SMR - malé modulární jaderné reaktory

Transkript

1 SMR - malé modulární jaderné reaktory Lubor Žežula ÚJV Řež, a. s. Konference ENERGETIKA MOST 2016, Most

2 Malé reaktory - definice Podle klasifikace Mezinárodní agentury pro atomovou energii: Malý reaktor je reaktor s ekvivalentním elektrickým výkonem méně než 300 MW, Střední reaktor je reaktor s ekvivalentním elektrickým výkonem 300 až 700 MW, Velký reaktor je reaktor s ekvivalentním elektrickým výkonem nad 700 MW. MAAE pro malé a střední reaktory používá zkratku SMR (Small and Medium Reactors); tato zkratka se hodí i pro češtinu (jen v obráceném pořadí Střední a Malé Reaktory). V USA se používá pojem malé modulární rektory (ve zkratce rovněž SMR). 2

3 Obecné charakteristiky SMR Hlavní přednosti SMR: Zvýšená bezpečnost, spolehlivost, jednoduchost; použití pasivních systémů a principů inherentní bezpečnosti; Menší inventář radioaktivity, možnost menší zóny havarijního plánování; větší flexibilita při výběru lokality; Menší absolutní investiční náklady, flexibilita včasovém rozložení investice; Možnost postupného zvyšování výkonu jaderného zařízení po modulech; Kratší doba výstavby; Vhodnost pro kogeneraci i neelektrické víceúčelové aplikace ; Odolnost proti zneužití jaderných materiálů. Nevýhody SMR: Neověřenost projektů; Neexistence specifické legislativy, která by umožnila využít všech předností SMR a s tím související nejistota v procesech licencování; Vyšší měrné kapitálové náklady a cena vyrobené energie ve srovnání s velkými pokročilými reaktory. 3

4 Typy malých reaktorů Lehkovodní malé reaktory Technologie lehkovodních reaktorů jsou ve světě nejlépe osvojené. Malé reaktory lehkovodního typu mohou využívat technologií a zkušeností jednak z již provozovaných velkých reaktorů 3. generace, jednak z lodních reaktorů výkonově i konstrukčně obdobných. Lehkovodní SMR představují nejmenší riziko v oblastech technologie, licencování i financování mezi všemi typy SMR a budou zřejmě prvním komerčně využívaným typem. Rozdělení malých lehkovodních reaktorů: Tlakovodní (PWR) integrální uspořádání se systémem výroby páry a kompenzace objemu/tlaku uloženým uvnitř reaktorové nádoby smyčkové uspořádání s reaktorovou nádobou a externími parogenerátory Varné (BWR) 4

5 Typy malých reaktorů Rychlé reaktory chlazené sodíkem Ve světě jsou v průmyslovém provozu jen dva sodíkem chlazené rychlé reaktory (SFR): BN-600 a BN-800 v Rusku. Mezi pokročilými SMR je nejdále japonský projekt 4S o výkonu 10 MWe, práce na SFR zřejmě probíhají i v Rusku. Rychlé reaktory chlazené slitinou olovo-vizmut Reaktory chlazené slitinou Pb-Bi jsou používány k pohonu ponorek, lze je snadno přizpůsobit energetickým aplikacím. Vývoj SMR tohoto typu proto probíhá v zemích, které touto technologií disponují, tj. v Rusku, USA a ve Francii. Vysokoteplotní reaktory chlazené plynem Vysokoteplotní reaktory (HTGR, VHTR) jsou chlazené heliem s výstupní teplotou C. Vysokoteplotní projekty jsou vyvíjeny v Číně, Japonsku a ve spolupráci mezi USA a Ruskem. Vysokoteplotní reaktory jsou hlavní linií SMR, uvažovanou pro dodávky tepla pro vysokoteplotní průmyslové aplikace a výrobu vodíku. 5

6 6 Příklady projektů: Tlakovodní SMR

7 Reaktor BWXT mpower BWXT mpower Typ: tlakovodní integrální Tepelný výkon: 400 MWt Elektrický výkon: 195 MWe Obohacení paliva: 5% Cyklus výměny paliva: 5 roků Projektant: BWX Technologies, Inc., Bechtel Co. Možné aplikace: výroba elektrické energie Stav projektu: žádost o certifikaci projektu v r Lokalita: Tennessee Valley Authority - žádost o předběžné stav. povolení (Early Site Permit Application) Clinch River 6 modulů? Srovnání typického PWR (bez horního bloku) s integrálním reaktorem mpower 7

8 Reaktor NuScale NuScale (NuScale Power Modular and Scalable Reactor) Tepelný výkon: Elektrický výkon: 160 MWt 50 MWe Obohacení paliva: 4,95% Cyklus výměny paliva: Kapitál. investice: 24 měsíců Projektant: NuScale Power Inc. Možné aplikace: výroba elektrické energie Stav projektu: < 5100 $/kw žádost o certifikaci projektu v r dokončení 1. bloku v r. 2020? Modul NuScale v kontejnmentu ponořený v bazénu 8

