Jaderná energetika v roce 2014
(Nuclear energy in year 2014)
Vladimír Wagner
Abstrakt
Jadernou energetiku v letech 2014 a 2015 čeká několik klíčových zlomů. V právě probíhajícím roce by měly být dokončeny a spuštěny dva rychlé množivé reaktory chlazené sodíkem, jeden v Rusku a druhý v Indii. Ve zmíněném období by se také měly spustit první bloky III+ generace. Jde o bloky EPR firmy AREVA a reaktory AP1000 firmy Westinghouse, ty by se měly dokončit nejdříve v Číně a teprve později v Evropě a USA. K nim se přidají i bloky VVER1200, které se dokončují v Rusku. Další významnou událostí je, že by mělo dojít k opětnému zprovoznění alespoň části reaktorů v Japonsku. A Bavorsko zahájí svou cestu k odstavení jádra, které mu dosud dodávalo téměř polovinu elektřiny.
Several key moments wait nuclear energy during next two years. This year, two sodium cooled fast breeder reactors will be built. One is in Russia and second is in India. The first III+ generation blocks will start operation during next two years. The EPR reactors of the AREVA company and the AP1000 reactors of the Westinghouse company will be completed firstly in China and later also in Europe and USA. The Russian VVER1200 blocks will be finished in Russia also. The next important event will be repeated putting into operation of at least few reactors in Japan. Bavarian will start its nuclear phase out next year. Almost fifty percent of electricity is produced by nuclear power stations in this Germany federal land in present.
Klíčová slova: jaderná energetika, rychlé množivé reaktory, reaktory III+ generace, Fukušima I, německá Energiewende
Key words: nuclear energy, fast breeder reactors, reactor of III+ generation, Fukushima I, Germany Energiewende
Na začátku roku 2014 bylo v provozu 435 reaktorů s výkonem 375 GW (údaje ze stránek organizace World Nuclear Association). Poslední údaj o celkové produkci elektřiny je z roku 2012, kdy jaderné elektrárny vyrobily 2346 TWh, což bylo opět snížení oproti roku 2011, kdy se vyrobilo 2518 TWh. V roce 2013 se dá očekávat opět nižší údaj. Jedním z hlavních důvodů snižování produkce je odstavení všech nyní 48 reaktorů v Japonsku jako důsledek havárie Fukušimy I. Na druhé straně bylo na začátku roku ve výstavně 71 reaktorů, což je největší počet za téměř čtvrt století. Nejvíce v Číně, Indii a dalších rozvíjejících se zemích, které kriticky potřebují nové zdroje elektřiny pro stále rostoucí populaci obyvatel vyžadujících růst životní úrovně. V Evropě a USA je situace jiná. Zde je zatím, až na výjimky, relativní dostatek zdrojů a to i jaderných. Proto není v současné době takový tlak na stavbu jaderných zdrojů. Zatímco v rozvíjejícím se světě lze situaci označit jako jadernou renesanci, v Evropě a USA jde pořád o stagnaci.
Práce na rychlém reaktoru BN 800 (zdroj Bělojarská jaderná elektrárna)
Energetické rychlé množivé reaktory
Pro zajištění dlouhodobého udržitelného rozvoje jaderné energetiky je potřeb zásadního průlomu. A to v podobě využívaní rychlých množivých reaktorů. Ty by měly zajistit využití veškerého potenciálu, který je ukryt v přírodním uranu a případně i thoria. Zároveň by také mělo dojít k radikálnímu snížení objemu jaderného odpadu na jednotku produkované energie a jeho nebezpečnosti.
Štěpení jader pomocí neutronů v reaktoru dominantně probíhá pomocí vazebné energie, která se uvolní při záchytu neutronu těžkým jádrem. Velikost vazebné energie závisí na tom, jestli je v jádře sudý nebo lichý počet neutronů. Pokud má jádro těžkého prvku lichý počet neutronů a zachytí další neutron, který se s tím lichým spáruje, uvolní se daleko větší energie, než když záchytem dostaneme lichý počet neutronů. Proto lze jako palivo používat pouze izotop uranu 235, který má lichý počet neutronů, a ne uran 238, který má sudý počet neutronů. V přírodním uranu je pouze 0,7 % izotopu uranu 235 a 99,3 % izotopu uranu 238.
Pokud chceme jako palivo využívat uran 238, musíme jej záchytem neutronu přeměnit na uran 239, který se následně dvěma rozpady beta přemění na relativně stabilní izotop plutonia 239. A ten má lichý počet neutronů a lze jej využít jako palivo v reaktoru. K záchytu neutronů uranem 238 a jeho přeměně na plutonium 239 dochází i v klasickém reaktoru, ale s relativně malou pravděpodobností. Je to dáno tím, že klasický reaktor využívá toho, že pro neutrony zpomalené na velmi nízké (tepelné) energie (rychlosti) jsou velmi vysoké pravděpodobnosti záchytu neutronu jádrem uranu 235 a jeho štěpení. Neutrony, které se uvolní ve štěpení, mají energie daleko vyšší a je třeba je zpomalit, moderovat. Vysoká pravděpodobnost štěpení způsobuje, že tok moderovaných neutronů může být relativně nízký a tím je dán i relativně nízký počet záchytů neutronu izotopem uranu 238 a množství vzniklého plutonia 239.
