PROJEKT SUSEN, UDRŽITELNÁ ENERGETIKA. Marek Mikloš Centrum výzkumu Řež, s.r.o., Hlavní 130, Řež

Transkript

1 PROJEKT SUSEN, UDRŽITELNÁ ENERGETIKA Marek Mikloš Centrum výzkumu Řež, s.r.o., Hlavní 130, Řež ABSTRAKT Centrum výzkumu Řež, s.r.o., dceřiná společnost ÚJV Řež, a.s., společně se Západočeskou univerzitou zahájila koncem roku 2011 projekt Udržitelná energetika (SUSEN Sustainable Energy). Hlavním cílem projektu je vybudování významného dvou-regionálního centra výzkumu a vývoje v oblasti dlouhodobě udržitelné energetiky s úzkou vazbou na evropský výzkumný prostor. Prostřednictvím rozšíření a modernizace výzkumné infrastruktury bude vytvořeno špičkové pracoviště zaměřené především na klíčové segmenty jaderné energetiky. Z hlediska časového rámce lze rozlišit dva základní strategické cíle projektu: Přispět výzkumnými a vývojovými aktivitami k zajištění bezpečného, spolehlivého a dlouhodobě udržitelného provozu stávajících energetických zařízení, tj. zejména jaderných elektráren typu GII a GIII, a to prostřednictvím prodloužení jejich životnosti o let. Cílem projektu je rovněž výzkum a vývoj nových technologií s vysokou účinností v oblasti klasické energetiky. Konkrétní aplikace budou realizovány bezprostředně po dokončení instalace potřebných technologií. Prostřednictvím generovaných výsledků výzkumu a vývoje přispět k plynulému přechodu na jaderné reaktory nových generací, tzn. GIII+ a GIV. S nasazením těchto tzv. pokročilých jaderných reaktorů v rámci ostrého provozu se počítá po roce V rámci dlouhodobého horizontu je předmětem projektu také výzkum a vývoj špičkových technologií a materiálů v oblasti termojaderné fúze. Článek podává základní informace o cílech a výstupech projektu, jeho organizací, věcném a časovém plánu, ale zejména současnému stavu prací na projektu. 1. ÚVOD Česká republika se vstupem do EU zařadila mezi členské státy, které využívají cílené podpory v rámci evropské regionální politiky. Pro období jsou všechny regiony ČR (s výjimkou hlavního města Prahy) zařazeny pod cíl Konvergence. V souladu s cíli evropské regionální politiky je jednou z priorit ČR posílení konkurenceschopnosti státu a orientace na znalostní ekonomiku. Operační program Výzkum a vývoj pro inovace (dále jen OP VaVpI ) je jedním z významných operačních programů, které přispívají k naplnění uvedených cílů. Globálním cílem OP VaVpI je posilování výzkumného, vývojového a inovačního potenciálu ČR, který přispěje k růstu konkurenceschopnosti a k vytváření vysoce kvalifikovaných pracovních míst tak, aby se regiony ČR staly významnými místy koncentrace těchto aktivit v Evropě. Projekt Udržitelná energetika (SUStainable ENergy, SUSEN) je realizován jako regionální centrum VaV v Prioritní ose 2 a jeho cílem je plnit funkci relevantního výzkumného partnera pro spolupráci s aplikační sférou včetně navazování partnerství a spolupráce s významnými výzkumnými evropskými centry. Jedná se o tzv. velký projekt (nad 50 mil. Euro), jehož schválení náleží Evropské komisi

