Westinghouse dokončil vývoj paliva pro reaktory VVER-440

Konsorcium vedené společností Westinghouse Electric Company oznámilo, že dokončilo návrh nového jaderného paliva pro reaktory typu VVER-440. Jde o významný krok z hlediska diverzifikace evropských energetických zdrojů.

Projekt vývoje nového jaderného paliva pro reaktory VVER-440 odstartoval v září roku 2015 a společně s Westinghouse se na něm podílí 8 evropských výzkumných organizací včetně českého ÚJV Řež nebo slovenského VUJE. Projekt je označován jako ESSANUF (Bezpečné evropské jaderné palivo) a je financován z evropského programu Horizon 2020 na období 2014-2018.

Podle viceprezidenta společnosti Westinghouse pro Evropu je tento krok významným milníkem pro zvýšení celkové energetické bezpečnosti v Evropě. Následujícími kroky ve vývoji tohoto paliva bude vývoj metodik a testů pro úspěšné licencování tohoto paliva v jednotlivých zemích včetně České republiky. Zatím byly všechny aktivity v projektu úspěšně splněny a program vývoje bude ukončen v říjnu letošního roku.

Jak jsme již několikrát informovali, firma Westinghouse Electric Company je ve vážných finančních problémech způsobených zpožděním a prodražováním staveb jaderných elektráren v USA. Firma je momentálně v insolvenci a krizový management se snaží vyvést firmu z nejhoršího. Je však nutné dodat, že se jedná o sekci firmy zabývající se stavbou nových jaderných elektráren. Sekce firmy vyrábějící a dodávající palivo je částečně nezávislá a funguje bez větších komplikací dál.

Koncept paliva z finské elektrárny Loviisa

Nový typ paliva je založen na starší konstrukci paliva VVER-440 z elektrárny Loviisa, kterou do Finského reaktoru dodávala britská firma BNFL mezi lety 1998-2007. Vyvíjený typ paliva vychází přímo z této konstrukce a využívá přitom také zkušenosti s provozem.

V elektrárně Loviisa jsou dva reaktory typu VVER440/213 tedy stejné jako v elektrárně Dukovany nebo ve slovenských elektrárnách. V průběhu výstavby byl však původní ruský projekt výrazně modifikován ve spolupráci se společností Siemens a Westinghouse. Došlo tak ke vzniku mixu ruské a západní technologie a z tohoto důvodu je tato elektrárna v některých směrech výjimečná. Něco podobného se stalo také v 90. letech v ČR při stavbě reaktorů v Temelíně, nicméně modifikace původního projektu nebyly tak zásadní jako ve Finsku.

Oba reaktory v elektrárně Loviisa byly od svého spuštění provozovány s ruským palivem dodávaným dnešní společností TVEL (stejně jako všechny ostatní reaktory VVER-440 na světě). V 90. letech se firma Fortum rozhodla spolupracovat s britským výrobcem paliva BNFL a v roce 1998 byly do prvního reaktoru této elektrárny zavezeno 5 palivových souborů vyrobených v britské továrně ve Springfields. Šlo o tzv. LTA (leading test assemblies) palivové soubory, jejichž cílem je ověřit bezpečnost a provozní charakteristiky nového paliva. „Testovací“ palivo bylo vyvezeno v roce 2001 a firma podepsala smlouvu na dodávky paliva na 6 let pro první reaktor elektrárny Loviisa. Firma BNFL se mezitím spojila s firmou Westinghouse, která tak kontrakt převzala.

Palivo bylo mezi lety 2001-2007 vyráběno ve španělské továrně ENUSA. Nový kontrakt však firma již nepodepsala a neobjevil se ani jiný zájemce o toto palivo. Proto s výrobou a vývojem paliva pro reaktory VVER-440 firma přestala. Podle dostupných informací bylo chování amerického i ruského paliva srovnatelné a nebyl nalezen žádný zásadní technický problém jako v případě paliva pro reaktory VVER-1000 (viz dále).

Další vývoj začal až v posledních letech v souvislosti se snahami o větší energetickou bezpečnost Evropy a snahami EURATOMu o diverzifikaci dodavatelů paliva v zemích EU. Kromě ruského dodavatele však neexistoval nikdo jiný schopný palivo pro reaktory VVER-440 vyrobit, a proto vznikl otevřený projekt v programu Horizon 2020, který získal Westinghouse se svými partnery.

