Česko bude potřebovat ještě více jádra, říká Jiří Duspiva z ÚJV

Energetika je dnes jednou z nejsledovanějších oblastí. Je zřejmé, že stojí na křižovatce a musí se vydat novou cestou. Problém je, že v energetice neexistují rychlá řešení. Jedním z uvažovaných směrů jsou i malé modulární reaktory.

Nejen o nich, ale i o budoucnosti jaderné energetiky prozradí více Jiří Duspiva.

Ilustrační foto

Energie a energetika je jednou z výsostných kompetencí ÚJV Řež – jak v tomto smyslu vnímáte současnou situaci na trhu energií a jaký to má vliv na další směřování vašich aktivit?

Podívám-li se na současnou situaci, pak mne to pouze utvrzuje v názoru, že důraz na řešení vycházející z fyzikálních zákonů — a tedy sázka na jaderné zdroje je správnou volbou. A nejen s ohledem na výrobu elektřiny, ale například i odpadního tepla pro centralizované vytápění. Dnešní stav na trhu energií proto vnímám jako zásadní příležitost pro podporu pokračování optimalizovaného a bezpečného provozu našich stávajících jaderných bloků v lokalitách Dukovany a Temelín. A také jako velikou výzvu.

Z pohledu nastupující generace mladých expertů vidím potenciál naší jaderné energetiky v prvé řadě ve výstavbě nových velkých zdrojů jako náhrady za zdroje uhelné. A to nejen aktuálně zvažovaný pátý blok v lokalitě Dukovany, ale i šestý blok v této elektrárně a rovněž dva další bloky v lokalitě Temelín. Důvodů je celá řada. Mezi ty zásadní patří, že větší naplánovaná kapacita až čtyř bloků nám poskytne lepší vyjednávací pozice u dodavatelů a také se tím sníží podnikatelská rizika pro potenciální české subdodavatele. Vytvoření týmů kvalitních specialistů pro čtyři realizace je rozhodně lepší a méně rizikový obchodní případ než jediná realizace bloku.

Také je třeba na rovinu říct, že máme-li v ČR v současnosti okolo 8 000 MWe v uhelných elektrárnách, pak výstavba jednoho bloku o výkonu 1 200 MWe nemůže tento výkon nikdy nahradit. A i výstavba čtyř bloků s výkonem 1 200 MWe je nedostatečná, součet výkonů je pak pouze 4 800 MWe. Takže ideálním řešením by bylo i otevření ještě jedné lokality pro výstavbu dalších čtyř bloků. Pak bychom byli schopni opravdu uhlí nahradit jádrem, ale stále zůstává otázkou, v jakém časovém horizontu. Do roku 2038 to rozhodně nestihneme.

Další diskutovanou rozvojovou výzvou dnešní doby jsou jistě i malé modulární reaktory (MMR). Ve Skupině ÚJV máme ve vývoji dva koncepty s různým technickým řešením a různou cílovou skupinou danou velikostí zdroje. I toto je významná příležitost pro nasměrování mladých energetických expertů.

Jak do energetické koncepce Česka zapadá koncept malého modulárního reaktoru (MMR), respektive, podle anglické terminologie, koncept SMR (Small Modular Reactor)?

Pokud se podívám na Státní energetickou koncepci (SEK), pak malé modulární reaktory v ní explicitně zastoupeny nejsou. Je to dáno tím, že v době jejího vzniku tyto koncepty byly opravdu v počátečním stadiu. Dnes, kdy první takové reaktory jsou již ve světě v provozu, je situace jiná a věřím, že příští aktualizace SEK už bude o možnosti využití malých modulárních reaktorů pojednávat.

Z mého osobního úhlu pohledu je hlavním kritériem posouzení těchto reaktorů jejich přínos, tedy to, co nad rámec ostatních technologií mohou poskytnout. Vidím tady několik benefitů – vyšší potenciál tepla (teploty až k 850 stupňů Celsia) nebo uzavření palivového cyklu, které umožní redukci objemu vyhořelého paliva, a především změní skladbu jeho izotopického složení směrem k menší radiotoxicitě. To bude znamenat menší nároky (a finance) na jeho skladování a ukládání.

Ilustrační foto

Produkce poměrně velkého množství radioaktivních odpadů ze stávajících klasických velkých jaderných bloků, tj. lehkovodních reaktorových technologií, je totiž jejich nejzásadnějším potenciálním problémem. Tyto odpady je sice možné i přepracovávat, ale masivní nasazení těchto technologií v celosvětovém měřítku by kapacity pro přepracování značně překračovalo.

Nelze však opominout ani negativa konceptu MMR. Jeho základním současným problémem je ekonomika provozu, právě ta v minulosti vedla ke zvyšování výkonů jednotlivých reaktorů. U MMR se předpokládá vylepšení této ekonomiky pomocí redukce výrobních nákladů (díky modularizaci a sériové výrobě) a zjednodušením licenčního řízení (uznávání licencí ze zemí původu reaktorů).

