ROZHLEDNÍK: Jaderné energetické technologie: zmenšování a modularita (2)

V prvním díle jsme se dozvěděli několik odpovědí na otázku PROČ vyvíjet malé modulární reaktory. Že jsou odezvou na změnu situace v energetice, kde začíná převažovat nutnost zkrácení doby výstavby, variability sítě a naplnění požadavků na více distribuované a lokální zdroje. Dočetli jsme se o tom, že vyšší teploty slibující vyšší účinnosti mají nové požadavky na materiály. Druhý díl se pokusí odpovědět na otázky CO a JAK.

 

Technické výzvy

Široké spektrum technologií určených pro malé modulární reaktory iniciuje řadu technických a vývojových výzev při sestavování jejich návrhu.

Již zmíněné vysoké teploty a v některých případech chemicky agresivní prostředí chladících médií vedou výzkum vhodných materiálů do oblastí niklových slitin. Zde je nutné potvrdit dlouhodobou stabilitu jejich mechanických a korozních vlastností. Materiály jsou zkoušeny v experimentálních smyčkách obsahujících příslušná prostředí, ideálně také v prostředí výzkumného reaktoru pro posouzení vlivu toku neutronového záření.

 

Důležitým aspektem využitelnosti malých modulárních reaktorů je dlouhá perioda mezi výměnou paliva. Ta snižuje provozní náklady, ale také umožňuje provozovat zařízení v oblastech bez vybudované infrastruktury. Je pro to potřeba dosáhnout optimálního vyhoření paliva při jeho nezměněných bezpečnostních charakteristikách. V současné době probíhá řada výzkumů podporujících vývoj nových druhů paliva a zároveň termohydraulických a neutronických experimentálních a výpočetních prací pro optimalizaci jeho využití v provozu.

 

Významné požadavky budou kladeny také na samotný proces licencování technologií SMR. Nesmí dojít k jakémukoli snížení bezpečnostních standardů v oblasti jaderné bezpečnosti, fyzické bezpečnosti a v oblasti ochrany jaderného materiálu (safety, security and proliferation). V současné době se aktivně na rozvoj SMR připravují v USA, kde úřad Nuclear Regulatory Commission již přijal zásady licencování tlakovodních SMR a připravuje tyto zásady pro nevodné technologie. Pro vývoj těchto standardů se provádí celá řada výzkumných prací.

 

Modularita reaktorů je spojena s jejich výrobou po modulech ve výrobních závodech a s relativně rychlou montáží a instalací na místě. Takto vytvořena ekonomická výhoda (snížení ceny investičních prostředků) musí ale být podložena použitím sofistikovaných strojírenských technologií. Příkladem je využití obráběcích strojů schopných s vysokou přesností a ve více osách vyrábět komplexní velké moduly, dokonale zvládnout svařování elektronovým svazkem, práškové metalurgie kombinované s vysokotlakým isostatickým lisováním nebo využití virtuální reality. Tyto výzvy jsou současně příležitostmi pro strojírenství k významnému posuvu v produkované přidané hodnotě.

 

 

Příležitosti obchodní, bezpečnostní a sociální

V současné době aktivně rozvíjí koncepty malých modulárních reaktorů tři země: USA, Rusko a Čína.

 

Spojené státy investovaly prostřednictvím Ministerstva energetiky téměř půl miliardy dolarů na rozvoj konceptu NuScale a mPower (tlakovodní systémy). NuScale požádal koncem roku 2016 o licenci k výstavbě technologie.

 

Paralelně se rozvíjí systém reaktoru s palivem rozpuštěným v roztavené soli (MSR) firmou Terrestrial Energy. Ta oznámila plán požádat o licenci v roce 2019.

 

Rusko staví malý plovoucí reaktor KLT-40S na sibiřské Čukotce na bázi již ověřené technologie z ledoborců. Do provozu má být uveden v roce 2019.

 

Čína vyvíjí celou řadu technologií malých modulárních reaktorů, zejména na bázi plynem chlazených (HTR), roztavenými solemi chlazených (FHR) a solných (MSR).

 

Velká Británie vypsala v roce 2016 veřejnou soutěž na návrh technologií malých modulárních reaktorů pro britský trh. Britská vláda podporuje rozvoj SMR jako technologie schopné pružně vyrovnávat fluktuace na trhu energií, ale také jako municipální a průmyslový zdroj energie a zároveň jako obchodní příležitost pro britský průmysl, který má dlouhodobé tradice v jaderné oblasti.

Britové vytvořili pro tento účel velmi strukturovaný systém plánování a podpory rozvoje technologií SMR, včetně zakládání národních laboratoří (National Nuclear Laboratories) a specializovaných laboratoří a institucí pro rozvoj a sdílení znalostí (např. Nuclear Skills Academy).

