Mali reaktorji za velika podjetja
Umetna inteligenca je pokvarila smele načrte tehnoloških velikanov o zložnem zmanjševanju ogljičnega odtisa na poti do razogljičenja. Grafični čipi, ki poganjajo moderne modele, so energetski požeruhi, rasteta pa tudi običajni promet in obisk. Čedalje več podjetij zato prihodnost vidi v malih jedrskih reaktorjih, ki bi lahko poganjali nove podatkovne centre. A kdaj?
Microsoft je od podjetja Talen kupil podatkovni center in pogodbo za dobavo električne energije iz jedrske elektrarne Susquehanna.
Da imamo internet na dlani, kamor sodijo tudi učinkovito iskanje ter številne storitve v oblaku, ni samoumevno. Medtem ko je – tudi zaradi poškodb in sabotaž – potrebnost infrastrukture za pretakanje podatkov, kamor sodijo tudi podmorski kabli, v javnosti že dobro znana, često pozabljamo na možgane. Vsi podatki in vsa računska moč, ki jih tako prikladno imenujemo v oblaku, morajo nekje domovati. To so velikanske hale, polne strežniške opreme. Podatkovni ali računski centri so razporejeni po vsem svetu. Ker pa internet ne pozna fizične oddaljenosti, njihovo lokacijo določajo povezljivost z mednarodnimi vozlišči, podnebje oziroma težavnost hlajenja ter stroški delovanja, kjer je izjemno pomembna cena električne energije. Ne pretiravamo, če večje podatkovne centre označimo kot prava mala mesta, vsaj kar zadeva porabo električne energije.
Prednosti in slabosti
Prednosti SMR
- hitrejša postavitev, tudi zaporedna
- ekonomična proizvodnja (ekonomija obsega)
- varnost
- manjši okoljski odtis
- fleksibilnost
- prenosljivost (nekateri dizajni)
Slabosti SMR
- komercialno še niso nared
- več odpadkov na enoto energije
- morda dražji na enoto energije (odvisno od stroškov financiranja)
Ocene se nekoliko razlikujejo, čez palec pa ocenjujejo, da je na svetu okrog 10.000 podatkovnih centrov. Največ jih je v ameriški zvezni državi Virginiji, sledijo pa Peking, London, Singapur in Tokio. Kapaciteto podatkovnih centrov pogosto merimo kar s porabo električne energije, kjer so podatkovni centri eden najhitreje rastočih sektorjev. Leta 2022 je svet porabil približno 27.000 TWh električne energije, od tega podatkovni centri okoli 460 TWh. Lani je delež električne energije, ki jo pohrustajo, že presegel dva odstotka. To ni zanemarljivo, če pomislimo, kaj vse poganja elektrika dandanes – od ogrevanja in mobilnosti do težke industrije. In v tej nepregledni množici brneče škatle iz silicija porabijo petdesetinko. Z razmahom umetne inteligence, ki potrebuje bistveno več računske moč od konvencionalnih algoritmov, je pričakovati porast porabe. Mednarodna agencija za energijo (IEA) ocenjuje, da bodo leta 2026 podatkovni centri porabili že 800 TWh oziroma štiri odstotke svetovne porabe, kar je več od celotne Nemčije ali Francije. Za primerjavo: slovenska gospodinjstva na leto potrošijo okoli 4 TWh električne energije, celotna država pa skoraj trikrat toliko.
Družine SMR
Obstaja šest osnovnih dizajnov reaktorjev četrte generacije oziroma SMR, ki se razlikujejo po arhitekturi. Kopenski vodno hlajeni SMR obstajajo v več različicah. Uporabljajo bodisi lahkovodni ali težkovodni reaktorski dizajn. Prijavljenih je že 14 takšnih dizajnov, ki segajo od različnih tlačnovodnih (integralnih, kompaktnih, bazenskih, zaprtih) do vrelovodnih. Kitajska naj bi svoj prvi tovrstni reaktor zagnala leta 2026, Argentina pa dve leti pozneje. Gradijo jih tudi v Rusiji, ZDA, Franciji in Veliki Britaniji. Plavajoči vodno hlajeni SMR so zelo podobni, le da so na plavajočih ploščadih ali ladjah, v Rusiji pa en tak že obratuje. Svoje razvijajo tudi ZDA, Kitajska in Južna Koreja. Plinsko hlajeni SMR imajo od konca leta 2021 svojega delujočega predstavnika na Kitajskem, še 12 pa jih razvijajo po vsem svetu. Poleg kitajskega komercialnega HTR-PM sta eksperimentalna reaktorja že delovala na Kitajskem in Japonskem.
