Tendr na dostavbu Temelína: kdo a s čím přichází do české kotliny?

V srpnu 2008 vyšel v TT článek doc. I ng. Františka Hezoučkého s názvem „Nový projekt jaderné elektrárny pro českou energetiku?“ Od té doby jednání o potenciálně vhodném projektu nového bloku pokročila a česká odborná veřejnost očekává s jakými nabídkami přicházejí zejména firmy AREVA, Westinghouse a konsorcium ŠKODA JS s ruskými společnostmi ASE a Gidropress. Nabídka se (a nikoliv ku prospěchu české energetiky) ztenčila. Dodavatelé, kteří ve hře zůstali, si uvědomují, že soutěž je pro ně snazší. Než bude vyřknut ortel, zopakujme si pár technických informací o nich i o jejich produktech: PROJEKTY VE HŘE l Francouzsko-německá AREVA nabízí EPR; l Americký Westinghouse předkládá projekt AP1000; l Konsorcium ŠKODA JS–ASE-Gidropress předložilo projekt AES 2006 s obchodním názvem MIR 1200 (MIR=Modernized International Reactor). Všechny zmíněné bloky jsou tlakovodní (PWR). To odpovídá logickému požadavku pokračovat v programu, který se v ČR i na Slovensku úspěšně rozběhl. EPR je evoluční projekt vycházející z N4. Výkonově zvětšený a opatřený zajímavým řešením lapače taveniny aktivní zóny pro případ nepravděpodobných těžkých havárií. AP1000 (a jeho evropská modifikace EP- 1000 vypracovaná Ansaldem ve spolupráci s Westinghousem) má řadu mimořádně zdařilých pasivních prvků i originální řešení některých komponent. MIR-1200 je vybaven kromě tradičně výhodných horizontálních parogenerátorů s velkou zásobou vody i některými originálními pasivními prvky, které mohou soutěžit i s pasivními prvky AP1000. Právě pasivní prvky těchto dvou projektů je řadí do Generace III+. Autoři všech projektů uvádějí pravděpodobnost poškození aktivní zóny (Core Damage Frequency) CDF okolo 10-6 až 10-7/reaktor a rok a dokonce i menší (současné normy přitom požadují <10-5/ reaktor a rok), vysokou spolehlivost, vysoké roční využití instalovaného výkonu nad 90 % (tj. krátké odstávky pro výměnu paliva a údržbu i inspekce zařízení), dobu mezi odstávkami na výměnu paliva 18-24 měsíců, ekonomickou konkurenceschopnost. Otázkou je, do jaké míry nejsou některá tvrzení projektantů pouze marketingové přísliby. Všechny tři projekty jsou totiž v současné době ve výstavbě. U projektů MIR-1200 a EPR lze alespoň vycházet z analogie předchůdců. Všechny projekty (podle tvrzení projekčních kanceláří) plně odpovídají i požadavkům provozovatelů EUR (European Utility Requirements), aby co nejlépe odpovídaly i potřebám budoucího provozu, údržby a inspekcí. Každý z projektů má několik chytrých řešení Buď celé dispozice zařízení nebo komponent, které budou bezpochyby (dříve, či později) přejaty ostatními projektanty. Řadu unikátních řešení nabízí petrohradský projekt MIR-1200, na němž se podíleli i finští odborníci: lapač taveniny aktivní zóny jednoduché konstrukce, systémy pasivního odvodu tepla do atmosféry prostřednictvím kondenzátorů páry z parogenerátorů umístěných vně speciálního dvojitého kontejnmentu, bezolejové mazání hlavních cirkulačních čerpadel aj. AP1000 se na nové úrovni vrací k bezucpávkovým hlavním cirkulačním čerpadlům. Jejich výhody jsou známé ze starých projektů (nižší náročnost na údržbu, odstranění potenciální malé LOCA při porušení ucpávky, menší síly na ložiska). Malá setrvačnost při doběhu, která byla důvodem, proč se od bezucpávkových čerpadel v minulých projektech ustoupilo, je vyřešena setrvačníkem z ochuzeného uranu (cca 2,3krát větší specifická hmotnost uranu v porovnání s ocelí). Setrvačník může být subtilnější a spočívat v tlakovém pouzdru čerpadla spolu s rotorem elektromotoru, omývaným vodou primárního okruhu. Čerpadla jsou navíc vybavena regulací otáček. CHLAZENÍ TAVENINY AKTIVNÍ ZÓNY (CORIA ) Neodmyslitelnou podmínkou nových projektů je řešení chlazení coria (taveniny aktivní zóny) při nejtěžších haváriích. Je to požadavek zmiňovaných Utility Requirements, jakkoliv jde o havárie s mimořádně nízkou pravděpodobností. Projekty EPR a MIR-1000 mají navržen lapač aktivní zóny mimo tlakovou nádobu reaktoru, v němž je corium rozředěno různými obětovanými materiály, aby se snížil specifický vývin tepla v jednotce objemu taveniny a aby směs byla takto lépe chladitelná. Příkladem může být řešení EPR. MIR-1200 má lapač jednodušší, umístěný přímo pod reaktorem, ale rovněž s možností chlazení. AP1000 firmy Westinghouse řeší chlazení coria uvnitř tlakové nádoby reaktoru (in-vessel retention) tak, že veškerá radioaktivita