Žádná z těchto podmínek však zatím není naplněna. V ČR by dnes musel takový reaktor projít stejným licenčním a povolovacím procesem jako nyní pátý blok v Dukovanech. A to je proces velmi časově, a tedy i finančně náročný. U velkého bloku to však tvoří menší podíl z celkových nákladů, než by tomu bylo u malého reaktoru. Nicméně nelze předpokládat, že by se v budoucnu snižovaly požadavky jak bezpečnostní, tak ostatní legislativní (EIA apod.), takže toto náš optimismus směrem k malým reaktorům trochu brzdí.

Může mít české řešení případně mezinárodní uplatnění?

Samozřejmě že české řešení může mít uplatnění, ale bude to záviset i na vhodném načasování, tedy uvedení na trh ve vztahu k aktuálním potřebám potenciálních klientů a existující konkurenci. K tomu se přidává ještě jedna zásadní podmínka pro realizaci případného národního projektu – a tím je nutnost ustavení mezinárodního konsorcia s výrobcem paliva. V České republice totiž výrobce jaderného paliva nemáme a bez spolupráce s některým ze zahraničních by nebyly úvahy o licencování a zprovoznění reálné. Palivo je tedy pro naše koncepty limitující prvek.

Jinak český průmysl, jak ukázal v minulosti, a věřím, že ukáže i v blízké budoucnosti, je schopen vyrobit prakticky vše ostatní. Omezení pro výrobu jaderného paliva, především v oblasti zpracování uranu či plutonia a jeho obohacování, je dáno mezinárodními smlouvami (Smlouva o nešíření jaderných zbraní).

Toto je pro ČR nepřekročitelné omezení – nikdo si nepřeje jít cestou zemí, jako jsou Írán nebo KLDR, které tyto smlouvy neratifikovaly, neřídí se jimi a jsou z tohoto důvodu v rámci mezinárodních vztahů izolovány. Proto vidím mezinárodní partnerství jako klíčovou podmínku pro dokončení českého technologického řešení MMR.

Lze dnes říct, jaké je hlavní využití, respektive možnosti využití, a v jakých segmentech? Jinými slovy, je to výroba elektrické energie, nebo i další role? A je MMR určen pro energetické společnosti, nebo si lze představit jejich využití i v rámci municipalit či výrobních firem?

Z hlediska našich českých projektů v tuto chvíli řešíme především problematiku takzvaného jaderného ostrova, tedy reaktoru, vyvedení tepla a zajištění bezpečnosti. Využití tepla je samozřejmě důležitou otázkou, ale logicky je až druhou v řadě. Přesto se zamýšlíme i nad tím. Náš projekt HeFASTo předpokládá určitou modularizaci.

To znamená, že dle potřeb odběratele bude možné vyvedené teplo využít přímo k výrobě elektrické energie nebo uvažujeme o modulu na výrobu vodíku vysokoteplotní elektrolýzou. Je to však ještě v rovině návrhů, nikoliv technických řešení. Skupina ÚJV nemá ambici být vývojářem pro všechny tyto varianty, počítáme i se zapojením partnerů, kteří by na základě dat o vyvedeném tepelném výkonu (médium, tlak, teplota, hmotnostní toky apod.) vyvinuli navazující moduly.

Přestože nelze považovat bloky kategorie SMR za něco, co bude nosným základem pro zajištění základního výkonu pro energetickou síť v naší zemi, umím si představit, že i malé reaktory budou mít své uplatnění — především tam, kde je potřeba teplo, i teplo vysokopotenciální. Například pro hutě by bylo zcela neefektivní zajišťovat teplo elektřinou z velkého reaktoru vzdáleného 300 km, tj. konverzí tepla na elektřinu a zpět na teplo.

Znamenalo by to extrémně vysoké ztráty z hlediska účinnosti celého procesu. Proto si dovedu představit roli malých reaktorů pro takové použití. Problém ovšem může nastat s umístěním v konkrétní lokalitě. Vždy to bude jaderné zařízení se všemi požadavky na zajištění bezpečnosti i fyzické ochrany a bude podmíněno podporou ze strany veřejnosti.

Ilustrační foto

Existují v tomto smyslu u nás již nějaké strategie či koncepty?

Osobně vím o záměrech zpracovat koncepci využití MMR například pro zajištění vytápění Prahy. Ale to jsou studie na proveditelnost řešení, kde se ani tak neřeší vývoj zdroje, jako uplatnění vyprodukované energie a požadavek na výkon. Z tohoto pohledu se tedy koncepty spíše rodí.

Existují i úvodní studie proveditelnosti, např. pro Severomoravský kraj, ale opět jde pouze o identifikaci toho, co by se mělo udělat v rámci realizace, nejedná se o realizaci jako takovou. Na celorepublikové úrovni platí Státní energetická koncepce (SEK), která s jádrem počítá na obecné úrovni jako se součástí energetického mixu a například obsahuje i výběr další lokality pro nový jaderný zdroj.

