Jaderná elektrárna Temelín – technický skvost z jižních Čech

Jaderná elektrárna Temelín (ETE) je největší českou elektrárnou, která již od dob svého vzniku budí četné diskuse. V současnosti je elektrárna v polovině své plánované životnosti a s největší pravděpodobností bude v provozu déle než původně plánovaných 30 let. Jde o jeden z nejsložitějších a nejzajímavějších komplexů zařízení na českém území a komplexní představení celé elektrárny je nad možnosti jednoho článku. Níže jsou proto představeny základní principy fungování a nejdůležitější technické parametry elektrárny.

Temelín je jednou ze dvou českých jaderných elektráren. Leží v jižních Čechách přibližně 25 km od Českých Budějovic a 5 km od Týna nad Vltavou. Dva výrobní bloky elektrárny s reaktory typu VVER 1000 (V320) zajišťují každoročně produkci okolo 15 TWh energie, což z Temelína dělá zdroj více než pětiny v Česku spotřebované elektřiny.

Menší než se plánovalo

Dle původního plánu měla elektrárna disponovat 4 výrobními bloky, ovšem v devadesátých letech bylo rozhodnuto o výstavbě pouze dvou bloků. Výstavba elektrárny byla dokončena v roce 2000 za cenu téměř 100 miliard Kč. Elektřinu začala elektrárna dodávat do sítě 21. prosince 2000.

Jedná se o dvouokruhovou jadernou elektrárnu se dvěma výrobními bloky. Oba bloky jsou vybaveny tlakovodním, vodou chlazeným a moderovaným jaderným reaktorem s elektrickým výkonem přes 1000 MW – konkrétně 1078 MW a 1055 MW. V elektrárně dochází k přeměně energie z jaderného paliva na energii elektrickou, během které se jaderná energie mění na energii tepelnou, pohybovou (kinetická) a následně elektrickou.

Bližší technické parametry je možné čerpat z oficiálních stránek energetické společnosti ČEZ, která je provozovatelem JE Temelín.

Uspořádání elektrárny Temelín

Jaderná elektrárna Temelín je velký komplex řady budov a technologických celků, které jsou po celém prostoru rozmístěny co nejefektivněji z hlediska provozního, pracovního a bezpečnostního. Každá z budov má své specifické označení, např. SO 490 (stavební objekt 490). Nejdůležitějším objektem elektrárny je Hlavní výrobní blok (HVB), který se skládá ze stavebních objektů budovy reaktoru (SO 800), strojovny (SO 490), blokové výměníkové stanice (SO 491) a rozvodny (SO 500).

HVB obsahuje nejdůležitější zařízení pro chod elektrárny a nachází se zde nejvíce technologických zařízení primárního a sekundárního okruhu. V budově reaktoru, která se skládá z kontejnmentu a obestavby, je umístěn reaktor, parogenerátory a další zařízení realizující přeměnu jaderné energie na energii tepelnou. Také je zde v obestavbě umístěna bloková dozorna, odkud se řídí příslušný výrobní blok.

Další z nezbytných budov pro chod elektrárny je Budova aktivních pomocných provozů (BAPP), v žargonu pracovníku elektrárny nazývaná „BAPPka“, kde probíhá příjem, kontrola a skladování čerstvého paliva, čištění plynných a kapalných radioaktivních médií, skladování kapalných radioaktivních odpadů, oprava zařízení z kontrolované zóny, dekontaminace částí primárního okruhu a velmi důležitá hygienická smyčka pro vstup a výstup do/z kontrolovaného pásma.

Pro zajištění energie i při výpadku zásobování elektřinou je elektrárna vybavena blokovými dieselgenerátorovými stanicemi, společnou dieselgenerátorovou stanicí a akumulátorovými bateriemi umístěnými v budově rozvodny vlastní spotřeby.

Jak již bylo zmíněno, Temelínská elektrárna je dvouokruhová, což znamená, že je možné elektrárnu rozdělit na dvě samostatné části. Část jadernou (primární okruh), kde mimo jiné probíhá štěpná reakce a část nejadernou (sekundární okruh), který se nijak zásadně neliší od jiných tepelných elektráren (např. uhelných).

Primární okruh

V primárním okruhu elektrárny se nachází zařízení pro přeměnu energie z rozpadu jader na energii tepelnou, která je následně v parogenerátoru převáděna na tepelnou energii páry v sekundárním okruhu. Primární okruh elektrárny je z bezpečnostních důvodů umístěn v tzv. kontejnmentu, který je ochrannou železobetonovou obálkou chránící jaderné části elektrárny proti vnějším vlivům jako je například pád letadla, či meteoritu.

