Intervju: Slavica Ivanović, Tractebel

Mali i/ili modularni reaktori su veoma frekventna tema poslednjih godina u nuklearnoj industriji. O njima (ali i o još ponečemu) smo razgovarali sa Slavicom Ivanović koja trenutno radi kao SMR Project Innovation Lead, u okviru čega razvija inovativne projekte u oblasti malih modularnih reaktora

Mali modularni reaktori u poslednjih nekoliko godina privlače dosta pažnje javnosti i medija koji se bave ovom temom. Možete li nam ukratko (ili nadugačko, koliko mislite da je potrebno) objasniti šta su to mali modularni reaktori?

Mali modularni reaktori (Small Modular Reactors – SMR) definišu se kao nuklearni reaktori sa izlaznom snagom između 10 MWe i 300 MWe. Dizajni sa snagom manjom od 10 MWe, koji su često projektovani za poluautonomni rad, nazivaju se mikro modularni reaktori (MMR).

Najrazvijeniji SMR koncepti zasnivaju se na tehnologiji reaktora sa lakom vodom (LWR). SMR konfiguracije mogu varirati od instalacija sa jednim reaktorom, više reaktorskih jedinica u okviru iste elektrane, ili mobilnih energetskih sistema, kao što su plutajuće jedinice (npr. reaktori postavljeni na baržama). Trenutno se u svijetu razvija više od 100 različitih SMR dizajna, sa različitim tehnološkim riješenjima i nivoima spremnosti za licenciranje. Prvi mali modularni reaktori su već operativni u Rusiji (Akademik Lomonosov, reaktor na barži), i u Kini (HTR-PM i TMSR-LF1), dok se očekuje da će najmanje pet drugih SMR prototipa biti izgrađeno u narednoj deceniji.

Važno je napomenuti da nisu svi SMR dizajni istovremeno mali i modularni. Iako većina reaktora u ovoj kategoriji pruža mogućnost modularne izgradnje, neki dizajni nisu nužno modularni, niti su svi male snage. U praksi neki dizajni premašuju ovu granicu, dok se i dalje klasifikuju kao SMR zbog modularnog pristupa, unapređene sigurnosti i ekonomičnije proizvodnje i izgradnje.

Primjeri takvih dizajna uključuju:

• Rolls-Royce SMR – 470 MWe
• SMR-300 (GE-Hitachi BWRX-300) – 320 MWe
• Natrium (TerraPower) – 345 MWe

Ovi reaktori pokazuju da pojam SMR nije strogo vezan za snagu reaktora, već obuhvata širi koncept naprednih tehnologija, pojednostavljene gradnje i fleksibilne primjene u energetici.

Zbog manjih jezgra reaktora, velikih zalihe vode i niže gustine snage, lakovodni SMR-ovi mogu imati smanjene zahtjeve za zaštitu od zračenja, kao i smanjene ili potpuno eliminisane zone vanrednog planiranja izvan lokacije postrojenja. To, zauzvrat, omogućava veću fleksibilnost pri odabiru lokacija za izgradnju ovih reaktora.

SMR dizajni često uključuju integrisani nuklearni sistem za snabdijevanje parom i koriste pojednostavljeni sistemski pristup. Inherentni pasivni sigurnosni sistemi mogu SMR-ima obezbediti duže vrijeme tolerancije u slučaju gubitka spoljnog napajanja električnom energijom, a u nekim slučajevima čak i neograničeno vrijeme samostalnog hlađenja, ukoliko se uspostavi dugoročna prirodna cirkulacija rashladnog sredstva. Mnogi SMR-ovi su dizajnirani za podzemnu instalaciju, što pruža veću fizičku zaštitu i otpornost na spoljne prijetnje.

Napredni modularni reaktori koriste novi tip hlađenja ili goriva (npr. istopljene soli, teški metali ili helijumski gas) i imaju potencijal da budu revolucionarna promena u nuklearnoj industriji. Oni nude visoku intrinzičnu sigurnost (“walk-away” sigurnost), nove funkcionalnosti, visok stepen otpornosti na proliferaciju nuklearnog materijala, i – što je posebno važno – očekivano niže kapitalne troškove, uglavnom zahvaljujući pojednostavljenom dizajnu, odsustvu visokog pritiska i nižim troškovima proizvodnje električne energije.