2 Projektem SUSEN získala Česká republika, její výzkumná komunita a v neposlední řadě Centrum výzkumu Řež s.r.o. a jeho partner, Západočeská univerzita v Plzni, možnost rozšířit významné materiální a lidské kapacity pro energetický výzkum a vývoj. 2. CÍLE PROJEKTU Cílem projektu SUSEN je přispět výzkumnými a vývojovými aktivitami k zajištění bezpečného, spolehlivého a dlouhodobě udržitelného provozu stávajících energetických zařízení, tj. zejména jaderných elektráren typu GII a GIII, a to prostřednictvím prodloužení jejich životnosti o let. Cílem projektu je rovněž výzkum a vývoj nových technologií s vysokou účinností v oblasti klasické energetiky. Konkrétní aplikace budou realizovány bezprostředně po dokončení instalace potřebných technologií. Prostřednictvím generovaných výsledků výzkumu a vývoje přispěje projekt SUSEN k plynulému přechodu na jaderné reaktory nových generací, tzn. GIII+ a GIV. S nasazením těchto tzv. pokročilých jaderných reaktorů v rámci ostrého provozu se počítá po roce V rámci dlouhodobého horizontu je předmětem projektu také výzkum a vývoj špičkových technologií a materiálů v oblasti termojaderné fúze. Projekt SUSEN zahrnuje také výstavbu výzkumné infrastruktury, která dlouhodobě zvýší vědecký, výzkumný a vývojový potenciál České republiky v oblasti aplikovaného výzkumu v energetice, převážně (ale neexkluzivně) jaderné. Prostřednictvím příjemce podpory, společnosti Centrum výzkumu Řež s.r.o., člena skupiny ÚJV, nabídne řešení významných úloh spojených s rozvojem udržitelné jaderné energetiky a poskytne pro společnosti podnikající v oblasti aplikovaného výzkumu v energetice robustní a moderní výzkumnou infrastrukturu. Projekt bude řízen s důsledným respektováním pěti zásad: 1. Prostředky poskytnuté Evropskou unií představují unikátní a neopakovatelnou příležitost k rozvoji výzkumné infrastruktury energetického výzkumu ČR. Musí být investovány účelně, budovaná pracoviště musí odpovídat dnešnímu poznání stavu technologií a strategických směrů jejich vývoje a být účelně využitelná i v budoucnosti. 2. Jakákoli nakupovaná nebo vyvíjená technologie musí mít konkurenční výhodu ve své technologické vyspělosti nejméně do roku 2016, u technologií s dlouhým životním cyklem musí mít konkurenční výhodu špičkové technologie nejméně do roku Provozovatel umožní infrastrukturu pronajímat jiným organizacím podle principů Open Access ( 3. Projekt bude úzkostlivě dbát na dodržení všech podmínek pro poskytnutí dotace, zejména na dodržení zásad transparentnosti, rovného zacházení a zákazu diskriminace v zadávacích řízeních veřejných zakázek pro projekt. 4. Projekt bude zaměřen k doplnění a rozšíření možností stávajících infrastruktur v ČR a nebude cíleně rozšiřovat technologické prostředky v oblastech, které jsou efektivně pokryty jinými infrastrukturami ČR. 5. Projekt bude cíleně vytvářet příležitosti pro uplatnění mladých specialistů a podmínky pro jejich profesní rozvoj

3 Cíle jsou směrovány zejména na: a. Integraci českých VaV institucí do aplikovaného výzkumu v energetice b. Dosahování aplikovatelných výsledků VaV v oblasti GIV a fúze c. Podporu bezpečného provozu a prodlužování životnosti pro technologie GII & GIII 3. STRUKTURA A OBSAH PROJEKTU Projekt je postaven na čtyřech základních pilířích, které představují následující výzkumné programy členěné dále na výzkumné aktivity: 1. Technologické experimentální okruhy (TEO) 2. Strukturální a systémová diagnostika (SSD) 3. Jaderný palivový cyklus (JPC) 4. Materiálový výzkum (MAT) Projekt je navržen komplexně, tj. od výzkumu vstupních nosičů energií (paliva), výzkumu materiálů a komponent včetně diagnostiky při výrobě a výstavbě, diagnostiky provozu energetických zařízení (predikce spolehlivého provozu a prodlužování životnosti) až po likvidaci a bezpečné uložení nosičů energií. 3.1 Program č. 1: Technologické experimentální okruhy Cílem tohoto výzkumného programu je vybudovat velká experimentální zařízení umožňující výzkum a vývoj v oblasti IV. generace jaderných reaktorů a fúzního reaktoru. Experimetální data získaná na těchto zařízeních rozšíří stávající znalosti o vlastnostech materiálů a jejich chování ve specifi ckých podmínkách a budou využita při vývoji daného typu reaktoru. V těchto reaktorech je přenos tepla zprostředkován médii, o jejichž chování neexistuje dostatek informací, a to především v oblasti jejich působení na konstrukční materiály, termodynamických a termohydraulických vlastností, nejsou známy výrobní technologie, neexistují potřebné komponenty atd. Experimentální data získaná v těchto zařízeních rozšiřují stávající znalosti o chování materiálů a komponent při parametrech prostředí. Budou využita pro zdokonalení výpočetních kódů, databází vlastností látek apod. a jsou potřebná pro vývoj daného reaktoru. V rámci tohoto programu budou studována tato média: superkritická voda; médium pro primární okruh superkritického lehkovodního reaktoru (SCWR); helium; médium primárního okruhu (velmi) vysokoteplotního reaktoru (V/HTR); helium; médium pro chlazení první stěny fúzního reaktoru; superkritický oxid uhličitý potenciální médium sekundárního okruhu pro přenos tepla z primárního okruhu reaktoru GIV; eutektická slitina olovo-lithium (Pb-Li) médium pro kontinuální tvorbu fúzního paliva tritia 3H. 3.2 Program č.2: Strukturální a systémová diagnostika Výzkumný program je tematicky zaměřen na podporu prodlužování životnosti jaderných elektráren současné generace (generace II. a III.), podporu výstavby a budoucího provozu reaktorů nastávajících generací (generace IV. a fúze) a s tím související materiálové studie vysoce ozářených vzorků

