Letošní milníky ruské jaderné energetiky

V letošním roce by měla ruská jaderná energetika dosáhnout několika klíčových úspěchů. Ty by mohly být rozhodující pro další rozvoj tohoto oboru nejen v Rusku, ale i na celém světě. Prvním úspěchem je spuštění řetězové reakce u prvního bloku druhé fáze výstavby Novovoroněžské jaderné elektrárny. Blok Novovoroněž II-1 (někdy označovaný jako Novovoroněž 6) je dokončen a nyní probíhá jeho testování v provozu při postupně se zvyšujícím výkonu. Jedná se o první spuštěný reaktor typu VVER1200/V392M a tedy také první reaktor III+ generace. Druhým by mělo být zahájení komerčního provozu rychlého sodíkového reaktoru BN-800.

Reaktory generace III a III+

Nejdříve je třeba trochu upřesnění. Reaktory III. generace vznikly evolucí a vylepšováním modelů generace II. Hlavní posun by měly znamenat z hlediska bezpečnosti a efektivity jejich výstavby i provozu. Pro bezpečnost je prioritní přechod k pasivním bezpečnostním prvkům, které nepotřebují elektrickou energii a zásah člověka. Reaktor by měl při havarijní situaci co nejdéle vydržet bez dodávek proudu a zásahu personálu. Z hlediska ekonomiky provozu je důležitý důraz na modularitu a standardizaci při výstavbě a také co největším vyhoření paliva a využití paliva recyklovaného. Starší podrobnější populární popis těchto reaktorů je v tomto článku z roku 2008.

Zde je také vidět, že zavádění těchto reaktorů má několikaleté zpoždění. K reaktorům III. generace se řadí japonské varné reaktory ABWR. Dva tyto bloky jsou v elektrárně Kašiwazaki-Kariwa (Kashizawaki-Kariwa), jedná se o šestý a sedmý blok této elektrárny. Nedávno byl spuštěn první korejský tlakovodní reaktor APR1400 jako blok Sin Kori 3 (Shin Kori 3), který je také řazen k III. generaci. Jako svými parametry velmi blízké generaci III se označují ruské modely VVER1000/V-412 (AES-92), které se dokončily v indické elektrárně Kudankulam a jsou vylepšením modelů, které známe z Temelína. Zde byl první blok uveden do komerčního provozu v prosinci 2014 a druhý se podařilo spustit v tomto roce. Koncem srpna 2016 se začal provozovat na výkonu 245 MW a začal dodávat elektřinu do sítě.

Reaktory označované jako III+ generace jsou ještě dokonalejší hlavně v oblasti pasivní bezpečnosti. K nim patří budované reaktory EPR firmy AREVA, AP1000 firmy Westinghouse a už zmiňovaný typ VVER1200 firmy Rosatom.

První spuštěný blok III+ generace

A právě první blok VVER1200 byl nedávno spuštěn v elektrárně Novovoroněž. Tato elektrárna patří k těm nejstarším. První blok tam začal pracovat v roce 1964 a šlo o první reaktor typu VVER. První dva bloky VVER210 a VVER365 začaly pracovat v letech 1964 a 1969 a fungovaly do roku 1984 a 1990. Další dva bloky už byly typu VVER440, který známe z Jaslovských Bohunic a Dukovan. Ty zahájily provoz v letech 1971 a 1972 a jsou stále v činnosti. V roce 1980 pak by zprovozněn pátý blok, který byl jedním z prvních typu VVER1000. Ten má po modernizaci, která zvýšila hlavně jeho bezpečnost, předpoklad fungovat déle než do roku 2035.