Reaktor

Reaktor bývá často označován jako srdce jaderné elektrárny. V reaktoru probíhá řízená štěpná reakce, díky které se palivové proutky ohřívají a vytvořené teplo předávají kolem proudící chladící vodě. Teplota vody v reaktoru dosahuje 320 °C a jejímu varu zabraňuje vysoký tlak 15,7 MPa.

Tlaková nádoba reaktoru je vyrobena z chrom-nikl-molybden-vanadové oceli a její rozměry dosahují 11m (výška), 4,58m (průměr), 19,3cm (tloušťka stěny). Reaktor samotný váží 800 tun a při provozu je schopen dodávat přes 3100 MW tepelného výkonu.

Palivem v elektrárně Temelín je oxid uraničitý (UO₂) ve formě palivových tablet uložených do palivového proutku. Proutky následně tvoří palivový soubor (312 proutků). V reaktoru je umístěno 163 palivových souborů a rovněž 61 regulačních tyčí, oboje mají tvar šestihranů a jsou umístěny v tzv. aktivní zóně reaktoru, kde probíhá řízená štěpná reakce.

Při štěpné reakci dochází k rozštěpení těžkých atomových jader izotopu uranu ²³⁵U pomocí pomalých neutronů. Pomalé neutrony, které vniknou do jádra uranu, jsou absorbovány a energie předaná jádru způsobí jeho rozkmitání a rozdělení na dva jiné atomy (odštěpky), které jsou z prvotně rychlého pohybu postupně zpomaleny a jejich kinetická energie se mění na energii tepelnou. Při rozštěpení se zároveň uvolňují 2 až 3 rychlé neutrony a část energie ve formě ionizujícího záření. Rychlé neutrony je před dalším štěpením nezbytné zpomalit, k čemuž se využívá tzv. moderátor. Jde o látku, která zpomalí rychlé neutrony, aby byly schopny rozštěpit další jádro atomu uranu. V Temelíně je moderátorem voda.

Při řízené štěpné reakci je ovšem nutné množství neutronů regulovat, což se provádí jejich záchytem v atomech bóru. Bór je ve formě kyseliny borité přidáván do vody proudící reaktorem a primárním okruhem elektrárny. Výkon reaktoru lze tedy řídit jednak množstvím kyseliny borité v proudící vodě, ale také i tzv. rychlým způsobem, kdy se do reaktoru zasunují regulační tyče (klastry), které jsou rovněž schopny pohlcovat neutrony.

Parogenerátor

Horká voda z reaktoru je vedena potrubím do parogenerátoru, který je tepelným výměníkem mezi primárním a sekundárním okruhem elektrárny. Teplo se zde přes teplosměnné plochy předává vodě sekundárního okruhu a ta se zde mění na páru, která je následně vedena do turbíny. Během jedné hodiny vytvoří parogenerátor okolo 1470 tun páry o teplotě 278 °C.

Temelínské parogenerátory (4 pro každý reaktor) jsou válcovité nádoby umístěné naležato s rozměry 14,8 m (délka) a průměrem 4,5 m.

Sekundární okruh

V sekundárním okruhu elektrárny dochází k přeměně tepelné energie páry na kinetickou energii rotující turbíny a následně přeměně kinetické energie na energii elektrickou, která je vyváděna z elektrárny.

Turbína

Pára z parogenerátoru je vedena nejprve na vysokotlaký díl turbíny, kde se rozpíná a působí na lopatky rotoru, čímž ho roztáčí. Pára takto přijde o část energie a zhorší se její parametry (zvýší se vlhkost a klesne teplota). Po průchodu vysokotlakým dílem se proto pára zbavuje vlhkosti a znovu přihřívá v separátoru a přihřívači, odkud je následně vedena do tří nízkotlakých dílů turbíny. Po průchodu nízkotlakým dílem má pára teplotu přibližně 40 °C a vstupuje do kondenzátoru umístěného pod turbínou.

Kondenzátor a regenerace

V kondenzátoru se pára dále ochladí a zkondenzuje na vodu. Kondenzovaná voda (kondenzát) je poté vedena skrze systém nízkotlaké a vysokotlaké regenerace (a řady čerpadel) zpět do parogenerátoru. Díky regeneraci se voda před opětovným vstupem do parogenerátoru ohřeje na teplotu přibližně 218 °C.