V rychlých reaktorech se neutrony produkované ve štěpení nemoderují. Aby se udržel stabilní průběh štěpné řetězové reakce, musí tak být neutronový tok vyšší a tím i větší počet štěpení. Větší intenzita neutronů způsobuje, že je i více záchytů neutronu izotopem uranu 238 a větší produkce plutonia 239. V správně vybrané konfiguraci aktivní zóny s palivem může dokonce rychlý reaktor produkovat více plutonia 239, než ho v podobě paliva spotřebuje. Takový rychlý reaktor se označuje jako množivý. A podobně potřebujeme mít rychlé reaktory, pokud chceme využívat thorium 232, které má také sudý počet neutronů. V tomto případě jej musíme pomocí záchytu neutronu a dvou rozpadů beta přeměnit na uran 233, který má počet neutronů lichý.
Rychlé reaktory musí mít větší hustotu štěpení na jednotku objemu paliva a tím mají i větší produkci tepla. Musí tak mít efektivnější chlazení. Velice často se k jejich chlazení využívají tekuté kovy, například sodík nebo olovo.
Ve světě byla postavena řada rychlých reaktorů, několik jich i vyrábělo elektřinu a dodávalo ji do sítě. Byly to například francouzské sodíkem chlazené rychlé reaktory Phénix s výkonem 250 MWe a Superphénix s výkonem 1200 MWe nebo stejný typ reaktoru Monju s výkonem 280 MWe v Japonsku. Ty však byly experimentálními zařízeními. Existuje pouze jediný rychlý reaktor, který pracuje jako normální jaderná elektrárna. V Bělojarské jaderné elektrárně už desetiletí funguje rychlý sodíkový reaktor BN600 s výkonem 600 MWe. K rozběhnutí řetězové štěpné reakce u něj došlo začátkem roku 1980 a od té doby dodává elektřinu do sítě.
Již v roce 1984 se začal budovat větší typ BN800 s výkonem 880 MWe. Kvůli poklesu ekonomiky a následnému kolapsu Sovětského stavu se budování zastavilo v roce 1986 a obnovilo teprve v roce 2006. A právě v letošním roce by mělo dojít k dokončení a spuštění tohoto reaktoru. V prosinci 2013 bylo dokončeno plnění sodíkem, který je využíván jako chladivo. BN800 je reaktor bazénového typu, kdy je aktivní zóna ponořena v bazénu vyplněném právě tekutým sodíkem. Potřebných 2000 tun velmi čistého sodíku bylo dodáno francouzskou firmou MSSA. Začátkem tohoto roku se začalo zavážet palivo. Celkový počet palivových souborů má být 558. Reaktor bude schopen pracovat i s palivovými soubory typu MOX, které jsou směsí uranu a plutonia. První sada 56 palivových souborů tohoto typu dorazila do elektrárny v březnu 2013. Reaktor dokáže také spalovat zbrojní plutonium a transurany z jaderného odpadu. V dubnu 21014 by pak mělo dojít k prvním testům celé sestavy. Spuštění turbíny a první dodávky elektřiny se předpokládají v srpnu a spuštění reaktoru na plný výkon pak koncem roku 2014. Po svém spuštění se stane největším fungujícím rychlým reaktorem. Co je ale nejpodstatnější, mělo by se po jeho dobudování začít s budováním dalších reaktorů tohoto typu a v Bělojarské elektrárně se začne stavět větší model BN1200. O budování tohoto typu uvažuje i Čína. Konečně by tak zde byl komerční typ rychlého reaktoru.
Reaktor EPR se buduje jako třetí blok jaderné elektrárny Olkiluoto (zdroj TVO).
V letošním roce se má spustit ještě další rychlý sodíkový reaktor. Ten se dokončuje v indickém Kalpakkamu. Jde také o reaktor bazénového typu, jeho výkon bude 500 MWe. V jeho bazénu je kromě aktivní zóny i 1150 tun tekutého sodíku. Palivové články typu MOX se již vyrábí a dodávají. V množivé zóně by mělo být možné přeměnit až 70 % uranu 238 na štěpný izotop plutonia 239. V budoucnu by měl reaktor posloužit i k testům využívání thoria a přípravě i využití uranu 233 jako paliva. Indie má velké zásoby thoria a tak chce postupně začít využívat tento zdroj paliva. Dokončení a fyzikální spuštění se předpokládá do září 2014. Na základě pozitivních zkušeností z výstavby se připravuje budování dalších dvou stejných bloků ve stejné elektrárně.
Oba popsané reaktory nemusí prokazovat, že sodíkové reaktory mohou fungovat jako spolehlivé zdroje elektřiny. To už prokázaly reaktory Phénix a reaktor BN-600. Mají však prokázat, že mohou být komerčním hromadně stavěným typem reaktoru, který je i ekonomicky efektivní. Pokud budou jejich spuštění a provoz úspěšné, mají dobrou šanci se svého úkolu zhostit dobře. Indie i Rusko plánují stavbu dalších i projekty jejich následovníků. V tom je míní následovat i Čína, která provozuje od roku 2011 prototypový rychlý reaktor CEFR. Ten je také bazénového typu a má výkon 20 MWe. Podle oficiálních prohlášení prošel úspěšně všemi plánovanými testy a funguje spolehlivě. Čína plánuje stavbu dalších větších sodíkových reaktorů. Plánuje se prototypový reaktor CDFR s výkonem 1000 MWe nebo zmíněné využití ruského modelu BN800. Co se reálně zrealizuje a kdy, teprve uvidíme. Rychlé reaktory by se tak opravdu mohly postupně stát součástí běžné energetiky. Umožnily by tak efektivně využít i velké zásoby ochuzeného uranu, které máme.