Od roku 2007 se zde budují dva nové reaktory III+ generace VVER1200/392-M (AES2006). Dne 20. května začala u prvního z těchto bloků probíhat štěpná řetězová reakce. Nejdříve běžel na nejnižší možný výkon, který reprezentuje zhruba 1 % výkonu nominálního. Začaly probíhat první provozní zkoušky, které měly ověřit, zda je vše v pořádku a podle předpokladů. Hlavně, jestli parametry aktivní zóny odpovídají požadovaným a fungují spolehlivě všechny bezpečnostní systémy. Postupně se výkon zvyšoval. Dne 5. srpna pak proběhlo spuštění turbíny a první dodávky elektřiny do sítě. Z počátku měl blok výkon 240 MW, ale postupně dochází k jeho zvyšování. Je tak velmi pravděpodobné, že se reaktor dostane do komerčního provozu již letos. Další blok stejného typu v této elektrárně by měl být spuštěn v roce příštím.

Dvě další zařízení typu VVER1200, tentokrát varianty VVER1200/491 (AES2006), se dokončují v Leningradské jaderné elektrárně. Tam je potřeba postupně nahradit čtyři bloky typu RBMK, které byly v Černobylu. Ty zatím fungují velice spolehlivě, takže se dá předpokládat, že vydrží celých předpokládaných 45 let. První blok RBMK tak bude odstaven nejspíše v roce 2019. Vzhledem k potřebám energie v regionu a možnostem velikosti vyváděného výkonu z elektrárny tak bude stačit, když se do operačního provozu dostanou nové bloky až za pár let. Předpokládá se však jejich postupné dokončení v příštím a přespříštím roce. Připomeňme, že v Leningradské jaderné elektrárně by se měly postavit ještě dva další bloky VVER1200, zahájení jejich výstavby se předpokládá v letech 2018 a 2019.

Další čtveřici bloků RBMK v Kurské jaderné elektrárně by měl nahradit vylepšený model VVER-TOI, který je vylepšením modelu VVER-1200. Zde bylo 9. června 2016 získáno povolení ke stavbě a následně přešly přípravy v samotnou výstavbu. Bagry odtěžily zeminu a připravuje se pískový podklad pro betonovou základovou desku. Samotná betonáž by měla být zahájena v květnu 2018 a spouštění prvního bloku se očekává v roce 2022.

Možnost ukázat první fungující reaktory III+ generace je velmi důležitá i pro jejich prodej do zahraničí. V současnosti se staví dva tyto bloky v Bělorusku, které zatím musí značnou část své elektřiny dovážet. Až běloruskou jadernou elektrárnu Ostrovec dokončí, bude mít elektřinu dokonce na vývoz. Stavba prvního reaktoru byla zahájena v roce 2013 a dokončen by měl být v roce 2019, u druhého se jedná o roky 2014 a 2020. Bělorusko by do roku 2020 chtělo zavést volný trh s elektřinou a dokončit propojení se společným trhem s Eurasijskou ekonomickou unií. Elektřinu by chtěli začít vyvážet také do Evropské unie. K tomu by mu měla pomocí nejen jaderná elektrárna, ale také nové decentralizované zdroje. Zatím stavba pokračuje plynule a podle plánu. Že se však mohou objevit problémy, ukazuje i nedávný případ. Při osazování reaktorové nádoby došlo k jejímu uklouznutí a prudšímu dosednutí. V současné době se provádí pečlivá kontrola. Nejdůležitější je bezpečnost, takže existují dvě možnosti. Buď bude nezpochybnitelně prokázáno, že vše je v pořádku nebo dojde k výměně příslušného zařízení.

Reaktory VVER generace III+ by měly být v turecké elektrárně Akkuya, tam se zatím realizují přípravné práce a konstrukce prvního ze čtyř bloků by měla být zahájena v tomto roce. Různé zemní a další práce se uskutečňují i ve finské Hanhikivi, kde má být jeden blok tohoto typu. Stejně tak se připravuje stavba dvou bloků v maďarské elektrárně Paks, v bangladéšské elektrárně Rooppur, vietnamské Ninh Thuan a měly by také doplnit jako 3. a 4. blok dvojici už zmíněných reaktorů v indické elektrárně Kudankulam. Podobné bloky jako jsou ty první v Kudankulamu se připravují jako další bloky iránské elektrárny Bušehr. Studie proveditelnosti se dokončují i pro elektrárnu v Jordánsku.