S tekočimi kovinami hlajeni hitri SMR za hlajenje uporabljajo tekoče natrij, svinec, bizmut in podobne kovine. S svincem hlajena gradijo v Rusiji in Franciji, natrijevega pa v ZDA. S tekočimi solmi hlajeni SMR se razvijajo v Kanadi, Franciji, Veliki Britaniji, na Danskem, Nizozemskem, v ZDA pa enega že gradijo. Zadnji dizajn predstavljajo mikroreaktorji s termično močjo do 30 MW, ki merijo na nišne trge in so za zdaj še v razvoju.
Skoraj vsi pa potrebujejo visoko čisti nizko obogateni uran-235 (HALEU), torej pod 20 odstotki obogatitve, ki ga trenutno v komercialno potrebnih količinah proizvaja le Rusija. Številne države zato razvijajo svoje proizvodne obrate, da bi zmogle neodvisno zagotavljati potrebne količine HALEU, ko bodo SMR realnost. Samo v ZDA bodo leta 2030 potrebovali 40 ton HALEU na leto, so ocenili na tamkajšnjem ministrstvu za energijo.
Podatkovnih centrov je veliko, hkrati pa so že posamič zelo požrešni. »Majhni« porabijo tudi več kot 10 MW, medtem ko največji potrebujejo nekaj sto megavatov, bodoči bodo celo gigavat. To je že skoraj za kakšno jedrsko elektrarno, saj krška v omrežje oddaja 696 MW električne energije. Primerjava ni na pamet, saj je v zadnjem času več ponudnikov storitev v oblaku začelo glasno govoriti o pogodbah o uporabi električne energije iz malih modularnih jedrskih reaktorjev (SMR) in jih podpisovati. To so smele napovedi, saj na Zahodu tovrstnih reaktorjev v komercialnem obratovanju sploh še ni.
Dva delujoča SMR
SMR lahko imajo moči do 300 MW, dasiravno so običajno nekajkrat šibkejši. Ne gradijo se na lokaciji, temveč se proizvedejo modularno, nato pa te module prenesejo na končno lokacijo. Mednarodna agencija za jedrsko energijo (IAEA) od leta 2012 vsako drugo leto izda brošuro s pregledom stanja SMR. V njej so letos ocenili, da bi leta 2050 s SMR lahko zagotavljali že četrtino novih jedrskih kapacitet. Dizajnov SMR je več – IAEA jih je letos v aktivnem razvoju naštela 68 –, razvrstimo pa jih lahko v šest družin.
Akademk Lomonosov, na kateri je ruski plavajoči SMR.
Trenutno delujeta le dva takšna sistema, in sicer na Kitajskem in v Rusiji. Na Kitajskem so HTR-PM na omrežje priključili leta 2021, to je devet let po začetku gradnje. Gre za visokotemperaturni plinsko hlajeni (HTGR) reaktor na kroglično gorivo (pebble-bed), v katerem je hladilno sredstvo helij, moderator grafit in gorivo v obliki kroglic iz cepilnega materiala, denimo urana-235. Reaktor četrte generacije je zasnovan na osnovi prototipa HTR-10, ki so ga na univerzi Tsinghua razvijali v letih 1995–2000 na podlagi nemškega dizajna iz 80. let preteklega stoletja. HTR-PM sestavljata dva reaktorja s termično močjo 250 MW, ki skupaj ženeta eno parno turbino, ki proizvaja 210 MW električne energije.
A Kitajce so prehiteli Rusi, ki so svoj SMR z imenom KLT-40S na omrežje priključili decembra 2019 in komercialno pognali maja 2020. Dizajnirali so ga sami, lociran pa je na plavajoči elektrarni Akademik Lomonosov, ki je zasidrana na ruskem daljnem severovzhodu na Čukotki. Dva reaktorja KLT-40S proizvajata po 35 MW električne energije vsak (150 MW termične moči), s čimer oskrbujeta mesto Pevek.
