Spojené království – historie i budoucnost jádra

Spojené království je velmi úzce spjato s historií, což zčásti platí i pro jadernou energetiku. Tato země ji rozvíjela od samých počátků využití jaderné energie a je jednou z mála zemí Západní Evropy, kde se silně projevují snahy o vybudování nových jaderných elektráren.

V Evropě je Spojené království třetím největším výrobcem elektřiny, v roce 2013 zde bylo vyprodukováno 357 TWh (pro srovnání roční výroba v ČR činí zhruba 81 TWh). Energetický mix byl následující: 36 % elektřiny pocházelo z uhlí, 27 % z plynu, 20 % z jádra, 7,6 % elektřiny vyrobily větrné elektrárny, 5,7 % zajistila biopaliva a spalování odpadů, 2,1 % vodní elektrárny a 0,6 % sluneční elektrárny. K tomu je nutno přičíst 12,2 TWh elektřiny dovezené z Holandska a Francie.

V současnosti je zde provozováno 16 jaderných bloků, ale od roku 2028 bude v provozu jen jediný. Aby se britská jaderná energetika nestala historií, plánuje vláda finanční podporu stavby několika nových jaderných elektráren.

 

 První krůčky

Podobně jako v jiných zemích, stála i ve Spojeném království u zrodu využití jaderné energie armáda, která se hnala za hromaděním plutonia pro výrobu jaderných zbraní. První vojenské reaktory vznikly na přelomu 40. a 50. let v lokalitě, která je dnes známa jako Sellafield. Šlo o Windscale Piles, které dostaly název na základě toho, jak vypadala jejich aktivní zóna – jakási hranice z grafitových cihel. První vojenské reaktory si ale nemůžeme představovat dnešní optikou, k jaderným elektrárnám, jak je známe dnes, bylo potřeba ujít velmi dlouhou cestu.

Reaktory Windscale Piles byly zkonstruovány tak jednoduše, jak to jenom šlo. Aktivní zónou vyskládanou z grafitových cihel vedly horizontální kanálky pro jaderné palivo. Uran byl uložen v hliníkových válcích, které byly postupně prostrkovány aktivní zónou a po nahromadění plutonia spadly na konci kanálku do nádrže s vodou. Po nutném zchlazení bylo palivo převezeno ke zpracování. Aktivní zóna byla chlazena prostým prouděním vzduchu, který byl ventilátorem hnán přes aktivní zónu a filtry komínem do atmosféry.

Příliš jednoduchá konstrukce a nedokonalé měřicí přístroje vedly v roce 1957 k požáru aktivní zóny prvního z těchto vojenských reaktorů. Po této havárii bylo jasné, že budoucí reaktory potřebují nezávislou bariéru, která zastaví únik radioaktivních látek i v případě mimořádné události na reaktoru, a kvalitní přístroje pro měření uvnitř reaktoru. Tato poučení se uplatnila již u prvního britského komerčního reaktoru a u prvního zdejšího rychlého reaktoru.

 

Na scénu přichází Magnox

Po řadě výzkumných a experimentálních reaktorů, z nichž první byl spuštěn již v roce 1947 a stal se tak prvním jaderným reaktorem v provozu v Západní Evropě, přišel první komerční reaktor. Byl jím první blok jaderné elektrárny Calder Hall, která vznikla poblíž Windscale Piles a dnes je také součástí komplexu Sellafield. Jeho spuštění se odehrálo v roce 1956, což je jen dva roky po uvedení reaktoru AM-1 v ruském Obninsku do provozu – prvního jaderného reaktoru, který dodal elektřinu do sítě.

První britský komerčně používaný typ reaktoru dostal název Magnox podle slitiny hořčíku a hliníku, která byla používána na pokrytí paliva. Byly stavěny do roku 1976 a poslední z nich, JE Wylfa, má ukončit provoz v tomto roce. Jejich instalovaný výkon u prvních verzí nebyl příliš velký a činil 60 MWe. Většina reaktorů Magnox měla výkon 250 MWe, což je stále kategorie malých reaktorů. Až dva poslední exempláře měly instalovaný výkon srovnatelný s dukovanskými bloky. Celkem bylo postaveno 26 bloků s reaktorem tohoto typu, které se lišily provedením i bezpečnostními charakteristikami. Nebyl vypracovaný žádný standardizovaný projekt.

