Voor het eerst in de nucleaire geschiedenis is in de VS de toelatingsprocedure begonnen van een zogeheten modulaire kernreactor. De reactor is klein van stuk en levert hooguit 45 MW. Het bedrijf NuScale claimt dat de reactor goedkoper en veiliger is dan veel groter uitgevoerde kerncentrales.
Het afgelopen decennium hebben nogal wat fabrikanten zich gestort op het ontwerpen van kernreactoren die bewust klein zijn uitgevoerd, een beetje volgens het credo Small is beautiful.
De grote exemplaren, met vermogens tot wel 1600 MW, zijn vanwege de steeds strengere veiligheidseisen veel te complex geworden. Mede daardoor zijn ze ook heel lastig en duur om te bouwen. Dat werd nog eens pijnlijk duidelijk met de bouw van de nieuwe EPR-reactoren in Finland, Frankrijk en het Verenigd Koninkrijk (‘Franse ingenieurs pleiten voor herontwerp kernreactor’).
Klein denken leidt tot een simpeler ontwerp, dat gemakkelijk is te vervoeren. Daardoor is het mogelijk om ze fabrieksmatig in series te produceren. Dat zal de kosten drukken, zo is het idee achter het small modular reactor-concept.
NuScale Power
Een van de bedrijven die daarmee aan de slag is gegaan heet NuScale Power. Het bedrijf kwam begin deze eeuw voort uit een onderzoeksproject voor het Amerikaanse Ministerie van Energie, en zijn commerciële ontwerp voor een kleine kerncentrale (een document van 12.000 pagina’s) is onlangs aan de Amerikaanse Nucleaire Toezichthouder (US Nuclear Regulatory Commission) ter goedkeuring voorgelegd, zo heeft NuScale Power bekend gemaakt.Wordt die procedure met succes doorlopen, dan kan de bouw van de eerste modulaire kernreactor daadwerkelijk van start gaan, en dat zou dan voor het eerst in de nucleaire geschiedenis zijn. De goedkeuringsprocedure neemt minstens 3,5 jaar in beslag.
De module van NuScale Power is met een hoogte van 25 m en nog geen 5 m in diameter voor nucleaire begrippen inderdaad een kleintje. Het principe dat hij gebruikt is wel hetzelfde waarmee de meeste kerncentrales die in de wereld werken, namelijk de hogedruk watergekoelde reactor. Het water dient om de warmte van de splijtstofstaven af te voeren. Dat gebeurt bij temperaturen rond de 350 °C. Om te voorkomen dat het water gaat koken staat het onder een druk van 160 atmosfeer.
De reactor van NuScale Power zit niet wezenlijk anders in elkaar. Het verschil zit in het vermogen en de compactheid. Omdat de hoeveelheid warmte die moet worden afgevoerd beperkt is, kunnen voor de koeling de convectiestromen van het water volstaan. Bij de reactorkern warmt het water op, het stijgt omhoog, staat zijn warmte af aan een secundair circuit, koelt daardoor af en zakt terug naar de reactorkern. Er zijn geen pompen nodig, en omdat het systeem is gebaseerd op een natuurlijke koeling kunnen de veiligheidsvoorzieningen een stuk eenvoudiger. Pompen kunnen namelijk uitvallen, en dat vormt een mogelijk veiligheidsrisico. Geen pompen betekent minder risico.
De kleinere schaal maakt het ook mogelijk om de beide gebruikte koelcircuits in één constructie te integreren, wat de bouw ervan veel eenvoudiger en robuuster maakt.
Groot koelvermogen
NuScale claimt dat zijn modulaire reactor een stuk veiliger is dan de grote kerncentrales: de reactor heeft gezien de relatief kleine nucleaire kern relatief een veel groter koelvermogen. Koeling gebeurt op natuurkracht, er is optimale warmteoverdracht naar het secundaire koelcircuit en de module komt in zijn geheel ook nog eens in een waterbassin te staan. Mocht alle stroom uitvallen, dan is er genoeg koelcapaciteit om de reactor voldoende uit te laten doven. Het systeem bevat weliswaar kleppen die kunnen falen, maar ze hebben stroom nodig om de reactor in bedrijf te houden, terwijl ze in de veiligheidsstand staan als de stroom uitvalt.
Toch zijn er vragen over de mate van veiligheid van deze reactoren. Het kan gebeuren dat bijvoorbeeld door een aardbeving of een andere dramatische gebeurtenis het waterbassin droog komt te staan, zo schrijft de Amerikaanse Union of Concerned Scientists in ‘Small isn’t always beautful’. Ook het plaatsen van meerdere van die modules in één waterbassin creëert extra risico’s. Los daarvan is ook deze organisatie ervan overtuigd dat het veiligheidsrisico’s van de modulaire centrales stukken kleiner is.
Niet heel goedkoop
Het economisch voordeel moet nog blijken, al staat vast dat het bouwen van de kleine reactor per kW vermogen ongeveer een derde goedkoper is dan van grote kernreactoren. In een presentatie uit 2015 zegt John Serina, financieel directeur van NuScale, te kunnen leveren voor een all-in elektriciteitsprijs van zo’n 100 dollar per MWh (93 euro per MWh). Voor de nieuw te bouwen 1600 MW kerncentrale in Groot-Brittannië is dat gelijk aan de prijs die de Britse regering wil garanderen.
Andere modulaire reactorontwerpen die bij de Amerikaanse Nucleaire Toezichthoude nog voorbereidende procedures moeten doorlopen zijn de mPower van BWX Technologies en de SMR-160 van Holtec International.
Openingsfoto: een bassin met vijf kernreactormodules van NuScale.
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.