Misja i cele projektu

Niniejszy projekt stanowi istotny wehikuł kształtowa polityki energetycznej kraju, pozwalający na połączenie potencjału organizacyjnego państwa z możliwościami badawczymi i naukowymi instytucji badawczych, wspierając koordynację przygotowania do praktycznego wykorzystania HTR w polskiej gospodarce.

Dzięki zastosowaniu reaktorów HTR można zmniejszyć zależności od importu gazu i ropy, zmniejszyć emisję CO2, pozyskać nowe technologie i podnieść poziom technologiczny polskich dostawców podzespołów, także eksport tych podzespołów do innych państw zainteresowanych reaktorami HTR. Uruchomienie produkcji takich reaktorów w Polsce przyczyni się do wysokotechnologicznej reindustrializacji kraju poprzez stworzenie nowej gałęzi gospodarki o ogromnym potencjale eksportowym, sięgającym setek mld zł.

Szczególną zaletą tej technologii jest inherentne bezpieczeństwo. Ze względu na zastosowanie tzw. paliwa TRISO, nie ma ryzyka stopienia rdzenia. Paliwo TRISO, gdzie dwutlenek uranu znajduje się w wielowarstwowej powłoce z SiC (węglika krzemu/karborundu) i węgla szklistego, przetestowano do temperatur rzędu 1700 °C. Nawet w przypadku awarii wszystkich systemów i utraty chłodziwa, rdzeń wychładza się samorzutnie dzięki wypromieniowywaniu ciepła i konwekcji. Umożliwia to posadowienie reaktora HTR w bezpośredniej bliskości instalacji przemysłowych czy nawet siedzib ludzkich.

Skuteczna realizacja projektu pozwoli na odblokowanie barier prawnych, administracyjnych i organizacyjnych uniemożliwiających dziś wdrożenie w kraju reaktorów HTR.

Zastosowanie technologii reaktorów wysokotemperaturowych przyniesie Polsce wiele korzyści gospodarczych:

  • Zmniejszenie zależności gospodarki od importu paliw. HTR jest jedyną alternatywą dla paliw kopalnych przy produkcji ciepła. Polski przemysł (ze względu na swoją energochłonność) jest wrażliwy na ewentualne przerwy w dostawach oraz poziom cen surowców. Produkcja ciepła w reaktorach HTR pozwoliłaby zmniejszyć uzależnienie polskiej gospodarki od importu gazu oraz zapełniłaby większą przewidywalność i kontrolę nad poziomem cen ciepła systemowego.
  • Zwiększenie odporności przemysłu na nowe regulacje środowiskowe, w tym w zakresie CO2 czy śladu węglowego produktów. Wytwarzanie ciepła systemowego w oparciu o węgiel powoduje, że systematyczne zaostrzanie wymagań środowiskowych przez UE oraz możliwy w przyszłości wzrost cen uprawnień do emisji CO2 będzie stawiał polskie podmioty gospodarcze w gorszej pozycji niż konkurentów z innych państw.
  • Impuls dla wzrostu gospodarczego opartego o rozwój produktów o wyższej wartości dodanej. Wdrażanie dużego, ambitnego projektu o charakterze naukowo-infrastrukturalnym uruchomi szereg interakcji w całej gospodarce i stanie się jednym z kół zamachowych reindustrializacji.
  • Wartość dodana dla projektu dużych elektrowni jądrowych. Rozwój technologii HTR będzie wiązał się z budową potencjału w zakresie energetyki jądrowej, zarówno po stronie instytutów, jak i przemysłu. Pozwoli na podniesienie poziomu wykwalifikowania kadr oraz stworzy szanse rozwoju dla poddostawców komponentów dla energetyki jądrowej, co zaprocentuje przy budowie dużych bloków jądrowych.
  • Zwiększenie polskiego potencjału w obszarze eksportu technologii energetycznych. Reaktor HTR ze względu na bardzo wysokie standardy bezpieczeństwa, relatywnie nieduży rozmiar oraz wielorakość potencjalnych zastosowań, w sposób naturalny stanie się towarem eksportowym.

