Úvaha nad implementací malých modulárních reaktorů v ČR

Většina energetických developerů, politiků i běžných obyvatel vidí za zkratkou SMR, čili malým modulárním reaktorem, obrovskou příležitost na poli energetiky i jiných průmyslových odvětví. Článek je úvahou nad problematikou nasazení SMR v našich technických a legislativních podmínkách. Pojďme se společně podívat na to, jaký potenciál představuje výstavba SMR v České republice.

Spasitel moderní energetiky

Malé modulární reaktory jsou dnes prezentovány jako „boom“ moderní technologie, které mají spasit nedostatek energie v moderním světě. Existuje celá řada výrobců a jejich developerských projektů, které technologii SMR připravují ke komerčnímu použití. Developerské projekty SMR jsou v různých fázích přípravy, ale zatím neexistuje projekt SMR, který je v komerčním provozu. I tento milník ale bude brzy pokořen.

Velice zjednodušeně řečeno malé modulární reaktory koncepčně vycházejí z reaktorů GIII+, nebo reaktorů GIV. Základem technologií SMR jsou standardní tlakovodní reaktory, vysokoteplotní plynem chlazené reaktory, reaktory využívající k chlazení roztavené soli, případně rychlé reaktory chlazené tekutými kovy nebo plynem. Přičemž jejich tepelný výkon je omezen tak, aby splňoval definici SMR. Aktuálně dělíme malé modulární reaktory podle definice Mezinárodní agentury pro atomovou energii (IAEA) nebo podle Ministerstva energetiky USA (US DOE).

IAEA definuje malé, střední a velké reaktory podle výstupního elektrického výkonu. Jako malé reaktory jsou klasifikovány reaktory do 300 MWe.

US DOE naopak klasifikuje reaktory podle tepelného výkonu. Malé reaktory jsou jednotky do výkonu 1000 MWt. US DOE navíc definuje zvláštní kategorii mini reaktorů do výkonu 50 MWe, resp. 250 MWt.

Ale kvůli marketingu někteří výrobci přicházejí s dalšími třídami a klasifikacemi (mikroreaktor – Westinghouse Electric Company). Nebo naopak řadí své středně velké reaktory mezi SMR (např. Rolls Royce), což definici SMR dále komplikuje.

Dle výkonových charakteristik je patrné, že i malý modulární reaktor o výkonu 1000 MWt je docela „cvalík“. V porovnání s reaktory na JE Temelín se jedná o třetinový výkon jednoho výrobního bloku.

Účely použití a aplikace v energetickém mixu

Malé modulární reaktory mají skutečně četné příležitosti pro své využití. Mohou být nasazeny jako centralizované i decentralizované zdroje pro výrobu elektrické energie nebo tepelné energie pro vytápění domácností a průmyslových provozů. Případně jejich užití ve speciálních průmyslových aplikacích (velké průmyslové, chemické, těžební i jiné provozy).

Dnes můžeme uvažovat i o tom, že malé modulární reaktory v kombinaci s různými elektrolyzéry lze nasadit pro výrobu čistého vodíku.

A tak se nabízí využití i v čisté mobilitě (elektromobilitě nebo vodíkové mobilitě).

Náš energetický mix v posledních letech prochází významnou proměnou a do budoucna bude postaven na kombinaci obnovitelných zdrojů a „jádra“. Rád bych tedy zmínil ještě jedno velice důležité a praktické využití, které souvisí se způsobem provozování SMR s cílem zajištění regulace přenosové energetické soustavy. Kde velké jaderné zdroje zajišťují základní výkon do přenosové soustavy, obnovitelné zdroje budou dodávat dle možnosti slunečního osvitu, větru apod. A malé modulární reaktory při správné aplikaci mohou umožnit efektivní regulaci přenosové soustavy právě v období výroby nebo nevýroby obnovitelných zdrojů nebo pokrytí špiček spotřeby.

Požadavky na umisťování, povolování a licencování SMR

U velkých výrobních bloků existuje požadavek na výstavbu pouze ověřených technologií s platnou licencí v zemi původu. U SMR si teoreticky můžeme vybrat. Můžeme jít shodnou cestou jako u velkých bloků. Nebo cestou licencování technologie některého z developerů SMR. Tato cesta by vyžadovala nejen souhlas Státního úřadu pro jadernou bezpečnost, ale také i uzavření strategického partnerství mezi developerem SMR a ČEZ.

Volba přístupu zcela jistě ovlivní nejen výslednou cenu SMR, ale i čas realizace a získání všech povolení pro uvedení do provozu.