Gorivo in odpadki
Tudi SMR seveda proizvajajo odpadke. Medtem ko so zaradi številnih pasivnih varnostnih sistemov vsaj tako varni kot veliki reaktorji, pa relativno na količino proizvedene energije lahko ustvarijo več odpadkov. Manjši sistemi so manj učinkoviti pri izrabi goriva, imajo pa druge prednosti. Med njimi so cenejša gradnja zaradi standardizacije in serijske proizvodnje, hitra postavitev, modularnost idr.
Kopenski vodno hlajeni SMR uporabljajo 5-odstotno obogateni uran-235, ki ga menjajo vsakih 18–24 mesecev. Plavajoči SMR uporabljajo 20-odstotno obogateni uran-235, s čimer si lahko privoščijo daljše cikle med menjavo goriva, tudi do 10 let. Oboji ustvarjajo podobne radioaktivne odpadke kot konvencionalni reaktorji, zato je tudi ravnanje z njimi enako. Plinsko hlajeni SMR uporabljajo pasivno varno gorivo, ki ga sestavljajo uranove kroglice, obvite z več sloji ogljika in keramike, ki preprečujejo uhajanje radioaktivnih produktov, in zdrži visoke temperature (1.600 °C) brez poškodb. Na enoto proizvedene energije ustvarijo manj visokoradioaktivnih odpadkov, ki imajo tudi manj plutonija. Komercialnih rešitev za upravljanje teh odpadkov še ni, prav tako je treba rešiti problem radioaktivnega grafita. Gorivo pri kitajskem HTR-PM se menja na 24–60 mesecev, posamezni dizajni (npr. EM2) pa omogočajo tudi 30 let delovanja med menjavo. Podobno dolge cikle med menjavami lahko imajo tudi s tekočimi kovinami (do 30 let) in tekočimi solmi (do 12 let) hlajeni SMR. Ti lahko porabijo dolgožive plutonijeve izotope in nekatere aktinide, zato so odpadki precej manj radioaktivni.
Tehnološki velikani so lačni
Ekstremni primer je Irska, ki je zaradi specifičnih geografskih, demografskih, političnih in gospodarskih danosti najbolj privlačna evropska država za ameriške tehnološke velikane. Leta 2022 so podatkovni centri v tej državi porabili 5,3 TWh električne energije, kar je 17 odstotkov vse porabe električne energije v državi, do leta 2026 pa se bo delež še podvojil. Irska bi torej kar tretjino vse električne energije namenjala računalniškim centrom.
Jedrski reaktor KLT-40S, ki obratuje na ruski ladji Akademik Lomonosov.
To ne predstavlja le obremenitve za elektroenergetski sistem, temveč zavira načrte za razogljičenje. Microsoft, ki je na Irskem močno prisoten, je letos ugotovil, da so njegove emisije ogljikovega dioksida v primerjavi z letom 2020 za 30 odstotkov večje. To je povsem v nasprotju z željami in zavezami podjetja. Rast izvira iz posrednih emisij, torej iz podatkovnih centrov (Azure), katerih računsko moč Microsoft oddaja strankam. Podobno je Google sporočil, da so v zadnjih petih letih njegove emisije toplogrednih plinov zrasle za 50 odstotkov, kar je posledica razmaha umetne inteligence. Emisije so od leta 2020 vsako leto rasle, medtem ko podjetje še vedno vztraja, da bodo do leta 2030 ogljično nevtralni.
Da se tehnološki velikani resnično ogrevajo za SMR, dokazuje tudi poročilo IAEA. V njem so letos posebej izpostavili tehnološka podjetja kot nove odjemalce, ki se zanimajo za tehnologijo. S tem se ujemajo tudi njihove napovedi in izjave za javnost. V ZDA je precej podatkovnih centrov že danes »znotraj« jedrskih elektrarn, katerih električno energijo izkoriščajo, še preden bi ta sploh prispela v omrežje.