Gledajući istorijsku evoluciju nuklearnih reaktora, dugoročni trend je bio povećanje veličine reaktora kako bi se održala njihova ekonomska konkurentnost kroz ekonomiju obima. Ovaj trend je bio vođen različitim faktorima, od kojih su najvažniji:

1. Značajno poboljšanje efikasnosti i smanjenje troškova termoelektrana na ugalj i gas;
2. Postepeno pooštravanje regulatornih i bezbjednosnih zahtijeva, što je dovelo do jačanja filozofije višeslojne zaštite (safety-in-depth) i potrebe za dodatnim bezbjednosnim funkcijama i barijerama;
3. Sve veća složenost i vremenski i finansijski zahtijevan proces licenciranja;
4. Napuštanje regulisanih tarifa u mnogim zemljama i prelazak na različite modele tržišta električne energije, u kojima više nisu bile dostupne dugoročne garancije za otkupne cijene i količine električne energije.

Samo projekti sa velikim reaktorskim jedinicama, koji bi mogle isporučiti velike količine jeftine i pouzdane električne energije, mogli su da nadoknade značajne troškove povezane sa navedenim faktorima. Zbog toga su veoma veliki i bezbjedniji reaktori – modeli Generacije III, dizajnirani krajem 1980-ih, sa očekivanjem da će moći da odgovore na ove izazove.

Međutim, izgradnja većine prototipova ovih reaktora suočila se sa značajnim prekoračenjima troškova i kašnjenjima u rasporedu, što je podrilo povjerenje investitora i donosilaca odluka u ove tehnologije i nuklearnu energiju uopšte.

Čini se da je nuklearna industrija konačno prevazišla ove izazove, jer su prvi primjeri novih reaktora (First-Of-A-Kind – FOAK) konačno dovršeni, a stečena iskustva integrisana u naredne projekte. Međutim broj tih projekata je još uvek suviše mali da bi se postigao pravi serijski efekat. Reaktori Generacije III/III+ će i dalje, do određenog nivoa, ostati kapitalno intenzivni projekti sa značajnim troškovima radne snage i izvođenja radova.

Zbog toga sve više raste interesovanje za evolutivne koncepte – “izvan” velikih dizajna Generacije III/III+, koji integrišu iskustva i tehnike prethodnih projekata kako bi povećali produktivnost i predvidljivost po jedinici. Jedan od glavnih pravaca u razvoju takvih dizajna su mali modularni reaktori.

Izgleda da se modularni reaktori danas dizajniraju i da bi se zadovoljile neke veoma specifične potrebe koje ne mogu da zadovolje reaktori velikog kapaciteta (proizvodnja energije za izolovane zajednice, proizvodnja za industrijske potrebe i slično). Možete li da nam ukratko objasnite koje bi to bile potrebe, i kako bi ih mali modularni reaktori

Mali modularni reaktori, kao i svi nuklearni reaktori, proizvode visokotemperaturnu vodenu paru zagrijavanjem rashladnog sredstva u jezgru reaktora. Ova para se najčešće koristi za pokretanje turbina koje generišu električnu energiju. Međutim, nuklearna energija nije ograničena samo na proizvodnju struje – toplota koju reaktor stvara može se direktno koristiti za širok spektar industrijskih procesa, uključujući proizvodnju vodonika, daljinsko grijanje, petrohemijske procese i druge energetski intenzivne industrije. Ova višestruka upotrebljivost čini SMR-ove ključnim rešenjem za dekarbonizaciju ne samo elektroenergetskog sektora, već i šire industrije.

Kao i 1950-ih, uspjeh pojedinačne tehnologije neće zavisiti samo od tehničkih karakteristika. Dizajni koji se smatraju obećavajućim takođe moraju zadovoljiti tržišne apetite i industrijske zahtijeve za isporuku. Dans SMR-ove možemo podijeliti u 4 glavne tehnologije:

• Reaktori sa lakom vodom (Light Water Reactors)
• Visokotemperaturni gasno-hlađeni reaktori (High Temperature Gas-Cooled Reactors)
• Brzi reaktori sa tečnim metalom (Liquid Metal Fast Reactors)
• Reaktori sa rastopljenom solju (Molten Salt Reactors)

Reaktori sa lakom vodom i visokotemperaturni gasno-hlađeni reaktori su bliži komercijalnoj upotrebi, dok brzi reaktori sa tečnim metalom i reaktori sa rastopljenom solju obećavaju dugoročna riješenja za nuklearni otpad, ali zahtijevaju dodatno istraživanje i razvoj.

