Malé Modulární bloky SMR českému teplárenství nepomohou

Článek vychází z faktu, že po celou dobu, co se mluví o malých blocích SMR, je udávána jako jedna z jejich hlavních výhod možnost náhrady za odstavované uhelné kotle ve výtopnách a teplárnách. A tím i zachování a rozšiřování soustav CZT, na něž je napojeno cca 1,8 milionů domácností a zajišťují teplo pro téměř 4 miliony obyvatel ČR.

V týdenně vydávaných zprávách „ČNN - Zprávy z jaderné energetiky“, ze dne 2. 4. 2022 (č. 13), v rubrice Z domova bylo publikováno následující sdělení: Prostor přidělený v Temelíně pro budoucí SMR.

ČEZ vyčlenil plochu v Jaderné elektrárně Temelín jako potenciální lokalitu pro první malý modulární reaktor (SMR) v České republice. Říká, že místo nebude mít vliv na plány na výstavbu dalších dvou velkých jednotek.

V únoru 2020 navíc ČEZ podepsal Memorandum o porozumění o SMR se společností NuScale. Dohody o spolupráci má také se společnostmi GE Hitachi, Rolls-Royce, EDF, Korea Hydro & Nuclear Power a Holtec. Společnost ČEZ dne 31. března oznámila, že o plánu informovala Jihočeský kraj. Společnost uvedla, že Temelín je „osvědčenou jadernou lokalitou“ nabízející „stabilní geologické podloží“ a „množství zkušeného provozního personálu“.

„Tato aktivita nijak nezasahuje do našeho plánu vybudovat v areálu Temelína dva standardní bloky. Opce pro ně jsou také součástí tendru na výstavbu nového jaderného bloku v Dukovanech, který jsme spustili před dvěma týdny,“ uvedl generální ředitel a předseda představenstva ČEZ Daniel Beneš.

Z uvedené informace vyplývá, že jediný dnes kompetentní provozovatel jaderných elektráren v Česku – skupina ČEZ, plánuje umístění prvního FOAK SMR do jaderné lokality (a z logiky věci asi i dalších NOAK SMR), a to nejprve do Temelína.

To principiálně znamená, že bloky SMR českému teplárenství nepomohou, protože vytápění SZT z lokality Temelín mohlo být realizováno již ze stávajících bloků ETE 1&2.

Na projektu vytápění ETE – České Budějovice a dosud nepřekonaných problémech s jeho výstavbou (v těchto dnech po jednoročním přerušení se totiž opět začalo s výstavbou horkovodu), lze ukázat „nezájem“ investora a provozovatele ETE.

Vzhledem k situaci v české energetice je přirozené, že pro „polostátní“ ČEZ není zajišťování tepla pro dálkové vytápění měst a obcí finančně lukrativní, protože návratnost takových projektů je dlouhodobá. A to platí beze zbytku i o jaderném vytápění.

Pro zajištění tepla pro teplárenství by totiž bylo zapotřebí umístit nové bloky SMR do lokalit uhelných elektráren určených k postupnému ale rychlému odstavování, ve kterých jsou vybudovány a využívány SZT, které by bylo možné uchovat a nadále rozšiřovat.

Stát by se měl především snažit o zjednodušení jaderné legislativy, včetně tzv. malého energetického zákona, aby se o výstavbu a provozování SMR mohly reálně zajímat soukromé finanční a průmyslové subjekty. Tolik z pohledu právních a legislativních podmínek pro výstavbu SMR.

Technické a provozní parametry deklarovaných typů

Tato kapitola se věnuje technickým a provozním parametrům jednotlivých typů SMR, které formou dohod o spolupráci zkoumá společnost ČEZ. Podle ní pro výstavbu prvních SMR v Česku jsou nejvhodnější následující typy SMR (bez ohledu na pořadí):

• NuScale, 60 - 77 MWe/200 – 250 MWt, výstavba po dvou blocích („dvojče“), doporučeno 12 bloků (maximálně 12 x 60 = 720 MWe, minimálně 2 x 60 = 120 MWe), USA.
• GE Hitachi, BWRX-300, 290 MWe/870 MWt, GE USA – Hitachi Japan.
• Rolls-Royce, UK SMR, 443 MWe/1276 MWt, Velká Británie.
• EDF, NUWARD 2 x 170, 2 x (170 MWe/540 MWt), Francie.
• Korea Hydro & Nuclear Power (KHNP), SMART 110, 110 MWe/365 MWt, Jižní Korea.
• Holtec, SMR-160, 160 MWe/525 MWt, USA.

