Generatie III+ reactor: de nieuwste generatie kernreactoren uitgelegd
Een generatie III+ reactor is een moderne kerncentrale die is ontworpen om veiliger, efficiënter en langer mee te gaan dan de kerncentrales die sinds de jaren zeventig het gros van de wereldwijde kernenergieproductie leveren. Het '+'-teken geeft aan dat het gaat om een verbeterde versie van eerdere 'generatie III'-ontwerpen uit de jaren negentig, met extra nadruk op veiligheidssystemen die blijven werken zonder dat er stroom of een operator aan te pas komt.
Vergelijk het met de overstap van een auto uit de jaren tachtig naar een moderne auto met automatische noodremsystemen. Beide rijden op benzine en hebben een motor, maar de nieuwe auto grijpt zelfstandig in bij gevaar, zonder dat de bestuurder iets hoeft te doen. Zo ook bij een generatie III+ reactor: als de stroom uitvalt, zorgen zwaartekracht en natuurlijke luchtstroming er automatisch voor dat de reactorkern blijft koelen, in plaats van dat pompen en generatoren dit actief moeten doen zoals bij oudere centrales.
Wat is het precies?
Kernreactoren worden ingedeeld in generaties, een classificatie die vooral wordt gebruikt om de technologische ontwikkeling te duiden. Generatie I waren de vroege prototypes uit de jaren vijftig en zestig. Generatie II vormt het grootste deel van de huidige wereldwijde reactorvloot: centrales gebouwd tussen ongeveer 1970 en 1995, zoals de meeste Franse en Amerikaanse kerncentrales. Generatie III bracht in de jaren negentig verbeteringen op het gebied van veiligheid en efficiëntie, en generatie III+ is de verder doorontwikkelde versie daarvan die sinds ongeveer 2010 daadwerkelijk wordt gebouwd.
Het belangrijkste technische kenmerk van generatie III+ is passieve veiligheid. Bij oudere reactoren moeten actieve systemen, zoals elektrische pompen, ervoor zorgen dat de reactorkern gekoeld blijft, ook als de reactor is uitgeschakeld. Valt de stroom uit, dan is een centrale afhankelijk van noodgeneratoren. Bij generatie III+ reactoren is dit anders ingericht: watertanks boven de reactor zorgen er bij een storing door de zwaartekracht vanzelf voor dat koelwater naar de kern stroomt, zonder dat er pompen of externe stroom nodig zijn. Dit principe speelde een cruciale rol bij de ramp in Fukushima in 2011, waar juist het wegvallen van stroom voor de koelpompen tot een kernsmelting leidde.
Een tweede kenmerk is de zogeheten core catcher of kernvanger: een speciaal gevormde plaat onder de reactorvloer die gesmolten kernmateriaal zou opvangen en verspreiden in het onwaarschijnlijke geval van een kernsmelting, zodat het de betonnen vloer niet kan doorbranden. Verder hebben deze reactoren vaak een dubbele containment, ofwel twee betonnen schillen rond de reactor, waarvan de buitenste bestand is tegen extreme gebeurtenissen zoals het inslaan van een vliegtuig.
Ten slotte zijn generatie III+ reactoren ontworpen voor een langere levensduur, doorgaans 60 jaar in plaats van de 40 jaar van oudere centrales, en gebruiken ze brandstof efficiënter. Dat laatste betekent dat de splijtstof langer meegaat voordat die vervangen moet worden, wat resulteert in minder splijtstofwisselingen en minder radioactief afval per opgewekte hoeveelheid energie.
Wat wil men ermee bereiken?
De ontwikkeling van generatie III+ reactoren komt voort uit twee doelen die na de kernrampen in Tsjernobyl (1986) en Fukushima (2011) steeds belangrijker werden: veiligheid vergroten en het maatschappelijk draagvlak voor kernenergie herstellen. Door zwaartekracht en natuurkundige principes te gebruiken in plaats van mechanische systemen die kunnen falen, moet de kans op een ernstig ongeval sterk verkleind worden.
Daarnaast spelen economische overwegingen mee. Een langere levensduur en hogere efficiëntie moeten de kosten per opgewekte kilowattuur over de gehele levensduur van de centrale verlagen, ook al zijn de bouwkosten vooraf vaak hoger dan bij oudere ontwerpen. Tot slot past de ontwikkeling in de bredere zoektocht naar CO2-arme energiebronnen: kernenergie stoot tijdens de elektriciteitsproductie nauwelijks broeikasgassen uit, wat het aantrekkelijk maakt in een tijd waarin landen hun klimaatdoelen proberen te halen.
Voorbeelden uit de praktijk
Er zijn wereldwijd inmiddels meerdere generatie III+ centrales operationeel, al ging de bouw van de eerste exemplaren vaak gepaard met forse tegenslagen.
