Plavidla na jaderný pohon: Civilní plavidla

Jaderný pohon významně technicky a ekonomicky pomohl ruským ledoborcům operujícím v oblastech Arktidy. Na tomto území potřebují plavidla lámat až třímetrové vrstvy ledu a složité je zde i doplňování paliva. Díky novému pohonu se tak značně zlepšila manévrovatelnost a operační doba. Ruská jaderná flotila obsahuje šest ledoborců a jednu nákladní loď.

Ruské ledoborce

Ledoborec Lenin byl celosvětově prvním hladinovým plavidlem na jaderný pohon. Jeho výtlak činil 20 000 tun a na moře byl spuštěn v roce 1959. Po 30 letech byl v roce 1989 vyřazen z provozu kvůli zeslábnutí trupu, způsobeném ledovou abrazí. Původně jej poháněly tři tlakovodní reaktory typu OK-150, každý s výkonem 90 MWt. Kvůli závažné nehodě při výměně paliva v roce 1965 a 1967 byly tyto reaktory nahrazeny dvěma reaktory OK-900, každý s výkonem 171 MWt. Výkon přenášený na lodní šroub činil 34 MW. Ledoborec se nyní, stejně jako jeho jmenovec, nachází v muzeu.

Následovala třída šesti velkých ledoborců (23 500 tun) s názvem Arktika. Uvedení do provozu proběhlo roku 1975. Každé z těchto výkonných plavidel vlastnilo dva 171MWt reaktory typu OK-900A, které posílaly výkon 54 MW na lodní šroub. Arktika byla prvním hladinovým plavidlem, které roku 1977 dosáhlo Severního pólu. Tři plavidla z této řady jsou stále v provozu (Rossija 1985, Sovetskiy Soyuz 1990 a Yamal 1992), jedno se po odstávce chystá do provozu od roku 2017 (Soyuz) a dvě lodě jsou trvale vyřazeny. Předpokládaná životnost těchto plavidel je 30 let. Třída Arktika měří na délku 148 m, na šířku 30 m a je konstruována pro překonávání až 2 m silného ledu.

Sedmý a zároveň největší ledoborec třídy Arktika se jmenoval „50 Let Pobedy“ (50 let vítězství). Byl postaven v loděnicích Baltic v St. Petersburgu a po průtazích při výrobě byl do provozu uveden roku 2007 (12 let po 50. výročí od roku 1945). Loď dlouhá 160 m, široká 20 m s výtlakem 25 800 tun zvládne překonat až 2,8 m tlustou lední vrstvu. Výkon přenášený na lodní šroub má hodnotu 54 MW a provozní výsledky jsou skutečně impozantní.

Pro využití v mělkých vodách, například řekách, slouží Rusku dva ledoborce třídy Taymyr s výtlakem 18 260 tun a jedním reaktorem KLT-40M s tepelným výkonem 171 MW, který na lodní šroub posílá výkon 35 MW. Výroba lodí proběhla ve Finsku. Jaderné vybavení pak bylo přidáno v Rusku. Jejich provoz byl zahájen v letech 1989 a 1990. Délka plavidel je 152 m, šířka 19 m a disponují schopností lámat 1,77 m tlustý led. Provoz je opět předpokládán na dobu 30 let.

Zajímavou novinkou je ruský ledoborec řady LK-60, který by měl být poháněn dvěma reaktory RITM-200, každý s výkonem 175 MWt, využívající nízko-obohacený uran (méně než 20%). Oba reaktory posílají výkon 60 MW na tři lodní šrouby, přeš dva turbogenerátory a tři motory. Předpokládaná doba provozu bez výměny paliva je 7-10 let. Celková životnost je projektována na 40 let s jednou generální odstávkou po 20 letech provozu. První reaktorová nádoba byla namontována na počátku roku 2015. Posádka této lodi by měla čítat pouhých 62 pracovníků obsluhy.