Obecně lze říci, že umisťování, povolování a výstavba jaderného zařízení se v ČR řídí podle Atomového zákona. SMR v atomovém zákoně nejsou explicitně uvedeny, protože spadají pod definici jaderného zařízení. A samozřejmě nesmíme opomenout povolovací proces podle Stavebního zákona.

Je potřeba si uvědomit, že pro výstavbu je nutné prokázat odolnost projektu vůči extrémním vnějším vlivům (seismicita, záplavy, pád letadla aj.), posudky, EIA, rozhodnutí o umístění jaderného zařízení, územní rozhodnutí až po stavební povolení včetně všech souhlasů. K těm se samozřejmě vyjadřují dotčené orgány státní správy, ale i další účastníci stavebního řízení.

Vydáme-li se klasickou cestou, tak umisťování a související povolovací procesy jsou shodné jako pro umisťování velkého výrobního bloku, jako je dnes 5. blok JE Dukovany.

Pokud se vydáme cestou strategického partnerství, tak celý proces licencování nového SMR bude složitější a časově náročnější. Ale pro ČR by to mohlo být ekonomicky prospěšné. Nejen interně, ale i pro export.

Získáním povolení k výstavbě celý proces rozhodně nekončí. V průběhu výroby a výstavby je nutné plnit důležité požadavky na jakost výroby i výstavby. A nakonec je nutné získat všechna povolení související s uváděním do provozu.

V neposlední řadě bych ještě zmínil, že SMR shodně jako velký blok je nutné správně začlenit do lokality. V cílové lokalitě SMR je nutné zajistit dopravní obslužnost, bezpečnost dodávek technologické a chladící vody, vyvedení výkonu, napojení na sítě další technické infrastruktury.

Výměna paliva a generální opravy

Všichni dnes hovoří o SMR v superlativech. Je zde však jedno „ALE“, které je nutné brát v úvahu.

Nesmíme zapomenout na provádění běžné údržby, generálních oprav, dochlazení zařízení, výměnu paliva včetně skladování čerstvého a použitého paliva (dle typu reaktoru), apod.

Každý malý modulární reaktor, dle typu a jeho výrobce, musí mít svůj servisní závod, kde je zajišťována příprava na provoz v další kampani. Tj. provedení jeho generální opravy a vložení čerstvého paliva.

Kladl jsem si otázky, jak by to asi celé mohlo fungovat. Provoz SMR po dobu jedné kampaně se předpokládá na dobu 2 až 5 let. Po odstavení se předpokládá dochlazení SMR modulu po dobu cca 2-5 let a následný převoz do servisního závodu k provedení generálky a výměny paliva.

Po zralé úvaze jsem dospěl k závěru, že bude nutné údržbu zajišťovat přímo v místě nasazení. Přičemž v každé lokalitě budou umístěny 4-5, možná i více stejných SMR. Nebo se musíme smířit s „jadernými transporty“, kdy jsou na lokalitu dopraveny čerstvé moduly SMR a použité moduly SMR jsou dopraveny zpět do servisního závodu. Přičemž servisní závod může být v zahraničí u výrobce nebo může být vybudován zde v ČR. Každopádně při procesu oprav a výměny paliva musí být plněny požadavky na jadernou bezpečnost a radiační ochranu. Celý proces výměny paliva musí být prováděn v bazénech nebo horkých komorách.

A tak docházím k závěru, že efektivita a ekonomika platí za předpokladu, že jsou v jednom uceleném území nasazeny desítky SMR. Typizací zařízení, standardizací údržby, sjednocením postupů, náhradních dílů, paliva je zajištěna ona časová, technická i finanční efektivita.

To ale evokuje myšlenku na zakotvení jasné strategie. A to už na úrovní státní energetické koncepce.

Výstavba SMR a cena

Ukazatel efektivity projektu je vždy jednotková cena na instalovaný MWe.

Celkovou cenu jednoho SMR dnes žádný z výrobců exaktně neuvádí. Cenu na pořízení SMR ovlivňuje mnoho faktorů:

• Způsob licencování a celkový přístup k projektu jako takovému.
• Způsob výstavby, kde hlavní přístup je modularita jejich designu, jak výkonová, tak výrobní. Celé zařízení bude vyráběno v modulech, které se dovážejí na lokalitu jako celky. Moduly se k sobě snadno montují a snižují celkovou chybovost výstavby, zkrátí čas realizace, ale také celou výstavbu významně zlevní. Požadavky na lokalitu neobsahují nutnost zajištění značně dimenzovaných stabilních dodávek chladící a technologické vody, kapacity sítí technické infrastruktury apod. Navíc vzhledem k velikosti samotné technologie SMR pro výstavbu nevyžadují ani zvláštní úpravu dopravní infrastruktury, minimalizují zemní práce, stavební procesy a požadavek na zastavěný prostor. Celkově minimalizují zátěž okolního prostředí a tím minimalizují finanční nároky.
• Navíc s očekávaným zvyšujícím se objemem sériové výroby lze očekávat i snížení celkové ceny.