zůstává i v případě tavení paliva uzavřena v primárním okruhu. Tlaková nádoba reaktoru je přitom chlazena zalitím šachty reaktoru a vhodně řešeným způsobem cirkulace vody omývající její vnější stěny. U tohoto způsobu existují zcela zřejmé výkonové limity, neboť obětovaným materiálem jsou pouze části vestavby reaktoru. Teplosměnná plocha (vnější stěna tlakové nádoby) musí být tak velká, aby umožnila odvod zbytkového výkonu, aniž by se na jakémkoliv místě protavila. Řešení Westinghouse ve spojení s dispozicí zařízení AP1000 a speciálním kontejnmentem umožňuje pasivní dlouhodobé chlazení coria v tlakové nádobě přirozenou cirkulací v šachtě reaktoru. MAXIMÁLNÍ VYUŽÍVÁNÍ PASIVNÍCH SYSTÉMŮ Požadavkem doby je maximální možnost využívání pasivních systémů pro odvod zbytkového tepla z reaktoru. Nejdále ze všech projektů se dostal ve využití pasivních systémů Westinghouse ve svém projektu AP1000. Podobných vlastností však (byť jednoduššími prostředky) dosahuje (zdá se) i MIR- 1200. Ponechme však jejich porovnání na dozorných orgánech. Dispoziční uspořádání AP-1000 má výhodu v umístění bazénu zásoby vodního roztoku kyseliny borité (H3BO3) uvnitř kontejnmentu. Toto řešení bylo donedávna používáno pouze ruskými projekty. V současnosti je využívají všechny projekty. Jedině MIR-1200 však dosud řeší skladování vyhořelého paliva před přepravou do meziskladů uvnitř kontejnmentu. Takové řešení má své bezpečnostní výhody, ale i provozní nevýhody: pro vyvážení vyhořelých palivových souborů z kontejnmentu je nutné volit pouze dobu odstávky, kdy je v kontejnmentu možné pracovat a kontejnment otevřít pro dopravu kontejnerů. Bazén zásoby kyseliny borité u AP1000 uvnitř kontejnmentu je umístěn nad úrovní reaktoru. V případě úniku chladiva z primárního okruhu po vyrovnání tlaku primárního okruhu s kontejnmentem se chladivo doplní do reaktoru samospádem. Pára uvolněná únikem kondenzuje na vnitřních stěnách ocelového kontejnmentu, odevzdává teplo do atmosféry a stéká zpět do nádrže. V případě selhání odvodu tepla sekundárním okruhem se zbytkové teplo odvádí z reaktoru pasivně, a to výměníkem, ponořeným ve velkoobjemové nádrži kyseliny borité. Pokud dojde k ohřátí nádrže až na bod varu, pára z nádrže kondenzuje na vnitřních stěnách kontejnmentu a odevzdává teplo do atmosféry. Sdílení tepla do atmosféry z povrchu vnitřního kontejnmentu tak slouží k odvodu zbytkového tepla v případě ztráty hermetičnosti primárního okruhu, i v případě selhání odvodu tepla sekundárním okruhem. Výškové uspořádání zajišťuje intenzivní přirozenou cirkulaci v primárním okruhu. Zavedení odfuku z pojistných ventilů kompenzátoru objemu pod hladinu nádrže zásoby kyseliny borité umožňuje vyloučení barbotážní nádrže z projektu. Z obrázku je vidět základní funkce kontejnmentu a jeho pasivní funkce s odvodem tepla do atmosféry. Gravitační nádrž v horní části vnější betonové ochranné obálky slouží ve výjimečných případech nehod, kdy je nutná intenzifikace odvodu tepla. Pasivní bezpečnostní systémy jsou dostatečné pro zajištění a trvalé udržení chlazení aktivní zóny i integrity kontejnmentu bez manipulací operátora, i bez elektrického napájení. V poslední době jsme zaznamenali výhrady některých dozorných orgánů k řešením vnějšího kontejnmentu AP-1000, který bude muset být podle všeho projekčně dopracován. DOPRAVITELNOST VELKÝCH KOMPONENT Oříškem pro výstavbu bude doprava velkých komponent, jednak pro jejich hmotnost, ale i velikost. VÝZVA PRO ČESKÝ PRŮMYSL Náš průmysl (strojní, elektrotechnický) má nezanedbatelný potenciál, aby mohl nabídnout své kapacity pro výrobu a montáž většiny komponent pro libovolný ze zmíněných projektů. Technicky jsou projekty poměrně srovnatelné. Bylo by tedy vhodné, aby se vláda (jakožto majoritní akcionář ČEZ) při vypsání poptávky zasadila o kritérium, které by poskytlo českému a slovenskému průmyslu maximální podíl na výrobě a výstavbě. Mít doma výrobce komponent (a tudíž i možnost inspekcí a výrobu náhradních dílů) je mimořádná strategická výhoda pro energetiku. Všechny dosavadní jaderné elektrárny na Slovensku i v ČR tomuto požadavku vyhovují a naše energetika není v zásadě na dovozech závislá. Poskytne-li některý z dodavatelů navíc českému průmyslu možnost uplatnění na třetích trzích, měl by to český stát vzít při výběru projektu seriózně v úvahu. Technický týdeník bude sledovat, zda se šance českého průmyslu budou, či nebudou realizovat. S použitím článku doc. Ing. Františka Hezoučkého