Magnox jsou reaktory chlazené oxidem uhličitým a moderované grafitem, které používají přírodní (neobohacený) uran. Jejich projekt pochází z doby, kdy v „západním světě“ obohacovaly uran jen Spojené státy, takže ostatní země hledaly typy reaktorů schopné spalovat přírodní uran, aby nebyly v tomto oboru závislé na jediném dodavateli služeb. Použití přírodního uranu ale vyžadovalo časté výměny paliva, takže projektanti vypracovali projekt tak, aby je bylo možno provádět za chodu reaktoru a nebyl výrazně snižován koeficient využití.

Malý výkon prvních bloků s reaktory Magnox byl kompenzován tím, že stále šlo o reaktory určené pro výrobu plutonia. Teplo bylo v zásadě odpadním produktem, který byl zpracováván pro výrobu elektřiny pro průmysl a domácnosti.

Doba jejich provozu dosahovala od 26 do 47 let. Palivo pro ně bylo vyráběno v závodu na výrobu jaderného paliva ve Springfields. V Sellafieldu bylo skladováno v nezastřešeném bazénu a přepracováváno pro získání plutonia.

 

 

Standardizovaný projekt – AGR

V první polovině 60. let byla upravena konstrukce reaktorů Magnox a vznikl nový typ Advanced Gas-cooled Reactor (AGR), který dnes tvoří základ britské flotily energetických reaktorů. Jejich tepelná účinnost byla výrazně zvýšena oproti reaktorům Magnox a je srovnatelná s ostatními dnes používanými reaktory. Toho bylo dosaženo díky vyšší teplotě oxidu uhličitého v primárním okruhu. Původně používaná slitina hořčíku a hliníku ale nevydrží teplotu přes 600 °C, takže na pokrytí paliva musela být použita nerezová ocel. Ta se ovšem liší parametry pohlcování neutronů, což vynutilo použití obohaceného uranu jako paliva.

Celkem bylo postaveno 14 bloků tohoto typu plus jeden prototyp ve Windscale, díky němuž byla ověřena funkčnost nového typu, získány zkušenosti s prodlužováním jejich provozu a s bezpečnou likvidací vysloužilých jaderných bloků. Byl v provozu od roku 1963 do 1981, kdy se stal prvním britským trvale odstaveným energetickým reaktorem. Jejich instalovaný výkon je v rozmezí 615 až 682 MWe a délka jejich provozu je plánována až na 47 let.

Reaktory AGR používají obohacené jaderné palivo vyráběné v závodu ve Springfields, který v současnosti vlastní společnost Westinghouse. Vznikl ve 40. letech min. stol. jako muniční továrna, později vyráběl palivo pro reaktory Magnox, AGR a dnes i pro zahraniční lehkovodní reaktory. Spojené království dnes poskytuje služby v oblasti palivového cyklu počínaje konverzí a obohacováním uranu. Zpracovanou rudu pro výrobu paliva dováží ze zahraničí.

 

Současnost – lehkovodní reaktory

Mezi jadernými reaktory, které jsou ve Spojeném království v provozu, bychom našli ojedinělý tlakovodní reaktor od společnosti Westinghouse, který stojí v JE Sizewell B. Jeho výstavba začala v roce 1988 a měl se stát prvním z další generace britských jaderných reaktorů. K tomu ale prozatím nedošlo, protože plány na další tlakovodní reaktory byly v 90. letech min. stol. zrušeny. Tento reaktor o instalovaném výkonu 1250 MWe byl uveden do provozu v roce 1995 a má 40letou licenci k provozu.