V Evropě i USA se vývoj rychlých energetických reaktorů úplně zastavil. Jediný reálný projekt je ve Francii. Jednalo by se o sodíkem chlazený rychlý reaktor s výkonem 600 MWe s názvem ASTRID (Advanced Sodium Technical Reactor for Industrial Demonstration ). Konečné rozhodnutí o realizaci však padne nejdříve v roce 2019. Zamrznutí slibně rozjetého rozvoje v oblasti rychlých reaktorů v Evropě se podařilo dosáhnout hlavně úsilím zelených protijaderných aktivit. I to svědčí o tom, kam se přesouvá technologický pokrok nejen v této oblasti.
Pokud se rychlé množivé reaktory osvědčí, tak by v kombinaci s efektivními klasickými reaktory umožnily využít veškeré zásoby uranu a thoria. Zároveň by značně omezily objem i nebezpečnost jaderného odpadu. Jaderná energetika by se tak dala využívat tisíciletí.
Stavba prvního bloku elektrárny Sanmen, na vršku kontejnmentu je vidět nádrž na vodu pro havarijní chlazení kontejnmentu (zdroj Westinghouse)
Spuštění první reaktorů III+ generace
V letech 2014 a 2015 by měly být dokončeny a zprovozněny první jednotky několika typů jaderných reaktorů III+ generace. Všechny dokončované reaktory jsou tlakovodního typu a vznikly evolučním vývojem reaktorů, které známe například i z Temelína. Mají ovšem značně vylepšené bezpečností i ekonomické vlastnosti. To, jakým způsobem se osvědčí, do značné míry určí budoucnost jaderné energetiky.
Většina z nich se staví v Číně. Prvním typem, který by měl být poprvé zprovozněn, je reaktor EPR firmy AREVA. Dva EPR bloky se staví v elektrárně Taishan, která je 140 km na západ od Hongkongu, Tam se začátkem roku 2013 dokončila instalace všech těžkých komponent v kontejnmentu. Jde o tlakovou nádobu a čtyři parogenerátory. Tlaková nádoba váží 420 tun a má 5,3 m v průměru a výšku 10,6 m. Zároveň už byl dodán i generátor pro první blok. Stavba bloků byla zahájena v roce 2009 a jejich spuštění by mělo proběhnout v letošním a příštím roce. Začátkem minulého roku se začaly pro tyto bloky vyrábět palivové soubory. Těch má být v aktivní zóně 241 a do Taishanu budou dodány v tomto roce. V této elektrárně by se měly postavit ještě další dva EPR bloky.
Rychlost stavby v Číně je podstatný rozdíl oproti výstavbě těchto bloků v Evropě. Zde se staví dva bloky. První se začal stavět v roce 2005 jako třetí blok elektrárny Olkiluoto ve Finsku. Byla to první zahájená stavba jaderného bloku tohoto typu. V říjnu 2013 dokončili instalaci poslední těžké komponenty, kterou je hlava reaktorové nádoby. V principu je tak možné přikročit k vytváření aktivní zóny a instalaci palivových článků. Předtím je však potřeba provést všechny potřebné kontroly a získat potřebná povolení. V únoru tohoto roku proběhla v rámci testů úspěšně tlaková zkouška kontejnmentu. Od začátku dubna začalo testování přístrojového a kontrolního vybavení elektrárny. Ta se tak posunula do fáze testování před spouštěním.
Výstavba bloku je však ve značném skluzu. Z počátku šlo hlavně o problémy s kvalitní betonáží, pro kterou chyběli odborníci. V současné době jde hlavně o arbitrážní a právní spory mezi investorem a dodavatelem, kde se snaží shazovat odpovědnost jeden na druhého. A tak je termín zprovoznění v současné době úplně otevřený. S problémy se potýká i druhý v Evropě rozestavěný blok ve francouzské elektrárně Flamanville, jehož výstavba byla zahájena v roce 2007. V lednu 2014 se podařilo nainstalovat reaktorovou nádobu, která váží 425 tun, její průměr je 5,5 m a výška 11m. I s jeho výstavbou jsou problému a jeho dokončení se posunulo nejdříve až na rok 2016. Je to dáno nejspíše tím, že Evropa postupně ztrácí schopnost budovat efektivně a v termínech velké stavby, naopak v Číně se to daří stále lépe. Zatímco v Číně vidíme efektivní dokončování infrastrukturních staveb, v Evropě místo toho vidíme stále více právních, aktivistických a politických bitev. I u nás to dobře známe například ze situace okolo tunelu Blanka.
V Číně se také staví první čtyři bloky AP1000 firmy Westinghouse. První dva bloky rostou v čínském Haiyangu a další dva v lokalitě Sanmen. Všechny čtyři by měly být spuštěny mezi listopadem tohoto roku a březnem 2015. A dá se čekat, že Čína bude schopna své plány splnit. V lednu 2013 byla u jednotky Sanmen 1 instalována hlavní komponenta portálového jeřábu o hmotnosti 350 tun. Jeřáb je 13,5 m široký a 38 m dlouhý. Pomocí něho je možné manipulovat s tlakovou nádobou reaktoru a dalšími těžkými komponentami. Díky tomu bylo možné uzavřít kontejnment kopulí. A těžké komponenty se do kontejnmentu postupně instalovaly. V lednu 2014 se instalovala na horní část kontejnmentu velká vodní nádrž o hmotnosti 312 tun. Ta má obsahovat velké zásoby vody, které se využijí k chlazení kontejnmentu v krizové situaci. A na začátku dubna byl zprovozněn velín reaktoru.
