Domů
Elektřina
3 možné scénáře revoluce v jaderné energetice

3 možné scénáře revoluce v jaderné energetice

Představte si tekutou pec. Energie uranu je v takovéto peci rozptýlena v rozpuštěných solích v kapalném skupenství, které se nachází v jádru reaktoru. Energie je z horkého jádra dopravována čerpadly do tepelného výměníku, aby následně v turbogenerátoru vyrobila elektrickou energii. V případě, že cirkulační čerpadla ztratí napájení, je teplo pohlceno obrovskou tepelnou kapacitou soli.

Toto je jeden z mnoha návrhu pro nový druh jaderných reaktorů. Někdy je možné se setkat s označením „Reaktory IV. Generace“. V současné době jsou v provozu reaktory 2. a 3. generace. Nejčastěji jsou provozovány reaktory lehkovodní, které pracují na principu tepelných neutronů. V historii se však objevilo mnoho zajímavých nápadů, které ale bohužel zůstaly buď na rýsovacích prknech, nebo ve fázi experimentu.

Některé koncepce jsou však v posledních letech znovu oprašovány díky technologickému pokroku, díky kterému jsou některé jejich přednosti vyzdviženy a nedostatky potlačeny. Některé společnosti tvrdí, že tyto koncepty, by mohly posunout jadernou energetiku na novou úroveň.

Malé jaderné reaktory

Jedna vize počítá s menšími verzemi dnešních gigawattových monster. Tedy s výstavbou elektráren s menšími komponenty a s třetinovou velikosti oproti současným jaderným elektrárnám. Předpokládá se, že díky tovární výrobě hlavních komponent by se mohly snížit počáteční investice, zvýšila by se flexibilita a takovéto jednotky by se daly spojovat do větších energetických celků. Doba výstavby a s ní související návratnost investice je v takovémto případě mnohem kratší.

Jedná se o tzv. malé modulární reaktory (SMR – small modular reactor), jejichž vývoj probíhá v současnosti například v Anglii. Tyto reaktory disponují instalovaným elektrickým výkonem v rozsahu 10 až 300 MW. Jak je již uvedeno výše, sériová výroba jednotlivých komponentů má vést k podstatnému snížení celkových investičních nákladů na elektrárnu. Odtud pochází také označení ,,modulární“.

Animace možné velikosti malého modulárního reaktoru. Zdroj: www.svobodnymonitor.cz

Malé reaktory jsou vývíjeny také v USA. Jaderný reaktor od Bostonské firmy UPower Technologies bude vyrábět výkon pouze 1 – 2,5 MW. Svými rozměry však bude srovnatelný s lodním kontejnerem. Hlavní nádoba bude obsahovat ocelový blok s jaderným palivem. Palivo bude v trubkách částečně naplněné kapalinou. Tyto trubky budou sestaveny do bloku a k přenosu vzniklého tepla bude docházet skrz ně konvekcí (prouděním). Prvním krokem je pro firmu UPower Technologies získání licence návrhu pro testování jejich systému odvodu tepla z paliva.

Reaktory s roztavenou solí

Jiní věří, že je na čase opustit lehkovodní reaktory a modernizovat experimentální reaktorové návrhy. Přesunout je tak z laboratoře na trh.

„Jsme svědky nově vznikající cesty“ říká Richard Lester, oddělení jaderných věd a inženýrství na MITu. Začínající firmy se zajímají o nové jaderné technologie jak v oblasti obchodování, tak i vývoje. To je velký pokrok.“

Terrestrial Energy, v Mississauga, Ontariu, Kanadě se snaží vybudovat reaktor založený na roztavených solích. Jeden z nich byl již postavena provozován v Oak Ridge National Laboratory v 60-tých letech.

Porovnání s lehkovodními reaktory

V běžných lehkovodních reaktorech je palivo v keramické formě umístěno uvnitř palivových kazet či souborů. Tyto soubory jsou umístěny v reaktorové nádobě naplněné vodou. Podmínkou bezpečného provozu takovéhoto reaktoru je kapalný stav vody v reaktoru. Tu zajišťuje vysoký tlak.

Teplo ze štěpení je odváděno vodou z reaktoru a produkuje páru, která roztáčí turbogenerátor. V Terestriálním reaktoru je nízkoobohacené palivo rozpuštěno v roztavených solích. Teplo ze směsi paliva a roztavených solí pomocí čerpadel a tepelných výměníků vyrábí páru pro turbogenerátor. Turbogenerátor následně vyrábí elektrickou energii. Roztavené soli jsou schopny využít větší množství dostupné energie z paliva a dokonce ještě bezpečněji než lehkovodní reaktory.

Výhodou reaktorů s roztavenými solemi je i záporný teplotní koeficient. To znamená, že s rostoucí teplotou (výkonem) je štěpná reakce utlumována. Při výpadku elektrického napájení je teplo z reaktoru rozptýleno do vnější obálkové vrstvy soli. Pro chlazení odstaveného reaktoru tedy není potřeba čerpadel a nemělo by dojít k tavení.