Od roku 2008 se projevují snahy o realizaci plánů na nahrazení dosluhujících reaktorů novými typy a začaly probíhat konzultace nových typů a posuzování vhodných lokalit. Pro nové jaderné bloky bylo schváleno celkem osm lokalit, kde již stojí jaderné elektrárny: Hinkley Point (2x Magnox mimo provoz, 2x AGR v provozu), Oldbury (2x Magnox mimo provoz), Moorside (v sousedství Sellafieldu a JE Calder Hall), Sizewell (2x Magnox mimo provoz, 1X PWR v provozu), Wylfa (1x Magnox mimo provoz, 1x Magnox v provozu), Bradwell (2x Magnox mimo provoz), Hartlepool (2x AGR v provozu) a Heysham (4x AGR v provozu).

Pro tyto lokality je zvažováno několik typů reaktorů od různých dodavatelů, což je rozdíl oproti dnešní situaci, kdy 14 ze 16 provozovaných reaktorů je typu AGR. V plánu jsou tlakovodní EPR od francouzské Arevy, tlakovodní AP1000 od amerického Westinghousu, varný ABWR od japonské Toshiby a tlakovodní VVER-TOI od ruského Rosatomu. Nové bloky by měly být uváděny do provozu před rokem 2025, takže postupně přeberou výrobu po dosluhující generaci reaktorů AGR.

 

Mechanismy na podporu bezuhlíkatých a stabilních zdrojů energie

Na podporu investic do nových jaderných bloků i do ostatních bezuhlíkatých zdrojů energie (včetně uhelných elektráren se systémem Carbon Capture and Storage – CCS) zavedla britská vláda několik mechanismů.

Nejznámějším z nich v oblasti jaderné energetiky jsou Contract for Difference (CfD), které mají za cíl stabilizovat návratnost nových bezuhlíkatých projektů a současně nezpůsobit nárůst plateb domácností za elektřinu. Znamená to, že se vláda a budoucí provozovatel nových energetických zdrojů dohodnou na výši výkupní ceny elektřiny, která bude platná určitý časový úsek (v případě Hinkley Point C je to 35 let). Pokud v době provozu nového zdroje bude výkupní cena elektřiny nižší než dohodnutá, bude stát finanční rozdíl dorovnávat, aby měl provozovatel garantovaný zisk, a pokud bude výkupní cena naopak vyšší, bude provozovatel odvádět část svých zisků státu.

Na rozdíl od dnes používaného mechanismu Feed-in Tariff (FIT) nebude docházet ke zvýšení ceny elektřiny pro koncové odběratele. Zmíněný mechanismus je podobný jako podpora obnovitelných zdrojů v České republice, kdy je k ceně elektřiny připočítávána regulovaná složka na podporu obnovitelných zdrojů.

Výše garantované výkupní ceny (v angl. strike price) je pro jadernou elektrárnu Hinkley Point C stanovena na 92,50 liber za MWh (hodnota je brána z roku 2012 a podléhá indexaci z důvodu rostoucí inflace). Pokud by došlo k realizaci projektu jaderné elektrárny Sizewell C, kde mají vzniknout dva bloky s reaktory typu EPR, stejně jako v případě Hinkley Point C, bude garantovaná výkupní cena snížena na 89,50 liber za MWh elektřiny. Náklady na stavbu se s rostoucím počtem bloků stejného typu snižují, takže tímto způsobem bude zprůměrována cena elektřiny z obou zamýšlených jaderných elektráren.

Pro ostatní bezuhlíkaté zdroje energie jsou navrhovány následující garantované výkupní ceny: 125 liber/MWh pro solární elektrárny, 100 liber/MWh pro pobřežní větrné parky a 155 liber/MWh pro větrné parky vybudované na volném moři.

K dalším důležitým mechanismům patří kapacitní trh, který má podpořit investice do stabilních zdrojů elektřiny. V tomto případě bude na několik let dopředu předplacen určitý rezervní instalovaný výkon elektráren nezávislých na aktuálním počasí, které najedou v případě, kdy nebudou vyrábět obnovitelné zdroje.