Analýza, kterou na objednávku britské vlády provedla poradenská společnost EY ukazuje, že proti velkým zdrojům lze u SMR dosáhnout významného snížení nákladů na stavbu dalších (NOAK – Next of a Kind) reaktorů proti prvnímu (FOAK – First of a Kind). Ukazuje se, že řada firem je připravena spustit provoz tlakovodního SMR ve Velké Británii do roku 2028. Nevodní systémy jsou plánovány po roce 2030.

O strategické předvídavosti a malé závislosti politického rozhodování na politických cyklech ve Velké Británii svědčí konsenzus směřující k SMR jako technologii, která dlouhodobě podpoří britský průmysl ve smyslu jeho výjimečného postavení a schopnosti dodávat tyto systémy do celého světa, a to zejména u nevodních technologií po roce 2030.

 

Tyto technologie, a především ty beztlakové (olovo, soli), mají významný potenciál pro naplnění dalšího smyslu malých modulárních reaktorů: přivedení zdroje energie do oblasti bez existující infrastruktury. Může jít o lokality v řídce osídlených oblastech Aljašky, Sibiře nebo Kanady. Na druhé straně, významná část rozvojového světa trpí problémy, kterých společným jmenovatelem je nedostatek použitelné energie ve formě elektřiny, tepla nebo chladu.

Zdroj energie pak znamená přístup k pitné vodě získané z mořské vody nebo čištěním nečistých vod, znamená také vyšší bezpečnost (světlo!), udržení nebo vytvoření místního průmyslu a tím také zajištění práce pro obyvatele lokality. Může znamenat vytvoření alespoň minimálních podmínek pro místní obyvatelstvo pro důstojný život.

 

Český výzkum a vývoj SMR

Již koncem devadesátých let začal v tehdejším Ústavu jaderného výzkumu v Řeži (dnes ÚJV) výzkum solných technologií. Postupně program pokryl problematiku chemie fluoridových roztavených solí a experimentální stanovování jejich neutronických vlastností, zejména v souvislosti s unikátním řežským reaktorem LR-0. Centrum výzkumu Řež (CVŘ), které je za tento výzkum garantem, spolupracuje velmi intenzivně s kolegy v amerických národních laboratořích, zejména s Oak Ridge National Laboratories.

 

Mezivládní dohoda mezi ČR a USA umožnila, že v reaktoru LR-0 je zkoušena originální sůl FLIBE s izotopem Li7, který je v přírodě zastoupen pouhými 7,5 %, má ale pro tekutými soli chlazený reaktor (FHR) rozhodující vlastnost: na rozdíl od přírodního izotopu Li6 neutrony nepohlcuje, ale moderuje a tím umožňuje kontrolovanou řetězovou štěpnou reakci.

 

V České republice byl v rámci stávajícího výzkumu vyvinut společností COMTES materiál MONICR, který je předmětem kvalifikace pro uplatnění v reaktorech typu FHR nebo MSR. V současné době probíhají v CVŘ a ÚJV vývojové práce v oblasti modelování aktivní zóny reaktoru FHR a rozvíjí se návrhové práce v oblasti generování elektrické energie v systému malého modulárního reaktoru a zajištění jeho bezpečnosti.

 

Příležitost pro český průmysl

Malé modulární reaktory představují nový směr rozvoje jaderných technologií produkce energie – elektrické i tepelné pro municipální a průmyslové využití. Jejich vývoj se zintenzivňuje a nabízí příležitosti k uplatnění v Česku tradičních znalostí a oborů spojených s jadernými technologiemi s přesahem do dalších oblastí strojírenství, které tak může navázat na nejlepší tradice svého působení pro jadernou energetiku.

 

Malý modulární reaktor může být produktem strojírenství, který najde uplatnění v různých částech světa v oblastech bez infrastruktury. Současně představují příležitost pro novou generaci inženýrů a techniků a tím také příležitost udržet a rozvíjet jaderné know how v České republice.

 

 

Dede: ptejte se na vše, co byste z oblasti jaderných technologií rádi věděli – věřím, že když si představíte malý reaktor svítící a ohřívající lidi někde v tundře, tak vás nějaké otázky napadnou:))

Aktualizováno: 12.2.2018 — 22:04

16 komentářů

PŘIDAT KOMENTÁŘ
  1. Já by sem si prosila jeden malý kapesní, aby mi dobíjel baterky :) poslední dobou nějak nestíhám.
    Jinak samozřejmě díky za další super článek a volám: kapesní atomovku do každé rodiny!
    (omlouvám se, to je asi z přepracování, ale nedalo mi to :))

  2. Já se zeptám jako úplný, ehm, laik. Jak se u malých reaktorů řeší nakládání s jaderným odpadem? Občas se píše o tom, že u již stávajících elektráren je to problém, nikdo nechce mít úložiště „za humny“.