Naš zadatak je da pažljivo pratimo ove tehnologije, ulažemo u istraživanje i razvoj, i pripremimo se za njihovu integraciju u naš energetski sistem u budućnosti.

SMR-ovi takođe odgovaraju na drugacije potrebe trzista.

Grafinkon ispod prikazuje potencijalnu primjenu nuklearne energije u industrijskim procesima u zavisnosti od maksimalne potrebne procesne temperature i kompleksnosti povezivanja nuklearnih reaktora sa industrijskim postrojenjima.

Kako da lakše razumjeti grafikon?

Grafikon prikazuje mogućnosti primjene nuklearne energije u industriji, u zavisnosti od temperaturnih zahtijeva i složenosti povezivanja reaktora sa industrijskim procesima.

1. Temperaturni raspon i tipovi reaktora

Različiti tipovi reaktora mogu postići određene temperature, što ih čini pogodnim za različite industrijske procese:

• Reaktori sa lakom vodom (LWR) – dostižu temperature ispod 250°C.
• Reaktori sa rastopljenom solju i tečnim metalom – rade na temperaturama do 550°C.
• Visokotemperaturni gasno-hlađeni reaktori – mogu dostići skoro 1000°C.
• Industrije koje zahtevaju temperature preko 1000°C moraju koristiti dodatno zagrevanje ili proizvodnju sintetičkog gasa.

2. Industrijski sektori i energetske potrebe

Industrije su predstavljene kružnim oznakama različitih veličina – veća oznaka znači veću energetsku potrošnju.

Najvažnije industrije koje koriste visokotemperaturnu toplotu:

✔ Rafinerije i petrohemijski klasteri

✔ Čelična, aluminijumska i cementna industrija

✔ Industrija stakla i keramike

✔ Proizvodnja vodonika (visoko- i niskotemperaturni procesi)

✔ Papirna industrija i daljinsko grejanje

3. Kompleksnost povezivanja reaktora sa industrijom

Industrije su raspoređene prema težini integracije nuklearne energije:

📌 Lijeva strana grafikona – Industrije koje zahtijevaju velike promjene procesa (re-inženjering) da bi koristile nuklearnu energiju.

📌 Sredina grafikona – Industrije koje mogu koristiti nuklearnu energiju za djelimično zagrijavanje ili kao dodatni izvor energije.

📌 Desna strana grafikona – Industrije koje mogu relativno lako integrisati nuklearnu energiju putem retrofit sistema ili jednostavnog priključivanja (plug-in).

Šta ovaj grafikon pokazuje?

🔹 Industrije sa nižim temperaturnim zahtijevima, poput daljinskog grijanja i papirne industrije, mogu relativno brzo preći na nuklearnu energiju.

🔹 Visokoprocesne industrije (cementna, čelična, aluminijumska) zahtijevaju znatno više temperature, što ih čini složenijim za integraciju i zahteva dodatne tehnološke inovacije.

🔹 Nuklearna energija može igrati ključnu ulogu u dekarbonizaciji industrije, posebno tamo gde je potrebna velika količina toplote, a elektrifikacija nije jednostavno rešenje.

Ovaj grafikon pruža jasniji uvid u to koje industrije mogu najbrže iskoristiti nuklearnu energiju i gde su najveći izazovi.

Predloženih dizajna malih modularnih reaktora danas ima zaista mnogo, osamdeset, možda čak i blizu sto. Međutim, jako mali broj njih se nalazi u upotrebi ili su blizu upotrebe. Koje je vaše mišljenje, zbog čega je došlo do ovakve situacije?

Glavni razlog za ovakvu situaciju leži u tome što je za razvoj i komercijalizaciju malih modularnih reaktora potrebna snažna podrška države. Nuklearna energija je oduvijek bila strateško pitanje svake zemlje, a uvođenje novih tehnologija, poput SMR-ova, zahteva jasne dugoročne energetske politike, stabilan regulatorni okvir i odgovarajuću infrastrukturu.