Olkiluoto 3 in Finland, een EPR-reactor (European Pressurised Reactor) van de Frans-Duitse bouwer Framatome, is wellicht het bekendste voorbeeld van hoe lastig het bouwen van een eerste-in-zijn-soort reactor kan zijn. De bouw begon in 2005 met een geplande opening in 2009, maar door technische en organisatorische problemen kwam de centrale pas in 2023 in regulier commercieel bedrijf: een vertraging van ruim veertien jaar, met kosten die uiteindelijk ver boven het oorspronkelijke budget uitkwamen.
Taishan 1 en 2 in China, eveneens EPR-reactoren, gingen sneller: Taishan 1 was in 2018 wereldwijd de eerste EPR die commercieel in bedrijf kwam, gevolgd door Taishan 2 in 2019.
Vogtle 3 en 4 in de Amerikaanse staat Georgia zijn AP1000-reactoren van het Amerikaanse bedrijf Westinghouse. Ook dit project kende jarenlange vertraging en fors hogere kosten dan begroot, maar beide eenheden kwamen uiteindelijk in bedrijf: Vogtle 3 in 2023 en Vogtle 4 in 2024. Het zijn de eerste nieuwe kernreactoren die in decennia in de Verenigde Staten zijn gebouwd.
In de Verenigde Arabische Emiraten bouwde het Zuid-Koreaanse KEPCO/KHNP de Barakah-centrale met vier APR1400-reactoren. De eerste eenheid kwam in 2021 in commercieel bedrijf, met de overige eenheden gefaseerd erna, waarmee dit project relatief soepel verliep vergeleken met de Europese en Amerikaanse projecten.
In het Verenigd Koninkrijk bouwt EDF momenteel Hinkley Point C, eveneens met EPR-reactoren. Dit project kampt opnieuw met aanzienlijke vertragingen en kostenoverschrijdingen ten opzichte van de oorspronkelijke planning, en de exacte opleverdatum is de afgelopen jaren herhaaldelijk naar achteren geschoven.
Hoe ver is de techniek?
Generatie III+ is geen toekomstmuziek meer: de techniek werkt, en er draaien wereldwijd inmiddels tientallen van deze reactoren. Tegelijkertijd laat de praktijk zien dat het bouwen van de eerste exemplaren van een nieuw ontwerp buitengewoon lastig blijkt. Olkiluoto 3, Vogtle en Hinkley Point C laten allemaal zien dat complexe, jarenlange bouwprojecten met veel gespecialiseerde onderdelen gevoelig zijn voor vertraging: van vergunningsprocedures en kwaliteitsproblemen bij toeleveranciers tot een gebrek aan ervaren personeel, omdat er in westerse landen decennialang nauwelijks nieuwe centrales zijn gebouwd.
Positief is dat latere projecten met hetzelfde ontwerp doorgaans sneller en voorspelbaarder verlopen dan de allereerste, doordat bouwers ervaring opdoen: een zogeheten leereffect. China bouwt bijvoorbeeld inmiddels meerdere Hualong One-reactoren (een eigen Chinees generatie III+ ontwerp) in een tempo en tegen kosten die dichter bij de oorspronkelijke planning liggen.
Een belangrijk aandachtspunt blijft de vraag hoe deze reactoren zich op de lange termijn houden, aangezien de oudste generatie III+ centrales nog geen tien jaar operationeel zijn, terwijl ze ontworpen zijn voor zestig jaar gebruik. Daarnaast blijft de vraag naar eindberging van radioactief afval onopgelost: generatie III+ vermindert de hoeveelheid afval per opgewekte energie-eenheid, maar lost het probleem niet volledig op.
Wie werken eraan?
De ontwikkeling en bouw van generatie III+ reactoren wordt gedomineerd door een klein aantal grote, vaak staatsgesteunde spelers. Westinghouse (Verenigde Staten, tegenwoordig in handen van onder meer Brookfield en Cameco) ontwikkelde de AP1000. Framatome, samen met het Franse staatsbedrijf EDF, bouwde de EPR. Het Russische staatsbedrijf Rosatom ontwikkelde de VVER-1200, die onder meer in Rusland zelf en Belarus in bedrijf is. In Zuid-Korea zijn KEPCO en dochterbedrijf KHNP verantwoordelijk voor de APR1400, terwijl in China de staatsbedrijven CNNC en CGN gezamenlijk de Hualong One (ook wel HPR1000 genoemd) hebben ontwikkeld.
Toezicht op de veiligheid ligt bij nationale regelgevende instanties, zoals de Nuclear Regulatory Commission (NRC) in de Verenigde Staten en de Autorité de sûreté nucléaire (ASN) in Frankrijk. Op internationaal niveau speelt het Internationaal Atoomenergieagentschap (IAEA), een organisatie van de Verenigde Naties, een coördinerende rol bij veiligheidsstandaarden en kennisuitwisseling tussen landen.