Septembra in oktober 2025 sta bila meseca, ko so tehnološki velikani začeli javno razglašati, da bo njihova prihodnost tudi jedrska. Googlov izvršni direktor Sundar Pichai je septembra dejal, da bodo v prihodnosti gradili podatkovne centre, ki bodo potrebovali več kot 1 GW električne energije, kar bi lahko zagotavljali z več SMR, ni pa to nujno. Oktobra so potem podpisali dogovor s podjetjem Kairos Power, po katerem jim bo podjetje do leta 2035 zagotovilo 500 MW brezogljične energije. Kairos Power bo razvil in postavil več naprednih reaktorjev, bržkone SMR, prvega do leta 2030. Podpisovanje tovrstnih dogovorov ni nič nenavadnega, saj jih je Google od leta 2010 sklenil več kot sto v skupnem obsegu 14 GW, a doslej niso vključevali jedrske energije.
Kairosovi reaktorji bodo uporabljali tekoče soli (fluoride) kot hladilno sredstvo in trdno gorivo v obliki kroglic (TRISO). Termična moč prototipov Hermes in Hermes 2 bo 35 MW, ki bosta skupno gnali eno turbino 20 MW. Komercialni KP-FHR pa bo imel do 75 MW električne moči, Google jih bo dobil šest ali sedem.
Še nekoliko konkretnejši je Oracle, ki je septembra napovedal svoj podatkovni center, ki bo takisto potreboval dober gigavat električne moči. Trenutno ima podjetje 162 podatkovnih center, najpožrešnejši med njimi pa troši 800 MW. Izvršni direktor Larry Ellison je ob tem dejal, da bodo novega napajali trije SMR. Na zemljišču, kjer bo center stal, že imajo gradbeno dovoljenje za reaktorje, je dodal. Lokacije javno niso razkrili.
Zagotovo najbolj nuklearno podjetja pa je Amazon, ki je oktobra razkril, da so sklenili kar tri pogodbe o financiranju SMR. S konzorcijem Energy Northwest, ki ga sestavljajo javna podjetja, je podpisal pogodbo o financiranju štirih SMR, ki bodo skupaj ustvarjali do 320 MW električne energije. Podjetje X-energy, ki razvija SMR, je prejelo investicijo za izdelavo opreme, ki jo bodo potrebovali SMR z njihovo tehnologijo in naj bi jih bilo v naslednjem desetletju vzpostavljenih vsaj za 5 GW. Konkretno gre za dizajn in licenciranje reaktorja Xe-100 ter obrat za proizvodnjo goriva v kroglicah (TRISO-X). Amazon bo v X-energy vložil 500 milijonov dolarjev. Prav dizajn reaktorja Xe-100 bo uporabil Energy Northwest pri vzpostavljanju kapacitete 320 MW.
Shema malega modularnega reaktorja, ki kot hladilno sredstvo uporablja vodo.
Dominion Energy pa bo postavil večji SMR z močjo 300 MW ob obstoječi jedrski elektrarni North Anna v Virginiji. Uradno ni znano, ali ima Amazon tudi kakšne ekskluzivne pogodbe o dobavi energije iz prihajajočih obratov.
Tudi klasične jedrske elektrarne
Ne gre pa le za SMR. Microsoft je septembra dejal, da bi bil pripravljen odkupiti vso elektriko iz 835-MW reaktorja na Otoku treh milj. Elektrarno tam so dokončno zaprli leta 2019, zdaj pa razmišljajo o reaktivaciji. Po trenutnih načrtih bodo nepoškodovani reaktor (drugega so zaprli po nesreči leta 1979) ponovno zagnali leta 2028, Microsoft pa bo 20 let ekskluzivno odkupoval vso proizvedeno električno energijo.
Onstran elektrike
Vsi jedrski reaktorji, tudi SMR, proizvajajo toploto. Če jo uporabimo za vrtenje generatorske turbine, proizvajamo električno energije, a to je le ena, resda najpogostejša, možnost. Razogljičenje je potrebno tudi v drugih sektorjih, kjer električne energije neposredno ni mogoče uporabljati. Takšni primeri so ločevanje, čiščenje in obdelava kovin, kemične sinteze, proizvodnja cementa in jekla, težki transport itd. Poleg tega se lahko SMR uporabijo tudi pri kogeneraciji, za ogrevanje gospodinjstev in proizvodnjo industrijske toplote, razsoljevanje vode, proizvodnjo vodika in podobno.