Rusko už tak má rozpracovánu řadu zahraničních projektů, v řadě z nich vystupuje i jako investor. Při současných ekonomických problémech této země to může znamenat problém, jak se například ukazuje v Turecku. Na druhé straně má v jaderné energetice Rusko obor, ve kterém je na světové technologické špičce a který mu umožní nahradit vývoz surovin vývozem komplexních vysoce náročných technologií. Navíc má Rusko technologie pro všechny oblasti a celý cyklus výroby elektřiny z jádra. Od vývoje a stavby moderních elektráren, přes výrobu paliva, rekonstrukce a opravy stávajících bloků, recyklaci paliva i likvidaci vysloužilých bloků. V současné době například proniká Rosatom se svým palivem i na americký trh.

Rychlý sodíkový reaktor BN800 je na plném výkonu

To, že je Rusko opravdu na špici, dokazuje i další letošní klíčová událost, kterou je uvedení rychlého sodíkového reaktoru BN-800 na plný výkon. Reaktor se nachází v Bělojarské jaderné elektrárně jako její čtvrtý blok. V této elektrárně už funguje jeden sodíkový reaktor typu BN-600 s výkonem 660 MWe. Ten je jediným rychlým reaktorem, který už více než 35 let slouží jako klasický komerční energetický reaktor.

Zkušenosti s jeho provozem se využily i při konstrukci většího reaktoru BN-800. Příprava projektu i staveniště začala již v roce 1984, ale z finančních důvodů byl projekt pozastaven. Situace se změnila v roce 2005, kdy se projekt znovu rozběhl a v roce následujícím roce začala betonáž jeho základové desky. V roce 2010 byl dodány všechny hlavní komponenty reaktoru. Plnění reaktorové nádoby sodíkem se dokončilo v roce 2013. Začátkem roku 2014 se zavezlo palivo a koncem června se poprvé rozběhla řízená řetězová štěpná reakce.

Výhodou reaktorů, které využívají rychlé nemoderované neutrony, je možnost produkce plutonia 239 z uranu 238 a tím produkce paliva z tohoto izotopu, který tvoří přes 99 % přírodního uranu. Další výhodou je pak právě efektivní spalování plutonia 239. Předpokládá se, že reaktor BN-800 bude využíván pro spalování paliva s vysokým obsahem plutonia 239 a tím i zbraňového plutonia. Částečné spalování plutonia se sice předpokládalo i u reaktoru BN-600, ale nakonec byl vyzkoušen pro testy palivových souborů s vysokým obsahem plutonia 239 až v roce 2015.

U reaktoru BN-800, jehož podrobnější popis je v článku na Technetu, se předpokládá využívání aktivní zónu složené z MOX paliva s obsahem plutonia 239. Vývoj potřebných palivových souborů se však zdržel. Reaktor tak zahajoval se směsnou zónou složenou z palivových souborů založených na MOX i těch využívajících klasické uranové palivo. Taková zóna se chová trochu jinak a bylo potřeba kvůli tomu realizovat některé úpravy. Při prvním fyzikálním spouštění se tak projevily některé nedostatky. Ty bylo potřeba postupně vyřešit a hlavně vyladit vlastnosti palivových souborů.

Po přestavění aktivní zóny tak druhé fyzikální spouštění začalo v červnu 2015. Začátkem srpna 2015 bylo fyzikální spouštění dokončeno a chování reaktoru splňovalo všechny požadované vlastnosti.  V listopadu pak dosáhl potřebného výkonu okolo 35 % a mohl se začít připravovat k výrobě elektřiny. Dne 25. listopadu 2015 byla vyrobena první pára a poprvé se roztočila turbína a 10. prosince 2015 byl reaktor připojen k síti a začal dodávat elektřinu. V polovině dubna 2016 se dokončily testy při 85 % nominálního výkonu (zhruba 730 MWe) a reaktor přešel na maximální výkon. Dne 10. června 2016 pak dovršil výrobu první terawatthodiny elektrické energie. V srpnu došlo ke komplexním testům a 17. srpna dosáhl blok plného výkonu a komplexní testy při provozu za těchto podmínek dokončil 2. září. Nyní se připravuje ke komerčnímu provozu, který by měl zahájit v druhé polovině září 2016.

