Odstavování jaderných bloků nebo stavba nových? V USA se vyplatí obojí

V poslední době se u nás i ve světových médiích objevilo několik článků popisující vývoj v jaderné energetice v USA. Lze zmínit například Post-Gazette, Times Daily nebo článek z Hospodářských novin. Energetická situace v USA je značně odlišná a v jistých ohledech složitější než v Evropě. Dochází například k těžko pochopitelné situaci, kdy se na jednu stranu za mnoho miliard dolarů staví pět nových jaderných bloků, ale na druhou se objevují zprávy o odstavování starších bloků z důvodu nerentabilnosti. Starší jaderné bloky mají přitom odepsanou většinu majetku a cena za jednotku generované elektřiny bude jistě mnohem nižší než u nově vybudovaných reaktorů, tak proč k tomu dochází?

Autor tohoto článku od září do března v USA pracoval na cetrále ve firmě Westinghouse Electric Company a přímo se podílel na projektu APOG, do kterého patří i rozestavěné bloky AP1000 ve Vogtle a V.C. Summer. Jaká je tedy reálná situace v jaderné energetice USA z pohledu zevnitř? A proč dochází k některým uvedeným paradoxům? A proč nejde situace v USA přímo srovnat v tou evropskou?

Využívaní jaderné energie v USA

USA je největším producentem jaderné energie na světě generující kolem 30% celkové světové výroby jaderné energie. V provozu je 99 energetických reaktorů, z toho 65 tlakovodních a 34 varných. Aktuálně v USA probíhá zejména prodlužování stávajících licencí nad původní předpokládanou životnost reaktorů, zatím maximálně na 60 let. Trendem jsou programy tzv. řízeného stárnutí, které mají za úkol provozovat elektrárny takovým způsobem, aby mohla být jejich životnost prodlužována o další desítky let. Podobný program, na kterém se podílí také čeští experti, byl nedávno zaveden v Mezinárodní atomové agentuře pod názvem Long Term Operation & Ageing Management. Jedna z těchto misí je plánována v naší jaderné elektrárně Dukovany na rok 2016.

V USA je ve výstavbě 5 nových reaktorů. Dva reaktory AP1000 ve V.C. Summer, dva reaktory AP1000 ve Vogtle a jeden starší typ v elektrárně Watts Bar. Očekává se brzké zahájení stavby dalších bloků třetí plus generace, například v rámci projektu APOG probíhá příprava několika nových lokalit a již byo uděleno několik kombinovaných provozních licencí. Další projekty jsou plánované konsorciem kolem projektu ESBWR. NRC povolí stavbu nových jaderných bloků pouze certifikovaným projektům třetí plus generace, což jsou v součnosti pouze AP1000 a ESBWR.

O certifikaci designu požádala také AREVA se svým projektem EPR nebo korejské KEPCO s reaktorem APR 1400 (oba patří mezi uvažované nové bloky v ČR).

Jaderná elektrárna Watts Bar

Jaderná elektrárna Watts Bar představuje specifický případ mezi ostatními americkými jadernými elektrárnami. Nachází se ve státě Tennessee a je vlastněná společností Tennessee Valley Authority (TVA). První blok elektrárny byl spuštěn v roce 1996 a jedná se o nejnovější energetický reaktor spuštěný v USA. Od této chvíle nebyl v USA připojen k rozvodné elektrické síti žádný jaderný reaktor.

Stavba druhého bloku stejné elektrárny byla zastavena v roce 1988 kvůli zvyšujícím se nákladům, tlaku veřejnosti po havárii v Černobylu a oficiálně kvůli stagnující poptávce po elektrické energii. V té době bylo odhadem dokončeno již 80% prací. Stavba byla zakonzervována a čekala na obnovení prací až do roku 2007, kdy vedení TVA rozhodlo o dokončení stavby. V současnosti běží bezpečností hodnocení americké NRC, na jejímž základě získá blok provozní licenci. Podle některých vyjádření bude licence udělena již tento rok a elektrárna by měla dodávat elektrickou energii od začátku příštího roku. Dokončení projektu mělo podle původních odhadů stát asi 50 miliard Kč a má jej na starosti stejně jako původní projekt a návrh konstrukce společnost Westinghouse Electric Company. V roce 2012 byl odhad celkové ceny navýšen na 80-90 miliard Kč, což bude i konečná cena projektu.