Práce na stavbě prvního bloku reaktoru AP1000 elektrárny Sanmen (Zdroj Westinghouse).
V elektrárně Haiyang se podařilo během minulého roku instalovat u prvního bloku všechny těžké komponenty v kontejnmentu, včetně tlakové nádoby a parogenerátorů. Probíhalo tak kompletování celého primárního okruhu. Zároveň japonská společnost „Mitsubishi Heavy Industries“ dokončila dodávky turbínových rotorů pro obě zmíněné elektrárny.
Stavba čtyř reaktorů AP1000 byla zahájena v minulém roce v USA. V březnu minulého roku byla zahájena betonáž základů kontejnmentu druhého bloku elektrárny VC Sunmen v Jižní Karolíně, kde mají být postaveny dva bloky AP 1000 (druhý a třetí blok elektrárny). Byla to první zahájená betonáž nového bloku v USA po třiceti letech. Bloky mají být dokončeny v roce 2017 a 2018.
Za čtyři dny následovalo zahájení betonáže třetího bloku elektrárny Vogtle v Georgii. Tam se také budují dva bloky AP1000 jako třetí a čtvrtý blok této elektrárny. Ty měly zpočátku potíže s licencí, když se použil jiný typ betonu. To se však nyní vyřešilo. Díky tomu, že se bloky budují modulárním způsobem a dva najednou, tak ani zdržení není tak velké. Již v červnu se pomocí velkého jeřábu instalovala spodní kovová část kontejnmentu o váze 900 tun do připravovaných betonových základů reaktorového ostrova. Chladící věž už je hotova z více než 40 %, také základy turbínové haly už stojí. Na staveništi je také větší část velkých kovových komponent, včetně reaktorové nádoby. Dokončení se také plánuje v letech 2017 a 2018.
Doufejme, že v USA bude výstavba probíhat mnohem lépe než stavba EPR bloků v Evropě. Už teď se naráží na jeden problém. V USA chybí pro tyto stavby odborníci, právě kvůli velmi dlouhé přestávce ve stavbě jaderných elektráren tam. Firma Westinghouse tak plánuje i zde využívat odborníky čínské. Je to dáno také tím, že v Číně roste počet odborníků v přírodních a technických vědách, projektantů, techniků a stavařů. Naopak v Evropě a USA tito odborníci začínají chybět a rostou tam pouze počty právníků, ekonomů a různých aktivistů.
Zahájení budování třetího bloku elektrárny Tainwan, která má už v provozu dva ruské bloky VVER 1000 a začaly se tam budovat dva nové ruské bloky VVER 1200 (zdroj Rosatom).
Třetí typ reaktorů III+ generace se staví v Rusku. Jedná se o reaktor VVER1200, označovaný také jako AES-2006 a MIR-1200. Úspěšně pokračuje stavba dvou bloků druhé fáze Novovoroněžské jaderné elektrárny ve Voroněži. Tam se staví varianta V-392M tohoto typu. První betonáže byly zahájeny v roce 2009. První blok by měl být spuštěn v posledním čtvrtletí tohoto roku, takže by pak Rusové mohli ukázat fungující referenční model. Další blok pak v roce 2016. V průběhu minulého roku dorazila po vodě tlaková nádoba o hmotnosti 330 tun pro druhý blok a proběhla i její instalace.
Budované reaktory VVER1200 v Leningradské jaderné elektrárně (II. fáze) nedaleko Petrohradu jsou varianta V-491 a měly by postupně nahradit čtyři bloky RBMK. U těchto reaktorů známých z Černobylu by postupně měla končit životnost. První má být odstaven v roce 2016. Dva reaktory se začaly budovat v roce 2008 a první by měl být uveden do provozu v roce 2016, druhý pak co nejdříve po něm. U prvního bloku se v únoru 2014 podařilo instalovat jeřáb v turbínové hale a většina těžkých komponent turbíny. Výstavba dalších dvou bloků se plánuje. Podobné reaktory jsou nabízeny pro Temelín. Dva bloky VVER 1200 tohoto typu se začaly budovat také v elektrárně Baltik v Kaliningradské oblasti, kde je ovšem v současnosti projekt pozastaven.
V zahraničí se budují dva bloky VVER1200 v elektrárně Tainwan, jako třetí a čtvrtý blok. Výstavba dvou bloků byla zahájena běloruské elektrárně Ostrovets. První blok by měl být dokončen v roce 2018 a druhý v roce 2020.
V tomto roce měly být také spuštěny korejské reaktory III+ generace APR1400, které se staví v elektrárně Shin Kori jako třetí a čtvrtý její blok. Zde se však, jako u některých dalších korejských elektráren, objevily problémy s kabely. Kabeláž se musí vyměnit, což zdrží spuštění bloků, ke kterému tak nejspíše dojde až v roce 2015 a 2016. V roce 2012 začala betonáže prvního bloku elektrárny Shin Ulchin. Tato elektrárna se v roce 2013 přejmenovala na Shin Hanul a začala betonáž i druhého bloku. Jedná se zde, stejně jako u Shin Kori 3 a 4 o tlakovodní reaktory III+ generace APR1400. Jejich dokončení se předpokládá v roce 2017 a 2018.