Vlade bi trebalo da podrže istraživačke i razvojne programe (R&D) i obezbijede testne i demonstracione kapacitete, što je ključno za prelazak sa koncepta na komercijalnu primjenu. Takođe, saradnja između regulatornih tijela i industrije igra veliku ulogu – harmonizacija međunarodnih procesa licenciranja olakšala bi primjenu istih dizajna u više zemalja, smanjujući troškove i ubrzavajući razvoj tržišta.

Pored tehničkih i regulatornih izazova, ključno je i stvaranje povoljnog investicionog okruženja. Bez doslijedne političke i regulatorne podrške, investitori su manje skloni da ulažu u tehnologiju koja zahteva značajna početna ulaganja i dugoročnu posvećenost. Takođe, javno povjerenje je presudno – bez jasne komunikacije o prednostima i sigurnosti SMR-a, njihova široka prihvaćenost može biti otežana.

Uprkos ovim izazovima, nuklearna industrija i brojne startap kompanije koje razvijaju SMR-ove uvjerene su u njihovu konkurentnost. One ne traže subvencije za proizvodnju električne energije, već pravedne tržišne uslove i ravnopravnost sa drugim niskougljeničnim tehnologijama. Ako se SMR-ovi adekvatno podrže kroz regulatorne reforme i tržišne mehanizme, oni bi mogli igrati ključnu ulogu u energetskoj tranziciji i dekarbonizaciji industrije.

Koliko smo ispratili, obećanje malih modularnih reaktora je bilo smanjenje cene električne energije i smanjenje cene instaliranja postrojenja. Kako vreme prolazi a neki projekti se približavaju operativnoj upotrebi – to obećanje postaje sve manje pouzdano. Da li mislite da će mali i modularni reaktori uspeti da u nekom trenutku to obećanje ispune?

Ranija studija, koju je sproveo Energy Innovation Reform Project (2017), procijenila je kapitalne troškove (CAPEX) u rasponu od 4.000 do 6.000 $/kWe, dok je procijenjena LCOE (cijena proizvodnje električne energije) bila između 50 i 80 $/MWh. Ove vrijednosti bile su u skladu sa nadama da će SMR-ovi postići konkurentnost sa velikim nuklearnim elektranama i fosilnim gorivima.

Međutim, novije analize, poput one Steigerwald et al. (2023) objavljene u časopisu Energy, ukazuju na znatno veće vrijednosti. Prema njihovim podacima, srednja vrijednost (median) LCOE za PWR SMR-ove sada se procjenjuje između 218 i 614 $/MWh (izraženo u dolarima iz 2020. godine).

Ovi brojevi su daleko pesimističniji od ranijih očekivanja i sugerišu da će prve generacije SMR-ova biti znatno skuplje nego što je prvobitno najavljeno.

Međutim, treba naglasiti da je ova studija samo jedna od analiza, i da njeni rezultati ostaju u značajnom raskoraku sa procjenama koje daju sami dizajneri SMR-ova. Većina njih i dalje najavljuje znatno niže troškove, uz optimističnije projekcije CAPEX-a i LCOE-a, oslanjajući se na potencijal masovne proizvodnje, pojednostavljenih regulatornih procesa i optimizacije lanca snabdijevanja.

Ipak, treba uzeti u obzir da su povećani troškovi tipični za prve generacije novih tehnologija. Ako se SMR-ovi budu razvijali kroz standardizaciju, regulatorna poboljšanja i masovnu proizvodnju, moguće je da će njihovi troškovi značajno opasti kroz efekat učenja i industrijske optimizacije – slično kao što je bio slučaj sa obnovljivim izvorima energije.

Dakle, iako su trenutni ekonomski pokazatelji daleko od idealnih, još je rano donijeti konačan sud o isplativosti SMR-ova. Njihova prava konkurentnost biće jasnija tek nakon prvih serijskih implementacija, kada će industrija imati priliku da pokaže da može ispuniti svoja obećanja o nižim troškovima.

Pored svega, jednu stvar nikako ne možemo da smetnemo sa uma. U pitanju su dizajni sa čijom komercijalnom upotrebom ipak nema toliko iskustva – trenutno samo dva operativna modela – pa se pitamo da li je taj medijski “hajp” ipak malo preuranjen? Jer ispitivanja često znaju i da propuste određene dizajnerske greške koje da se tek u uslovima šire eksploatacije identifikuju. Da li je moguće da nam se takvo nešto potkrade kada su u pitanju i mali modularni reaktori?