Každý projekt SMR má své výhody i nevýhody, které je nutné hodnotit komplexně s uvážením veškerých externalit.

Výroba

Český průmysl je stále na vysoké technické úrovni. Mnoho náhradních dílů jak v primární, tak v sekundární části, části SKŘ a elektro vyrábíme zde. Vzhledem k tomu, že SMR je řádově menší, jsem přesvědčen, že výrobu kompletní technologie SMR by český průmysl zvládl.

A tím opět docházím k uzavření strategického partnerství mezi developerem SMR a ČEZ.

Developeři SMR se dnes zcela správně soustředí na výrobu prvního zařízení, které má licenci k provozu a dodává do sítě. V tom okamžiku nastane vysoká poptávka po SMR. Proto mne úvahy vedou k otázce, zda developeři SMR budou schopni pokrýt vysokou poptávku. A to je jeden z důvodů, proč můžeme očekávat dlouhé doby dodání nebo vyšší cenu.

Potenciální lokality SMR

Jaderné lokality Temelín a Dukovany
Temelín i Dukovany jsou lokality, kde je v současné době možné celkem bez problémů umístit malé modulární reaktory. Jsou to prověřené a dlouhodobě bezpečně provozované lokality.

SMR by bylo možné využít jak pro výrobu elektrické energie, tak jako záložní zdroj pro výrobu tepelné energie např. pro spouštění velkých bloků ETE 1,2, EDU 1-4. tj. jako náhradu plynové kotelny na ETE a jako zdroj cizí páry na EDU, kde byla původní najížděcí kotelna zrušena.

Potenciálně by se mohlo uvažovat o diverzifikaci záložních zdrojů napájení. Tato varianta sice nepředstavuje okamžité spuštění záložního zdroje, ale je to zdroj, který by mohl zajistit dlouhodobé a čisté pokrytí požadované spotřeby. V takovém případě by bylo nutné zvažovat poruchu ze společné příčiny např. v případě výpadku velkého bloku.

Řekněme, že lokality Temelín a Dukovany jsou vhodné k výstavbě pilotního SMR projektu v ČR, kde si lze vyzkoušet přípravu, výstavbu a licencování i provoz.

Návratnost realizace projektu zatěžuje nezbytnost vybudování servisního zařízení k provádění generálních oprav, výměny paliva, řešení skladování čerstvého a použitého paliva včetně technologie překládky nebo výměny (závisí na technickém řešení výrobce). Nicméně při komerčním nasazení SMR i v dalších lokalitách se stávající jaderné lokality jeví jako vhodné místo pro vybudování servisního závodu.

Jaderné lokality nevyužité

Česká republika má ještě další nevyužité jaderné lokality Tetov a Blahutovice. Na každé lokalitě byly původně plánovány dva (později dokonce čtyři) výrobní bloky VVER 1000.

Lokalita Tetov se nachází mezi Hradcem Králové a Pardubicemi. Od roku 2006 se lokalita nenachází v územním plánu.

Lokalita Blahutovice se nachází v okrese Nový Jičín. Plán na výstavbu byl pozastaven po sametové revoluci v roce 1989.

Tyto lokality byly dříve posuzovány a vyhodnoceny jako vhodné pro výstavbu jaderných elektráren, a to včetně seismických a bezpečnostních hodnocení. Problematika dodávek vody potřebné pro zajištění bezpečného provozu by s ohledem na výrazně nižší výkony SMR neměla představovat nepřekonatelný problém.

V případě úvah o využití potenciálu těchto lokalit by bylo nutné počítat s novým komplexním posouzením, vyhodnocením a povolovacím procesem, které bez zajištění potřebné politické podpory a podpory veřejnosti nemá smysl zahajovat.

Návratnost realizace projektu navíc zatěžuje nezbytnost vybudování kompletního připojení na technickou infrastrukturu, přivaděče, rozvodné sítě, vysokonapěťové linky, ale i řešení skladování a výměny paliva, o kterém jsem hovořil u jaderných lokalit ETE a EDU.

Lokality nejaderné

Dnes poměrně často slýchám vyjádření typu „Do každého města jeden SMR“. Samozřejmě, že je to trochu nadnesené.