Malé reaktory s roztavenými solemi

Podnikatelský záměr firmy Terrestrial je taktéž netradiční. Firma se hodlá zaměřit na prázdné místo na trhu, což znamená například zaměřit se na lokality, kde se pro výrobu elektrické energie dosud využívají dieselgenerátory. „To se týká například odlehlých míst v Kanadě, nebo ostrovních států. Reaktor může dodávat spolu s elektřinou i vysokoteplotní teplo, které je užitečné v mnoha průmyslových provozech,“ říká Irish.

Hlavní komponenty by mohly být podobně jako v případě malých modulárních reaktorů tak malé, že by se vešly na nákladní vlak nebo kamión, což by značně ulehčilo přepravu i instalaci. Reaktor by byl schopen vyrábět 32,5 MW elektrické energie a byl by schopen soustavně pracovat po dobu 7 let, po níž by byl odvezen na demontáž. Firma Terrestrial plánuje zahájit licencování tohoto typu rektoru koncem letošního roku a disponovat návrhy pro inženýrské plány do roku 2016.

„Na rozhraní mezi laboratoří, kde víme, že to funguje a trhem, musíte mít určité vlastnosti jako jednoduchost a bezpečnost, které musí být schopni demonstrovat poskytovateli licence,“ říká Irish. „To je podstata našich inovací.“

Malé reaktory s oblázkovým lože

Firma StarCore Nuclear z Quebecu se zaměřuje na sestavení komerčního vysokoteplotního reaktoru chlazeného plynem s tzv. „oblázkovým lože“. Poprvé se podobný typ reaktoru chlazený héliem objevil v Německu (šedesátá léta minulého století). Palivo se nachází v reaktoru ve formě „oblázků“ o velikosti tenisových míčků a produkuje tepelnou energii. Hélium následně odvádí vzniklé teplo z reaktoru. Díky vysokým teplotám dosahuje tato metoda vysoké účinnosti a chlazení probíhá pasivně na základě přírodních zákonů. Při ztrátě napájení tedy nedochází k problému s odvodem tepla tvrdí zástupci firmy.

Elektrárny od firmy StarCore budou konstruovány s jednotkovým elektrickým výkonem 10 MW a stejně velkým tepelným výkonem. Stejně jako UPower, tak i StarCore se chce zaměřit na odlehlé lokality, jakými jsou například těžařské stanice, které platí mnoho peněz za teplo a elektřinu. Firma věří, že postaví a dodá jednu zakázku každých pět let. „Pokud budeme mít štěstí,“ říká CEO David Dabney.

Akcionáři firmy StarCore vidí budoucnost též v reaktorech na vyhořelé palivo ze současných reaktorů. „Potenciál v tomto odvětví jaderné energetiky je obrovský, avšak je nutné začínat pomalu, konzervativně a tak bezpečně jak jen to bude možné, abychom si při přechodu z laboratorních podmínek do reálných zajistili souhlas veřejnosti,“ říká šéf oddělení technologie David Ashley Poole.

Proces licencování trvá roky, nemluvě o době, která nás ještě čeká, než bude postaven první z těchto malých reaktorů. V současné době se odhaduje nástup takovýchto elektráren kolem roku 2030, tedy v době, kdy bude mnoho stávajících jaderných elektráren ve světě odstavováno.

Jedná se o běh na dlouho trať s nejistým výsledkem a mnoha riziky. Výsledek by však mohl vést k vyšší bezpečnosti, jednoduchosti a ekologii v energetice.

Autor článku: Jiří Puchnar

Zdroj úvodní fotografie: www.gizmag.com

Komentáře

(0)

Přidat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna u komentáře
Vyžadované informace jsou označeny *
Pravidla diskuze
Veškeré příspěvky v diskuzi na webu oEnergetice.cz musí splňovat Pravidla diskuze. Přidáním příspěvku do diskuse uživatel vyjadřuje souhlas s těmito pravidly a zavazuje se je dodržovat.
Komentáře pouze pro přihlášené uživatele
Upozorňujeme diskutující, že komentáře v diskuzi budou moci přidávat již brzy pouze přihlášení uživatelé. V diskuzi se stále častěji objevují příspěvky od anonymních uživatelů, které porušují pravidla diskuze. Věříme, že díky tomuto opatření bude diskuze pod články pro všechny přínosnější.
Pokud ještě účet nemáte, je možné si jej vytvořit na stránce registrace. Pokud již účet máte, přihlaste se do něj na této stránce.
V uživatelské sekci pak můžete najít poslední vaše komentáře.
OM Solutions s.r.o.
Kpt. Nálepky 620/7, Nové Dvory, 674 01
Třebíč
IČ: 02682516
SOCIÁLNÍ SÍTĚ
© 2021 oEnergetice.cz All Rights Reserved.