SMR's voor flexibiliteit

Small modular reactors (SMR’s) worden steeds vaker genoemd als oplossing voor het vastgelopen stroomnet en de toenemende vraag naar schone energie. De relatief kleine kerncentrales stoten geen CO2 uit, kunnen zowel stroom als proceswarmte leveren, en zijn flexibel en lokaal in te zetten.Op het bureau van Dirk Rabelink, directeur en medeoprichter van het bedrijf ULC-energy, staan twee bouwwerken van Lego. Het ene is een model van de Kerncentrale Borssele, die al sinds 1973 in bedrijf is, het andere een model van een nog niet bestaande SMR (small modular reactor) van het Engelse bedrijf Rolls-Royce, bekend van de vliegtuigmotoren en de auto’s die het eerder maakte. De Lego-constructies zijn vrijwel even groot. ‘En ze zijn op dezelfde schaal’, zegt Rabelink. Het verschil tussen de centrale uit Borssele en die van Rolls-Royce (tegenwoordig Rolls Royce SMR) zit dan ook niet in de S van small, maar in de M van modulair.‘Mensen denken bij een SMR vaak aan een kleine centrale, passend op een voetbalveld. Maar er zijn verschillende soorten’, zegt Rabelink. SMR’s leveren per definitie een elektrisch vermogen van maximaal vijfhonderd megawatt. Borssele levert netto 485 megawatt aan elektrisch vermogen, de centrale die Rolls-Royce SMR ontwikkelt 470 megawatt. Ter vergelijking: de eerste drijvende kerncentrale Akademik Lomonosov, die sinds 2019 stroom levert aan Tsjoekotka in het uiterste noordoosten van Rusland, levert zeventig megawatt. De vier nieuwe, grote kerncentrales die de overheid in Nederland wil gaan bouwen, krijgen elk een elektrisch vermogen van duizend tot 1600 megawatt.Het vernieuwende van de centrale van Rolls-Royce SMR zit in de modulaire opzet. Het idee is dat alle onderdelen in fabrieken worden gemaakt en de SMR op locatie in elkaar wordt gezet, zoals dat ook bij een prefab woning gebeurt. Voor het bouwen van een hele serie centrales is dat de goedkoopste manier – en dat is precies wat Rolls-Royce SMR van plan is. ULC-energy wil een aantal van deze centrales in Nederland plaatsen.De voordelen van kernenergie zijn de geringe CO2-uitstoot, de beperkte ruimte die ervoor nodig is in vergelijking met zonne- of windenergie en de constante levering. Het voordeel van relatief kleine centrales is dat ze lokaal kunnen worden ingezet, zonder het elektriciteitsnet verder te belasten. Bij ULC-energy staan LEGO-modellen van de kerncentrale Borssele (rechts) en een toekomstige Rolls-Royce SMR, beide op dezelfde schaal. Foto: De Ingenieur Bewezen of nieuw‘SMR is inderdaad een containerbegrip, waar veel soorten kerncentrales onder vallen’, zegt Marieke van Gemert, manager nieuwbouw bij de nucleaire onderzoeks- en adviesgroep NRG PALLAS, via een piepklein schermpje op mijn telefoon – juist vandaag is de stroom uitgevallen. Grofweg zijn ze in te delen in SMR’s gebaseerd op bestaande techniek, waaronder die van Rolls-Royce SMR valt, en SMR's gebaseerd op nieuwe, geavanceerde techniek (zie kader Technieken). Van Gemert: ‘Zo noemt men dat, al is de bestaande techniek ook behoorlijk geavanceerd.’ SMR’s gebaseerd op nieuwe technologie kunnen zelfs zo klein zijn dat ze in een zeecontainer passen.We spreken elkaar op 22 april, de dag dat werd bekendgemaakt dat het stroomnet in de regio Utrecht vol zit en op slot gaat: vanaf 1 juli komen alle nieuwe aanvragen voor een aansluiting op een wachtlijst terecht, omdat er anders tijdens piekuren netcongestieproblemen optreden. ‘Heel toepasselijk’, zegt Van Gemert. ‘Want dat is precies het probleem waarvoor SMR’s een deel van de oplossing bieden.’SMR’s kunnen lokaal kunnen worden ingezet, is daarbij de gedachte. Door ze niet aan het landelijke elektriciteitsnet te koppelen, kunnen ze datacenters, grote industrieën en bedrijventerreinen van stroom voorzien zonder het landelijke stroomnet verder te belasten. Ze leveren de stroom of warmte dan rechtstreeks of via een lokaal net dat onafhankelijk van het landelijke netwerk functioneert. ‘Of