 

Průběh projektů nových jaderných elektráren

Plány na jaderné elektrárny ve většině z dříve zmíněných lokalit jsou zatím ve velmi raných fázích. Projekty, které se postupně rýsují, probereme jeden po druhém.

Hinkley Point C a Sizewell C

V těchto lokalitách mají vzniknout celkem čtyři tlakovodní reaktory EPR o instalovaném výkonu 1670 MWe, které nahradí dosluhující bloky. Objednatelem stavby bude společnost EDF Energy, což je britská společnost ve stoprocentním vlastnictví francouzské energetické společnosti EDF. Kromě všech britských jaderných elektráren provozuje tato společnost i další britské elektrárny.

Generálním dodavatelem elektrárny Hinkley Point C bude společnost EDF, která rozdělí kontrakty mezi francouzské a britské společnosti. Mezi hlavní dodavatele bude patřit francouzská Areva, která dodá jaderný ostrov, jaderné palivo a systémy pro řízení reaktoru. Stavební část projektu budou mít na starosti francouzská stavební společnost Bouygues (stavitel třetího bloku francouzské JE Flamanville) a britská Laing O’Rourke. Francouzský Alstom dodá parní turbíny a britský Rolls-Royce některé díly pro jaderný ostrov. Celkově by britským firmám mělo připadnout 57 % prací. Celkově by se na výstavbě nových bloků mělo podílet na 25 000 pracovníků, přičemž současně jich na stavbě bude až 5600. Dva nové bloky by měly přinést zhruba 900 stálých pracovních míst.

Při výstavbě je pravděpodobné, že budou evropské společnosti spolupracovat s čínskými firmami CGN a CNNC, které staví bloky s reaktory EPR v čínské elektrárně Tchaj-šan (pchin-jin: Taishan). V projektu Hinkley Point C budou držet finanční podíl 30 až 40 %, přičemž zbývající podíl bude rozdělen mezi EDF (45 až 50 %), Arevu (10 %) a další partnery (až 15 %).

V roce 2013 byly zahájeny výkopové práce a příprava infrastruktury jako silnic a ubytování pro stavební dělníky. Přesné datum zahájení betonování základů reaktorové budovy, které je u jaderné elektrárny považováno za oficiální zahájení výstavby, zatím nebylo stanoveno a závisí na konečné podobě investičního rozhodnutí. Termín spuštění je plánován na roky 2023 a 2024.

 

Moorside

V roce 2009 byla založena společnost NuGeneration, která má za cíl stavět ve Spojeném království nové jaderné elektrárny. Zakladateli byly společnosti GDF Suez a Iberdrola (vlastnící skotskou energetickou společnost Scottish Power a provozující španělské jaderné elektrárny), obě s 50% podílem. V roce 2014 odkoupila japonská Toshiba podíl Ibredroly a pětinu podílu GDF Suez, čímž se stala většinovým vlastníkem se 60 %. Společnost NuGeneration plánuje v lokalitě Moorside postavit tři bloky s reaktory AP1000 společnosti Westinghouse, která je většinově vlastněna Toshibou.

Získání licence a zahájení výstavby je očekáváno v roce 2016 a první z nových bloků by měl být spuštěn v roce 2024. Stavební parcela se nachází přímo v sousedství areálu centra Sellafield.

 

Oldbury, Wylfa

Zatímco dosud zmíněné projekty mají již poměrně jisté obrysy, plány společnosti Horizon zůstávají zastřeny mlhou, neboť jsou v rané fázi a poměrně často dochází k jejich zásadnímu přeformulování.

Společnost Horizon byla založena v roce 2009 společnostmi RWE npower a E.On UK, aby stavěla nové bloky v sousedství vysloužilých reaktorů typu Magnox. Její plány se soustředily na lokality Wylfa, Oldbury a Bradwell, přičemž v prvních dvou vyhrála ve veřejné soutěži nad společnostmi EDF Energy, NuGeneration a Vattenfall.