Podobne zamisli ima tudi Amazon. Že mesece preden je oktobra razkril investicije v SMR, je marca sklenil dogovor z upravljavcem jedrske elektrarne Susquehanna v Pensilvanija. Od podjetja Talen so za 650 milijonov dolarjev kupili podatkovni center s porabo 960 MW, za katerega bo vsaj deset let energijo zagotavljal Talen iz 2,5-GW jedrske elektrarne. Podatkovni center vključuje tudi obrat za rudarjenje bitcoinov, ki ga upravlja podjetje TeraWulf.
Še najbolj daljnosežna je Microsoftova pogodba s podjetjem Helion iz maja 2023. Čez tri leta – leta 2028 – bi morali odkupovati 50 MW energije iz fuzijske elektrarne. Ali se bo to zgodilo, je še prezgodaj ugibati, strokovnjaki pa večinoma odkimavajo. A brez pogumnih investicij tudi napredka ni.
V domačih logih
V Sloveniji imamo eno delujočo jedrsko elektrarno, o gradnji druge konsenza še ni. Obstaja pa iniciativa SMR STEPS (Stakeholder Engagement Project for Slovenia), ki združuje slovenske partnerjev v Evropskem industrijskem zavezništvu za SMR in poskuša pospeševati razvoj ter v končni fazi tudi postavitev SMR v Sloveniji. Slovenski člani so Consensus, d. o. o., Elektroinštitut Milan Vidmar, GEN energija, Instrumentation Technologies, d. d., IJS, Zavod energetska agencija za Savinjsko, Šaleško in Koroško (KSSENA), Papirnica Vevče ter ljubljanski fakulteta za matematiko in fiziko ter fakulteta za strojništvo. Zadnji dogodek so imeli septembra v Portorožu, kjer je sicer potekala konferenca o jedrski energiji. Prva mednarodna konferenca izključno o SMR pa se je oktobra 2024 odvila na Dunaju.
Evropska komisija je SMR prepoznala kot mogočo tehnologijo za doseganje ciljev zelenega prehoda, ob čemer vedno poudari, da je tehnološko nevtralna in ne preferira nobene tehnologije. Evropski razvoj podpirajo v okviru programa Euratom (2021–2025), lani pa so zagnali omenjeno Evropsko industrijsko zavezništvo za SMR. Evropska komisija želi prve delujoče projekte v zgodnjih 30. letih tega stoletja, s čimer bo vsaj za nekaj let zaostajala za vodilnimi državami na tem področju. Prve SMR v Evropi bi lahko dobili na Finskem, kjer bodo namenjeni ogrevanju, kasneje pa tudi prve, ki bodo proizvajali elektriko. Tu so najdlje projekti na Češkem, Slovaškem, v Romuniji in na Poljskem.
V ZDA je Bidnovega administracija novembra 2024 predstavila novo ogrodje za doseganje ciljev na področju jedrske energije, ki vključujejo 35 GW novih kapacitet do leta 2035. Med devetimi stebri sta tudi gradnji SMR in mikroreaktorjev.
Hobotnice
Zahodne države so do jedrske energije sorazmerno zadržane in ne dajejo velikih jamstev in poroštev za financiranje njihove gradnje. Tehnološki velikani so to zaznali in začeli jedrsko energijo za lastne potrebe podpirati sami. Pri tem ves čas poudarjajo, da to ni edini adut za razogljičenje.
O lastnem financiranju imamo lahko različna mnenja, a to ni prva sfera zunaj osnovnega poslanstva tehnoloških velikanov, kjer so svoje potrebe začeli urejati z vertikalno integracijo ali vsaj neposrednim financiranjem.
Google je bil nekoč le iskalnik, ki je uporabljal internetno infrastrukturo, danes financira tudi lastne podmorske kable. V lasti ali solasti jih ima več kot 30, pri čemer sploh ni edini. Pogosto se celo več tehnoloških velikanov poveže v konzorcij in financirajo polaganje novih podmorskih kablov, ki so potem ekskluzivno v njihovi lasti. Amazon razvija lastne čipe za poganjanje modelov umetne inteligence, denimo Trainium, s čimer se želi osvoboditi odvisnosti od Nvidie. Njihov projekt Kuiper pa želi vzpostaviti satelitsko konstelacijo, ki bi bila konkurenca Starlinku in nudila dostop do interneta, a to morda ni najboljša primerjava, ker Kuiperja ne bodo uporabljali za lastne potrebe, temveč želijo s tem pridobiti dodatne stranke.