Problém se může objevit ze strany NRC právě při udělování provozní licence, neboť povolení k výstavbě udělila NRC ještě podle staré legislativy používané v sedmdesátých letech. Od té doby se licenční proces v USA kompletně proměnil a není jasné, podle jakých kritérii by se měl tento blok hodnotit. Faktem zůstává, že tento blok bude posledním blokem tzv. druhé generace jaderných reaktorů v USA, protože podle nových požadavky na combined operating license (COL) je možné v USA stavět pouze bloky třetí a třetí plus generace (AP1000, ESBWR, EPR…).

Projekt APOG

APOG neboli AP1000 Owners Group je sdružení elektrárenských společností, které spojily své síly a zdroje, aby ušetřily při výstavbě a licencování nových jaderných bloků AP1000. Jak historie mnohokrát ukázala, první stavba projektu nové nebo unikátní konstrukce vede k nepředpokládaným nákladům a zdržením. Není to jen případ jaderné energetiky, ale velkých projektů obecně. Do této skupiny lze počítat i projekty jako tunel Blanka, Stuttgart 21, nebo projekty Space X.

AP1000 je unikátní projekt s revoluční konstrukcí a obecně se předpokládalo, že k prodloužení a prodražení výstavby a licencování jistě dojde. Žádná energetická firma na sebe nechtěla vzít sama tyto dodatečné náklady prvních projektů a tak hrozilo, že by se stavby nových bloků USA nikdy nedočkaly. Firmy zejména z jihovýchodu USA jako Duke, Progress Energy Corp., SCANA, Southern a další se spojily, aby spolupracovali na vytvoření provozní dokumentace a na licencování bloků AP1000, čímž rozdělily náklady mezi sebe a ušetří tak desítky milionů dolarů. Department of Energy (DOE) navíc spustil program finanční podpory nových jaderných bloků, což otevřelo cestu k prvním stavbám jaderných elektráren v USA po dvaceti letech.

AP1000

Na světě je ve výstavbě 8 bloků rektoru typu AP1000. Jak bylo zmíněno, čtyři jsou v USA a další čtyři v Číně. První dva bloky AP1000 budou do provozu uvedeny do provozu na začátku příštího roku v čínském Sanmenu, následovat budou dva bloky v Hayiangu.

Argumentem pro zkrácení a zlevnění amerických bloků by mohlo být to, že v Číně se začalo dříve a řadu problémů se tam podařilo vyřešit. To neplatí, protože i když AP1000 má být standardizovaný projekt, není tomu tak a čínské bloky se v některých zásadních oblastech liší. Jde například o tzv. Shield building, což je budova chránící kontejnment před vnějším poškozením. Konstrukce nejen této části projektu je v Číně velmi odlišná. Shield building je jedním z hlavních důvodů zpoždění výstavby amerických bloků. V průběhu stavby změnila americká pravidla posuzování bezpečnosti a definovala nové mnohem přísnější požadavky. Podle nových norem musí shield building bez problémů přestát náraz velkého dopravního letadla s plnými nádržemi paliva. Tento požadavek byl v bezpečnostních návodech obsažen už dříve, ale byl dále zpřísněn, což vedlo k nutnosti změny konstrukce této budovy a v návaznosti na to dokonce k dočasnému zastavení konstrukčních prací.

I přes částečně odlišný design se ve Westinghouse Electric Company klade velký důraz na poučení z předešlých chyb a v systému pro hlášení chyb designu a vytváření opravných procesů bylo pro americké bloky o 90% méně záznamů než pro čínské bloky AP1000. Poslední větší problém s hlavním cirkulačním čerpadlem se v Číně již podařilo vyřešit a očekává se brzké zahájení spouštění elektrárny Sanmen.

Na amerických blocích pokračují práce podle aktualizovaných harmonogramů. Na Vogtle byly v březnu přivezeny parogenerátory a na začátku května také reaktorová nádoba. Spuštění prvního amerického bloku AP1000 (Vogtle 3) se očekává v polovině roku 2019, následovat bude Vogtle 4 v roce 2020.

Z rozhovoru s prezidentem Southern Nuclear (objednatel a vlastník elektrárny Vogtle) Stevem Kuczynski, který přinesl NucNet na konci dubna letošního roku, vyplývá, že společnost byla informována dodavatelem bloků o 18 měsíčním zpoždění oproti původnímu harmonogramu pro oba rozestavěné bloky. Georgia Power ovšem zdůrazňuje, že na základě uzavřených kontraktů nese za zpoždění a s ním spojené náklady odpovědnost dodavatel, tedy Westinghouse Electric Company a CB&I Stone&Webster. Společnost se také bude snažit donutit dodavatele k urychlení stavby, protože podle jejich názoru nevyužívá dodavatel své kapacity na 100%.