Hlavním kritériem pro hodnocení vhodnosti SMR pro ČR je; podle autora článku; analýza toho, který blok SMR je již od počátku projektován a konstruován s uvažovaným integrovaným odběrem tepla pro dálkové vytápění a průmyslové využití (autorem článku hodnoceno podle dostupných informací, zpráv a technických dokumentů).

Taková kritéria splňují pouze dva bloky SMR z výše uvedených. A to francouzský NUWARD 2 x 170, a korejský SMART 100/110.

U ostatních bloků je pouze uváděno, že sekundární okruh bude řešen standardními energetickými zařízeními. To by bylo dostačující v případě výstavby standardních jaderných bloků (ala NJZ EDU5, VVER 1200), nikoliv však u SMR, kde jedním z hlavních kritérií je integrovaná konstrukce bloku umožňující vyrábět všechny komponenty ve výrobním závodě, provádět tam i kompletaci podsystémů a pouze konečnou montáž a uvádění do provozu celého bloku realizovat až na stavbě. Pro toto SMR řešení je však nutné i projekt a konstrukci sekundárního okruhu realizovat integrovaně.

Článek se tedy věnuje popisu bloků SMR NUWARD 2x170 (EDF) a SMART 110 (KHNP), který je kvůli dodavatelské vyváženosti hodnocení doplněn ještě o blok NuScale (USA). Popis dalších tří bloků by v případě zájmu redakce a čtenářů mohl být uveden v dalším navazujícím článku.

Francouzský SMR NUWARD

Projekt malého modulárního jaderného reaktoru (zkratka pro „nuclear forward“) je vyvíjen konsorciem složeným z francouzských firem CEA, EDF, Naval Group and TechnicAtome. Reaktor NUWARD má nominální výkon tepelný výkon cca 500 MWt a elektrický 170 MWe (brutto).

Jaderné zařízení s reaktorem NUWARD lze zařadit do generace III+ tlakovodních (PWR) systémů. Zařízení, tj. jaderná elektrárna (JE) je projektována s elektrickým výkonem 340 MWe se dvěma nezávislými reaktory po 170 MWe, které umožňují flexibilní provoz ve výkonovém rozsahu 40 – 340 MWe (100 – 1000 MWt).

V současnosti je zahájeno výběrové řízení na nový jaderný zdroj Dukovany 5 s požadavkem na maximální výkon bloku 1200 MWe. Jediným účastníkem tendru ze zemí EU je francouzská firma EDF, která nabízí blok EPR1200 (1200 MWe, 3300 MWt).

Při postupné náhradě v současnosti provozovaných bloků elektrárny EDU (čtyři bloky 1, 2, 3, 4; á 500 MWe) by další náhrada po realizaci prvního nového bloku EDU 5 (1200 MWe) mohla být realizována postupně dvojbloky NUWARD 340 MWe, což by mohlo přinést mnoho synergických pozitivních efektů.

Historie projektu NUWARD

Projekt byl oficiálně představen 17. září 2019 na výroční generální konferenci Mezinárodní agentury pro atomovou energii MAAE ve Vídni. V rámci této konference MAAE je účastníkům nabízeno vědecké fórum na témata související s jadernou technologií a vědou.

Představený malý reaktor Nuward má za cíl nahradit elektrárny na fosilní paliva v rámci energetického přechodu a snížení emisí CO₂.

NuwardTM [1] je projekt malého modulárního reaktoru (SMR) realizovaný francouzským konsorciem vedeným EDF a sdružujícím TechnicAtome a Naval Group. Řešení Nuward je založené na technologii tlakovodního reaktoru (PWR) a je určeno k uspokojení rostoucích potřeb nízkouhlíkového, bezpečného a konkurenčního trhu s elektřinou na celém světě v segmentu 300-400 MWe.

Stále existuje příležitost rozšířit toto konsorcium kolem Jeana Bernarda Levyho - generálního ředitele EDF, Françoise Jacqa - generálního ředitele CEA, Loïca Rocarda - generálního ředitele TechnicAtome a společnosti Naval Group.