Vsako podjetja morajo seveda samo poskrbeti za svojo električno energijo, kar pa je doslej obsegalo nakup pri dobaviteljih in sklepanje ustreznih pogodb. S poganjanji neposredno s proizvajalci vstopajo v čevlje dobaviteljev in sploh ne kupujejo niti na veleprodajnem trgu, temveč mimo trga pri proizvajalcu. S tem izkušenj nimajo.
Pri jedrskih reaktorjih bodo imeli nekoliko več ovir, saj morajo vsak dizajn in nato še gradnjo odobriti regulatorji, pri katerih je varnost na prvem mestu. Po zeleni luči regulatorjev pa se bo začela bitka za čim hitrejšo postavitev. Z razvojem umetne inteligence so se namreč razmere spremenile, saj so velikopotezne napovedi o zmanjševanju emisij toplogrednih plinov tehnološkim velikanom padle v vodo. Grafični čipi, ki poganjajo ChatGPT, Gemini ali Copilota, so bistveno bolj požrešni. Posamezna Nvidijina kartica zlahka porabi 1.000 W, v podatkovni center pa jih lahko stlačimo več deset tisoč. Ni presenetljivo, da so vsi približno istočasno začeli iskati alternativne vire v obliki SMR.
Intervju
Luka Snoj, vodja Odseka za reaktorsko fiziko na Institutu Jožef Stefan in reaktorja TRIGA
Zakaj je po vašem mnenju razvoj SMR na Zahodu počasnejši kot na Vzhodu? Rusija in Kitajska sta na omrežje že priključili prva predstavnika. Kdaj lahko prve pričakujemo na Zahodu?
Po nesreči v Černobili leta 1986 sta se na Zahodu gradnja novih jedrskih elektrarn ter razvoj ustavila. Sledilo je nekaj desetletij zatišja. Medtem je ogromno izkušenih ljudi odšlo na druga področja, se upokojilo ali umrlo. Zdaj se počasi prebujamo in se ponovno učimo že pozabljenih veščin in znanj. Napovedi so različne, po mojem mnenju je realno, da na Zahodu prve SMR dobimo okoli leta 2040.
Tehnološki velikani se v najavah uporabe SMR za poganjanje podatkovnih centrov po pravilu izogibajo kakršnegakoli omenjanja cene reaktorjev, kaj šele proizvedene elektrike. Kako dragi so pravzaprav SMR in elektrika iz njih? Od česa je to odvisno?
Težko je govoriti o ceni, ko nimamo niti delujočih prototipov. Trenutno so vsi zahodni SMR na papirju oziroma v računalniku. V tem primeru so kakršnekoli napovedi o ceni elektrike preuranjene in zelo negotove. Ko bodo delovali, bodo proizvajali nizkoogljično elektriko neodvisno od vremena, cena proizvedene elektrike pa bo malo odvisna od nihanj cene goriva.
Na splošno je cena odvisna od mnogo dejavnikov. Pri SMR se precej stavi na množičnost proizvodnje. Ta je smiselna in prinaša prednosti, če jih prodajamo na trgu z enotno zakonodajo, tako da ni treba licencirati vsake enote v vsaki državi posebej, ampak le enkrat za ZDA ali EU. V ZDA je to mogoče že zdaj, v EU pa nas na tem področju čaka še ogromno dela.
Velikim jedrskim elektrarnam redno podaljšujejo življenjsko dobo, NEK bo delovala vsaj 60 let, omenja se celo 80. Kakšna pa je pričakovana življenjska doba SMR?
Odvisno od tipa. Pri nekaterih bo lahko daljša zaradi zamenljivih komponent, pri drugih krajša, ker bomo reaktor skupaj z gorivom po izteku življenjske dobe (ki jo bomo izbrali) preprosto zamenjali z drugim, svežim, starega pa poslali v tovarno na reciklažo. Tipov in konceptov je preveč za en odgovor.