je koppelt ze wél aan het landelijke net en spreekt af dat ze alleen stroom leveren als daarvan veel nodig is en weinig beschikbaar uit wind en zon’, zegt Rabelink. Schone energieclustersRabelink werkte een groot deel van zijn loopbaan aan de commerciële kant van de energiesector. Hij was vanuit Singapore voor het Nederlands/Australische bedrijf BHP Billiton verantwoordelijk voor de wereldwijde verkoop van nucleaire brandstoffen (vooral uranium) aan kerncentrales, belandde na de Fukushima-aardbeving, toen het sentiment ten opzichte van kernenergie veranderde, in de commerciële verkoop van olie en gas in Texas, en werkte in Nederland voor een bedrijf dat bijmeng-biobrandstof maakt uit afvalvetten.In 2022 richtte hij met een collega ULC-energy op. Rabelink: ‘We zagen bij projectontwikkelaars een gebrek aan bereidheid om nucleaire energie in hun energiemix op te nemen. Daarom doen wij dat nu.’ ULC-energy ontwikkelt clean energy clusters: energiehubs voorzien van een SMR, op locaties waar de energie direct wordt geconsumeerd. Rabelink: ‘Dan maak je geen gebruik van het publieke netwerk en hoeft dat ook niet te worden uitgebouwd.’Een van de eisen die de oprichters van ULC-energy aan hun SMR’s stellen, is dat deze gegarandeerd 90 tot 95 procent van de tijd energie leveren. ‘Daarom hebben we een technologie gekozen die zichzelf al heeft bewezen’, zegt Rabelink, ‘en waarvan de kosten bekend zijn en de infrastructuur al op orde is.’ Het gaat daarbij onder meer om de toeleveringsketen, de brandstof, de eisen van vergunningverleners en de betrouwbaarheid. Rabelink: ‘Dan kom je al snel uit bij een klassieke lichtwaterreactor, vergelijkbaar met die van Borssele. Maar als nieuwe technologieën zichzelf hebben bewezen, staan we ook daarvoor open.’Stroom en warmteEen bijkomend voordeel van een SMR dicht bij een grote industrie is dat deze niet alleen stroom kan leveren, maar ook warmte. Bij het splijten van atoomkernen van uranium in het reactorvat komt de energie namelijk vrij in de vorm van hitte, waarmee water wordt omgezet in stoom. Die stoom kan worden gebruikt om een turbine aan te drijven en elektriciteit op te wekken, maar ook rechtstreeks in het industriële proces worden ingezet. ‘Dat is een uitkomst voor bedrijven die veel proceswarmte nodig hebben’, zegt Van Gemert.‘De SMR van Rolls-Royce SMR heeft de inherente flexibiliteit om tot vierhonderd megawatt van zijn vermogen thermisch in de vorm van stoom te leveren’, zegt Rabelink. ‘Dat is bijna een kwestie van gewoon een knop omzetten.’ Vooral industriële sectoren zoals de papier- en voedingsindustrie kunnen dat goed gebruiken. Rabelink: ‘Anders moeten ze gas stoken om die stoom te maken.’Bij andere industrieën, zoals Chemelot in Zuid-Limburg, heeft een SMR vooral nut voor de levering van elektriciteit. Van Gemert: ‘Als ze daar CO2-vrije energie willen gebruiken, is het alternatief stroom uit een windpark in de Noordzee. En daarvoor moet wél flink worden geïnvesteerd in het net.’Het idee om een energiebron naast de gebruiker neer te zetten is niet nieuw, benadrukt Rabelink. ‘Dat deed men vroeger ook al. De steenkool zat in Limburg, de industrie werd ernaast gebouwd. Pas toen de kolenmijnen dichtgingen, ging men energie naar die industrie toe brengen.’De werking van een kernreactor met zogeheten ‘bewezen technologie’. DepositphotosTechniekenBewezen technologieSMR’s met bewezen technologie gebruiken hetzelfde principe om stoom of stroom op te wekken als een klassieke kerncentrale. De kernen van zware atomen, meestal uranium, worden beschoten met neutronen waardoor ze splijten. Daarbij komt thermische energie vrij en schieten er nieuwe neutronen weg. Die raken weer andere atoomkernen: er ontstaat een kettingreactie. Dit proces vindt plaats in water, dat hierdoor snel opwarmt. Dankzij een regelvat dat de druk hooghoudt, gaat het niet koken. Het water geeft zijn warmte af in een warmtewisselaar, aan water in de ‘secundaire kring’. Dat