Dne 6. dubna 2021 představila EDF první návrh reaktoru. Diskuse o spolupráci probíhají také s Westinghouse Electric. Projekt Nuward byl z velké části financován z vlastních zdrojů konsorciálních partnerů, než jej finančně podpořil stát v rámci plánu obnovy na období 2020–2022 ve výši 50 milionů eur.

Technické aspekty

Základní technologií jsou tlakovodní reaktory (PWR) upravené společností TechnicAtome podle velmi kompaktní a modulární koncepce pro francouzské jaderné ponorky. Tlakovač a deskové parní generátory jsou umístěny v nádobě reaktoru, což zabírá mnohem méně místa. Významné inovace byly provedeny z hlediska pasivní bezpečnosti (bez elektrických zdrojů) a zjednodušení ovládání. Produktem nabízeným na export je malá 340 MWe elektrárna složená ze dvou stejných 170 MWe reaktorů. Modulární aspekt jaderného zařízení musí umožňovat jeho výrobu v továrně. Reaktor je umístěn ve vodním krychlovém bazénu o rozměrech 25 x 25 x 25 metrů a bude polopodzemní, aby byl chráněn před vnějšími agresemi.

Tlaková nádrž reaktoru (TNR) Nuward by tak měla pouze 4 m v průměru a 13,50 m na výšku, uvnitř kovového krytu, který by byl sám umístěn v bazénu. Hlavní inovací bude tedy integrace aktivní zóny reaktoru a primárního okruhu do nádoby (průměr 4 metry, výška 13,5 metru).

Reaktor bude využívat standardní palivo z velkých reaktorů, dodávané společnostmi Orano a Framatome. Podle Francouzské společnosti pro jadernou energetiku (SFEN) to bude vyžadovat investici kolem jedné miliardy eur na výstavbu reaktoru.

„Máme nesrovnatelný poměr výkonu k objemu, tzn. méně materiálů a zjednodušené stavební inženýrství,“ vysvětluje Benoît Desforges.

Kontejnment bude kovový a ponořený, s pasivními chladicími systémy, které zaručí provozní autonomii bloku na několik dní v případě havárie.

Postup projektování

EDF a její partneři mají v úmyslu v roce 2022 předložit Úřadu pro jadernou bezpečnost první soubor bezpečnostních možností a v roce 2026 dokončit všechny konstrukční a technické detaily tohoto nového reaktoru s cílem vstoupit na trh v letech 2035 až 2040. Projekt se zaměřuje na exportní trh, ale EDF jedná s veřejnými orgány o instalaci demonstrátoru nejprve ve Francii.

EDF chce postavit francouzský jaderný malý reaktor Nuward také ve Francii. Společnost EDF s TechnicAtome, Naval Group a CEA sází na ultrakompaktní SMR, který nahradí uhelné elektrárny, a to nejen pro export, jak bylo původně plánováno, ale také pro Francii, 5. května 2021 oznámil Jean-Bernard Levy, CEO společnosti EDF.

Tento malý reaktor má za cíl nahradit elektrárny na fosilní paliva v rámci energetického přechodu a snížení emisí CO₂. Provozní nasazení bloku NUWARD je plánováno po roce 2030.

Jihokorejský SMART 100/110

Systémově integrovaný modulární pokročilý reaktor (SMART) je integrální PWR s jmenovitým elektrickým výkonem 110 MW(e) od tepelného 365 MW(t). SMART využívá pokročilé konstrukční prvky pro zvýšení bezpečnosti, spolehlivosti a hospodárnosti. Pokročilé konstrukční funkce a technologie implementované ve SMART byly verifikovány a validovány během standardního přezkoumání schválení návrhu. Pro zvýšení bezpečnosti a spolehlivosti zahrnuje konstrukční konfigurace vlastní bezpečnostní prvky a systémy pasivní bezpečnosti. Cílem návrhu je dosáhnout zlepšení ekonomiky prostřednictvím zjednodušení systému, modularizace komponent, zkrácení doby výstavby a vysoké dostupnosti zařízení.

Cílová aplikace

SMART je víceúčelový aplikační reaktor pro výrobu elektřiny, odsolování mořské vody, dálkové vytápění, procesní teplo pro průmysl a je vhodný pro malé nebo izolované sítě. SMART má jednotkový výkon dostatečně velký, aby pokryl požadavky na elektřinu a pitnou vodu pro 100 000 obyvatel města.