    1. U malých obdobně jako u velkých: vyhořelé palivo se skladuje na místě několik let ve vodě nebo jiném médiu (podle druhu reaktoru), aby poklesla aktivita a teplota, pak v tzv suchém meziskladu. Po několika desítkách let bude přepracováno, změnšen objem radioaktivního materiálu a ten bude uložen ve finálním úložišti.“Humna“ jsou několik set metrů hluboko v monolitické žule (typicky). Cirkulace vody mezi těmito místy a povrchem je v řádu desítek tisíc let.

        1. Já vím, že by se ještě měl dál využít, tuším v reaktorech IV generace. Ale snad sem Martin ještě nakoukne:))

        2. Ano, a po roce od založení do ,,dohořívacího“ systému ztratí veškerou radioaktivitu, takže bude moci být použit např. na opravu děr v komunikacích.

  3. Malé reaktory se samozřejmě používají už desítky let v ponorkách nebo (zmíněných) ledoborcích. V čem je tak zásadně překonává (má překonat) zde prezentovaný současný vývoj?
    (Asi cena… a?)

    1. vůči ponorkám asi požadavky na bezpečnost (ty vojenské mi nejsou známy, ale budou spíše víc „tolerantní“), rozhodně vyšší pracovní teploty (a tím účinnost). Ponorky i ledoborce: výkony spíš v několika málo desítkách MW – SMR obecně je do 300 MW. My se zaměřujeme na výkon 20 MW, ale v kombinaci s transportovatelností a zároveň vysokou fyzickou bezpečností, což u vojáků není až taková nutnost a na ledoborcích s ohledem na „neomezenost“ rozměrů také spíš ne. Jinak více o tématu zde https://www.iaea.org/NuclearPower/Downloadable/Meetings/2011/2011-05-02-05-04-CM-NPTD/Day-1/8_RUSSIA_Kuznetsov_SMR_Application_in_Russia.pdf

  4. Dotazy nemám, jsem neznaatomista, ale představa těch malých JE se mi líbí. Dovedu si představit levnou energii z malých reaktorů třeba na výrobu chladu (to ze mne mluví sobectví a život na Jižní Moravě, kde už nyní se bez klimatizace přežívá v letních měsících čím dál hůř). Přeposílám články jednomu panu profesorovi matematiky, který je jistě ocení! Díky.

  5. Při focení pořád vidím v krajině dráty. Líbila by se mi krajina bez nich – je možné, že tam ten vývoj vede? Že každá obec a každé město bude mít svůj zdroj?

      1. Čím méně drátů a potrubí, (dálkové topení), tím lépe. V případě mimořádných událostí je infrastruktura, napájená z mnoha ,,malých“ zdrojů mnohem blbuvzdornější. A přenosem energie vznikají ztráty.

  6. Mě by zajímalo, jak velký je ve skutečnosti malý reaktor? Domeček, domek nebo dům?
    A jak by se na místo bez pořádné infrastruktury dovezl? :)

    1. Reaktor samotný by měl být transportovatelný válec o délce cca 7m a průměru 4m, sekundární část a terciální číst by se měly vejít do standardního lodního kontejneru. Doprava lodí, nákladním autem / přívěsem nebo vrtulníkem.

        1. Ano. Pokud si budu umět vyrábět teplo a elektřinu sám, bude to mnohem levnější a spolehlivější, než současné distribuční molochy. Jen by mne zajímalo, co budou dělat ty tisíce lidí, které ty dnešní molochy živí?!? A to je jadérko pudla. Když budou moci být zrušeny teplárny a elektrárny, jakož i linky VN a VVM, přijde dost lidí o práci a ještě víc lidí o manažerské posty a výhody. A to bude OBROVSKÝ A NEŘEŠITELNÝ problém.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna.

:) :( :D 8) :O ;) ;( (sweat) :| :* :P (blush) :^) |-) |-( (inlove) ]:) (talk) (yawn) (puke) (doh) :@ (wasntme) (party) :S (mm) 8-| :x (wave) (call) (devil) (angel) (envy) (wait) (hug) (makeup) (chuckle) (clap) (think) (bow) (rofl) (whew) (happy) (smirk) (nod) (shake) (punch) (emo) (y) (n) (handshake) (skype) (h) (u) (e) (f) (rain) (sun) (o) (music) (~) (mp) (coffee) (pi) (cash) (flex) (^) (beer) (d) (dance) (ninja) (*) (bat) (cat) (dog) (toivo) (headbang) (bug) (fubar) (swear) (tmi) (heidy) (rose1) (rose2) (cz) (eu)

Náš Zvířetník - DeDeník © 2014 VYTVOŘENÍ NOVÉHO UŽIVATELE - PŘIHLÁŠENÍ SE NA STRÁNKY - ADMIN

Featuring Recent Posts WordPress Widget development by YD