Preskočiť na obsah Preskočiť na pätu (NCP VaT)
VEDA NA DOSAH – váš zdroj informácií o slovenskej vede

Malé reaktory namiesto obrov

VEDA NA DOSAH

Model olovom chladeného reaktora BREST-300

Malé jadrové reaktory sú pre budúcnosť žiaducou alternatívou k veľkým centralizovaným zdrojom.

„Preprava jadrového paliva na veľké vzdialenosti by bola nákladná a nepraktická, takže sa uvažuje o projektoch s dlhším palivovým cyklom.“

V súčasnosti je hlavným trendom v jadrovej energetike stavať jadrové bloky s inštalovaným výkonom 1 000 až 1 200 MW, v niektorých prípadoch aj väčším. Tieto bloky však vyžadujú veľmi dobrú kvalitu prenosovej sústavy, odvádzajúcej a distribujúcej vyrobenú energiu. Pre odľahlé oblasti a krajiny, vstupujúce do sveta jadrovej energetiky, to môže predstavovať problém, pretože tie potrebujú menšie zdroje, na ktoré by bola ich infraštruktúra lepšie pripravená. A tak sa hlavní dodávatelia jadrových technológií zameriavajú v súčasnosti na malé reaktory s inštalovaným výkonom do 300 MW.

Prečo potrebujeme malé reaktory

Zatiaľ čo napríklad v USA sú momentálne vo výstavbe štyri tradičné jadrové bloky, vo Veľkej Británii sa vážne uvažuje o dvoch až siedmich blokoch, vo Francúzsku je rozostavený len jeden, Turecko plánuje výstavbu 12 nových blokov. Ku krajinám začínajúcim s energetickým využitím štiepenia jadra sa radia aj Spojené arabské emiráty so štyrmi blokmi vo výstavbe, Saudská Arábia so 16 plánovanými blokmi a Jordánsko s dvoma blokmi. Aj Vietnam a Indonézia plánujú stavbu jadrových elektrární. Uvedené krajiny vidia v jadrovej energetike zaistenie stabilných dodávok lacnej elektriny. Stavba nových elektrární bude stáť nemálo finančných prostriedkov, ale ďalšie objemné finančné prostriedky si vyžiada nové elektrické vedenie. Malé jadrové reaktory by mohli tieto druhotné náklady výrazne znížiť. K podobnej situácii dochádza aj v odľahlých oblastiach, typicky na Sibíri. Osídlené oblasti sú roztrúsené vo veľkých vzdialenostiach a centralizovaná výroba energie by tu bola neekonomická, napríklad už kvôli potrebnej dĺžke elektrického vedenia.

Aby došlo k naplneniu potrieb odľahlých oblastí a krajín vstupujúcich do jadrovej energetiky, musia mať malé jadrové reaktory iné charakteristiky než tie veľké. Napríklad preprava jadrového paliva, podliehajúca striktným predpisom, by bola na veľké vzdialenosti nákladná a nepraktická. Preto sa uvažuje o projektoch s dlhším palivovým cyklom. S prepravou taktiež súvisia požiadavky na rozmery veľkých komponentov (napr. tlakové nádoby a parogenerátory), ktoré v prípade veľkých blokov vážia približne 400 ton. Projekty malých reaktorov pripravujú všetci hlavní dodávatelia jadrových technológií, ale výrazne sa líšia stupňom rozpracovania. Najviac projektov prebieha v Rusku a v USA, svoj projekt má aj francúzska Areva a taktiež čínske, argentínske, japonské a juhokórejské spoločnosti.

Plávajúca elektráreň Akademik Lomonosov

Najpokročilejším projektom je dvojica tlakovodných reaktorov KLT-40S, ktoré boli ešte v septembri 2013 namontované do trupu plávajúcej jadrovej elektrárne Akademik Lomonosov. Tieto reaktory majú v jednej sústave tlakovú nádobu, parogenerátory a hlavné cirkulačné čerpadlá.Ide o upravenú verziu reaktorov KLT-40M, používaných na jadrových ľadoborcoch triedy Tajmyr a na nákladnej lodi Sevmorput, čo poskytlo konštruktérom dostatok skúseností s prevádzkou. Tieto lode dosahujú takmer dvojnásobný výkon pri rozmeroch zhodných s klasickými ľadoborcami s dieselelektrickým pohonom a veľkými nádržami na vykurovacie oleje. Na plávajúcej jadrovej elektrárni bude inštalovaný výkon rozložený medzi výrobu tepla, výrobu elektriny pre elektromotory poháňajúce lodné skrutky a na odsoľovanie morskej vody. Tepelný výkon každého z dvojice reaktorov KLT-40S je 150 MWt a do siete bude dodávať 35 MWe.