Hlavní konstrukční prvky

Filozofie designu
SMART design využívá integrovaný primární systém, modularizaci a pokročilé pasivní bezpečnostní systémy pro zlepšení bezpečnosti, spolehlivosti a ekonomiky. Bezpečnost SMART je zajištěna přijetím pasivních bezpečnostních systémů spolu s funkcemi pro zmírnění vážných nehod. Zlepšení ekonomiky je dosaženo zjednodušením systému, tovární výrobou, zkrácením doby výstavby a vysokou dostupností elektrárny.

Systém zásobování jadernou párou
Reaktor SMART má integrovanou konfiguraci chladicího systému reaktoru, která umožňuje eliminovat velké úniky chladicí kapaliny (LB-LOCA) z událostí uvažovaných v projektové základně. Systém zásobování jadernou párou (NSSS - Nuclear Steam Supply System) se skládá z aktivní zóny reaktoru, parogenerátorů, čerpadel chladiva reaktoru, mechanismů pohonu regulačních tyčí a vnitřních částí reaktoru v tlakové nádobě reaktoru (RPV) a hlavy uzávěru reaktoru. Primární chladicí systém je za normálního provozu založen na nucené cirkulaci čerpadel chladiva reaktoru. Systém má schopnost přirozené cirkulace pro použití v nouzových podmínkách.

Vnitřní jaderné části reaktoru
Konstrukce s nízkou hustotou výkonu s mírně obohaceným jádrem poháněným UO2 zajišťuje tepelnou rezervu větší než 15 %, což může pojmout jakoukoli očekávanou přechodnou událost. V aktivní zóně je 57 palivových souborů (FA) o délce 2 m, standardní čtverec 17x17 keramického paliva UO2 s méně než 5% obohacením, podobně jako standardní palivo PWR. Dvoudávkový systém doplňování paliva do dvou reaktorů – dvojčat, bez přepracování poskytuje cyklus 870 dnů.

(2x(365+70)=870; 70 dnů současný provoz dvou reaktorů) efektivního plného výkonu pro provoz.

Řízení reaktivity
Za normálního provozu je dosaženo regulačními tyčemi a rozpustným borem. Hořlavé radioaktivitou „otrávené“ tyče jsou vloženy tak, aby poskytovaly ploché radiální a axiální výkonové profily, což má za následek zvýšenou tepelnou rezervu jádra. SMART využívá typický mechanismus ovládání tyče s magnetickým zvedákem, který byl široce používán v komerčních jaderných elektrárnách. Velký počet palivových souborů v SMART zajišťuje relativně vysokou hodnotu regulační tyče.

Tlaková nádoba a vnitřní části reaktoru
V TNR se nachází aktivní zóna, osm parogenerátorů (SGs), čtyři zapouzdřená čerpadla chladicí kapaliny reaktoru, 25 mechanismů pohonu regulačních tyčí a vnitřní části reaktoru, jako je sestava nosného válce aktivní zóny a sestava horní vodicí konstrukce.

Parní generátor
SMART má osm modulárních parních generátorů (SG=PG) průtočného typu se spirálovitě stočenými trubkami pro výrobu přehřáté páry za normálních provozních podmínek. PG jsou umístěny na obvodovém okraji mezi nosným válcem vnitřní části reaktoru a TNR nad vnitřní částí tak, aby byla poskytována hnací síla pro přirozenou cirkulaci. Malá zásoby vody na sekundární straně (trubková strana) v každém PG znemožňuje opětovné napájení po havárii parovodu (např. jeho přetržení).

V případě havárií lze PG použít jako tepelný výměník pro pasivní systém odvodu zbytkového tepla (PRHRS - passive residual heat removal system), který umožňuje nezávislý provoz PRHRS.

Kompenzátor tlaku
Kompenzátor tlaku využívá volný objem v horní vnitřní části TNR. Primární tlak v systému je udržován téměř konstantní díky velkému objemu páry v kompenzátoru páry a systému ovládání topného tělesa. Vzhledem k velkému objemu kompenzátoru není při změně výkonu reaktoru nutná kondenzační sprcha. Přetlak reaktoru při předpokládaných projektových haváriích lze snížit aktivací pojistného ventilu kompenzátoru tlaku.