Sasvim je opravdano postaviti pitanje da li je trenutna pažnja posvećena malim modularnim reaktorima preuranjena, s obzirom na to da su samo tri modela trenutno operativna, a praktično iskustvo s njihovom komercijalnom upotrebom je još uvijek ograničeno. Kao i u drugim tehnološkim oblastima, dizajnerske greške mogu proći nezapaženo tokom razvoja i ispitivanja, a tek se u uslovima šire eksploatacije mogu otkriti neočekivani izazovi.

Nuklearna industrija, kao i avio-industrija, stalno uči iz iskustava i unapređuje svoje metode ispitivanja i kontrole. Primjer nedavno otkrivenog fenomena stresne korozije (SCC) na francuskoj nuklearnoj floti pokazuje da nijedan sistem nije potpuno imun na neočekivane probleme, čak ni kod dugogodišnje eksploatisanih i dobro istraženih tehnologija.

Nedavno otkrivena pojava pukotina usljed stresne korozije bila je potpuno neočekivana i zatekla je operatera EDF nespremnog. Problem se pojavio u jeku evropske energetske krize 2022. godine, u trenutku kada je nuklearna energija imala priliku da pokaže otpornost na prekide u snabdijevanju uvoznim fosilnim gorivima, od kojih je elektroenergetski sektor Evrope previše zavisio. Ova situacija dodatno je ukazala na nedovoljnu brigu o energetskoj bezbjednosti Evrope. Nažalost, umjesto toga, problemi su doveli do vanrednih isključenja reaktora, što su protivnici nuklearne energije brzo iskoristili u svojim argumentima. Međutim, suštinski uzrok problema bio je više politički nego tehnički, jer su industrija i regulator godinama upozoravali vlasti da je za održavanje otpornosti sistema neophodno imati dovoljnu rezervu proizvodnih kapaciteta, kako nuklearnih, tako i konvencionalnih. Uprkos tim upozorenjima, političke odluke su dovele do gašenja 11 GW fosilnih elektrana i 1.8 GW nuklearnih kapaciteta, čime je sistem ostao bez adekvatne fleksibilnosti.

Naučene lekcije iz navedenog primjera su:

• Potreba za oprezom i sviješću o sopstvenim ograničenjima – Naše razumijevanje nije nikada potpuno, jer se tehnologije stalno razvijaju, a novi fenomeni mogu iznenaditi čak i najiskusnije stručnjake. SMR dizajni moraju uključiti lekcije iz postojećih reaktora i kontinuirano unapređivati metode ispitivanja kako bi se minimizirali neočekivani problemi.
• Operatori moraju unaprijediti metode prediktivne i preventivne inspekcije – Potrebno je razviti sposobnost otkrivanja neočekivanih defekata, unaprijediti preventivne planove održavanja, te istraživati kritične komponente i na mjestima koja nisu rutinski kontrolisana. Francuska praksa obaveznih periodičnih inspekcija pokazala se korisnom, ali su prethodne decenijske inspekcije promašile SCC, jer tadašnje metode ispitivanja nisu bile prilagođene za otkrivanje ovog tipa degradacije materijala.
• Neophodna je dovoljna sigurnosna rezerva proizvodnih kapaciteta – Nuklearna flota, bez obzira na veličinu pojedinačnih reaktora, mora imati dovoljan broj rezervnih jedinica, kako bi u slučaju generičkog problema bilo moguće istovremeno isključiti veći broj reaktora bez ugrožavanja stabilnosti energetskog sistema.

Ove lekcije su jednako važne za SMR-ove, jer iako oni obećavaju modularnost, fleksibilnost i povećanu sigurnost, iskustva sa bilo kojom novom tehnologijom pokazuju da prvi operativni modeli često otkrivaju probleme koji nisu bili predviđeni u ranim fazama razvoja. Zbog toga će prvi SMR-ovi koji uđu u komercijalnu upotrebu morati proći kroz rigorozan proces testiranja i optimizacije kako bi dokazali svoje prednosti i stekli povjerenje tržišta i regulatora.