Główną barierą w przygotowaniu instrumentów prawnych i organizacyjnych niezbędnych do wdrażania reaktorów HTR jest właśnie wysoka innowacyjność technologii. Konstrukcja reaktora, a w szczególności koncepcja paliwa, są zupełnie różne od powszechnie dziś używanych rozwiązań w reaktorach lekkowodnych. Dlatego, aby prawidłowo przygotować cały łańcuch zgód i pozwoleń, a w szczególności proces licencjonowania reaktora konieczna jest znajomość nie tylko ogólnego schematu konstrukcji rektora i jego podstawowych parametrów fizycznych i eksploatacyjnych, ale także parametrów pracy i parametrów wytrzymałościowych poszczególnych komponentów (w tym paliwa), oraz charakterystyk materiałów z jakich je wykonano. Niezbędne jest więc zaprojektowanie odpowiednich procedur testowych i wykonanie oprzyrządowania umożliwiającego przeprowadzenie testów. Ważnym elementem jest opracowanie modelu reaktora na tyle precyzyjnego, by możliwe było uzyskanie wszystkich informacji niezbędnych do zaprojektowania poprawnego procesu licencjonowania. Model taki powinien umożliwić przeprowadzenie niezbędnych obliczeń i symulacji, w szczególności w zakresie analiz bezpieczeństwa. Znacznym ułatwieniem będzie tu skupienie się na reaktorze pilotażowym małej mocy, którego budowa planowana jest w przyszłości w NCBJ w Świerku.

Główną przesłanką do rozwoju i wdrożenia technologii HTGR jest zapotrzebowanie na ciepło, które w Europie rozkłada się na poziomie 600-900 GWh/rok w przedziałach temperatur poniżej 250 °C, 250-550 °C i powyżej 1000 °C, z niewielkim zapotrzebowaniem pomiędzy 550 °C a 1000 °C. Najniższy przedział może być zaspokojony przez reaktory lekkowodne (LWR). Jednak, instalacje przemysłowe wykorzystujące takie temperatury są na ogół niewielkie i rozproszone, co utrudnia zastosowanie reaktorów jądrowych. Znaczące możliwości niesie sektor ciepłowniczy (ogrzewanie), który w kilku krajach wykorzystuje ciepło odpadowe z dużych reaktorów energetycznych. Źródłem miejskiego ciepła mogłyby być reaktory SMR typu PWR, rozwijane w kilku państwach. Reaktory typu HTGR można by jednak budować bliżej siedzib ludzkich dzięki opisanym niżej inherentnym cechom bezpieczeństwa.

Para o temperaturze równej 500 °C jest standardowym nośnikiem ciepła w wielu dużych zakładach przemysłowych, głównie chemicznych. Zastosowanie reaktorów jądrowych byłoby o tyle ułatwione, że zastąpiłyby one wyeksploatowane kotły gazowe czy węglowe, z zachowaniem istniejących instalacji, łącznie z turbinami produkującymi energię elektryczną na potrzeby zakładu. Zapotrzebowanie polskiego przemysłu na parę o takich parametrach wynosi ok. 6500 MW w kilkunastu lokalizacjach.

Zdaniem Zespołu ds. HTGR optymalną technologią dla temperatury w okolicach 500 °C są reaktory typu HTGR.

Reaktory wysokotemperaturowe (ozn. HTGR od High Temperature Gas Cooled Reactor lub HTR od High Temperature Reactor) to reaktory chłodzone gazem (helem) umożliwiające uzyskanie temperatury o wartości od 750 °C lub nawet 1000 °C, w przypadku reaktorów VHTR (Very-High Temperature Reactor).

Wyróżniamy dwie konstrukcje rdzenia reaktora wysokotemperaturowego:

  • Pryzmatyczny - skonstruowany za pomocą sześciokątnych bloków grafitowych z kanałami paliwowymi.
  • Kulowy ze złożem usypanym - skonstruowany na bazie kul paliwowych oraz kul moderujących.

W ramach niniejszego projektu prace badawcze i wdrożeniowe odnoszą się do reaktora wysokotemperaturowego z rdzeniem pryzmatycznym.

Co nowego i unikalnego oferują reaktory HTGR?

Możliwości kolokacji z zakładami przemysłowymi i z lokalnymi sieciami:

  • produkcja pary o temp. 550 °C pod ciśnieniem ok. 13.4 MPa dla potrzeb instalacji chemicznych,
  • produkcja elektryczności na potrzeby lokalne, uniezależnienie się od centralnych dostaw energii elektrycznej,
  • produkcja ciepła w celach grzewczych lub klimatyzacyjnych,
  • możliwość ekonomicznej produkcji wodoru,
  • stabilne i przewidywalne ceny energii w bardzo długiej perspektywie czasowej (10-20 lat).

Reaktory HTGR charakteryzują się bardzo dobrymi parametrami bezpieczeństwa:

  • samoczynne bezpieczeństwo, samoczynne mechanizmy wygaszające reaktor w sytuacjach awaryjnych,
  • paliwo TRISO gwarantujące bezpieczne zachowanie w sytuacjach awaryjnych,
  • brak możliwości uszkodzenia rdzenia, nie wymaga strefy wykluczenia wokół reaktora,
  • modularna koncepcja elektrociepłowni obniżająca koszty inwestycyjne i gwarantująca niskie koszty modernizacji w przyszłości oraz niskie, przewidywalne, koszty produkcji energii.