Bezpečnostní prvky

Navržený bezpečnostní systém a konfigurace
Bezpečnostní systémy SMART jsou navrženy tak, aby fungovaly automaticky. Ty se skládají ze systému odstavení reaktoru, systému pasivního bezpečnostního vstřikování, systému pasivního odvodu zbytkového tepla a systému potlačení tlaku v kontejnmentu a radioaktivity. Mezi další bezpečnostní systémy patří automatický odtlakovací systém (ADS - automatic depressurization system) a pojistné ventily tlakového zařízení a systém zmírnění vážných nehod.

Systém odstraňování rozpadového tepla
Po odstavení reaktoru, kdy normální mechanismus odvodu rozpadového tepla využívající sekundární systém není z jakéhokoli důvodu v provozu, uvede PRHRS systém RCS do stavu bezpečného odstavení do 36 hodin po iniciaci havárie a udrží stav bezpečného odstavení po dobu nejméně další 36 hodin. Bezpečnostní funkce proto funguje 72 hodin bez jakéhokoli nápravného opatření ze strany operátorů pro postulované projektové havárie. Bezpečnostní funkce PRHRS je udržována nepřetržitě po dlouhou dobu, kdy je nouzová ochlazovací nádrž (ECT - emergency cooldown tank) periodicky doplňována systémem doplňování navrženým podle požadavků regulační zacházení s non-bezpečnostním systémem (RTNSS - Regulatory Treatment of Non-Safety System).

Systém nouzového chlazení jádra
Pasivní bezpečnostní vstřikovací systém (PSIS - passive safety injection system) zajišťuje nouzové chlazení aktivní zóny po předpokládaných projektových haváriích. Nouzové chlazení aktivní zóny se provádí pomocí čtyř doplňovacích nádrží aktivní zóny (CMT - core make-up tanks) a čtyř bezpečnostních vstřikovacích nádrží (SIT - safety injection tanks). Zásoba chlazení jádra je udržována prostřednictvím pasivní bezpečnosti injekce CMT a SIT. Čtyři systémy CMT, které jsou plné borové vody, poskytují funkce doplňování a borování RCS během rané fáze akce SBLOCA nebo non-LOCA. Horní a spodní část CMT jsou připojeny k RCS prostřednictvím tlakového vyrovnávacího potrubí a bezpečnostního vstřikovacího potrubí. Funkce bezpečnostní injekce PSIS je udržována dlouhodobě, protože SIT jsou pravidelně doplňovány.

Kontejnmentový systém
Systém kontejnmentu je navržen tak, aby pojal radioaktivní štěpné produkty v budově kontejnmentu a chránil životní prostředí před únikem primárního chladiva. Tato bezpečnostní funkce je realizována systémem pro potlačení tlaku a radioaktivity v kontejnmentu (CPRSS - containment pressure and radioactivity suppression system) jako pasivní bezpečnostní systém. Systém kontejnmentu se skládá z dolní kontejnmentové oblasti (LCA - lower containment area), horní kontejnmentové oblasti (UCA - upper containment area), skladovací nádrže na vodu pro výměnu paliva v kontejnmentu (IRWST - in-containment refuelling water storage tank) a CPRSS, kromě toho zahrnuje CPRSS Systém odvodu tepla (CHRS - CPRSS Heat Removal System). V případě poruchy hlavního parovodu (MSLB - main steam line break) nebo LOCA je část uvolněné energie absorbována do IRWST a zbytek je odváděn do okolí pomocí CHRS. Produkty štěpení jsou vyčištěny ve vodě IRWST. Pro regulaci hořlavých plynů jsou uvnitř LCA a UCA vybaveny pasivní autokatalytické rekombinátory vodíku.

Bezpečnost elektrárny a provozní výkonnost

Režim Sledování výkonu (Load following) bloku SMART je jednodušší než u velkého PWR, protože k je zapotřebí pouze jeden malá změna výkonu bloku a malá změna reaktivity.

Tato funkce minimalizuje změnu teploty chladicí kapaliny, relativně vysoká hodnota změny výkonu kvůli malému počtu palivových souborů a malé výšce vnitřní části, což vede k rychlému tlumení xenonových oscilací. Denní zatížení po simulaci výkonu vnitřní části reaktoru SMART ukazuje, že radiální špičkový faktor, 3D špičkový faktor a axiální offset byly splněny v rámci návrhového limitu.