4 Získání komplexního popisu degradace vlastností a životnosti konstrukčních materiálů jaderných reaktorů po dlouhodobé provozní expozici. Návrh, optimalizace a osvojení výroby zkušebních těles pro výzkum vlastností materiálu. Vývoj nových postupů nedestruktivního zkoušení (NDE) feritických, austenitických a heterogenních svarových spojů a komponent komplexní konfigurace a jejich certifikace (NDE kvalifikace) s využitím zkušebních těles s umělými necelistvostmi a realistickými simulacemi provozních trhlin a matematického modelování procesu měření a odezvy indikací necelistvostí. Vývoj nového univerzálního hardware a software systému řízení manipulátorů pro zkoušení svarů kritických uzlů primárního a sekundárního okruhu JE. Vývoj nových postupů ověření tepelné a radiační odolnosti a chování strukturních materiálů a systémů v extrémních podmínkách těžkých havárií. 3.3 Program č.3: Jaderný palivový cyklus Výzkumný program JPC je zaměřen na výzkum a vývoj (VaV) v oblasti tzv. zadního konce jaderného palivového cyklu, do kterého patří především nakládání s radioaktivními odpady (RAO) a použitým jaderným palivem. Ve svém poli působnosti pokrývá program JPC všechny důležité oblasti od vývoje technologií pro nakládání s problematickými radioaktivními odpady a technologií pro výraznou redukci objemu radioaktivních odpadů, přes VaV v oboru geologického ukládání vysoceaktivních odpadů a použitého jaderného paliva, až k vývoji vysokoteplotních separačních technologií transuranů a štěpných produktů. V rámci výzkumného programu JPC bude vybudována unikátní laboratoř pro experimentální studium chování materiálu, tzv. Coria, vznikajícího při roztavení aktivní zóny jaderného reaktoru a laboratoř SIMS pro studium vlivu zadního konce jaderně-palivového cyklu na životní prostředí a účely záruk v jaderných materiálech. Výzkum a vývoj nových materiálů a principů pro efektivnější a bezpečnější ukládání RAO Vývoj pokročilých technologií a technologických postupů pro zneškodňování RAO a minimalizaci jejich objemu Vývoj nových technologií palivového cyklu jaderných reaktorů nových generací založených na fluoridových technologiích Vytvoření vědecko-technické základny pro podporu výstavby hlubinného úložiště v ČR Vývoj nových metod detekce velmi nízkých aktivit dlouhodobých radionuklidů ve velmi malých objemech vzorků Získání souboru poznatků o chování Coria pro účely zvýšení bezpečnosti jaderných reaktorů v posthavarijních stavech 3.4 Program č.4: Materiálový výzkum Materiálový výzkum je jedním ze čtyř výzkumných programů, které tvoří obsahovou náplň projektu SUSEN Udržitelná energetika. Je primárně zaměřen na výzkum materiálů pro jadernou energetiku, ale předpokládá se zapojení i v oblastech klasické energetiky a nových nekonvenčních postupů získávání energie. Program je zacílen na studium mezních stavů nových progresivních materiálů, resp. dílů a uzlů z nich vyrobených. Činnost pracoviště bude - 4 -

5 probíhat v oblasti základního výzkumu vlastností konstrukčních materiálů, výsledky budou přímo aplikovatelné v energetickém průmyslu. Ve spolupráci se ZČU v Plzni bude nové pracoviště hrát významnou roli při výchově nových materiálových odborníků. Fakulta strojní Katedra materiálu a strojírenské metalurgie bude v programu participovat v oblasti svařování. Při řešení konkrétních úkolů bude využívána spolupráce v rámci diplomových a doktorských prací. Pozornost bude cíleně zaměřena na práci zahraničních doktorandů s tím, že na jejich stáže budou získávány prostředky z programů ES. podpora vývoje feritických a martenzitických ocelí s potenciálem aplikace do 650 C pro neaktivní okruhy jaderných reaktorů GIV a komponenty parních turbín se superkritickými parametry páry podpora vývoje materiálů na bázi austenitických ocelí a vysoce legovaných niklových slitin, odolných v agresivních prostředích za vysokých teplot a tlaků, pro výrobu komponent jaderných a klasických elektráren s ultra superkritickými bloky. dokumentace vlivu degradačních mechanismů na vlastnosti konstrukčních materiálů pro komponenty vyšších generací jaderných reaktorů (GIII+,GIV) v neaktivních okruzích. vývoj nových technologií tavného svařování pro jadernou i klasickou energetikou (ve spolupráci s partnerem katedrou materiálu ZČU) PODĚKOVÁNÍ Tato práce vznikla za finanční podpory projektu SUSEN CZ.1.05/2.1.00/ , který je realizován v rámci Evropského fondu regionálního rozvoje (ERDF). POUŽITÁ LITERATURA [1] [2]