9 Reaktor VBER-300 VBER-300 Typ: Tlakovodní reaktor (PWR) Tepelný výkon: 917,00 MWt Elektrický výkon: 325,00 MWe Délka pal. cyklu: 6 1 r. nebo 3x2 r. Obohacení paliva: 4,25 4,95% Kapitál. investice: 3500 $ / kw Projektant: OKBM Afrikantov, Nižnij Novgorod Možné aplikace: výroba elektrické energie; kombinovaná výroba elektřiny a tepla pro dálkové vytápění; odsolování mořské vody Stav projektu: Koncepční projekt. Obr Primární systém VBER- 300 Primární systém VBER-300 9

10 Reaktor KLT-40S KLT-40S Typ: tlakovodní reaktor (PWR) Tepelný výkon: 2x150 MWt Elektrický výkon: 2x35 MWe Cyklus výměny paliva: ~ 2,3 r. Kapitál. investice: 4000 $/kw Projektant: OKBM Afrikantov, Nižnij Novgorod Možné aplikace: výroba elektrické energie; vytápění; pitná voda / odsolování mořské vody. Stav projektu: ve výrobě (lodní) Výroba od roku 2007 Uvedení do provozu: Lokalita: Kamčatka 10

11 Příklady projektů: SMR chlazené tavenými kovy 11

12 Reaktor SVBR 100 SVBR-100 Typ: rychlý reaktor chlazený Pb-Bi Tepelný výkon: 280 MWt Elektrický výkon: 101,5 MWe Cyklus výměny paliva: jednorázový Obohacení paliva: 16,1% Projektant: OKB Gidropress, NIKIET Možné aplikace: výroba elektrické energie; vytápění; výroba pitné vody. Stav projektu: povolení lokality 2012 stavební povolení blok 2020? Lokalita: Dimitrovgrad 12

13 Reaktor Gen4 Module (G4M) G4M Typ: rychlý reaktor chlazený Pb-Bi Tepelný výkon: 70 MWt Elektrický výkon: 25 MWe Cyklus výměny paliva: 10 roků Obohacení paliva: 19,75% Projektant: Gen4 Energy (GEN4), Inc. Možné aplikace: výroba elektrické energie; Stav projektu: koncept. projekt není certifikace 1. blok po roce 2020? Uspořádání bloku Gen4 Module 13

14 Reaktor 4S 4S (Super-Safe, Small and Simple Reactor) Typ: rychlý reaktor chlazený sodíkem Tepelný výkon: 30/135 MWt Elektrický výkon: 10/50 MWe Výměna paliva: 30 roků - celá AZ Obohacení paliva: 12.0 / 19.0% Projektant: Toshiba, Central Research Institute of Electric Power Industry (CRIEPI) Možné aplikace: výroba elektrické energie odsolování výroba vodíku Stav projektu: Předaplikační revize projektu u U.S. NRC v 2007 Lokalita: N/A 14

15 Současný stav vybraných projektů SMR SMR Technologie Electrický výkon, MW CAREM-25 Argentina KLT-40S Ruská federace SMART Republic of Korea BWXT mpower, USA NuScale USA SMR-160 USA Westinghouse SMR, USA VBER-300 Ruská federace SVBR-100 Ruská federace PWR 27 jeden modul PWR 2 35 Konfigurace JE zdvojený modul vestavěný do plavidla PWR 90 jeden modul Licencován PWR 1 až multi modul PWR multi modul PWR 140 Současný stav vybraných projektů SMR ve světě ke konci roku 2015 Stav licencování Licencován výstavba zahájena Licencován ve výstavbě, do provozu Licensing pre-application první vítěz grantu US DOE Licensing pre-application druhý vítěz grantu US DOE Limited pre-application interactions with NRC PWR 225 (projekt ukončen) PWR 1 až Pb-Bi cooled fast reactor N 100 jeden modul nebo zdvojený modul postavený na souši, nebo vestavěný do plavidla jeden modul nebo multi modul n/a Licencování probíhá, zahájení výstavby 2016? 15

16 Reaktor CAREM

17 Reaktor KLT-40S Floating nuclear co-generation plant (FNCP) Akademik Lomonosov 17

18 Bezpečnost SMR Všechny projekty SMR sledované MAAE, jsou řešeny s ohledem na zajištění vysoké úrovně bezpečnosti a tedy na splnění bezpečnostních standardů MAAE (IAEA Safety Standard NS-R-1 "Bezpečnost jaderných elektráren"). Americké projekty modulárních SMR jsou řešeny tak, aby splňovaly stávající předpisy US NRC, připravují se úpravy předpisů pro SMR. U všech projektů je uplatněna bezpečnostní strategie ochrany do hloubky, založená na vícenásobných bariérách proti úniku radioaktivních látek. V projektech jsou využívány principy a prvky inherentní a přirozené a pasivní bezpečnosti. Frekvence poškození aktivní zóny (CDF) pokročilých SMR podle údajů projektantů jsou až ořád nižší (10-8 ) než u velkých lehkovodních reaktorů. Ochrana SMR proti vnějším událostem a zásahům je řešena bezpečnou konstrukcí a často i podzemním uložením kontejnmentů (včetně opatření proti těžkým haváriím). Bezpečnostní funkce SMR jsou podrobovány analýzám a opatřením podle poučení z havárie JE Fukušima. 18