Přístrojové a řídicí systémy

Vysoké spolehlivosti a výkonnosti systémů SKŘ je dosaženo pomocí pokročilých funkcí, jako je digitální zpracování signálu, vzdálené multiplexování, validace signálu a diagnostika poruch a sdílení snímacího signálu pro ochranný a řídicí systém. Systém monitorování neutronového toku v jádru se skládá z detektorů bezpečnostních a spouštěcích kanálů, které jsou umístěny v TNR, a elektroniky pro digitální zpracování signálu. In-core instrumentační systém se skládá z 29 detektorových sestav, které jsou vyvinuty jako mini typ pro SMART se čtyřmi naskládanými rhodiovými samonapájecími neutronovými detektory.

Budova reaktoru

RCAB je seismická železobetonová konstrukce kategorie I. Systém RCAB (reactor containment and auxiliary building) byl vyvinut s integrací pomocné budovy a budovy kontejnmentu reaktoru, aby se přizpůsobila koncepce malé a modulární elektrárny tak, aby kombinovala související zařízení a systém. Oblast kontejnmentu reaktoru se skládá z dolního kontejnmentu (LCA - lower containment area) a horního kontejnmentu (UCA - upper containment area). Dolní kontejnment obsahuje tlakovou nádobu reaktoru, doplňovací nádrže aktivní zóny (CMT - core makeup tanks) a bezpečnostní vstřikovací nádrže (SIT - safety injection tanks). Na úrovni tankovací plošiny je k dispozici dostatek prostoru pro demontáž zařízení a manipulaci s nástroji. V pomocném prostoru jsou umístěny havarijní dochlazovací nádrže (ECT - emergency cooldown tanks), hlavní velín (MCR - main control room), elektrická a řídicí zařízení, hlavní parní izolační ventily v samostatných prostorách. V pomocné oblasti se nachází zařízení související s bezpečností potřebná k zajištění bezpečného odstavení.

Hlavní řídící velín

Kompaktní hlavní dozorna SMART je navržena pro provoz jednoho operátora reaktoru se směnovým dozorem za normálních podmínek elektrárny. Dozorna je klíčovým zařízením pro zvládání jakýchkoli nouzových situací a zajišťuje, že personál elektrárny úspěšně provádí úkoly v souladu se správnými provozními postupy. K dosažení těchto cílů se uplatňují a ověřují proces a principy inženýrství lidských faktorů (HFE - human factors engineering) pomocí dynamického plnorozsahového modelu pro standardní ověření projektu.

Bilance elektrárny

Návrh bilance elektrárny (BOP - balance of plant) se skládá z:

I. Budovy strojovny:

• Referenční koncept elektrárny byl vyvinut včetně spojovacího systému pro odsolování mořské vody. Sekundární systém přijímá přehřátou páru z NSSS (nuclear superheated steam system). Většina páry se využívá pro výrobu elektřiny a přihřívání a zbytek pro neelektrické aplikace (vytápění, průmyslové teplo).

II. Elektrického napájení:

• Systém elektrického napájení poskytuje spolehlivou energii všem elektrickým pomocným zátěžím a poskytuje výstup elektrárny do přenosového systému. Napájení mimo lokalitu se skládá ze systému rozvodny (SWYD - switchyard system) a přenosového systému, a napájení na místě se skládá z hlavního napájecího systému elektrárny, systému pomocného napájení elektrárny a stejnosměrného distribučního systému a systému měření a řízení. Rozvodna dodává elektrickou energii z generátoru do přenosové sítě a také poskytuje preferovaný napájecí obvod pro pomocný napájecí systém SMART.

Stav návrhu a licencování

Korejský institut pro výzkum atomové energie (KAERI) obdržel standardní schválení návrhu od Korejské komise pro jadernou bezpečnost a zabezpečení (NSSC) v červenci 2012. V březnu 2012 začal program zvyšování bezpečnosti za účelem přijetí pasivního bezpečnostního systému ve SMART a testování a ověřování PRHRS a PSIS byly dokončeny na konci roku 2015. V září 2015 byla podepsána předprojektová inženýrská dohoda (pre-project engineering agreement) mezi Korejskou republikou a Královstvím Saúdské Arábie o nasazení SMART. Tento projekt PPE byl úspěšně dokončen v únoru 2019 a výstavba závodu First-of-a-Kind (FOAK) v Saúdské Arábii bude v pravý čas následovat.