Reaktor chladený zliatinou kovov

Ďalším reaktorom, vychádzajúcim z modelov používaných v jadrových ponorkách, je ruský SVBR-100. Model rezu reaktora SVBR-100Jeho tepelný výkon bude 280 MWt a inštalovaný elektrický výkon 100 MWe. Zatiaľ čo KLT-40S je malá verzia tlakovodného reaktora, aktívnu zónu reaktora SVBR-100 chladí tekutá zliatina olova a bizmutu. Jej teplota varu je 1 670 °C, takže sa nemusí udržiavať v primárnom okruhu pod tlakom ako voda v tlakovodných reaktoroch a nehrozí prasknutie potrubia a únik kontaminovanej pary. Keby zlyhali hlavné cirkulačné čerpadlá, ktoré poháňajú chladivo primárneho okruhu z aktívnej zóny do parogenerátorov a späť, palivo dochladí prirodzená cirkulácia. Tú majú kovy výrazne väčšiu ako voda. Nehrozí teda prehriatie paliva, jeho roztavenie a poškodenie tlakovej nádoby, čo sa stalo vo Fukušime Dajiči v roku 2011. Reaktor SVBR-100 konštruovali s dôrazom na jednoduchú prepravu. Okrem zásobovania odľahlých oblastí teplom a energiou môže nahradiť opotrebované reaktory VVER-440 a VVER-1000 (s týmto cieľom projekt odštartovali). Ak doslúži tlaková nádoba, do reaktorovej sály stačí umiestniť reaktory SVBR-100, ktoré by dodávali do parogenerátorov paru s rovnakými parametrami.

Ďalšie ruské projekty

Sovietske jadrové ponorky využívali okrem uvedených typov aj reaktory chladené len olovom. Na ne nadväzujúci reaktor BREST-300 bude mať tepelný výkon 700 MWt a inštalovaný výkon 300 MWe. Prvý takýto reaktor by mal vzniknúť v Seversku vo výskumnom ústave jadrových reaktorov. Jeho výstavba by sa mala začať na budúci rok a sprevádzkovanie v roku 2020. Ďalším malým tlakovodným reaktorom vyvíjaným v Rusku je VBER-300. Jeho menšiu verziu VBER-150 by mali použiť na plávajúcich jadrových elektrárňach, VBER-300 má mať iba pozemné využitie. Opäť ide o malý jadrový reaktor s dlhým palivovým cyklom (výmena paliva raz za päť rokov).

Americké projekty

Vývoj malých jadrových reaktorov je nákladný, preto sa vláda USA pokúsila povzbudiť výskum v tejto oblasti vyhlásením súťaže na uhradenie časti nákladov na výskum a vývoj. Americké ministerstvo energetiky vyhradilo spolu 452 miliónov dolárov, ktoré majú rozdeliť medzi dvoch výhercov. Prvým víťazom sa stal reaktor mPower s inštalovaným výkonom 45 MWe, ktorý pripravuje spoločnosť Babcock & Wilcox. Keďže však spoločnosť nebola schopná zaistiť zákazníkov a investorov, finančné prostriedky na vývoj projektu znížili na desatinu, čo znamená jeho značné predĺženie. Druhým nádejným projektom je reaktor Nuscale s rovnakým inštalovaným výkonom, na ktorom pracuje spoločnosť Nuscale Power.

Autor: Vladislav Větrovec

Foto: Vladislav Větrovec

Viac sa dočítate v časopise Quark (číslo 5/2015).

Uverejnila: ZČ

Operačný program MSSR

Investícia do Vašej budúcnosti
Tento projekt je podporený z Európskeho fondu regionálneho rozvoja

Táto webová stránka vznikla vďaka podpore v rámci Operačného programu Integrovaná infraštruktúra pre projekt: Podpora národného systému pre popularizáciu výskumu a vývoja
(kód ITMS: 313011T136), spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.