19 Základní bezpečnostní koncept pasivní bezpečnosti ESFAS - Engineered Safety Feature Actuation Systems 19

20 Primární okruh reaktoru NuScale 20

21 Primární okruh reaktoru BWXT mpower 21

22 Časové možnosti nasazení reaktorů NuScale a mpower 22

23 Ekonomika SMR Struktura nákladů na výrobu elektřiny v JE (OECD Data) Kapitálové investice na výstavbu jaderných elektráren obvykle představují přibližně 60% z celkových nákladů na výrobu elektřiny, zatímco náklady na provoz a údržbu představují přibližně 25% a náklady palivového cyklu představují 15% celkových nákladů na výrobu elektřiny. Cena samotného přírodního uranu představuje asi 5%. Z toho vyplývá, že náklady na výrobu elektřiny v jaderných elektrárnách jsou citlivé na stavební a investiční náklady a velmi málo závislé na ceně paliva. 23

24 Proč zvažovat SMR pro potřeby ČR Soustavy centralizovaného zásobování teplem (CZT) zajišťují dodávku tepla pro přibližně 35% domácností v České republice - vyjma dodávek dalším zákazníkům. Uhlí - jako převažující palivo pro centralizované zásobování teplem otázka zabezpečení jeho dodávek Většina stávajících tepláren je zastaralá a tyto teplárny musí být nahrazeny novými zdroji tepla. Jací jsou kandidáti pro nahrazení zastaralých zdrojů tepla pro CZT? Uhlí Plyn Biomasa Teplo z JE SMR nízké disponibilní zásoby; emise vysoké náklady; emise; zabezpečení dodávek nízká kapacita; emise omezená dostupnost historické pokusy o využití tepla z JE v ČR zájem některých měst 24

25 Vhodné typy a aplikace SMR v ČR Využití SMR včr lze uvažovat ve dvou oblastech: Výroba tepla v systémech centrálního zásobování teplem. Výroba elektrické energie ve formě JE složené z více bloků SMR oproti JE obsahující menší počet velkých jaderných bloků. Pro ČR jsou vhodné SMR tlakovodního typu z důvodů: znalosti a zkušenosti ČR s technologií a provozem tlakovodních reaktorů VVER, orientace legislativy ČR na tento typ, existující know-how a infrastruktura v této oblasti: výzkumná základna, inženýrské a projektové oganizace, průmyslové podniky, výchova pracovníků. 25

26 Vhodné typy a aplikace SMR v ČR Legislativa ČR V ČR je využívání jaderné energie řízeno Atomovým zákonem a příslušnými prováděcími předpisy. Legislativa platí pro všechna jaderně energetická zařízení bez rozdílu velikosti a výkonu, tedy i pro malé a střední reaktory. Všechny předpisy včr jsou vytvořeny na základě zkušeností s lehkovodními reaktory. Jedna ze základních zásad bezpečnosti je použití ověřeného projektu; tento požadavek zatím žádný SMR nesplňuje. Legislativa nebrání výstavbě malých a středních reaktorů včr za podmínky dodržení všech jejích ustanovení a náležitostí. Při jejím dodržení nebude zřejmě možné využít všech předností, které tyto reaktory nabízejí, např. umístění v blízkosti osídlení, zmenšení zóny havarijního plánování apod. SMR si vyžádá úpravy legislativy (v současné době se úpravy legislativy připravují v USA (NRC, EPRI)). 26

27 Závěry SMR mohou být jednou z cest jak řešit problematiku CZT v České republice. SMR může snížit závislost na volatilních komoditách a zvýšit energetickou bezpečnost ČR. Výroba/výstavba SMR je velkou příležitostí pro český energetický průmysl a stavebnictví s celkovým pozitivním dopadem na českou ekonomiku. Podpořit zájem energetických a teplárenských společností a energetického průmyslu České republiky o výzkum a vývoj technologií SMR. Zkušenosti ČR v oblasti vývoje, výstavby a provozu jaderných zařízení mohou usnadnit nasazení SMR v ČR. SMR představují výzvu pro politiky a státní správu, aby bylo včas připraveno vhodné legislativní prostředí s dobrým odůvodněním. Nasazení SMR může těžit z dobré přijatelnosti jaderné energie v ČR. Nasazení SMR je v souladu s požadavky EU na snížení emisí plynů. 27

28 Děkuji za pozornost 28