Rusko navíc plánuje pořídit další dva univerzální ledoborce a plánuje velký ledoborec LK-110 s čistým výkonem 110 MW a výtlakem 55 600 tun.

V roce 1988 představilo Rusko své další civilní plavidlo s jaderným zdrojem. NS Sevmorput operoval především mezi přístavy na severu Sibiře. Tato 61 900 tunová a 260 m dlouhá transportní loď má schopnost plout i v mělčinách a její trup je uzpůsoben k překonávání až 1,5 m tlustého ledu. Její reaktor KLT-40 je podobný jako OK-900A využívaný na větších ledoborcích. Jeho výkon je zde 32,5 MWt a lodní šroub zvládá 32,5 MW. Výměna paliva proběhla dosud pouze jednou v roce 2003. Reaktor byl vyřazen z provozu v roce 2014. Po úpravách však Rosatom chystá jeho znovuspuštění v roce 2016.

V srpnu 2010 asistovaly dva ledoborce třídy Arktik 100 000 tunovému tankeru Baltika, který nesl 70 000 tun zkapalněného plynu z Murmansku do Číny přes Severní arktickou námořní cestu (NSR) a ušetřili tak 8000 km cesty ve srovnání s trasou přes Suezský průplav. V listopadu 2012 se přes řeku Ob plavil tanker na LNG se 150 000 metry krychlovými plynu vyslaný ruským Gaspromem. Tanker cestoval severním mořem z Norska do Japonska doprovázený dvěma jadernými ledoborci. Cesta se tak zkrátila o 20 dní, oproti obvyklé trase, což znamenalo menší ztrátu nákladu. Podpora ledoborců při přepravě materiálů či záchranné mise přes severomořskou cestu (NSR) není nic neobvyklého. Od roku 2013 pravidelně operují v oblasti ledoborce společnosti Atomflot, které jsou najímány v případě potřeby ruskou vládou. Během období léto-podzim uskutečnily tyto plavidla celkem 71 podpůrných operací, které zahrnovaly i podporu 25 zahraničních lodí.

Neúspěšná plavidla

Vývoj obchodních lodí na jaderný pohon začal v 50. letech minulého století, ale nebyl komerčně úspěšný. Americká loď NS Savannah s výtlakem 22 000 tun byla postavena roku 1962 a po osmi letech provozu odstavena a rozebrána. Reaktor využíval uran obohacený pouze na 4,2 % a 4,6 %, což byl technický úspěch. Pro ekonomický provoz to však nestačilo. Reaktor s výkonem 74 MWt předával lodnímu šroubu výkon 16,4 MW. O dva roky později byl výkon reaktoru zvýšen na 80 MWt.

Německá dopravní a výzkumná loď Otto Hahn s výtlakem 15 000 tun zvládla za 10 let svého bezproblémového provozu na svých 126 misích více než 650 000 námořních mil. Čistý výkon 8 MW zajištoval 36 MWt reaktor. Přesto byl její provoz příliš nákladný a v roce 1982 byla přestavěna na deiselový pohon.

V pořadí třetí jaderné civilní plavidlo byla 8000 tunová japonská Mutsu, která na moře vyplula roku 1970. Disponovala také 36 MWt reaktorem a výkonem 8 MW na lodním šroubu. Velmi brzy však byla kvůli politickým a technickým problémům odstavena. I zde jako palivo sloužil uran 235 s obohacením 3,7-4,4%.

Budoucnost

Rostoucí pozornost, je věnována emisím skleníkových plynů vzniklých spalováním fosilních paliv v mezinárodní letecké a lodní dopravě. Připočteme-li vysokou úroveň zabezpečení plavidel na jaderný pohon je možné, že se obliba využití jádra v námořní dopravě opět zvýší. Pokud by všechny obchodní lodě přešly na pohon založený na jaderném štěpení, znamenalo by to nahrazení výkonu pokrývaného fosilními palivy o velikosti 410 GWt. To je asi 1/3 současného instalovaného tepelného výkonu v jaderných elektrárnách.