Přístup k palivovému cyklu

Palivový cyklus SMART je 30 měsíců. Společnost KEPCO-NF může poskytnout palivo SMART s plánem přírůstků zařízení na výrobu paliva. Vyhořelá paliva SMART jsou skladována v bazénu vyhořelého paliva pomocí skladovacích regálů. Současná skladovací kapacita regálů pro skladování vyhořelého paliva je 30 let, která se může měnit dle požadavků majitele.

Ekonomika elektrárny

Cílové náklady na výstavbu elektrárny „over night“ jednotky FOAK jsou 10 000 $/kW(e), náklady na provoz a údržbu jsou 2,8 ¢/kWh. U jednotky NOAK (Nth-of-a-Kind) SMART se očekává, že celkové náklady budou o 30 až 40 % nižší.

Americký NuScale

Jaderný blok SMR NuScale lze stručně charakterizovat několika body. NuScale Power vyvíjí nový modulární lehkovodní jaderný reaktor pro různé elektrické a tepelné aplikace. Průkopnický design malého modulárního reaktoru (SMR) obsahuje plně továrně vyrobený NuScale Power Module™ schopný generovat 77 megawattů elektřiny (MWe) pomocí bezpečnější, menší a škálovatelné verze technologie tlakovodního reaktoru. Iniciativa NuScale Diverse Energy Platform (NuDEP) nabízí řadu aplikací, které demonstrují širokou užitečnost SMR NuScale.

Spolehlivá výroba elektrické energie

Škálovatelný vícemodulový design elektrárny NuScale VOYGR™ ji předurčuje k nahrazení vyřazených uhelných elektráren, z nichž mnohé mají výkon mezi 300 MWe a 600 MWe. Moduly fungují nezávisle a vždy se vyměňuje palivo pouze pro jeden modul.

Ve 12modulové elektrárně NuScale VOYGR-12, zatímco jeden modul je doplňován palivem, dalších 11 nadále poskytuje 92 % elektrického výkonu zařízení. NuScale odhaduje, že kapacitní faktor elektrárny překročí 95 %, což z ní dělá jeden z nejspolehlivějších dostupných systémů výroby elektřiny. Zatímco mnoho odběratelů energie dokáže tolerovat drobné výkyvy nebo výpadky napájení, jiní vyžadují napájení 24 hodin denně, 7 dní v týdnu, 365 dní v roce s vysokou úrovní spolehlivosti. Elektrárna NuScale VOYGR SMR může poskytnout toto trvalé a spolehlivé napájení kritické infrastruktury, jako jsou lékařská a obranná zařízení, centra pro ukládání digitálních dat a další průmyslové procesy a kritické instalace.

Nákladová efektivita vyplývající z integrované konstrukce

Technologie SMR společnosti NuScale zahrnuje jedinečné schopnosti, které jí umožňují měnit svůj výstup podle potřeby, aby podpořila systémovou poptávku, protože kapacita se liší od přerušované výroby. Tato funkce je známá jako „sledování zátěže“ a existují tři způsoby, jak změnit výstupní výkon ze zařízení NuScale:

• Odpojitelné moduly SMR: vypnutí jednoho nebo více reaktorů na dobu kratší než jeden den.
• Manévrovatelnost výkonu SMR: nastavení výkonu reaktoru po dobu minut/hodin.
• Obtok turbíny: obtok turbínové páry do kondenzátoru po dobu sekund/minut/hodin.

Tato schopnost, nazývaná NuFollow™, je jedinečná pro NuScale a je příslibem rozšíření využívání přerušovaných obnovitelných zdrojů bez záložní energie z fosilních zdrojů energie, jako jsou plynové turbíny s kombinovaným cyklem (CCGT).

Jako nákladově efektivní řešení integrované do mixu dostupných nízkouhlíkových energetických technologií jsou tyto flexibilní, adaptabilní funkce NuScale SMR velmi žádané naší zákaznickou základnou, protože rozšiřují svá portfolia o větrnou a solární energii.