water wordt stoom, die ofwel meteen wordt gebruikt, ofwel een turbine aandrijft die elektriciteit produceert, en daarna verder wordt afgekoeld.De brandstof (splijtstof) bevindt zich in de reactor in de vorm van staven. Ertussen zitten regelstaven, van een materiaal dat neutronen opneemt. Daarmee kan de kettingreactie worden vertraagd of stilgelegd. HogetemperatuurreactorBij een hogetemperatuurreactor (HTR) gebruikt men pyrolytisch grafiet als neutronenmoderator en als koelmiddel een inert (zeer stabiel) gas, zoals helium, stikstofgas of kooldioxide. De temperatuur in de reactor kan oplopen tot 1000 graden Celsius.De gebruikte splijtstof bestaat uit TRISO (TRI-structurele ISOtrope) deeltjes en heeft de vorm van bollen in plaats van staven. De deeltjes zelf bestaan uit een kern van uranium, koolstof en zuurstof, omhuld door drie lagen koolstof en keramische materialen die voorkomen dat er radioactieve splijtingsproducten vrijkomen. Een TRISO-deeltje is ongeveer zo groot als een maanzaadje en fungeert als een minuscuul drukvat. Het uiteindelijke splijtstofelement is een grafieten bol ter grootte van een biljartbal, waarin duizenden van die deeltjes zijn geperst. Grafiet zorgt dat de kettingreactie in de TRISO-deeltjes nooit uit de hand kan lopen.Testen in de Hoge Flux Reactor van nucleair onderzoeksinstituut NRG PALLAS in Petten hebben aangetoond dat een reactor met TRISO-brandstof bestand is tegen extreme omstandigheden. De reactor reguleert zichzelf en blijft stabiel. Bij een storing schakelt het systeem automatisch uit en koelt de reactor af. De deeltjes smelten niet en zijn bestand tegen veel hogere temperaturen dan waar de huidige kernbrandstoffen tegen kunnen. Gesmolten zoutDe gesmoltenzoutreactor geldt als veelbelovende techniek. In Nederland werkt het bedrijf Thorizon hieraan. De reactor die Thorizon maakt, kan draaien op verschillende brandstoffen, waaronder thorium en kernafval. De splijtstof is gemengd met vloeibaar zout, dat temperaturen kan bereiken tussen de 450 en 750 graden Celsius. Dit zout is het materiaal dat de warmte van de kernreactie overdraagt op water. Dat verandert dan in stoom, voor elektriciteit of proceswarmte.Gesmoltenzoutreactoren kunnen niet oververhit raken. Het vloeibare zout is tegelijkertijd koelmiddel: als de temperatuur toeneemt, zet het zout uit en neemt de splijtingssnelheid sterk af. Het systeem draait op lage druk en omdat temperatuurescalatie wordt voorkomen, blijft dat zo onder alle omstandigheden. Er zijn daarom geen actieve veiligheidssystemen nodig.Gesmoltenzoutreactoren hebben een grote flexibiliteit in brandstof. Thorizon werkt samen met het bedrijf Orano, dat de langlevende elementen uit kernafval kan omzetten in een splijtstof in de vorm van zout. Daarmee kan Thorizon energie opwekken, waarna kortlevend nucleair afval overblijft. Het kernafval dat Orano nodig heeft is in ruime mate beschikbaar, daarom zet Thorizon voorlopig alleen hierop in.Eén van de uitdagingen bij de gesmoltenzoutreactor is het vinden van een geschikt materiaal voor het reactorvat. Zout veroorzaakt corrosie, dat het materiaal aantast.LangzaamNiet iedereen is enthousiast over SMR’s. Het duurt te lang voor ze er zijn – want zowel tegen klimaatverandering als tegen netcongestie is nú actie vereist, een van de veel gehoorde bezwaren. Daarbij zijn de kosten per megawatt significant hoger dan voor grotere kerncentrales en met het verspreiden van kerncentrales over meerdere locaties worden ook de problemen met de veiligheid en het nucleaire afval verspreid. Dat het nog even duurt voor de eerste SMR’s in Nederland zullen verschijnen, klopt inderdaad. Rabelink denkt dat ULC-energy de eerste SMR van Rolls-Royce SMR in Nederland over tien jaar kan aansluiten. ‘Sneller een commerciële SMR in Nederland realiseren, lijkt me niet mogelijk.’ In andere landen, zoals China en Rusland, bestaan al SMR’s gebaseerd op bestaande techniek, en in Ontario in Canada worden er een paar gebouwd. Ook in het Verenigd Koninkrijk en Tsjechië is men iets verder dan Nederland: daar zijn al contracten met Rolls-Royce SMR getekend.Bij de bedrijven zijn het vooral de tech-reuzen die in SMR-technologie investeren. Zo heeft Google een overeenkomst met kernenergiebedrijf Kairos Power, dat gebruik wil maken van TRISO-brandstof (zie kader Technieken). Van Gemert: ‘En ook in Nederland kijken bedrijven hoe ze kunnen verduurzamen of onafhankelijker kunnen worden van het stroomnet.’ Zo hoopt scheepsbouwer AllSeas over vijf jaar zijn eerste schepen van een SMR te voorzien, van 25 megawatt elektrisch, ook met TRISO-technologie.En ja, dat kost tijd, zegt Van Gemert. ‘Maar dat geldt voor andere oplossingen ook. De verzwaringen van het stroomnet waar de netbeheerders aan werken, zijn ook niet vandaag of morgen klaar.’ De problemen van nu zullen bovendien nog wel even aanhouden, denkt ze. ‘De hele industrie moet nog verduurzamen, dus de energievraag gaat substantieel toenemen de komende jaren. Ik geloof in een langetermijnvisie en daarin kunnen SMR’s zeker een rol spelen.’Een microreactor als aanhanger achter een Tesla? Onzin, veel te zwaar, zegt Rabelink. Beeld: Hadron Energy GeldOok het argument dat SMR’s duurder zijn dan grote kerncentrales snijdt hout, zegt Rabelink. ‘Dat werkt volgens het principe economics of scale, dat bij nucleaire technologieën zeker opgaat. De radioactieve straling warmt water op in een vat. Naarmate zo’n vat groter is, wordt er meer energie opgewekt en wordt die per megawattuur goedkoper. Je verliest gigantisch veel potentie als je het vat kleiner maakt.’In november ging er op internet een plaatje rond van een microreactor als aanhangwagen van een Tesla-cybertruck. ‘Onzin’, zegt Rabelink, ‘want zo’n container is veel te zwaar voor zo’n truck. Maar bovendien zien we dat elk bedrijf dat zo’n container gaat optimaliseren, het ontwerp eerst groter maakt.’ Dat merkte ook de Noord-Hollandse gemeente Opmeer, op zoek naar een partij die een micro-SMR kon leveren met een elektrisch vermogen van hooguit twintig megawatt. Dat leek even te lukken, met de zogeheten eVinci van het bedrijf Westinghouse, maar uiteindelijk bleek die toch te duur. Rabelink: ‘Westinghouse heeft zelfs besloten helemaal met deze reactor te stoppen voor civiele doeleinden, omdat de kosten disproportioneel zijn en de eVinci niet commercieel te verkopen valt.’ Nu richt het bedrijf zich ermee op specifieke doelgroepen, zoals defensie.Met SMR’s van vijfhonderd megawatt elektrisch is de optimale grootte bereikt, zegt Rabelink. ‘Die zijn ook goedkoper dan de grotere kerncentrales, als je de complexiteit, uitvoerbaarheid en logistiek meeneemt in je overwegingen.’ Wat daarbij meespeelt, is hoe groot de onderdelen nog kunnen zijn om ze efficiënt fabrieksmatig te maken en naar de bouwlocatie te transporteren.Kernenergie in NederlandNa een lange periode waarin de Nederlandse overheid van kernenergie af wilde, is het tij enkele jaren geleden gekeerd. Het huidige kabinet wil de bestaande kerncentrale in Borssele langer openhouden en vier nieuwe kerncentrales in Nederland bouwen, met elk een capaciteit van 1000 tot 1500 megawatt.Ook kleine kernreactoren kunnen een belangrijke rol vervullen in het toekomstig energiesysteem van Nederland, concludeerden kennisinstituut TNO en NRG PALLAS eind 2024 uit een analyse van het Nederlandse energiesysteem. Afhankelijk van de toekomstige industriële activiteit in Nederland zal er volgens dit onderzoek in 2050 ruimte zijn voor twee tot dertien SMR’s met elk een elektrisch vermogen van 150 megawatt.Een energiesysteem zonder nieuwe kerncentrales is 1 tot 2,5 procent duurder dan met nieuwe kerncentrales, concludeerde TNO al eerder. Weliswaar zijn kerncentrales duurder dan windturbines en zonnepanelen, maar de flexibiliteitsopties die nodig zijn om de perioden dat deze geen energie leveren door te komen, zoals energieopslag, hebben relatief hoge kosten. Andere bronnenKernenergie is