NUWARD SMR – evropský malý modulární reaktor pro českou energetiku a teplárenství (část druhá)

Design NUWARD SMR je kombinací osvědčených a „jednoduchých“ (pro jaderný průmysl) technických řešení a několika inovací. Konstrukční uspořádání samotného reaktoru je tradiční, s aktivní zónou umístěnou ve spodní části ocelové nádoby, s řídicími tyčemi nahoře. Inovace na druhé straně zajišťují, že primární okruh reaktoru byl plně integrován do jeho nádoby, což poskytuje bezpečnější design. Umožnilo to mimo jiné umístění kompenzátoru tlaku v jeho horní části a osm „kompaktních“ deskových parogenerátorů po jeho stranách (z nichž šest slouží pro běžný provoz reaktoru a dva po odstavení pro odběr tepla). Podobně je na stěnách nádoby reaktoru, i když již na její vnější straně, uspořádáno šest napájecích čerpadel primárního okruhu.

Inovace bloku NUWARD SMR a její efekty

Při pohledu na integrovaný design NUWARD SMR to jasně těží z rozsáhlých zkušeností TechnicAtome a Naval Group s navrhováním, stavbou, provozem a servisem námořních jaderných pohonných reaktorů. Obě tyto společnosti byly za posledních 50 let odpovědné za použití takových reaktorů na palubě francouzských ponorek a letadlových lodí. Námořní pohonné PWR mohou být svým způsobem považovány za prototypy SMR, přinejmenším kvůli kompaktní povaze jejich designu, ačkoli jejich účel a priority designu jsou odlišné (jako je schopnost rychle měnit výkon, odolávat nárazům a prodloužit intervaly výměny paliva). Mimochodem, je třeba poznamenat, že 100 % námořních pohonných reaktorů, které se v současnosti celosvětově používají, jsou tlakovodní reaktory (PWR). Jiné konstrukční typy reaktorů, jako jsou varné reaktory (BWR), se v tomto typu aplikace neosvědčily, a proto nemohou těžit ze zkušeností získaných bezporuchovým provozem pohonných reaktorů používaných po celém světě od roku 1955.

Nicméně NUWARD SMR nelze zjednodušeně považovat za pouhý vývoj reaktorů z francouzských ponorek. NUWARD SMR byl od počátku vyvíjen jako civilní energetický reaktor, který se od pohonného reaktoru liší nejen očekávaným výkonem a úrovní bezpečného provozu, ale také důležitými konstrukčními aspekty, jako je například použití standardního jaderného paliva s nízkým obohacením.

Zvláštní pozornost při návrhu NUWARD SMR byla věnována také zjednodušení provozu reaktoru, tedy například eliminaci borité vody pro řízení reakce, zajištěné vhodnými přísadami a reaktorovými jedy plnícími podobnou roli. Toto řešení má kromě jednodušší obsluhy vliv také na výrazné snížení množství odpadu produkovaného reaktorem.

Bezpečnost provozu reaktoru a omezení následků jeho selhání má zajistit řídicí a automatizační systém a několik konstrukčních řešení samotného reaktoru, navržených v souladu s filozofií „defence-in-depth“, jako např. omezení počtu přívodních potrubí primárního okruhu tak, aby možný únik byl maximálně 30 mm v průměru (pro snížení míry úniku při ztrátě chladiva, tzv. LOCA). Za tímto účelem byl reaktor spolu s pomocnými systémy v jeho vnějším ocelovém plášti (který funguje jako bezpečnostní plášť, tzv. kontejnment) umístěn také do vodní nádrže. Tato nádrž funguje jako pasivní bezpečnostní systém v případě velké havárie reaktoru a odebírá teplo z vnitřku reaktoru po dobu minimálně 72 hodin po odstavení reaktoru, bez nutnosti další údržby nebo externího napájení. Voda v nádrži mimochodem také funguje jako bariéra proti úniku radioaktivních látek. V kombinaci s pasivním systémem primárního odvodu tepla toto řešení také umožňuje, aby corium zůstalo uvnitř nádoby reaktoru v případě roztavení aktivní zóny. Mezi další bezpečnostní systémy patří nízkotlaké zásobníky vody pro použití v případě ztráty chladicí kapaliny, vysokotlaký systém vstřikování borované vody pro náhlé změny reaktivity, pasivní absorbéry vodíku nebo plynový systém přivádějící dusík pro snížení, stále v případě havárie, pravděpodobnost vznícení vodíku.

Vodní bazénová nádrž, ve které je reaktor ponořen, je však pouze jednou z mnoha ochranných bezpečnostních bariér: první tři jsou, stejně jako u všech pozemních PWR reaktorů, pláště palivových tyčí, nádoba reaktoru a její vnější kontejnment (kontejnment - v tomto případě vnější nádoba reaktoru). Dalšími jsou vodní nádrž, ve které je reaktor ponořen, železobetonová konstrukce budovy reaktoru (která je odolná mimo jiné i nárazům letadel) a polozapuštěný kontejnment. Všechny tyto bariéry mají zajistit, že NUWARD SMR je navržen s redukovanou zónou nouzového plánování (EPZ -

Emergency Planning Zone), omezenou na hranici lokality a může být umístěn v průmyslových areálech nebo na okrajích měst.