Je vidět, že v tomto a příštím roce začne nástup reaktorů III+ generace a v následujících letech se ukáže, zda budou komerčně úspěšné a dokáží spolehlivě, efektivně a bezpečně dodávat elektrickou energii.
Dokončené bloky Jaderné elektrárny Kudunkulam (zdroj Atomstrojexport).
Růst počtu nově dokončovaných bloků i zahajovaných staveb
V posledních letech se začal zvyšovat počet dokončovaných jaderných bloků. V průběhu roku 2013 byly spuštěny tři reaktory. Jeden byl spuštěn v Indii. Jedná se o první blok Jaderné elektrárny Kudankulam. V tomto případě jde také o úspěch Ruska, protože jde o reaktor VVER1000. Jde o značně vylepšenou verzi reaktorů VVER1000 které známe z Temelína. I když ještě nejde o reaktor III+ generace, svými parametry, zvláště bezpečnostními, se už k reaktorům třetí generace blíží. Reaktor dosáhl kritikality v polovině července a koncem října byl přifázován k síti. Letos by jej měl následovat druhý blok a v budoucnosti se počítá se stavbou dalších dvou.
Dva další nově spuštěné reaktory byly do sítě připojeny v Číně. V roce 2013 se do komerčního provozu dostal blok Nindge I. Spuštěn už byl v roce předchozím. Jde o čínský tlakovodní reaktor CPR-1000. V této elektrárně by mělo být celkově šest bloků. První čtyři z nich by všechny měly běžet do konce roku 2015. Už v lednu 2013 bylo dosaženo kritikality u bloku Hongyanhe 1, v únoru byl reaktor přifázován k síti a začátkem roku tak mohl být uveden do komerčního provozu. Jeho výstavba byla zahájena v roce 2007. Druhý blok dosáhl také kritikality a koncem minulého roku byl přifázován k síti. Do operačního provozu byl uveden začátkem letošního roku. U třetího bloku byly v březnu provedeny tlakové zkoušky kontejnmentu a spustí se letos. Čtvrtý, poslední reaktor první fáze této elektrárny bude spuštěn v roce příštím. Jedná se opět o čínské tlakovodní reaktory CPR-1000. Ještě dva další bloky CPR-1000 se staví vedle pro II. fázi této elektrárny. Reaktory v této oblasti budou po spuštění odsolovacího závodu dodávat i nedostatkovou pitnou vodu.
|
|
Instalace hlavy reaktorové nádoby reaktoru CPR-1000 u bloku Ningde 3 (zdroj CNECC).
I v tomto a příštím roce bude Čína spouštět nejvíce nových bloků. Například blok první blok elektrárny Yangjiang, který se do komerčního provozu dostal v březnu tohoto roku, je dvacátým blokem v Číně. Práce na něm byla zahájena v roce 2008. U druhého bloku této elektrárny probíhají horké zkoušky, ve třetím bloku se instaluje vybavení a čtvrtý, pátý i šestý se dokončují stavebně. První čtyři jsou typu CPR-1000 a zbývající dva modernějšího typu ACPR-1000 řadící se k III. generaci. Všechny budou dokončeny do roku 2018.
Horké zkoušky probíhaly v březnu i u prvního bloku elektrárny Fuquing, u druhého bloku v tu dobu probíhaly tlakové zkoušky kontejnmentu a spuštěn by měl být ještě v tomto roce. Bloky tři a čtyři se mají spustit v roce 2015 a 2016. Ve všech případech jde o čínský typ tlakovodního reaktoru CPR-1000.
V následujících dvou letech se má dokončit řada dalších bloků i jinde než v Číně. Mezi nimi by měly být i dva bloky VVR440 v elektrárně Mochovce na Slovensku. Na jejich výstavbě se silně podílí i české firmy. I z těchto několika uvedených příkladů je vidět rostoucí počet bloků uváděných do provozu. Roste však i počet zahajovaných staveb a narůstá i počet plánovaných bloků. V tomto směru lze říci, že renesance jádra opravdu začíná. Situace se láme i v Evropě a zde hlavně ve Velké Británii. Ta bude muset zavřít velký počet dosluhujících jaderných a fosilních zdrojů a kvůli přijatému přísnému zákonu o omezování emisí oxidu uhličitého je musí z velké části nahradit zdroji jadernými. Brzy by se tak měly zahájit stavby bloků EPR (Hinkley Point C a Sizewell C), AP1000 (Moorside), ABWR (Wylfa Newydd a Oldbury) a další.
Úspěšně probíhá vyklízení bazénu s vyhořelým palivem čtvrtého bloku Fukušima I (zdroj TEPCO)
Jaderná energetika v Japonsku
Roky 2014 a 2015 budou zlomové i pro japonskou jadernou energetiku. Řada pozitivních milníků se podařila dosáhnout při řešení havárie ve Fukušimě I. Začala reálná likvidace zničené elektrárny. Z bazénu vyhořelého paliva čtvrtého bloku se koncem roku začaly vyklízet palivové soubory a do konce března 2014 jich byla vyklizena více než třetina z celkového počtu 1533. Jedná se o blok, ve kterém probíhala v době zemětřesení a cunami výměna paliva. Samotný reaktor byl prázdný a čerstvě vytažené vyhořelé palivové články byly v bazénu, který je součástí budovy. Bylo tam tak ze všech bazénů nejvíce palivových souborů, a protože byly čerstvé, produkovaly nejvíce tepla. Celá horní část budovy byla zničena při výbuchu vodíku. Ten se do ní dostal z třetího bloku havarijním ventilačním systémem, který byl pro oba bloky společný. Bylo potřeba zničenou horní část odstranit, vyklidit trosky a bazén i jeho okolí vyčistit. Následně se postavila nová náhradní horní část budovy, instaloval se jeřáb pro manipulaci s kontejnery pro 22 palivových souborů a zařízení pro manipulaci s palivovými soubory při jejich přesunu z pozic v bazénu do kontejneru. V listopadu 2013 bylo vše dokončeno a začalo se s vyklízením bazénu. To probíhá hladce a je velmi pravděpodobné, že se jej podaří do konce tohoto roku dokončit.
