Modulaire opschaling: bouwen met fabrieksklare bouwblokken in plaats van maatwerk
Modulaire opschaling is een bouwstrategie waarbij je een grote capaciteit niet realiseert door één reusachtige, op maat gemaakte installatie neer te zetten, maar door veel kleinere, identieke eenheden — modules — achter elkaar in een fabriek te produceren en ze vervolgens samen te voegen tot het gewenste vermogen. Denk aan Lego: in plaats van één uniek gebeeldhouwd bouwwerk te maken, klik je een groter geheel in elkaar uit standaardblokjes die stuk voor stuk al getest en goedgekeurd zijn. Wil je meer capaciteit, dan voeg je gewoon meer blokjes toe.
De term duikt in de techniekjournalistiek het vaakst op rond kernenergie, waar hij verwijst naar kleine modulaire reactoren, in het Engels Small Modular Reactors of SMR's. In plaats van één centrale kerncentrale te bouwen met een vermogen van 1000 tot 1600 megawatt (MW, een eenheid van vermogen; 1 MW kan grofweg duizend huishoudens van stroom voorzien), ontwerpen bedrijven reactoren van 50 tot 300 MW die grotendeels in een fabriek worden gebouwd en per vrachtwagen, trein of schip naar de bouwplaats gaan. Eén zo'n module is te klein voor een groot elektriciteitsnet, maar zet er twee, vier of tien naast elkaar en je krijgt alsnog de capaciteit van een traditionele centrale — vandaar 'modulaire opschaling'.
Wat is het precies?
Het uitgangspunt is simpel: standaardisatie verslaat maatwerk. Een traditionele kerncentrale wordt grotendeels op de bouwplaats zelf gegoten en gelast, met dikke betonnen koepels en kilometers aan leidingwerk die per project opnieuw worden ontworpen. Dat maakt elk project uniek, duur en gevoelig voor vertraging: iedere afwijking van de tekening moet apart worden goedgekeurd door toezichthouders.
Bij modulaire opschaling wordt het grootste deel van de reactor — het reactorvat, de warmtewisselaars, de besturingssystemen — in een fabriekshal geproduceerd, onder gecontroleerde omstandigheden en met dezelfde mallen voor elk exemplaar. Pas op de bouwplaats worden de modules met elkaar verbonden en aangesloten op het net. Dat heeft drie technische gevolgen. Ten eerste kun je kwaliteitscontrole toepassen zoals in de auto-industrie, met herhaling die fouten sneller aan het licht brengt. Ten tweede kan één ontwerp meerdere keren door dezelfde toezichthouder worden goedgekeurd, in plaats van dat elk project een compleet nieuw vergunningstraject doorloopt. Ten derde kun je de opschaling uitstellen: begin met twee modules en voeg er later meer toe zodra de vraag naar stroom groeit, in plaats van vooraf te moeten gokken op de eindcapaciteit.
Veel SMR-ontwerpen combineren dit met vereenvoudigde veiligheidssystemen die op natuurkundige principes leunen — zoals zwaartekracht en natuurlijke convectie voor koeling — in plaats van op actieve pompen die kunnen uitvallen. Dat is geen verplicht onderdeel van 'modulair' zijn, maar de meeste ontwerpers combineren de twee ideeën, omdat een kleinere reactorkern nu eenmaal makkelijker passief te koelen is.
Wat wil men ermee bereiken?
De belangrijkste belofte is kostenbeheersing. Grote kerncentrales lopen wereldwijd berucht vaak jaren uit en worden vaak twee tot drie keer duurder dan begroot, deels omdat elk project weer bij nul begint. Door fabrieksmatig te produceren, hopen ontwikkelaars de 'leercurve' te benutten: net zoals een fabriek goedkoper per stuk produceert naarmate er meer eenheden van hetzelfde model gemaakt worden, moet de tiende SMR goedkoper zijn dan de eerste.
Een tweede doel is flexibiliteit voor het elektriciteitsnet. Elektriciteitsnetten met veel zon en wind hebben behoefte aan opwekking die kan meebewegen met vraag en aanbod, en aan kleinere, verspreide eenheden die dichter bij industriële afnemers kunnen staan — bijvoorbeeld naast een fabriek die veel proceswarmte nodig heeft, of op een plek waar geen ruimte is voor een centrale van een gigawatt.
Ten derde speelt financiering mee. Een reactor van tien miljard euro is voor de meeste investeerders en nutsbedrijven een enorm en langlopend risico. Een module van enkele honderden miljoenen euro's is behapbaarder, en een project kan gefaseerd worden gefinancierd: eerst één module bouwen, de opbrengsten daarvan gebruiken om de volgende te financieren.
Het is belangrijk deze doelen als beloften te zien, niet als bewezen resultaat. Of de kostenvoordelen van fabrieksmatige productie in de praktijk opwegen tegen het feit dat kleinere reactoren nu eenmaal minder vermogen per geïnvesteerde euro leveren, moet nog grotendeels blijken.
