.youtube.com/watch?v=H3UvxEJG308 [dostęp: 25.03.2021].
6 THE BWRX-300 SMALL MODULAR REACTOR, Hitachi, https://nuclear.gepower.com/build-a- plant/products/nuclear-power-plants-overview/bwrx-300 [dostęp: 25.03.2021].
7 Marta Magdalena Lasik, Synthos, GEH i BWRX-300, 17.05.2020, Blog,
https://marszowickiepola.pl/2020/synthos-ge-hitachi-bwrx300/ [dostęp: 25.03.2021].
8 Bartek Godusławski, Michał Sołowow postawi elektrownię atomową w Polsce, 21.10.2019,Dziennik.pl,
https://gospodarka.dziennik.pl/news/artykuly/610825,elektrownia-atomowa-polska-michal-solowow-synthos- ge-hitachi-nuclear-energy.html [dostęp: 25.03.2021].
9 Philippe Monette, Anicet Touré, Comparative analysis of small modular reactors, 17.05.2020, materiał filmowy z prezentacji pracowników firmy Tractebel zamieszczony na kanale Fermi Energia w serwisie Youtube, https://www.youtube.com/watch?v=PE6yDjwqwLs [dostęp: 25.03.2021].
10 Status Report–BWRX-300(GE Hitachi and Hitachi GE Nuclear Energy), 30.09.2019, strona Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej (IAEA), https://aris.iaea.org/PDF/BWRX-300_2020.pdf [dostęp: 25.03.2021].
11 What is a Nuclear Microreactor?, 26.02.2021, Office of Nuclear Energy,
https://www.energy.gov/ne/articles/what-nuclear-microreactor [dostęp: 30.03.2021].
12 Craig Tyler, Megapower, The Los Alamos Science and Technology Magazine 1663, numer z lutego 2019, https://www.lanl.gov/discover/publications/1663/2019-february/megapower.php [dostęp: 25.03.2021].
Asia Research Centre Commentary Centre for Security Studies
War Studies University
March 25, 2021
American-Japanese BWRX-300 reactor and project of private nuclear power plant in Poland
Konrad Rumiński
In March this year, Poland announced its new energy strategy until 2040. At the end of 2019, however, Polish media announced that Michał Sołowow, a Polish billionaire industrialist and investor, was probably planning to build a nuclear power plant with a capacity of 300 MWe. It would supposedly be used for the sake of Sołowow’s chemical plant to hedge against the anticipated raise in future electricity costs, caused by decarbonisation policies that are currently being pushed forward by developed nations and international organisations.
According to the plan, the plant would be based on a BWRX-300 boiling water reactor, designed and manufactured by the American-Japanese GE Hitachi consortium. This organisation is sometimes mentioned among its French and Korean competitors as a potential supplier of reactors to a large nuclear power plant which is planned to be built by the Polish government.
The reactor developed by GE Hitachi belongs to the class of small modular reactors (SMR), like the HTGR reactor which is currently being developed and implemented in cooperation with Japan by Poland's National Center for Nuclear Research. Although apparently not as fit for heat generation as HTGR, due to lower temperature, BWRX-300 might be better for electricity generation purposes. It seems that privately-owned small modular reactors could add value to Poland's energy mix in the future.