Po odstranění zbytků zničené horní části budovy třetího bloku se čistí bazén i jeho okolí od popadaných trosek a staví se nová horní část budovy i zde. Po jejím dokončení a instalaci jeřábu se začne s vyklízením i bazénu tohoto bloku. U prvního bloku se předpokládá rozebrání provizorní horní části budovy, postavené již v roce 2011, a vyčištění trosek na patře s bazénem. Poté dojde k novému sestavení horní části budovy a instalaci jeřábů. Pak bude možné začít i s jeho vyklízením. U druhého bloku nebyla budova a ani zavážecí zařízení poškozeno. Problémem však je vysoká kontaminace vnitřních prostor a zařízení. V současné době je pomocí robotů prováděn průzkum přesného stavu kontaminace. Je třeba zjistit, zda bude možné provést dekontaminaci a využít současné zařízení, nebo bude potřeba zařízení i část budovy odstranit a postavit i vybavit ji znovu. V každém případě by mělo být možné během následujících pár let vyklidit postupně všechny bazény
Na přelomu roku 2013 a 2014 nastal také průlom v řešení situace s kontaminovanou vodou v areálu. Ta se do areálu dostala třemi způsoby. Část přišla s vlnou cunami a po havárii se stala radioaktivní. Další se nahromadila při havarijním chlazení reaktorů i bazénů. Ta v principu od zajištění cirkulovaného chlazení bazénů a reaktorů nepřibývá. Celkově se jí nahromadilo velké množství. Třetím zdrojem radioaktivní vody je podzemní voda, která přitéká do silně kontaminovaných částí areálu a suterénu budov z vnitrozemí. Tato voda se musí zachycovat, alespoň částečně dekontaminovat a skladovat v areálu. Množství kontaminované skladované vody proto roste každý den o 400 tun. V areálu tak je velký a stále rostoucí počet nádrží na vodu v různém stupni dekontaminace. A velký počet nádrží zvyšuje riziko úniků.
Velmi důležité tak je, že došlo k dohodě s rybářskými svazy o tom, jak zacházet s podzemní vodou přitékající do elektrárny. Ta se bude čerpat pomocí dvanácti studní nad areálem, kde se ještě podzemní voda nekontaminovala. Její radioaktivita bude testována, a pokud aktivita cesia 134 a 137 nepřekročí 10 Bq/l a tritia 1500 Bq/l, bude možné vypouštět tuto vodu do moře. Je třeba připomenout, že u cesia je daný limit o řád přísnější než pro pitnou vodu. Tritium je pak běžnou součástí životního prostředí, vzniká interakcí kosmického záření v atmosféře, a nastavená limita odpovídá tomu, aby vypouštění této vody do moře odpovídalo hygienickým normám.
Budování zařízení ALPS (zdroj TEPCO).
Tím se radikálně sníží růst objemu skladované vody a ta se bude moci postupně dekontaminovat. Zatím je z většiny skladované kontaminované vody odstraněno cesium, které je hlavním zdrojem gama radioaktivity. Odstranění téměř všech ostatních radionuklidů by mělo zajistit zařízení ALPS (Advanced Liquid Processing System). Jediný radionuklid, který tak ve vodě zůstane, je tritium. Jak už však bylo zmíněno, je tritium normální součástí životního prostředí. A při dostatečně nízké koncentraci dosažitelné naředěním by bylo možné vypouštět tuto vodu do moře. V současnosti přechází zařízení ALPS z testovacího režimu do normálního provozu. Má tři linky, které dokáží zpracovat dohromady až 750 tun radioaktivní vody denně. Pracuje se na postavení ještě dvou stejných zařízení a bylo by tak možné dekontaminovat přes 2000 tun denně. Zatím má sice zařízení stále problémy, které snižují jeho efektivitu. Je však naděje, že se podaří nedostatky odstranit a do konce roku 2015 bude možné nahromaděné zásoby radioaktivní vody v areálu vyčistit. Pokud se pak s rybářskými svazy podaří dosáhnout dohody o tom, že lze i tuto vodu po splnění hygienických limitů pouštět do moře, měl by se v následujících pár letech problém s radioaktivní vodou v areálu elektrárny Fukušima I vyřešit.
V poslední době se podařilo získat řadu nových informací o stavu budov i kontejnmentů zničených reaktorů. Přesné informace o stupni zničení aktivních zón a kde se všude přesně nachází v nádobě reaktoru a kontejnmentu roztavené palivo však zatím nejsou. Pomalu se upřesňují informace o netěsnostech v kontejnmentech. Ty se budou muset opravit. Poté bude možné naplnit kontejnmenty vodou, která odstíní záření, a začít s odstraňováním zničených aktivních zón. Určitě se nezačne dříve než za šest let. I tady však začíná být obrys rozvrhu těchto prací přece jen znatelnější.