Flexibilita pro aplikace procesního tepla

NuScale může také pomoci společnostem a průmyslovým zařízením splnit jejich cíle v oblasti dekarbonizace a udržitelnosti poskytováním čistých, cenově dostupných a spolehlivých aplikací procesního tepla. Jeden NuScale SMR dokáže vyrobit 250 MWt páry pro průmyslové aplikace, jako je chemické zpracování, vylepšená těžba ropy nebo použití při výrobě syntetických paliv, jako je vodík. Kromě toho lze toto teplo využít v řadě nízkoteplotních a nízkotlakých aplikací, jako je odsolování vody a dálkové vytápění. Výhodou je, že aplikace NuScale jsou podporovány americkou vládou.

SMR jsou navrhovány jako bezuhlíková vládou podporovaná energetická zařízení, tzn. aby splnily nebo překročily snížení emisí uhlíku podle výkonného nařízení 13693 „Plánování federální udržitelnosti v příštím desetiletí“. Několik faktů pro ilustraci schopnosti elektrárenských systémů VOYGR SMR snížit emise uhlíku:

• a. Jeden modul NuScale dokáže vyrobit dostatek elektřiny pro pohon přibližně 40 000 elektromobilů nebo přibližně stejné množství automobilů na vodíkové palivové články s průměrnou roční spotřebou automobilů v USA. To by zabránilo uvolnění téměř 200 000 tun emisí CO₂ ročně.
• b. Vícemodulová elektrárna VOYGR-6 NuScale, když je připojena k rafinérii s kapacitou 230 000 barelů denně, může eliminovat přibližně 40 % celkových emisí závodu (snížení CO₂ o 175 MT/h).
• c. Jeden modul NuScale o výkonu 250 MWt dokáže vyrobit 2 053 kg/h vodíku, neboli téměř 50 tun/den.
• d. Vícemodulový design elektrárny VOYGR NuScale umožňuje vysoký stupeň flexibility pro širokou škálu simultánních aplikací. Některé moduly mohou být například vyhrazeny pro výrobu elektřiny, zatímco jiné poskytují teplo pro vytápění či podporu průmyslových procesů, další pro výrobu vodíku.

Díky těmto vlastnostem je NuScale zvláště vhodný pro hybridní energetické aplikace, ve kterých je integrováno více zdrojů energie s více procesy spotřeby energie tak, aby se mohl vytvořit vysoce optimalizovaný a účinný systém.

• NuScalePower, LLC, United States of America
• Integral-PWR
• Natural Circulation
• 200 MWt/ 60 MWeper module x 12 Modules
• Core Outlet Temp: 321ºC
• Enrichment (obohacení paliva): <4.95%
• Refuel interval: 24 months

Reaktor NuScale (NuScalePowerModule™) má nominální výkon tepelný 250MWt a elektrický 77 MWe (brutto). Projekt byl vyvinut firmou NuScale Power, LLC., USA.

JE s reaktory NuScale může sestávat ze:

• čtyř modulů s celkovým výkonem 308MWe,
• šesti modulů s celkovým výkonem 462Mwe,
• dvanácti modulů s celkovým výkonem 924MWe.

Závěr

Z faktů uvedených v tomto článku lze učinit závěr, že takto a tímto plánovaným způsobem bloky SMR českému teplárenství nemohou pomoci. Jediný dnes kompetentní provozovatel jaderných elektráren v Česku – skupina ČEZ, plánuje totiž umístění prvního FOAK SMR do jaderné lokality Temelín a další NOAK SMR rovněž pouze do jaderných lokalit (Temelín, Dukovany).

Pro zajištění tepla by bylo zapotřebí umístit nové bloky SMR do lokalit uhelných elektráren určených k postupnému ale rychlému odstavování, ve kterých jsou vybudovány a využívány SZT, které by bylo možné uchovat a nadále rozšiřovat.

Takových lokalit uhelných elektráren, tepláren a výtopen je v ČR mnoho, pouze menší třetina z nich však patří společnosti ČEZ a zbytek jsou lokality zdrojů vlastněných soukromými subjekty.

Stát (v čele s MPO), příslušné státní orgány (v čele s SÚJB) a „polostátní“ společnosti (ČEZ) by se měly především snažit o zjednodušení jaderné legislativy, včetně tzv. malého energetického zákona (pro malé jaderné reaktory), aby se o výstavbu a provozování SMR mohly reálně zajímat také soukromé finanční a průmyslové subjekty.

Petr Neuman,
jaderný expert