Ředitel velké čínské dopravní společnosti Cosco v prosinci 2009 uvedl, že zavedením jaderných pohonů u velkých tankerů by se značně snížily emise skleníkových plynů v lodní dopravě. Řekl, že Cosco jedná s čínskými jadernými regulátory o vývoji nákladních lodí na jaderný pohon. Přesto však v roce 2011, po havárii japonské elektrárny Fukušima, byla tato studie ukončena.

V roce 2010 dokončila námořní divize společnosti Babcock international studii na vývoj jaderně poháněného LNG tankeru. Studie ukázala, že na konkrétních trasách by mohla být tato možnost pohonu výhodná a s novými návrhy lodních reaktorů a sériové výroby i stále více dostupná.

Britská společnost Lloyd’s Register zabývající se lodní dopravou provedla ve spolupráci s americkým projektem Hyperion Power Generation (nyní Gen4 Energy), britskými lodními konstruktéry z BMT Group a řeckým lodním operátorem Enterprises Shipping and Trading SA dvouletou studii, která sledovala možnosti využití malých modulárních reaktorů (SMR) Vznikl tak koncept tankeru pojáněného reaktorem o výkonu 70 MWt typu Hyperion (Gen4 Energy). Tříletý kontrakt mezi všemi členy konsorcia měl cíl získat schválení projektu v tolika zemích, kolika to jen bude možné. Projekt počítal i se schválením od Mezinárodní námořní organizace (IMO) a byl podporován Mezinárodní agenturou pro atomovou energii (MAAE) a jednotlivými národními regulátory.

Na požadavek členů jaderné společnosti upravil Lloyd’s Register pravidla pro lodě s jaderným pohonem. Začlenil do schvalovacího procesu lodi i certifikaci reaktoru od regulátorů zabývajících se standartními jadernými elektrárnami. Na základě těchto požadavků vytvořil srozumitelná pravidla a postupy pro konstruktéry lodí a lodních reaktorů, která by následně měla usnadnit celý schvalovací proces. Plavidla s jadernými reaktory jsou nyní ve vlastnictví samotných států. V případě využití v komerční mezinárodní dopravě by se situace změnila a dohled nad těmito plavidly by se zpřísnil. Lloyd’s Register však věří, že výše zmíněné kroky povedou k tomu, že „na konkrétních námořních trasách uvidíme dopravní lodě s jaderným pohonem dřív, než si mnoho lidí myslí“.

Minulý rok vyšly dva dokumenty o komerčním využití jaderných pohonů v lodní dopravě, které navazují na projekt společnosti Lloyd’s Register. Jedná se o popis předběžného konceptu 155 000 tunového tankeru typu Suezmax s klasickou stavbou trupu a jederným reaktorem o výkonu 70 MWt, který je schopen vyvinout na hřídeli výkon 23,5 MW. Tento malý rychlý reaktor je chlazen eutektickou směsí olova a bismutu a je schopen provozu na plném výkonu bez výměny paliva po dobu 10 let. Životnost reaktorové nádoby je projektována na 25 let provozu. Pro úspěšnou produkci a uvedení na trh ještě zbývá doladění harmonogramů vývoje a výroby. V neposlední řadě bude potřeba prototyp, pro schválení od všech kontrolních orgánů.

V případě významnějšího rozvoje jaderné námořní dopravy se její využití plánuje v těchto oblastech:

• Velké nákladní lodě jezdící po neustále stejných trasách (Čína – Jižní Amerika a Austrálie). O jejich pohon by se staral reaktor s výkonem 100 MW na hřídeli lodního šroubu.
• Výletní lodě, které mají spotřebu jako malé město. Reaktorová jednotka s elektrickým výkonem 70 MW by pokrývala základní zatížení a dobíjela baterie. O vykrytí špiček by se staral záložní dieselgenerátor.
• Jaderné remorkéry pro klasické oceánské cesty
• Některé druhy hromadné přepravy s důrazem na rychlost.