Moramo jedno pitanje koje se tiče lokalnog konteksta: u Srbiji se pre nekoliko meseci pominjala ideja upravo malih i modularnih reaktora kao jedan od mogućih oblika uključivanja nuklearne energije u energetski miks. Da li mislite da bi za Srbiju to bio dobar izbor?

Smatram da bi nuklearna energija bila odlično rešenje za Srbiju, ali izbor odgovarajuće tehnologije zavisi od nekoliko ključnih faktora. Među najvažnijima su precizno definisane energetske potrebe, stanje elektroenergetske mreže i spremnost države da podrži ovako veliki projekat.

Ovo nije pitanje na koje se može dati jednostavan odgovor “da” ili “ne” prije sprovodjenja ozbiljne studiju izvodljivosti, koja bi, na osnovu potreba zemlje, identifikovala najprikladnija tehnološka rešenja. Koliko mi je poznato, EDF (Électricité de France) trenutno sprovodi upravo takvu studiju za Srbiju.

Iz ličnog ugla, usvajanje malih modularnih reaktora ne bi donijelo samo energetsku korist, već bi značajno doprinjelo međunarodnom imidžu Srbije, pozicionirajući je kao modernu zemlju i lidera u usvajanju naprednih tehnologija.

Da li biste možda istakli neki od projekata za koje smatrate da su perspektivniji? Ukratko, da li imate možda i neki projekat koji vam je – ako se usudimo da iskoristimo tu reč – “simpatičniji”?

Tractebel, firma za koju radim i koju predstavljam, kao inženjerska kompanija, pristupa tehnologijama na neutralan način – ne zastupamo nijednu određenu SMR tehnologiju u odnosu na neku drugu. Umjesto toga, pomažemo krajnjim korisnicima u njihovom procesu dekarbonizacije, kako bi procijenili da li je SMR pravo rešenje za njih, i ako jeste, koja tehnologija najbolje odgovara njihovim potrebama. Trenutno sarađujemo sa više dizajnera malih modularnih reaktora, kao i sa industrijskim klijentima širom svijeta koji aktivno traže najbolja rešenja za dekarbonizaciju svojih industrijskih procesa. Tako da, nemam favorita, per se.

Reference:

Energy Innovation Reform Project (2017). What Will Advanced Nuclear Power Plants Cost?

Steigerwald, B., Weibezahn, J., Slowik, M., & von Hirschhausen, C. (2023). Uncertainties in estimating production costs of future nuclear technologies: A model-based analysis of small modular reactors.

Slavica je u rođena Podgorici 1987. godine i svoju je akademsku i profesionalnu karijeru posvetila energetici i nuklearnom inženjerstvu. Kao stipendistkinja grčkog Ministarstva spoljnih poslova studirala je elektrotehniku na Aristotelovom univerzitetu u Solunu. Po završetku master studija iz energetike, upisuje i drugi master, ovog puta iz nuklearnog inženjerstva. Prvu godinu studija provodi u Barseloni, drugu u Parizu.

Profesionalnu karijeru započinje u Nacionalnom institutu za nuklearnu nauku i tehnologiju u Francuskoj, gde je provela šest godina radeći kao predavačica i istraživačica na istraživačkom reaktoru. Nakon toga prelazi u privatni sektor, gde preuzima odgovornost za vođenje tehno-ekonomskih studija u nuklearnom sektoru, studije bezbednosti, preglede dizajna istraživačkih reaktora, reviziju licencne dokumentacije, kao i studije za Evropsku komisiju.

Kao poseban doprinos ističe učešće u projektu Calogena, inovativnom konceptu malog modularnog reaktora za daljinsko grijanje, na kojem je aktivno radila dve godine.

Danas je zaposlena u kompaniji Tractebel kao SMR Project Innovation Lead, gde vodi inovativne projekte u oblasti malih modularnih reaktora. Njena uloga podrazumijeva definisanje strateških prioriteta i ključnih funkcionalnosti digitalnih rešenja, koordinaciju multidisciplinarnih timova i osiguravanje uspešne realizacije projekata.

Uz to, aktivno prati tržišne i tehnološke trendove, analizira potrebe klijenata i doprinosi razvoju novih pristupa u SMR sektoru. Angažovana je na više projekata koji imaju za cilj unapređenje nuklearne industrije kroz inovativne i održive tehnologije.