MMR

Type: SMR HTGR, Hoge Temperatuur gasgekoelde reactor met energieopslag – Canada

Zie het artikel met de titel: “Kleine modulaire reactoren geschikt voor leveren proceswarmte” in het KernVisie Magazine jaargang 16 nr 1 van februari 2021 (blz 14 – 16), alsook de KernVisie nieuwsberichten met titel ”NRG test geavanceerde splijtstof in kader van nieuwe samenwerking” van 28 juni 2021 en “ ’s Werelds kleinste kernreactor lijkt op Lego, is privaat gefinancierd en start op in 2027” van 4 juni 2023 door op de desbetreffende titel te klikken.

Achtergrondinformatie

MMR staat voor Micro Modular Reactor. Het is in zijn soort een van de kleinste SMRs ter wereld. De reactor heeft een vermogen van 5 MWe. Dat is 15 MWth als de reactor alleen proceswarmte levert. Bij deze kleine hoge temperatuur gasgekoelde reactor zit de uraniumsplijtstof opgesloten in coated particles met een TRISO-coating, die op hun beurt zijn ingekapseld in een volledig dichte siliciumcarbide matrix. De handelsnaam van deze splijtstof is FCM (Fully Ceramic Micro-encapsulated fuel. FCM is een splijtstof van een nieuwe generatie, waarin de vijftig jaar oude traditionele grafietmatrix van de TRISO-splijtstof is vervangen door een matrix van siliciumcarbide (SiC). Dat materiaal is erg goed bestand tegen de stralings– en de thermische belasting in de reactor. Deze nieuwe generatie splijtstof, SiC-matrix en TRISO-coating, zorgt voor een gasdichte barrière, die het mogelijk ontsnappen van splijtingsproducten voorkomt. Zelfs als een TRISO-deeltje tijdens bedrijf zou scheuren, zelfs dan kunnen er geen splijtingsproducten in het milieu terecht komen. Het resultaat is een uiterst veilige splijtstof, die ook bestand is tegen een heel hoge temperatuur. Daarnaast zorgt de goede thermische geleiding van de FCM-splijtstof er voor, dat het temperatuurprofiel in de splijtstof een vlak verloop heeft, waardoor de piektemperatuur in de kernreactor laag is. In tegenstelling tot conventionele splijtstoffen is bij de FCM-splijtstof een volledige insluiting van splijtingsproducten over een breed temperatuurbereik onder alle bekende bedrijfs- en ongevalsomstandigheden gegarandeerd. De splijtstofpillen zijn gestapeld binnen zeshoekige prismatische elementen van grafiet, de remstof (moderator). De splijtstof is proliferatieongevoelig. Door het ontwerp is smelten van de reactorkern uitgesloten. Dat maakt het mogelijk om de reactoren zonder veiligheidsomhulling en zonder veiligheidsrisico in dichtbevolkte gebieden te plaatsen. De reactor is in hoge mate inherent veilig, mede vanwege zijn lage vermogensdichtheid van minder dan 6 MWth per kubieke meter. Daardoor is de veiligheidsmarge hoog, zodat de temperatuur onder alle omstandigheden onder de 1600 Celsius blijft. De natuurwetten verhinderen een hogere temperatuur. Boven die temperatuur van 1600 Celsius zou de coating het namelijk begeven, waardoor splijtingsproducten zouden kunnen weglekken. 

De koeling van de reactorkern gebeurt met helium, dat een druk heeft van 30 bar en een uitgangstemperatuur van 640 Celsius. Er is een warmtewisselaar tussen primair systeem en secundair systeem, waarbij het helium zijn warmte overdraagt aan een gesmolten zout. Het secundair systeem is drukloos. Er zijn opslagvaten, waardoor opslag van energie in het gesmolten zout mogelijk is. De energieopslag is verwant aan die van een zonthermische centrale (CSP ofwel Concentrated Solar Power). De combinatie van kernreactor en energieopslag maakt het mogelijk om fluctuaties in de vraag en het aanbod van elektriciteit te volgen. Dat is een groot economisch voordeel, omdat de reactor op volvermogen kan doordraaien, terwijl het systeem maar een deel van zijn vermogen in de vorm van elektriciteit afgeeft. Daardoor is het systeem heel geschikt om in combinatie met duurzame energiebronnen toe te passen. In de stoomgenerator draagt het gesmolten zout zijn warmte over aan de stoom, die een temperatuur heeft van 540 Celsius. De stoom drijft de turbine aan.

Global First Power (GFP) is de gezamenlijke dochteronderneming van Ontario Power Generation (OPG, het vroegere Ontario Hydro) en Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC). GFP is het bedrijf, dat de Micro Modulair Reactor (MMR) gaat leveren en bouwen. De ontwikkeling van deze reactor deed USNC.  De MMR is vanwege zijn geringe omvang en zijn lange bedrijfsperiode van 20 jaar geschikt voor ‘micro grid’ (industriële) locaties. De reactor is ondergronds geplaatst, wat zijn kwetsbaarheid verkleint voor een terroristische aanslag. De installatie is geheel opgebouwd uit eenvoudig transporteerbare en monteerbare modulen, die als Legostenen in elkaar passen. De  bouwtijd is kort, mede vanwege de fabrieksmatige productie van de modulen. Na een bedrijfsperiode van 20 jaar is de reactorkern uitgeput en aan vervanging toe. Na die 20 jaar is het nodig om de reactorkern te wisselen. Hij heeft dan een hoeveelheid energie geproduceerd, die 5000 mensen gedurende die 20 jaar gebruiken. Dat komt overeen met 200 miljoen liter dieselolie. De hoeveelheid radioactief afval bedraagt dan twee kubieke meter.

Stand van de ontwikkeling

De eerste MMR komt in Chalk River op het terrein van het Canadese kernenergieonderzoekcentrum Canada Nuclear Laboratories (CNL). Dat is niet ver van de hoofdstad Ottawa. Het onderzoekcentrum is eigendom van Atomic Energy of Canada Limited (AECL), de leverancier van de Canadese zwaarwaterreactor CANDU. Bijzonder is, dat de bouw van de eerste MMR privaat is gefinancierd. De energie, die de MMR zal produceren, neemt het centrum af.

Canada is bijzonder geïnteresseerd in de ontwikkeling van dergelijke kleine kernreactoren, vanwege de energievoorziening van dorpsgemeenschappen, die ver van de bewoonde wereld vandaan wonen. Ook enkele andere landen toonden interesse voor de MMR. GFP sloot overeenkomsten af voor de eventuele toepassing van de MMR met Finland, Polen, de Verenigde Staten en Zuid-Korea.

NRG en USNC sloten in juni 2021 een samenwerkingsovereenkomst af, op grond waarvan NRG de FCM-splijtstof onder bedrijfsomstandigheden gaat testen in de Hoge Flux Reactor (HFR). USNC heeft de eerste twee fasen van de vergunningsverlening voor de bouw van de MMR met succes doorlopen. De derde en laatste fase, waar een milieueffectrapportage deel van uitmaakt, is in voorbereiding. De verwachting is dat de eerste MMR in 2027 in bedrijf komt.