Do roku 2025 plánovala spustit nové jaderné elektrárny o celkovém instalovaném výkonu kolem 6000 MWe. Ve Walesu v lokalitě Wylfa měly vzniknout čtyři reaktory typu AP1000 nebo tři EPR, v anglické lokalitě Oldsbury tři AP1000 nebo dva EPR. V roce 2012, ale začaly v Německu probíhat velké energetické změny a společnosti RWE a E.On, sídlící v Německu, se z tohoto projektu začaly stahovat.

O odkoupení projektu projevilo zájem několik společností včetně ruského Rosatomu, který zde chtěl postavit bloky s reaktory VVER-1200. Nakonec ale vyhrála nabídka GE Hitachi, takže v každé lokalitě vzniknou dva bloky s reaktory UK ABWR (verze varného reaktoru ABWR určená pro britský trh). Výkopové a přípravné práce již byly zahájeny, betonování základů má započít v roce 2019. Spuštění prvního z nových bloků je plánováno na rok 2025.

 

 

Srovnání s evropskými zeměmi

V kontextu evropské energetiky se Spojené království vyjímá svým ojedinělým postojem k jaderné energetice. Zatímco ve Španělsku mají malé jaderné elektrárny s jedním blokem problémy s finanční návratností dalšího provozu, v Itálii byly všechny jaderné bloky trvale odstaveny již v 90. letech min. stol. a v Německu jsou jaderné elektrárny odstavovány před vyčerpáním své životnosti, Spojené království reformuje svou energetiku a snaží se přilákat investory do projektů nových jaderných bloků.

Mezi západní země provozující jadenré elektrárny patří také Finsko, kde je dlouhé roky dostavován třetí blok JE Olkiluoto a plánuje se stavba JE Hanhikivi, Švýcarsko, kde plány na provoz jaderných elektráren zatím trvají, a Švédsko, kde již poněkolikáté obyvatelstvo rozhodlo v referendu o odstavení všech jaderných bloků, ale opět se z ekonomických důvodů nejeví, že by k tomu skutečně v blízké době došlo.

Ve Francii státní úřady a obyvatelstvo rozhodlo, že celkový instalovaný výkon jaderných elektráren nebude zvyšován a starší bloky budou postupně odstavovány. Panuje zde ale poměrně bouřlivá debata o trvalém odstavení nejstarší z nich, JE Fessenheim, které by vedlo k výraznému zvýšení nezaměstnanosti a k ohrožení stabilních dodávek elektřiny v jejím okolí.

V Belgii jsou provozovány dvě jaderné elektrárny s celkem sedmi bloky. Blok Doel-4 koncem loňského roku obnovil provoz po opravě turbíny, která byla poškozena únikem maziva. Blok Doel-3 stejně jako Tihange-2 je odstaven od roku 2012, kdy nová metoda kontroly materiálu tlakové nádoby odhalila defekty pocházející pravděpodobně z výroby. V současnosti probíhá zkoumání vlivu těchto defektů na bezpečnost provozu, ale termín přijetí konečného rozhodnutí je stále odkládán. Výpadek těchto tří bloků pro Belgii znamenal prudký nárůst importu elektřiny ze sousedních zemí. V letošním roce ji bude čekat ještě horší situace, protože se přidají bloky Doel-1 a 2, které budou odstaveny kvůli posuzování žádosti o prodloužení jejich licence k provozu.

 

Seznam jaderných elektráren ve Spojením království

(BWR = Boiling Water Reactor – Varný reaktor; PWR = Pressurized Water Reactor – Tlakovodní reaktor) Tabulka britských plánovaných jaderných elektráren (Zdroj: World-nuclear.org, PRIS; březen 2015)

 

(AGR = Advanced Gas cooled Reactor – Pokročilý plynem chlazený reaktor; BWR = Boiling Water Reactor – Varný reaktor; PWR = Pressurized Water Reactor – Tlakovodní reaktor; GCR = Gas Cooled Reactor – Plynem chlazený reaktor)

Úvodní fotografie – Zdroj: geograph.org.uk, Autor: Dave Croker

Autor článku: Vladislav Větrovec