Řízení jaderného paliva potřebného pro provoz SMR bylo založeno na vzorech známých z velkých jaderných reaktorů. NUWARD SMR používá 76 sad 289 palivových tyčí (17 x 17) standardního tvaru, standardní úrovně obohacení paliva (méně než 5 %) a standardního složení. Projektovaný provozní cyklus reaktoru je 24 měsíců, po této době je nutné vyměnit polovinu palivových souborů z aktivní zóny, což vyžaduje odstavení reaktoru na několik dní a pokračující údržbové práce.

Vyhořelé palivo bude zpočátku skladováno v samostatném „bazénu“ umístěném mezi dvěma reaktory. Velikost bazénu umožňuje skladování paliva až na 10 let provozu reaktoru. Zde je třeba dodat, že francouzský průmysl (EDF ve spolupráci s Framatome a Orano) je přítomen ve všech fázích cyklu jaderného paliva, od těžby uranové rudy až po recyklaci vyhořelého paliva, a je tedy schopen nabídnout zákazníkům NUWARD SMR i dodávky paliva.

Podle definice musí být SMR navržen s ohledem na modularitu konstrukce, standardizaci, sériovou výrobu a snadnou montáž. Kombinace všech těchto prvků má v konečném důsledku dosáhnout dostatečně atraktivní úrovně nákladů na energii produkovanou menšími reaktory. V případě NUWARD SMR se s modularitou a tím i zjednodušením a zrychlením montáže počítalo na úrovni vnější reaktorové nádoby (kontejnmentu), sestavené na místě z dvanácti komponent, a také v návrhu hlavních budov zahrnujících jadernou (reaktor) a konvenční část elektrárny. Všechny výše uvedené komponenty jsou navrženy pro co nejjednodušší přepravu nadrozměrných rozměrů. Standardizace a sériová výroba bude podle EDF dosažitelná především standardizací požadavků na reaktory SMR na úrovni orgánů jaderného dozoru jednotlivých evropských zemí. K dnešnímu dni jsou tyto předpisy a požadavky obecně stejné pro „malé“ a „velké“ reaktory, přičemž se v jednotlivých zemích výrazně liší. To, co je však možné případ od případu přizpůsobit pro velké reaktory, se může ukázat jako nepřekonatelná překážka pro SMR, jejichž obchodní model je založen na sériové výrobě. Aby se tomu zabránilo, byl v roce 2022 z iniciativy EDF zahájen společný proces včasného hodnocení, vedený francouzským regulátorem (ASN) a zahrnující Finsko (STUK) a Českou republiku (SÚJB), které spolupracují na přezkoumání bezpečnostních předpokladů. Tato skupina může být v budoucnu rozšířena o regulační orgány z dalších zemí. Konečným cílem je posun k harmonizovanějšímu přístupu k certifikaci designu a licencování, což napomůže standardizaci komponentů směrem k sériové výrobě a souvisejícím úsporám ze sérií.

Společná práce na očekáváních pro reaktory SMR formulovaná na evropské úrovni je jednou z klíčových inovací ve vývoji projektu NUWARD SMR. Harmonogram návrhu a následné výstavby reaktorového soustrojí First Of A Kind (FOAK), resp. NOAK (Nth Of A Kind), byl založen na konzervativnějších a realističtějších předpokladech než některé jiné aktivně propagované projekty SMR.

Začátkem roku 2023 byl dokončen koncepční návrh (Conceptual Design), po kterém byla zahájena fáze základního návrhu (Basic Design). Počínaje rokem 2026 má být vypracován podrobný návrh (Detail Design) a mají být zahájeny práce na počátečním licencování, takže výstavba jeho prvního bloku ve Francii (FOAK) bude zahájena v roce 2030. Tento osvědčený a na zkušenostech podložený přístup k vývoji projektu by se mohl ukázat realističtější a tudíž důvěryhodnější než marketingová oznámení některých konkurenčních, zejména amerických a britských poskytovatelů technologie SMR. Strategickou ambicí NUWARD SMR je naproti tomu vyvinout řešení vyrobené v Evropě, evropskými společnostmi a založené na evropské technologii.

Závěrem lze říci, že NUWARD SMR je reaktor technicky prezentující osvědčený přístup s omezeným počtem inovací, jejichž vývoj by neměl zdržovat práci na celém projektu. V kombinaci s realistickým harmonogramem vývoje projektu, zajištěným financováním vývoje ve Francii, zohledněním vstupů jaderných regulačních orgánů několika evropských zemí v co nejranější fázi vývoje, zkušenostmi provozovatelů účastnících se projektu a solidní průmyslovou základnou, je NUWARD SMR velmi

slibné evropské řešení SMR s omezeným rizikem. Zda tento přístup přinese výsledky a získá si důvěru zákazníků, to uvidíme v následujících letech.