Voorbeelden uit de praktijk
Het meest concrete, al langer draaiende voorbeeld is de Akademik Lomonosov, een drijvend kerncentrale-platform van de Russische staatsonderneming Rosatom met twee reactoren van 35 MW elk. Het schip ligt sinds 2020 aangemeerd bij de stad Pevek in het uiterste noordoosten van Rusland en levert stroom en warmte aan de lokale gemeenschap en mijnbouwindustrie. Het is technisch geen 'opschaling' met veel modules, maar toont wel het principe van een compleet in een werf gebouwde, verplaatsbare reactor.
In China bouwde de staatsonderneming CNNC de HTR-PM, een hogetemperatuur-gasgekoelde demonstratiereactor bij Shidaowan in de provincie Shandong, die in 2021 op het net werd aangesloten en enkele jaren later commercieel in bedrijf ging. Hetzelfde bedrijf werkt aan Linglong One (ook wel ACP100 genoemd), een drukwaterreactor van ongeveer 125 MW op het eiland Hainan, waarvan de bouw in 2021 begon en die geldt als een van de eerste commerciële landgebonden SMR-projecten ter wereld.
In de Verenigde Staten kreeg het ontwerp van NuScale Power in 2023 als eerste SMR een ontwerpcertificering van de Amerikaanse toezichthouder NRC — een belangrijke mijlpaal, al werd het bijbehorende bouwproject van energiecoöperatie UAMPS in Idaho later dat jaar alsnog geschrapt vanwege sterk gestegen kostenramingen. Ook TerraPower, medeopgericht door Bill Gates, is bezig met de bouw van niet-nucleaire onderdelen van zijn Natrium-reactor bij Kemmerer, Wyoming, terwijl de vergunning voor het nucleaire deel nog loopt. En X-energy werkt samen met chemieconcern Dow aan een Xe-100-project bij een fabriek in Seadrift, Texas, met steun van het Amerikaanse ministerie van Energie.
Hoe ver is de techniek?
De onderliggende kernfysica van SMR's is niet nieuw: kleine reactoren draaien al decennia in onderzeeërs en op onderzoeksreactoren. Het nieuwe zit in het idee om ze fabrieksmatig en in series te bouwen voor commerciële stroomlevering, en dát staat nog grotendeels in de kinderschoenen.
Wereldwijd zijn op dit moment maar een handvol SMR's daadwerkelijk in bedrijf, vooral in Rusland en China, en geen daarvan draait al in de seriematige, sterk kostenbesparende productiewijze die de belofte van modulaire opschaling waarmaakt — daarvoor zijn simpelweg nog te weinig exemplaren van hetzelfde ontwerp gebouwd. In de Verenigde Staten en het Verenigd Koninkrijk zijn diverse ontwerpen in de vergunningsfase of aan het begin van de bouw, maar het aantal projecten dat is geannuleerd of vertraagd — zoals het NuScale/UAMPS-project — laat zien dat de weg van ontwerp naar werkende, betaalbare centrale langer en hobbeliger is gebleken dan aanvankelijk gehoopt.
De belangrijkste obstakels zijn niet zozeer technisch als wel economisch en regulatoir: vergunningstrajecten zijn nog altijd grotendeels ontworpen voor grote, unieke centrales, toeleveringsketens voor nucleaire componenten zijn klein en duur zolang er geen seriematige vraag is, en de 'leercurve' die kosten omlaag moet brengen kan pas ontstaan als er daadwerkelijk tientallen identieke modules worden gebouwd — een schaal die nog nergens buiten Rusland en China is bereikt. Onafhankelijke analisten, onder meer van het Internationaal Atoomenergie Agentschap (IAEA) en de OESO-Kernenergie-Agentschap (NEA), wijzen er bovendien op dat de kostenvoordelen van modulariteit deels theoretisch blijven zolang er geen grote series zijn gebouwd; de daadwerkelijke kosten per megawatt van de eerste-generatie SMR's liggen tot dusver niet lager dan die van traditionele centrales.
Wie werken eraan?
In de Verenigde Staten zijn NuScale Power, TerraPower, X-energy, GE Hitachi Nuclear Energy (met het BWRX-300-ontwerp) en Westinghouse de bekendste ontwikkelaars, vaak met financiële steun van het Amerikaanse ministerie van Energie via het Advanced Reactor Demonstration Program. In het Verenigd Koninkrijk ontwikkelt Rolls-Royce SMR een eigen ontwerp, met steun van de Britse overheid en het staatsprogramma Great British Nuclear/Great British Energy – Nuclear. Frankrijk werkt via staatsbedrijf EDF aan het Nuward-ontwerp.
China is met staatsbedrijven CNNC en CGN een van de landen die het verst zijn met daadwerkelijk gebouwde en operationele installaties, evenals Rusland via Rosatom. Canada is actief via elektriciteitsbedrijf Ontario Power Generation, dat een BWRX-300 van GE Hitachi bouwt op het bestaande centraleterrein Darlington. Argentinië ontwikkelt met onderzoeksinstelling CNEA al langere tijd de eigen CAREM-reactor, en Zuid-Korea werkt via onderzoeksinstituut KAERI aan het SMART-ontwerp. Op internationaal niveau coördineert het IAEA kennisuitwisseling en veiligheidsstandaarden tussen al deze landen.