Celá evakuovaná zóna je nyní rozčleněna do tří oblastí podle stupně kontaminace. Každá z nich pak má jiný režim. Zeleně jsou vyznačeny oblasti, kde roční dávka nepřekračuje 20 mSv. Lze tak postupně připravovat brzký návrat obyvatel. Oranžově pak oblasti s roční dávkou mezi 20 až 50 mSv. Zde se pracuje na dekontaminace, aby se roční dávka dostala pod 20 mSv a mohlo se začít s návratem obyvatel. Červeně pak jsou vyznačeny silně zasažené oblasti, kde celoroční dávka překračuje 50 mSv a dekontaminace tak bude značně náročná. Vesnice Tamura už od prvního dubna 2014 do zakázané zóny nepatří.
Trvalý návrat obyvatel začíná už u druhého samosprávného celku v zakázané zóně do 20 km. Od prvního dubna došlo k zrušení všech omezení u prvního samosprávného celku z jedenácti, které jsou celé nebo částečně v povinně evakuované a zakázané zóně. To jsou oblasti do vzdálenosti 20 km od elektrárny a v severozápadním směru pak dodatečně evakuovaná území hlavně vesnice Iitate. První z nich, ve které byla zrušena všechna omezení, je cíp města Tamura (čtvrť Miyakoji). Zatím se tak trvalý návrat týká pouze 357 obyvatel z této čtvrti. Ti už řadu měsíců mohli své domovy navštěvovat a dokonce tam i přespávat, teď už však jsou zde zrušena veškerá omezení. Od 26. dubna budou moci zůstávat i obyvatelé části vesnice Kawauchi a toto území se vydává po stopách Tamury. Třetí území, které se připravuje na trvalý návrat obyvatel, je město Naraha. Začal tak proces postupného zmenšování zakázané zóny.
Po ustavení nového jaderného regulačního úřadu (NRA) v Japonsku byla v průběhu první půle roku 2013 vypracována nová bezpečnostní pravidla, která musí splňovat jaderná zařízení, aby mohla být provozována. Do první třetiny roku 2014 podalo žádost o posouzení možnosti opětného zahájení provozu sedmnáct reaktorů v deseti elektrárnách. U šesti elektráren je stav posuzování v značném stupni rozpracovanosti. Většinou jde o tlakovodní reaktory. Mezi varnými, které se posuzují, jsou i dva reaktory elektrárny firmy TEPCO Kashiwazaki Kariwa. Nedávno o posouzení požádal také provozovatel elektrárny Onagawa. Ta byla poškozena cunami v roce 2011 a nyní je kompletně opravená. Posuzování se týkají hlavně kontroly opatření proti zemětřesení a cunami i proti kompletnímu výpadku proudu. Úřad NRA sice neoznámil, jak dlouho bude posuzování trvat, ale je šance, že by se první bloky mohly spustit už v roce 2014. Momentálně je nejdále v posuzování elektrárna Sendai. V letech 2014 a 2015 by tak mohlo Japonsko začít opět využívat jadernou energii.
Bavorsko zahajuje cestu k bezjaderné energetice
Z hlediska České republiky bude velice zajímavé sledovat vývoj v energetice v sousedním Bavorsku. Bavorska se zatím německá Energiewende příliš nedotkla. Jaderné bloky se zatím uzavíraly v jiných částech Německa. V Bavorsku jen jeden malý reaktor. Bavorsko tak stále produkuje z jádra téměř 50 % elektřiny. V příštím roce však dojde k odstavení prvního velkého bloku o výkonu 1345 MWe v elektrárně Grafenrheinfeld. Původně se měla odstavit v prosinci 2015, ovšem provozovatel se rozhodl o předčasné odstavení v květnu 2015 a informoval o tom síťového operátora. Důvodem je, že v květnu by mělo dojít k výměně paliva. Nově zavezené palivo by se dalo využívat pouze půl roku a nedošlo by k jeho vyhoření. Navíc musí každá jaderná elektrárna zaplatit speciální daň z paliva. Takže zavezení čerstvého paliva a jeho pouze krátkodobé využití by bylo ekonomicky nevýhodné.
Bavorsko má zhruba stejnou rozlohu jako Česká republika. Má podobnou geografickou polohu, i když Alpy mu umožňují vyšší využití vodní energie. Bavorsko je, stejně jako Česko, silně průmyslová země. Bude tak velice zajímavé sledovat, jak se vypořádá s tím, že mu poměrně rychle vypadnou zdroje, které dodávají téměř polovinu produkce elektřiny. Když se Německo před více než třinácti lety na cestu likvidace jaderné energetiky vydalo, předpokládalo se, že značnou část potřebné elektřiny dodají větrné elektrárny na severním pobřeží. K tomu je však potřeba postavit vedení velmi vysokého napětí ze severu na jih. Taková stavba pochopitelně není příliš populární a tak s ní politici příliš nespěchali. Zatím tedy toto potřebné vedení postaveno není. V minulém roce byla vytýčena jeho předběžná trasa a zvedl se obrovský odpor vlastníků dotčených pozemků hlavně právě v Bavorsku. Bavorští politici tak s vidinou voleb od podpory stavby tohoto vedení ustupují. V každém případě je velice pravděpodobné, že se toto vedení před odstavením všech jaderných bloků v Německu postavit nepodaří. Odstavení bavorských jaderných bloků tak bude tím prvním zásekem v německé energetice do živého. Pro Česko tak vývoj v Bavorsku jasně ukáže, jak by se vyvíjela domácí energetika, kdyby následovala německý vzor.
