Pondělí, 1. března, 2021

Inovativní jaderné reaktory: Přichází renesance atomu?

DALŠÍ ČLÁNKY AUTORA

Malé inovativní jaderné reaktory nové generace by se měly vypořádat se všemi současnými překážkami a najít uplatnění jak v rozvinutých, tak i rozvíjejících se zemích – a ukončit protiatomovou hysterii. 

Jaderná energetika vyvolává mezi světovou veřejností kontroverze, ať už z neznalosti nebo ze strachu vyvolaného informačním šumem o nebezpečnosti jádra, případně zkušeností s rozsáhlými následky několika jaderných havárií. Lze takovým haváriím bezpečně předejít? A i kdyby byly jaderné elektrárny bezpečné, není jejich výstavba příliš drahá na to, aby se vyplatila?

Havárie jaderné elektrárny Fukušima vedla k odstavení německých jaderných elektráren a bezprecedentnímu nárůstu těžby a spalování hnědého uhlí v zemi, která se jinak považuje za lídra v oblasti zelených technologií. Proč vedla tato havárie k tak razantní, až skoro hysterické reakci? Na rozdíl od Černobylu nebyla za havárií lidská chyba, kdy byl reaktor se souhlasem komunistické vlády používán zjevně v rozporu s bezpečnostními standardy, ale přírodní katastrofa tak rozsáhlá, že překonala ochranná opatření splňující dnešní, oproti 80. letům mnohem náročnější, bezpečnostní standardy. Podpora jádra mezi veřejností citelně ochladla, přibylo odpůrců. Stavět nové jaderné elektrárny tak bude v mnoha zemích politicky velmi náročné.

Kromě bezpečnosti je u jaderných elektráren často poukazováno i na náklady. Zatímco postavená elektrárna vyrábí elektřinu velice levně, kapitálové náklady na výstavbu jsou velmi vysoké. Je to dáno zejména velmi dlouhým schvalovacím procesem výstavby i faktem, že prakticky každá jaderná elektrárna je technologický unikát. Pokud bychom chtěli postavit jadernou elektrárnu v Česku na zelené louce, jen papírování spojené s geologickými průzkumy, posouzením vlivu na životní prostředí, územní rozhodnutí a další schvalovací řízení trvají v optimistickém případě 10 let, výstavba dalších 5-7 let. To pouze v případě, že půjde vše podle plánu a bohužel zkušenosti s výstavbou jaderných elektráren ukazují, že to podle plánu nejde prakticky nikdy. Jaderné elektrárny jsou velmi výkonné a kladou i proto značné nároky na přenosovou soustavu. V současné době však již jsou uváděny na trh technologie, které tyto problémy řeší.

Havárie ve Fukušimě vyvolala zbytečnou protiatomovou hysterii.
Havárie ve Fukušimě vyvolala zbytečnou protiatomovou hysterii.

Malé inovativní jaderné reaktory nové generace by se měly vypořádat se všemi současnými překážkami a najít uplatnění jak v rozvinutých, tak i rozvíjejících se zemích. Nejmodernější verze používají k chlazení namísto vody sodík, případně směs olova a bizmutu. Účelem je posílení pasivní bezpečnosti a zjednodušení konstrukce celé elektrárny. Tlakovodní reaktory, kterých je na světě většina, využívají vodu, která musí být pod vysokým tlakem pro uchování kapalného skupenství. Tento vysoký tlak klade zvýšené nároky na konstrukci reaktoru i jeho pozdější údržbu a obsluhu. Soli a tekuté kovy jsou běžně v kapalném skupenství za běžného tlaku při provozní teplotě reaktoru.

Nejdůležitější je ovšem ona pasivní bezpečnost. Tlakovodní reaktor musí být i po zastavení štěpné reakce dochlazován cirkulující vodou a při tomto procesu je potřeba neustále dodávat elektřinu. Ve Fukušimě zemětřesení zničilo elektrické vedení a vlna tsunami vyřadila záložní dieselové agregáty, důsledkem bylo roztavení jádra reaktoru a kontaminace oblasti radioaktivními izotopy. V případě solí a olověných slitin není třeba nijak reaktor dochlazovat, teplo je odvedeno přirozenou cirkulací.

Malé reaktory by měly zpřístupnit jadernou energetiku i rozvojovým zemím, kde zpravidla nejsou rozvinuty elektrické sítě a stavba velkého zdroje by byla mimo jejich možnosti. Reaktory je navíc možné skládat do větších celků, což řeší problém aglomerací potýkajících se s rychle rostoucím počtem obyvatel, průmyslem a tudíž i nároky na spotřebu elektřiny.