O malých reaktorech nijak nehovoří, a to ani v oblasti Věda, Výzkum a Inovace (VVaI). V rámci aktualizace SEK tedy v jaderné oblasti vidím zapojení malých modulárních reaktorů jako jedno z nových důležitých témat, včetně podpory jejich vývoje. Musíme si uvědomit, že i účast na „pouhých“ výzkumných aktivitách pro naše malé reaktory znamená významný růst národních kompetencí a kvalifikace, které se velmi dobře mohou zúročit i u velkých jaderných zdrojů. Nejde tedy v žádném případě o nějaké mrhání prostředky.

Vývoj SMR probíhá ve světě již několik desítek let, jak dlouho na něm pracuje Skupina ÚJV?

Z hlediska historie splňují už první vyráběné a provozované reaktory kritéria pro zařazení mezi malé reaktory, takže historie SMR je vlastně historií jaderné energetiky. Snad jen jejich modularita by mohla být zpochybňována. Vývoj ekonomiky jejich provozu však jednoznačně vedl k navyšování výkonu až k dnešním největším blokům, jako jsou například francouzský EPR 1 650 MWe nebo korejský APR1400.

I zde samozřejmě narážíme na fyzikální limity. Přestože je možné postupně vyvíjet reaktory s větším a ještě větším výkonem, jejich zapojení do přenosových soustav může být limitujícím prvkem. Obecně a s určitým zjednodušením lze konstatovat, že jednotlivý zdroj v soustavě by neměl mít výkon větší než 20 procent celkového výkonu v soustavě, neboť pak je ohrožena stabilita takové soustavy při nenadálém odstavení.

A také připravený zálohovací zdroj pro nahrazení výkonu v případě náhlého odstavení je při takové velikosti velmi neekonomický. Proto se tyto největší bloky vyplatí pouze tam, kde tvoří opravdu malou část z celkového výkonu v soustavě. A tím se dostáváme ke středním a menším reaktorům, které i pro zemi velikosti ČR dávají větší smysl.

 Ale zpátky k otázce, jak dlouho na projektech pracujeme. Od roku 2010 je ÚJV Řež zapojena v mezinárodním projektu vysokoteplotního reaktoru ALLEGRO s rychlým spektrem neutronů, chlazeného heliem. Řešíme ho s maďarskými, slovenskými a polskými partnery na jedné straně a francouzskou společností CEA na straně druhé.

Náš projekt HeFASTo, heliem chlazený rychlý reaktor, je v podstatě koncovou energetickou realizací demonstrátoru ALLEGRO. Jeho princip a potenciál jsme představili na veřejnosti letos. Na vývoji konceptu Energy Well pracuje naše dceřiná společnost Centrum výzkumu Řež od roku 2017. Jde o návrh malého modulárního vysokoteplot ního reaktoru s nízkým výkonem kolem 20 MWt, chlazeného tekutými solemi.

USA a Británie hlásí již licenční řízení, v několika zemích již malé reaktory fungují, jak daleko je český Energy Well a HeFASTo?

Z hlediska zahájení licenčního procesu jsou oba české projekty ve velmi rané fázi, je dokončen nebo se dokončuje jejich koncept a pro licencování v ČR ani v tuto chvíli není připravena legislativa. Z hle[1]diska možnosti využití v komerčním provozu to bude ještě dlouhá cesta a neočekávám to dříve než ve čtyřicátých letech tohoto století. Určitě později než se do komerčního provozu dostanou případné malé reaktory na lehkovodní bázi.

Model reaktoru HeFASTo | ÚJV Řež

V zemích, kde se realizace takových konceptů stává součástí demonstrace národních schopností a image, jsou dále. V Rusku je plovoucí SMR Akademik Lomonosov již v provozu a v Číně uvedli do provozu HTR-PM reaktor. V západních zemích je situace odlišná, protože ekonomika řešení je jeho nedílnou součástí, a díky tomu se tyto projekty dlouho nemohly prosadit.

V poslední době, kdy je velký tlak na útlum fosilních zdrojů – prozatím primárně uhlí, ale určitě brzy dojde i na plyn a topné oleje – se ukazuje, že malé reaktory by pro odlehlé lokality byly velmi racionálním řešením nahrazujícím zde provozované uhelné, plynové nebo mazutové zdroje. Rovněž využití pro produkci vodíku jakožto náhrady fosilních paliv v dopravě je ve světě nadějnou aplikací pro SMR.

Další hnací sílou investičních úspor je modularita, která pomůže významně zkrátit dobu výstavby – komponenty budou na lokalitu dopraveny již jako celky a na místě pouze propojeny. A to je důležité i z hlediska zajištění kvality, kdy výroba v ideálních podmínkách tovární haly zajišťuje snazší dosažení kvality než kompletace z jednotlivých součástek na staveništi. Realizace SMR v USA, Velké Británii nebo Kanadě je stále ještě ve fázi přípravy, a nikoliv výstavby. Dle posledních informací jsou asi nejblíže realizace v USA a Kanadě, kde by snad některé z technologií mohly být spuštěny v roce 2026.

Převzato z časopisu Komora. Autor článku: Petr Simon




• Oblasti podnikání: Energetika
• Teritorium: Česká republika