Je třeba ještě připomenout, že zatímco v Česku se díky dostavbě Temelínu, vylepšení Dukovan a obnovitelným zdrojů podařilo významně snížit podíl fosilních zdrojů na produkci elektřiny, v Německu tento podíl spíše roste. A v posledních letech je to hlavně růst využívání černého uhlí z dovozu a hnědého uhlí z domácí těžby. Růst emisí v německé elektroenergetice tak zastavil pokles celkové produkce oxidu uhličitého v Německu a tento trend obrátil. Kvůli tomu pokračuje i rozšiřování těžby hnědého uhlí a s tím spojené dopady na krajinu a obyvatelé, včetně bourání vesnic. Zmiňme třeba Breusdorf, Heuersdorf, Otzenrath a další. Bude zajímavé i nadále srovnávat situaci v Česku a v Německu, zvláště pak v Bavorsku.
Závěr
V roce 2013 byly do operačního provozu uvedeny tři bloky. Spouštění probíhá i letos a do provozu by se mohlo uvést i více než deset nových bloků. Z toho dva budou rychlé množivé. Hlavně v Číně, Rusku a Indii se výstavba nových jaderných bloků opravdu rozjela. Celkově je ve výstavbě 71 bloků. Některé z nich jsou sice staré dlouho rozestavěné resty, které se táhnou už léta, ale hlavně v Číně a v Rusku ukázali, že dokáží postavit blok za pět let. A to sériově. Dá se tedy předpokládat, že v následujících pěti letech se opravdu bude ročně spouštět více než deset bloků. Ve fázi projektové přípravy je pak dohromady 72 bloků a navrhováno je 312. Je tak výhled, že i nadále bude počet stavěných bloků růst a často diskutovaná renesance jádra opravdu nastane.
V Rusku a Asii je situace asi jasná. Tam ukazují, že jsou schopni jaderné bloky, ale i další velké stavby, budovat bez velkých průtahů a efektivně. Zároveň je vidět, že nejen v oblasti jaderné energetiky tam vsadili na vědu a technologický rozvoj a znalosti. V Evropě a Spojených státech se naopak jde směrem, kdy není důležité, zda něco efektivně, bezpečně a ekonomicky funguje. Podstatné je pouze to, zda se správně vyplní mraky papírů a překoná mraky napadení a obstrukcí různých právníků a aktivistů. A při cestě za ziskem se spíše spoléhá na arbitráže a právní bitvy než dokončení kvalitní stavby nebo zařízení. Je otázka, zda nám nejen dostatek elektřiny, ale třeba i potravin, a vůbec tak vysokou životní úroveň, jako teď máme, zajistí právníci a aktivisté, kteří se živí díky byrokratickým haldám papírů, ve kterém je možné najít v nejasnostech nekonečný zdroj pro právní kličky a obstrukce. Všechno je ztraceno v okamžiku, kdy se začne bazírovat na tom, že ten a ten snad nebyl správně přizván, ten papír a tato kolonka měly být vyplněny asi trochu jinak. A panuje představa, že o všem tomto by měla rozhodnout několikaletá právní bitva. A hlavně, přestane být podstatné, zda je projekt opravdu bezpečný, efektivní a ekologický. Takovým způsobem to asi opravdu dlouhodobě nemůže fungovat.
Stavba bloků AP1000 v americké elektrárně Vogtle (zdroj Westinghouse).
Je pochopitelné, že je důležité mít velmi přísná pravidla, odpovídající právní systém a dozor, který je opravdu nezávislý. A také nevládní a nezávislé aktivisty a dohled veřejnosti. Je to vidět i na selháních, která v této oblasti nastala v Japonsku a značnou měrou přispěla k průběhu havárie ve Fukušimě I. Ovšem, problém nastává, jestli se jejich cílem stane byrokracie a obstrukce postavené na papírech místo důrazu právě na reálnou bezpečnost a ekologii postavenou na faktech.
Právě následujících několik let rozhodne, jakým směrem se vydá světová i evropská energetika. Jestli bude založena na reálných faktech a fyzikálních zákonitostech, nebo na ideologických mustrech. Pro jadernou energetiku bude stěžejní, jak se nejen ekonomicky osvědčí reaktory III+ generace a rychlé sodíkové reaktory, k jejichž zprovoznění dojde v tomto a následujícím roce. Z hlediska evropské a i české energetiky bude klíčové sledovat reálný průběh německé Energiewende hlavně v průmyslovém Bavorsku.
V článku byly využity informace získané ze stránek World Nuclear Association, World Nuclear News, Atominfo.ru, stránek řady dodavatelů jaderných technologií i provozovatelů, časopisu Nuclear Engineering International a řady dalších zdrojů. Podmínky a stav české energetiky jsou podrobně popsány v knize: Dana Drábová, Václav Pačes a kol., Perspektivy české energetiky – Současnost a budoucnost, Novela Bohemica, 2014, 348 stran.
Poznámka: Čínské, japonské a korejské názvy jsou uvedeny v případě, že nejsou v češtině využívány běžně, jako třeba Fukušima, v anglické transkripci. Zjednodušuje se tím případné internetové vyhledávání podrobnějších informací v anglických zdrojích.
V Řeži 9. 4. 2014