Existující brownfieldy, ať už samostatně stojící nebo v blízkosti městských aglomerací, představují možnost uplatnění malých modulárních reaktorů. Směřovalo by to k decentralizované výrobě elektrické a tepelné energie. Jako vhodné lokality by mohly sloužit odstavené zdroje pro kombinovanou výrobu elektrické energie a tepla (KVET) - např. původní uhelné elektrárny Tušimice, Počerady, Prunéřov, Ledvice, Tisová aj. - nebo jiné průmyslové areály jako jsou teplárny, spalovny a chemické provozy.

Případně se může jednat o velké průmyslové areály, kde by SMR pracoval v režimu ostrovního provozu pro zajištění energetické spotřeby závodu.

Všechny brownfieldy oproti jaderným lokalitám mají společné to, že se nenachází na skalním prostředí.

Nicméně velkou výhodou je, že brownfieldy jsou veřejností akceptovány jako průmyslová oblast. Zároveň lokality disponují napojením na elektrickou rozvodnou síť, napojení na dodávky/přivaděče technologické a chladící vody, teplovodní/horkovodní/parovodní síť pro vytápění domácností a dopravní infrastrukturu. Existence další technické infrastruktury je nesmírnou předností dané lokality. Nicméně u brownfieldů jsou sítě technické infrastruktury zpravidla na konci své životnosti. Ale jejich rekonstrukce představuje spíše ekonomický problém.

Výstavba SMR nepředstavuje významnou přeměnu blízké aglomerace v podobě stovek km tepelných dálkových sítí, záměny systému vytápění tisíců domácností.

Návratnost realizace projektu tak představuje shodný závěr jako u jaderných lokalit nevyužitých.

Závěr

Lokalit, o kterých lze uvažovat, je určitě víc, a každá má svá pro i proti. Ač se může instalace malých modulárních reaktorů jevit jako spása moderní energetiky, tak je zřejmé, že příprava, výstavba a uvádění do provozu představují celou řadu technických, administrativních, ale také politických otázek, které se prakticky neliší od realizace standardních jaderných bloků:

• Vždy se jedná o umístění jaderného zařízení a tomu musí odpovídat potřebné průzkumy lokality, povolení o umístění EIA a další. Jen pro poslední povolované JE EDU 5,6 a JE ETE 3,4 trvalo získání EIA v rozmezí 4-5 let. K tomu ale předcházelo zpracování celé řady průzkumů a posudků.
• Každá lokalita musí umožnit napojení na sítě technické infrastruktury, zejména napojení na elektrickou přenosovou soustavu a zajištění dodávek technologické a chladící vody.
• Uvažovaný projekt SMR nemusí nutně být technologie s platnou licencí v zemi původu. Mohlo by jít i o pilotní projekt v ČR s cílem udělení licence zde.
• Umístění SMR v dané lokalitě musí mít potřebnou politickou podporu, podporu veřejnosti a zajištěné financování.
• Umístění servisního závodu, provádění generálních oprav, výměna paliva včetně skladování čerstvého a použitého paliva (závisí na technickém řešení výrobce).
• Řešení zadní části palivového cyklu.

Malé modulární reaktory oproti velkým blokům představují celou řadu výhod, které hovoří v jejich prospěch. Jsou to zejména:

• Celková cena za jeden SMR není tak vysoká a je mnohem lépe stravitelná pro další politické a ekonomické diskuse. Určující bude také jednotková cena za instalovanou MWe.
• Nasazení desítek SMR stejného typu SMR, unifikaci údržby, výroby, paliva, náhradních dílů.
• Nízké nároky na technickou infrastrukturu, zdroj vody, extrémní vnější vlivy.
• Celkově nízké zatížení lokality samotnou stavbou i procesem výstavby.
• Krátká doba výstavby, modularita a jednoduchý způsob výstavby.
• Způsob provozování, možnost snadnější regulace přenosové soustavy a vhodná kombinace energetického mixu s obnovitelnými zdroji.
• Decentralizace výroby elektrické energie.
• Široké spektrum použití.

Je tedy patrné, že malé modulární reaktory mají své místo v prostředí české energetiky, ale i čisté mobility. Ale jejich nasazení nebude vůbec jednoduché.

K problematice SMR bude nutná široká politická, technická i ekonomická diskuse k zakotvení jasné strategie, a to už na úrovni strategií a koncepcí. Jednou z možných platforem k diskusi může být právě Česká jaderná asociace.

Ing. Tomáš Kovalovský
Předseda představenstva ČJA