Generátor a transformátory

Pohybová energie rotoru turbíny se mění v generátoru na energii elektrickou o napětí 24 kV, která je dále vedena mimo strojovnu na tři jednofázové blokové transformátory, které energii transformují na 420 kV a vyvádí do blízké transformovny Kočín, odkud je následně vedena do přenosové soustavy ČR. Generátor je synchronní, dvoupólový, chlazený vodíkem a jeho otáčky jsou 3000 ot/min (50 ot/s). Celé soustrojí turbíny a generátoru je propojeno společnou hřídelí.

Kromě tří blokových transformátorů pro každý výrobní blok je elektrárna vybavena u každého HVB i dvěma odbočkovými transformátory určenými k napájení vlastní spotřeby elektrárny (téměř 70 MW/blok) a dalšími dvěma rezervními transformátory pro případ poruchy odbočkových transformátorů.

Chladicí věž a spotřeba vody

V chladicí věži probíhá ochlazování chladicí vody, která se využívá pro chlazení kondenzátorů. Voda je v chladicí věži rozstřikována a při pádu do bazénu, umístěného ve spodní části věže, je ochlazována vzhůru proudícím vzduchem. Výška chladicích věží je 154 metrů a jejich hyberboloidní tvar je viditelný z velké dálky až 50 km.

Pro elektrárnu jako takovou je voda jednou z nejdůležitějších součástí. Pro provoz Temelína je každou sekundu potřeba 3 m³ vody, která se odebírá z řeky Vltavy v prostoru Hněvkovické vodní elektrárny a část se jí zpětně vypouští do nádrže Kořensko. Vzhledem k výškovému rozdílu téměř 100 m mezi elektrárnou a řekou je třeba využívat pro čerpání vody do elektrárny řadu výkonných (přes 5 MW) čerpadel.

Bezpečnost

Jedním z nejčastějších témat spojených s temelínskou elektrárnou je bezpečnost. Již od dob výstavby elektrárny se ozývají jak v ČR, tak i v zahraničí (především z Rakouska) hlasy o možném nebezpeční elektrárny. Nejčastěji je elektrárna kritizována za kombinaci ruské a americké technologie.

V reálném provozu ovšem za 15 let nebyla elektrárna postižena žádnou poruchou s hodnocením vyšším než je stupeň INES 1 (Technická porucha nebo odchylka od schváleného režimu) a bezpečnost elektrárny byla potvrzena i misemi nezávislé Mezinárodní agentury pro atomovou energii (IAEA). S rakouskou stranou byl v roce 2000 podepsán Protokol z Melku, kterým se ČR zavázala Rakousko nadstandardně informovat o provozu elektrárny.

Bezpečnost elektrárny stojí na řadě dílčích opatření sahajících do všech částí provozu. Od struktury paliva, řešení nádoby reaktoru, primárního okruhu, kontejnmentu, přes několikanásobné zajištění kontrolních a řídicích systémů až po samotný provoz elektrárny. Bezpečnost elektrárny je navíc pod stálou kontrolou Státního úřadu pro jadernou bezpečnost (SUJB).

Otázka dostavby

Vzhledem k původním plánům na výstavbu 4 bloků se již delší dobu hovoří o možnosti dostavby JE Temelín. V roce 2008 podala společnost ČEZ, provozovatel elektrárny, žádost o posouzení vlivu na životní prostředí (EIA) pro dostavbu elektrárny. V roce 2011 pak ČEZ předal výzvu k podání nabídek kvalifikovaným zájemcům o možnou dostavbu, ze které následně vzešly tři nabídky od společností AREVA, Westinghouse a konsorcia českých a ruských společností (Škoda JS, Atomstrojexport a Gidropress). Z tendru byla následně pro nesplnění požadavků vyloučena společnost AREVA a v roce 2014 byl tendr ukončen z důvodu zamítnutí české vlády garantovat finanční podporu pro nové jaderné bloky.

V současné době probíhá diskuse o další možnosti výstavby jaderných zdrojů v ČR, ovšem více pozornosti se nyní směřuje na výstavbu nového bloku v lokalitě Dukovanské elektrárny. Jako možnost byla několikrát zmíněna i výstavba v obou lokalitách po jednom bloku.

Zdroj úvodní fotografie: Petr Šmolík, Panoramio