Palivový cyklus malých reaktorů je výrazně delší než reaktorů klasických, většinou 7-10 let, ale rozpracovány jsou i varianty reaktorů, jež by produkovali elektřinu a teplo ze stejného jaderného paliva po desítky let. Reaktory jsou tak malé, že je lze přepravovat po železnici. Především ale snižují riziko zneužití jaderného materiálu a potřebu kvalifikovaného personálu. Reaktor je dodán zapečetěný a po ukončení palivového cyklu se reaktory jednoduše vymění, přičemž výměna paliva proběhne u výrobce. Je tak možné tyto reaktory instalovat i tam, kde by byly důvodné obavy ze zneužití jaderného programu pro vojenské účely či tam, kde se nenachází kvalifikovaná pracovní síla nezbytná k obsluze současných jaderných elektráren.

Zdá se, že se mohou tyto reaktory velice rychle rozšířit, zbořit mýty o dosavadní podobě jaderné energetiky a přinést lidstvu relativně levný a čistý zdroj energie elektrické i tepelné.

Na které reaktory se můžeme těšit?

Aktuálně byl schválen záměr společnosti Toshiba postavit reaktory typu 4S pro novou elektrárnu u města Galena na Aljašce. Náklady na instalovaný kW výkonu by u tohoto reaktoru neměly překročit 2500 dolarů, provozní náklady na kW výkonu by se měly pohybovat mezi 5-7 centy.

Na technologiích 4S staví i projekt TerraPower finančně zajištěný Billem Gatesem. Cílem projektu je reaktor s dlouhým palivovým cyklem využívající jako palivo přírodně dostupný uran U-238. Kromě Toshiby projekt spolupracuje intenzivně s jaderným výzkumem v Indii na využití thoria. Výstavba takového reaktoru je však ještě daleko.

Konkurentem Toshiby bude nepochybně společnost Babcock & Wilcox se svým reaktorem mPower. Nevýhodou oproti 4S je kratší palivový cyklus čtyř let a vyšší cena za instalovaný kW (cca 6000 dolarů), jedná se o tlakovodní reaktor s klasickým palivem. Společnost má však bohaté zkušenosti s výrobou a provozem reaktorů na ponorkách a letadlových lodí a pracuje s technologiemi již vyzkoušenými pouze s drobnými inovacemi, případná sériová výroba tak bude snazší. V současnosti prochází reaktor mPower schvalovacím řízením.

Zajímavých výsledků dosáhl vývoj společnosti 4GEN Energy (dříve Hyperion). Tento reaktor využívá jako palivo uran obohacený na 20% a palivový cyklus je 10 let. Rozměry reaktoru 1,5×2,5 m zajišťují snadnou manipulaci s celým zařízením, po ukončení palivového cyklu se celý reaktor dopraví zpět výrobci a na jeho místo se usadí nový. Tato technologie již získala potřebné certifikace a na letošní rok byl plánován prototyp.

SVBR-100 je ruský reaktor chlazený tekutým olovem, vývojově vycházející z reaktorů ruských jaderných ponorek. Palivový cyklus dosahuje 7-8 let a rovněž se počítá s modulárností a výměnou paliva přímo u výrobce. Právě na spolupráci s Rusy stojí do značné míry i zapojení českých firem do jaderné energetiky. Firmy Škoda JS a.s, Vítkovice a.s., Sigma Group a.s, Modřany Power a.s, ZVVZ-Enven Engineering a.s. a mnohé další velmi úzce spolupracují s ruským jaderným průmyslem zejména kvůli zájmu o dostavbu dalších bloků v Temelíně.

Bohužel zrušení tendru a současná situace v Rusku této spolupráci nepřeje. Například firma Chladící věže Praha a.s. musela sama na sebe podat insolvenční návrh. Závazky měla zejména ke své ruské mateřské společnosti. Z tendru v Polsku byla firma právě kvůli napojení na Rusko vyřazena, stejně tak vyschl pramen zakázek od Rusů. Vykročení Ruska směrem k izolaci od mezinárodního společenství české firmy i doposud získané know-how ohrožuje.

Přitom kromě výrobních máme i výborné vědecko-výzkumné kapacity. Výzkumný ústav v Řeži se podílí na testování chladících solí pro reaktory i testování materiálů na vlivy radiace a úzce spolupracuje s centry po celém světě. V jaderném průmyslu můžeme mít velkou komparativní výhodu díky kvalifikované pracovní síle, vědecko-výzkumnému zázemí i vysoké akceptaci jaderné technologie veřejností. Abychom dokázali tento potenciál využít, měla by vláda s těmito pokrokovými technologiemi počítat ve státní energetické koncepci a napomoci vhodným způsobem k tomu, aby měli světový výrobci zájem umístit vývoj a výrobu svých reaktorů právě u nás. Malé reaktory bychom měli vnímat jako strategickou příležitost i pro náš průmysl.

Martin Procházka

DALŠÍ ČLÁNKY Z RUBRIKY

FacebookTwitter