duurder dan energie uit zon of wind. Onderzoeksinstituut Fraunhofer concludeert in een rapport over levelized cost of electricity (LCEO, dat zijn de totale kosten over de gehele levensduur van de centrale) dat zonne-energie per kilowattuur tussen 6 en 22 eurocent kost, windenergie tussen 4,3 en 10,3 eurocent, en kernenergie uitkomt tussen 13,6 en 49 eurocent.Maar de modulaire bouw maakt de SMR veel goedkoper dan niet-modulaire exemplaren, zegt Rabelink, omdat de onderdelen gestandaardiseerd zijn en als het ware van de lopende band komen rollen. ‘En het feit dat SMR’s lokaal kunnen worden ingezet en er dus geen netverzwaring voor nodig is, zou ook in de kosten moeten worden meegerekend.’ Het rapport FIEN, (Financiële impact van het energiebeleid voor netbeheerders), dat in maart 2026 uitkwam, meldt dat de totale investeringsopgave voor die netverzwaring over 2026-2040 zal uitkomen op 269 miljard euro – er vanuit gaand dat het nieuwe kabinet tien gigawatt meer windenergie gaat ontwikkelen dan het vorige kabinet van plan was.Over veiligheid maken zowel Rabelink als van Gemert zich geen zorgen. Van Gemert: ‘Er zijn zeer strenge veiligheidseisen, dat is volkomen terecht, en die voldoen. Daar moet iedereen zich aan houden, ook bij kleinere centrales.’ Rabelink: ‘Ik heb veel energiebranches van binnenuit gezien, en ik durf te stellen dat geen enkele energiebranche zó professioneel, geavanceerd en verantwoordelijk werkt als de kernenergiebranche.’Andere meningenOlof van der Gaag, directeur van de Nederlandse Verenging Duurzame Energie (NVDE), laat weten dat de NVDE zich niet specifiek met SMR’s bezighoudt. ‘Maar in zijn algemeenheid is het goed om niet alleen centraal, maar juist ook decentraal naar het energiesysteem te kijken. Met lokale opwek kun je lokale vraagcongestie tegengaan. Het voordeel van SMR’s is daarbij dat je ze kan neerzetten waar ze toegevoegde waarde hebben, bijvoorbeeld bij industriecluster Chemelot.’Kernfysicus Nasser Kalantar, hoogleraar aan het Energy and Sustainability Research Institute van de Rijksuniversiteit Groningen, ziet kernenergie als noodzakelijke toevoeging aan de mix om de doelen van de energietransitie te halen. ‘SMR’s zijn een belangrijke component in de nieuwe systemen, vanwege het relatieve gemak waarmee ze kunnen worden gemaakt en de mogelijke plaatsing in de buurt van grote gebruikers’, zei hij eerder tegen De Ingenieur – en hij geeft aan niet van mening te zijn veranderd. ‘De voorspelling is dat de kosten lager uitkomen.’De veiligheid en het afvalprobleem ziet Kalantar niet als onoverkomelijke uitdagingen. ‘De regelgeving voor grote kerncentrales is streng, dat zal voor SMR’s niet anders zijn’, zegt hij. ‘Natuurlijk moet de veiligheid van elke installatie goed worden gecontroleerd, maar dat geldt ook voor andere grote apparatuur. En we hebben het geluk dat Nederland al een goede infrastructuur voor kernenergie heeft, omdat we al een kernreactor en andere kerngerelateerde activiteiten hebben.’ Denk daarbij aan reactoren, een verrijkingsfabriek (Urenco) en een opslagmogelijkheid (COVRA), maar ook aan toezichthouders en het onderzoeks- en adviesinstituut NRG.EnergiezekerheidDe grootste uitdaging die Rabelink ziet voor het installeren van SMR’s in Nederland, is niet technisch van aard. ‘Kernenergie gaat gepaard met emotie, dat kan ik met een technisch-economisch verhaal niet oplossen. Het is vooral aan de huidige geopolitieke ontwikkeling te danken dat de opinie aan het draaien is. Mensen willen schone energie, maar ook energiezekerheid. Wij denken dat SMR’s daarbij kunnen helpen, niet in plaats van zon en wind, maar als onderdeel van de mix. Want we hebben gewoon heel veel stroom nodig.’ Openingsbeeld: Artist impression van een SMR van Rolls-Royce SMR. Op de voorgrond een Topsoe Solid Oxide Electrolyser Plant, bestaande uit elek trolyseercellen om waterstof te maken. Beeld: Rolls-Royce SMR

SMR's voor flexibiliteit

Dit artikel lezen?

Meer artikelen