Projekt rychlého reaktoru BN-800 má dva hlavní úkoly. Prvním je výzkum efektivní produkce a spalování plutonia 239, který by měl vést k uzavření palivového cyklu. To by umožnilo využití veškerého uranu a dramatické snížení objemu jaderného odpadu. Druhým úkolem je prokázat ekonomickou efektivitu tohoto bloku. Tedy potvrdit, že je konkurenceschopný s klasickými reaktory. Z tohoto ohledu je velice důležitý i vývoj nových typů paliva založených na nitridech a jejich provozní testy, které se chystají.

Zkušenosti s blokem BN-800 by se měly uplatnit při práci na projektu většího modelu BN-1200. Zde by již mělo jít o komerční blok, který by se vyráběl hromadně a byl by nabízen i do zahraničí. V tomto roce by měla být dokončena velká část projektu, jehož hlavním cílem je pomocí zkušeností z provozu reaktoru BN-800 zlepšit bezpečnostní a ekonomické parametry rychlého sodíkového reaktoru. Reaktor bude využívat větší palivové soubory a bude mít jednodušší proces výměny paliva. Z hlediska bezpečnosti a efektivity by mělo jít o zásadní krok k reaktoru IV. generace.

Je snaha, aby se první blok BN-1200 postavil opět v Bělojarské jaderné elektrárně. Zatím zůstává otázka financování projektu otevřena. Rozhodnutí, zda a kdy se začne projekt BN-1200 realizovat, závisí silně na zkušenostech z provozu BN-800. I když rozhodnutí možná už padlo v srpnu, kdy ruská vláda deklarovala, že se v první fázi postaví dva bloky BN-1200. Jeden bude právě v Bělojarsku a druhý v plánované Jihouralské jaderné elektrárně. Jeho dokončení se plánuje do roku 2025.

Závěr

Spuštěním prvního bloku III+ generace a úspěšným zprovozněním rychlého sodíkového reaktoru BN-800 potvrdilo Rusko, že je v čele technologického vývoje v oblasti jaderné energetiky. Rosatom patří k firmám, které staví v zahraničí nejvíce reaktorů. Pro Rusko je to jedna s relativně mála oblastí, kde za ním začíná Evropská unie i Amerika technologicky značně zaostávat. I to je důvod, proč je u odborníků třeba z Francie takový zájem právě o Bělojarskou jadernou elektrárnu. Kromě zmíněných dvou bloků BN-1200 plánuje Rusko do roku 2030 postavit ještě dalších 9 úplně nových bloků. Do tohoto počtu nespadají už rozestavěné a zmíněné bloky. Z velké většiny půjde právě o bloky III+ generace VVER-TOI. Klíčové pro splnění těchto plánů i úspěch ruských jaderných technologií v zahraničí je to, jak se nově spuštěný blok III+ generace VVER-1200 a rychlý reaktor BN-800 osvědčí v reálném provozu.

Produkce technologií by měla omezit závislost Ruska na vývozu surovin. Pokud se opravdu ukáže, že oxid uhličitý má na vývoj klimatu dramatické dopady a je třeba jeho produkci skutečně co nejrychleji omezit, bude muset alespoň podle mého názoru Evropa a Spojené státy rychle nejen nahradit své dosluhující reaktory, ale masivně produkci elektřiny z jádra zvýšit. Vzhledem ke krizi, která je vlivem ideologických zásahů v této oblasti ve zmíněných regionech, bude to pak pro ruské jaderné dodavatele obrovská šance. Ovšem odbyt hlavně v rozvíjejících se oblastech mají zajištěný už nyní.

Úvodní fotografie: výstavba nových bloků Novovoroněžské jaderné elektrárny (zdroj Rosatom)