Historie a současnost plovoucích jaderných elektráren

Již zhruba za dva roky by měla být uvedena do provozu první ruská plovoucí elektrárna Akademik Lomonosov. Dokončuje se loď se dvěma reaktory a zároveň se ve městě Pevek na Čukotce buduje potřebná infrastruktura pro ukotvení elektrárny. Podívejme se tak na historii a současnost těchto zařízení.

První plovoucí jaderná elektrárna

První plovoucí jaderná elektrárna MH-1A byla vybudována v šedesátých letech v USA a fungovala na lodi Sturgis pojmenované po generálovi Samueli D. Sturgisovi junioru. Tato loď neměla vlastní motory, protože se předpokládalo, že většinou bude zakotvena. Pro přepravu se využívalo odtažení pomocí remorkéru. Tlakovodní reaktor využívající slabě obohacený uran s 4 až 7 % izotopu uranu 235 byl vestavěn do přebudované lodi typu Liberty. Plovoucí elektrárna byla výsledkem programu vývoje malých kompaktních mobilních reaktorů pro produkci elektřiny a tepla v relativně těžko dostupných oblastech.

Vývoj reaktoru zahájila v roce 1961 firma Martin Marietta a samotná fyzická konstrukce začala v roce 1963. Probíhala ve Fort Belvoir, kde se na kompaktních malých reaktorech pracovalo. K první štěpné řetězové reakci došlo 24. ledna 1967. V testovacím režimu pak dodávala elektrárna dalších 11 měsíců proud právě pro Fort Bevoir.

Po ukončení testů byla přesunuta do zóny okolo Panamského průplavu, kde na jezeře Gatun dodávala 10 MW elektrické energie. Zde pak elektrárna působila od října 1968 do roku 1975 a dodávala elektřinu pro potřeby Zóny Panamského průplavu. Přispěla k zajištění optimálního hospodaření s vodou v době, kdy o ní byla v kanále a jezerech, které se využívají, nouze. Během této doby došlo pětkrát k výměně paliva v aktivní zóně.

V roce 1975 skončil program vývoje vojenských reaktorů a MH-1A jako unikátní vývojový prototyp měl příliš vysoké provozní náklady. Zároveň získala Zóna Panamského průplavu dostatek kapacit pro produkci elektřiny na zemi. Jeho operační nasazení tak skončilo a elektrárna MH-1A byla v roce 1976 vyřazena z provozu. Na přelomu roku 1976 a 1977 byla přemístěna zpět do Spojených států. Zde bylo vyvezeno vyhořelé palivo. Elektrárna byla částečně dekontaminována a uvedena do stavu, ve kterém mohla čekat na konečnou likvidaci. Úplná demontáž samotného reaktoru i lodi pak začala v roce 2014 a dokončena by měla být v roce 2018. Po odstranění všech kontaminovaných komponent se zbývající části zpracují stejným způsobem jako jiné vysloužilé lodi.

Plovoucí elektrárna Akademik Lomonosov

V současné době tak probíhá druhý pokus o zavedení plovoucích jaderných elektráren do praxe. V Rusku se dokončuje plovoucí elektrárna, která by měla být první v sérii takových zařízení. Mají pomoci v zásobování elektřinou a teplem odlehlých a těžko dostupných oblastí, kde se obtížně budují jiné zdroje. Jedná se hlavně o oblasti Sibiře, zejména Dálného severu a Dálného východu. Téměř dvě třetiny území Ruska jsou v oblasti věčně zmrzlé půdy, kde se jen velmi těžko umisťují energetické stavby i přenosová soustava nebo potrubí. Plovoucí bloky by měly zásobovat místní sídla a vrtné plošiny. Dalším potenciálním využitím elektrárny jsou osamocená izolovaná místa s nedostatkem pitné vody, kde by ji šlo využít pro odsolování velkého množství mořské vody.

Vývoj plovoucí elektrárny byl zahájen na počátku 21. století. První pod názvem Akademik Lomonosov se začala budovat v roce 2007 v loděnici Sevmaš v Severodvinsku v Archangelské oblasti. V roce 2008 se však výroba lodi přesunula do Baltických loděnic v Petrohradě. Tam by se měly stavět i další lodi. Konstrukce druhé by měla být zahájena v roce 2019.