ESSANUF

Mezi základní cíle projektu patří zajištění bezpečnosti dodávek jaderného paliva pro reaktory VVER-440, které jsou provozované v EU. Projekt má určit všechny potřebné požadavky pro licencování, definovat modifikace konstrukce pro specifické reaktory, což by mělo teoreticky umožnit velmi rychlé využití tohoto paliva v případě potřeby. Také má být zajištěný dodavatelský řetězec nebo podpora pro jednotlivé členské země kvůli jejich specifickým regulatorním požadavkům.

Mezi další technické cíle projektu patří:

• Vyřešit problémy s poškozováním paliva na konci jeho životnosti v elektrárně Loviisa. Jednalo se o problémy způsobené vibracemi palivových proutků. Muselo tedy dojít k změně konstrukce mřížek a jejich umístění.
• Mělo dojít ke změnám konstrukčních materiálů na modernější (ZIRLO).
• Měla být provedena srovnání s ruským palivem a měly být zapracovány změny konstrukce paliva na základě provozních zkušeností z jednotlivých reaktorů.

Reaktory VVER-440

Reaktory VVER-440 jsou v provozu v ČR, na Slovensku, ve Finsku, Maďarsku, na Ukrajině, v Arménii a Rusku. Jedná se o tlakovodní reaktor vyvinutý v SSSR, na jehož stavbách ve východním bloku se velmi významně podílel československý průmysl. Starší verze tohoto reaktoru (VVER-440/230) byly v provozu například na Slovensku nebo v Bulharsku, ale před jejich vstupem do EU musely být z politických důvodů odstaveny.

Jediným současným výrobcem paliva pro tento typ reaktorů je ruská společnost TVEL. Všechny reaktory jsou provozovány s jednoročními kampaněmi (kolem 330 dní provozu) s následnou odstávkou, při které se mění zhruba pětina vyhořelého paliva za čerstvé.

Palivo VVER-1000

Na rozdíl od reaktorů typu VVER-440, nebyl vývoj paliva pro reaktory typu VVER-1000 ve firmě Westinghouse přerušen. Palivo bylo vyvinuto původně speciálně pro temelínské reaktory a bylo do ČR přivezeno v letech 1997-8. Po počátečních problémech paliva s označením VVANTAGE 6 byla konstrukce modifikována. Nicméně ani tato modifikace problémy nevyřešila a teprve třetí generace tohoto paliva používaná od roku 2007 eliminovala většinu problémů. ČEZ se nicméně rozhodl od roku 2010 přejít na ruského dodavatele paliva.

Vývoj paliva pro VVER-1000 však neskončil a na temelínské zkušenosti bylo navázáno na Jihoukrajinské elektrárně. Nejprve bylo do reaktoru zavezeno několik testovacích palivových souborů a od roku 2009 bylo v jihoukrajinské elektrárně používáno výhradně Westinghouse palivo. Opět se však objevily vážné problémy a konstrukce musela být znovu přepracována. Nová verze paliva (RWFA) byla zavezena do reaktorů na Ukrajině v roce 2015 a zatím nebyly zjištěny zásadní problémy.

LTA program v Temelíně

V návaznosti na aktivity EURATOMu a Westinghouse se ČEZ rozhodl pro opětovné použití paliva od Westinghouse v Temelíně. Jde zatím pouze o několik testovacích LTA souborů. Cílem projektu je ověřit kompatibilitu ruského (v současnosti používaného) paliva a nového paliva od Westinghouse a provoz tzv. směsné zóny, ve které jsou dva různé typy paliva. Je nutné také ověřit chování materiálů ve specifickém chemickém prostředí temelínského reaktoru nebo vyřešit problémy s licencováním, přepravou, výrobou apod.

Diverzifikace dodavatelů jaderného paliva je obecný trend a týká se téměř všech provozovaných reaktorů na světě. Psali jsme například o diverzifikaci dodavatelů pro švédské reaktory nebo vstup ruského výrobce paliva na americký trh. Jednotliví provozovatelé reaktorů se snaží o zajištění několika nezávislých zdrojů, což s sebou přinese tlak na cenu, zvýšení energetické bezpečnosti a kvality dodávek.