Ve státě Georgia je na rozdíl od jiných států regulovaný trh s elektřinou a výrobce může promítnout prokázané výrobní náklady do koncové ceny elektřiny. Z důvodu prodlužování stavby se někteří obyvatelé Georgia obávají skokového zvýšení ceny elektřiny. Prezident Southern Nuclear v rozhovoru mimo jiné uvedl, že podle jejich propočtů se zvýší konečná cena elektrické energie pro zákazníky Georgia Power o 6 až 8% právě kvůli stavbě dvou reaktorů AP1000.

Odstavování jaderných bloků

V USA se staví 5 jaderných bloků, ale zároveň jsou některé jiné ohrožené odstavováním kvůli nerentabilitě, jak je to možné?

Vysvětlení lze ilustrovat na příkladu elektrárny Ginna patřící energetické společnosti Exelon. Ginna je spolehlivá a velmi dobře provozovaná elektrárna ve státě New York. Má ovšem tu smůlu, že je právě ve státě New York, kde došlo k deregulaci energetického trhu.

Množství financí, které elektrárna na tomto trhu za elektřinu dostane, nepokryje ani provozní náklady a bylo tedy rozhodnuto o jejím dočasném odstavení. Rozdíl mezi jinými jadernými elektrárnami je právě umístění, které určuje legislativní a tržní požadavky daného státu a také možnosti připojení na distribuční síť a napojení na okolní státy nebo oblasti.

V některých oblastech je množství vyráběné elektřiny vyšší, než je poptávka a jiných zase naopak. V Evropě jsou velmi dobře propojené distribuční sítě a deregulovaný trh ve většině zemí, takže nízká cena z německých off-shoerových větrných elektráren snižuje ceny i u nás, protože tuto energii k nám lze jednoduše přenést a trh je otevřený. V USA existuje několik oblastí, které jsou vzájemně špatně propojené nebo dokonce vůbec nepropojené. Navíc má každý stát právo určovat podmínky pro regulaci trhu, díky tomu se podmínky výroby a prodeje elektrické energie radikálně liší stát od státu.

Například na středozápadě, kde bylo díky státní podpoře postaveno množství větrných parků, je cena silové elektřiny tak nízká, že hrozí odpojování starších jaderných bloků. Naopak na jihovýchodě, kde se staví všech 5 nových jaderných bloků je elektřina podstatně dražší, podpora obnovitelných zdrojů nižší a vyplatí se i nové investice do jaderných zdrojů.

Nový způsob fungování trhu

V případě zmíněné elektrárny Ginna se pravděpodobně objeví nový způsob financování. Produkce elektrárny je nutně potřeba k vyrovnávání a stabilizaci distribuční sítě a může sloužit jako záloha při nedostatku produkce z obnovitelných zdrojů. Společnost Exelon je před uzavřením smlouvy s firmou Rochester Gas and Electric produkující energii hlavně z obnovitelných zdrojů. Rochester Gas and Electric bude platit přímo elektrárně Ginna smluvenou cenu za dodávání energie v případech výkyvů produkce z OZE a za udržování stability sítě.

Toto řešení se zdá být velmi výhodné. Provozovatel OZE zaplatí část svých vysokých dotací na provoz jaderné elektrárny, která bude sloužit jako záloha, provozovat na nižších výkonech a v případě potřeby výkon zvýší. OZE stejně musí mít nějakou zálohu a toto řešení je mnohem lepší než stavba nových uhelných elektráren (jako se děje v Německu).

Problémem jaderných reaktorů však je, že nejlépe pracují na maximálním výkonu bez rychlých změn výkonu. Až čas ukáže, jak vhodné toto řešení je. Nicméně by si šlo z tohoto modelu vzít inspiraci i k nám do Evropy. Evropské trhy a sítě jsou propojené, takže by bylo možné vytvořit celo evropský model, kde je elektřina z OZE (Dánsko, Německo, Španělsko) distribuovaná po celé Evropě a v případě snížení produkce je nahradí stávající jaderné zdroje (Francie, ČR..) a vlastníci OZE budou odvádět část svých štědrých dotací záložním zdrojům, čímž se částečně vyrovná těžce pokřivený evropský trh.