Elektrárna má dva reaktory typu KLT-40S. Každý z nich dokáže dodat výkon 150 MW tepelných a 35 MWe elektrických, případně odsolením vyprodukovat 240 000 m³ vody denně. Jedná se o variantu tlakovodního reaktoru, který se využívá na ruských ledoborcích a na kontejnerové lodi Sevmorpuť. Na ledoborcích a kontejnerové lodi se využívají varianty KLT-40M a KLT-40 s velmi vysoce obohaceným izotopem uranu 235, buď 30-40 %, nebo dokonce 90 %. V případě elektrárny Akademik Lomonosov se využívá palivo s nízkým obohacením 14 %. Celkově by měla plovoucí elektrárna fungovat 35 až 40 let. Palivo se bude vyměňovat každých sedm let. Pro výměnu paliva musí být loď odtažena do mateřského závodu, kde se také provede nezbytná kontrola, údržba a doplnění zásob. V daném místě by se tak mohly plovoucí elektrárny vyměňovat.

V pozdějších modifikacích se uvažuje i o využití jiných reaktorů, podle potřeby menších nebo větších. Samotná loď má délku 140 m, šířku 30 m a výtlak 21 000 tun. Plovoucí jaderná elektrárna je projektována tak, že odolá cunami i jiným přírodním katastrofám. Jaderný zdroj splňuje všechny požadavky Mezinárodní agentury pro atomovou energii. V současné době dochází k jejímu spouštění a testování základních mechanismů a vybavení.

Loď Akademik Lomonosov je referenční a zkušební. Na základě zkušeností s jejím budováním a provozem se budou stavět další kusy. Teprve až sériová výroba zajistí potřebné parametry, především ty ekonomické. Celková ekonomika projektu bude záviset na počtu vyráběných kusů a to je důvod, proč se Rosatom snaží získat zákazníky pro jejich nákup i v zahraničí.

První blok bude umístěn ve městě Pevek v Čaunském kraji v Autonomní oblasti Čukotka. Zde už byla zahájena výstavba pomocných zařízení pro ukotvení plovoucí elektrárny a propojení nutného pro přenos elektřiny a tepla na pevninu. Akademik Lomonosov nahradí výkon Biblinské jaderné elektrárny a Čaunské tepelné elektrárny, které zásobují tuto oblast energií v současnosti. Obě elektrárny jsou konci své životnosti a musí se v nejbližších letech odstavit.

Biblinská jaderná elektrárna byla vybudována na přelomu šedesátých a sedmdesátých let ve městě Biblino a obsahuje čtyři malé bloky EGP-6. Jde o reaktory moderované grafitem a chlazené lehkou vodou, které dodávají každý 12 MWe elektrického výkonu. Reaktory jsou určeny také pro dodávky tepla, takže je důležitý jejich tepelný výkon, který je 62 MW. Podle potřeby se tak elektrárna více zaměřuje na dodávky elektřiny nebo tepla. Spuštěny byly postupně mezi lety 1974 až 1976. Jejich postupné odstavování se plánuje mezi lety 2019 až 2021. Elektrárna zatím dodává téměř 80 % elektrické energie v Čaunsko-Biblinské elektrické síti. Právě její náhradu by měla zajistit plovoucí elektrárna Akademik Lomonosov, která by měla být uvedena do provozu v roce 2019.

Přidává se i Čína

Se značným zájmem sleduje vývoj v této oblasti v Rusku zejména Čína. Číňané by mobilní jaderné elektrárny rádi využili pro zásobování vrtných souprav v oblastech šelfové těžby ropy a plynu při čínském pobřeží. Uvažovali o případném nákupu nebo spolupráci na ruských modelech. V poslední době však začali pracovat na vlastním projektu a právě koncem listopadu byla zahájena výstavba demonstrační čínské plovoucí elektrárny, která by měla být dokončena v roce 2020. Společnost CNG začala s výrobou reaktoru ACPR50S, koncepční a projekční práce už byly dokončeny. Bezpečnostní parametry tohoto reaktoru postavené na pasivních principech už pozitivně posoudila Mezinárodní agentura pro atomovou energii. Tepelný výkon reaktoru by měl být 200 MW a elektrický 60 MWe. Plovoucí jadernou elektrárnu vyvíjí i konkurenční společnost CNNC, která pracuje s modelem reaktoru ACP100S o elektrickém výkonu 100 MWe. Oba zmiňované malé modulární reaktory jsou tlakovodní a plánuje se jejich využití i na pevnině. V nedávné době obě zmíněné státní firmy podepsaly dohody o spolupráci v této oblasti.

Je patrné, že v produkci malých modulárních reaktorů pro využití v plovoucích jaderných elektrárnách nastává zlom. Úspěšnost nového pokusu o jejich zavedení bude záviset hlavně na tom, jak se osvědčí v provozu a kolik jich nalezne uplatnění. Rozvoj těchto zařízení by mohl znamenat i průlom ve využívání malých modulárních reaktorů obecně.

Úvodní fotografie: Představa o vzhledu budoucí plovoucí jaderné elektrárny navrhované čínskou firmou CGN (Zdroj CGN)