Jaderná energetika - stávající zdroje a výstavba nových zdrojů v EU a ve světě

Jaderná energetika - stávající zdroje a výstavba nových zdrojů v EU a ve světě Lubor Žežula Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. XIX. seminář energetiků Valašské Klobouky 20-22.1.2009 1

Rostoucí energetická závislost EU na vnějších zdrojích Energetická závislost EU 30 2

Rostoucí energetická závislost EU na vnějších zdrojích EU 30: Celková energetická bilance (Mtoe) 3

Energetická politika EU Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Základní pilíře evropské energetické politiky. 4

KLASIFIKACE ZDROJŮ (2005 Red Book, IAEA, OECD NEA) IDENTIFIED RESOURCES UNDISCOVERED RESOURCES Decreasing Economic Attractiveness Recoverable at costs <USD 40/kgU USD 40-80/kgU USD 80-130/kgU REASONABLY ASSURED RESOURCES REASONABLY ASSURED RESOURCES REASONABLY ASSURED RESOURCES INFERRED RESOURCES INFERRED RESOURCES INFERRED RESOURCES PROG- NOSTICATED RESOURCES PROG- NOSTICATED RESOURCES SPECULATIVE RESOURCES Decreasing Confidence in Estimates 5

Worldwide Uranium Resources by Confidence and Cost Categories (2005 Red Book) - USD/kgU Confidence Category <USD40 (tu) <USD80 (tu) <USD130 (tu) Cost Range Unassigned (tu) Reasonably Assured Resources 1 947 383 2 643 343 3 296 689 Inferred Resources 798 997 1 161 038 1 446 164 Prognosticated Resources 1 700 100 2 518 800 Speculative Resources 4 557 300 2 978 600 Total 2 746 380 5 504 481 11 818 953 2 978 600 6

7 Vývoj spotových a průměrných dlouhodobých cen U 3 O 8 v období 1/1988 11/2008

8 Vývoj spotových a průměrných dlouhodobých cen U 3 O 8 v období 1/2004 11/2008

Kumulativní spotřeba Uranu dle různých scénářů 9

Při použití lehkovodních rektorů je využití potenciálu uranu velmi malé a vpřípadě velkého rozvoje jaderné energetiky by mohl být v dohledné budoucnosti (60-100 let) snadno dostupného přírodního uranu nedostatek. Tento scénář však nehrozí při přechodu na plodivé rychlé reaktory, které dokáží využít potenciál uranu až 100x lépe než lehkovodní reaktory. Rychlé reaktory navíc mohou použít jako palivo ochuzený uran, kterého jsou nyní jako zbytku z procesu obohacování obrovské zásoby. Rychlé reaktory nejdříve budou využívat druhotnou surovinu (plutonium a ochuzený uran). Protože dokáží využít uran až 100x lépe než lehkovodní Ekonomika výroby elektřiny v JE reaktory, lze se stejnými palivovými náklady pro ně akceptovat i stokrát vyšší cenu těženého uranu (dokonce i získávání uranu z mořské vody). S rychlými reaktory je tedy světová energetika dlouhodobě udržitelná. 10

Ekonomika výroby elektřiny v JE Životnost primárních energetických zdrojů pro výrobu elektřiny 11

Udržitelnost energetiky Jaderná energetika může přispět kzajištění energetických potřeb pouze v dlouhodobém horizontu a to za podmínky, že se k realizaci přistoupí neprodleně. Dlouhá doba výstavby jaderné elektrárny (pokud se dnes rozhodneme, že postavíme novou jadernou elektrárnu, začne tato elektrárna vyrábět elektřinu nejdříve v roce 2020), dlouhá doba životnosti klasických fosilních elektráren (uhelná elektrárna stavěná v současné době nemůže být z ekonomických důvodů nahrazena jadernou před rokem 2050-60) a dnes omezené výrobní a lidské kapacity, umožňují postavit ve světě do roku 2050 jaderné elektrárny o instalovaném výkonu asi 1 300 GWe. Z dnešního pohledu by to představovalo podíl na celosvětové výrobě elektřiny cca 56%. Vzhledem k celkovému předpokládanému zdvojnásobení výroby elektřiny do roku 2050, to však bude jen 28%. Dnes jsou na celém světě v provozu jaderné elektrárny o výkonu 370 GWe a podílí se 16% na výrobě elektřiny. 12

Palivový cyklus Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Uzavřený palivový cyklus s recyklací transuranových prvků Relativní radiotoxicita vysokoaktivních odpadů pro otevřený cyklus LWR a uzavřený cyklus pro rychlé reaktory 13

Nakládání s radioaktivními odpady Hlavním problémem jaderné energetiky je izolovat vysoce aktivní odpady s dlouhým poločasem od životního prostředí. Stejný problém však existuje i v chemickém průmyslu, přičemž v zemích s jadernou energetikou jaderný odpad představuje jen cca 1% toxického odpadu v zemi. Náklady na uložení přitom představují několik procent nákladů na výrobu elektrické energie. Zároveň se pracuje na vývoji alternativních technologií snižujících množství odpadů k uložení. 14

Nakládání s radioaktivními odpady Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Příklad úložiště vysoce aktivních radioaktivních odpadů v jílech (Callovo-Oxfordian clay sedimentary laye) 15

Vývoj jaderných elektráren 16

Jaderná bezpečnost Jaderná bezpečnost je stav a schopnost jaderného zařízení a osob obsluhujících jaderné zařízení zabránit nekontrolovatelnému rozvoji štěpné řetězové reakce nebo nedovolenému úniku radioaktivních látek nebo ionizujícího záření do životního prostředí a omezovat následky nehod. Potenciální rizika jaderných elektráren Akumulace hmot a energií v primárním a sekundárním systému. Nahromadění radioaktivních látek v aktivní zóně reaktoru během jeho provozu, možnou disperzí do životního prostředí v při nedovoleném úniku. Vznik nerovnováhy mezi vývinem a odběrem energie. Porucha integrity systému. 17

18 Jaderná bezpečnost Základní principy definované v bezpečnostních doporučeních a požadavcích MAAE a v Atomovém zákonu ČR: Ochrana do hloubky, bezpečnostní bariéry. Úrovně ochrany do hloubky : I. Kombinace konzervativního přístupu k projektu, jeho bezpečnostního hodnocení, zajištění jakosti, kontrolních činností a kultury bezpečnosti. II. Způsob řízení provozu a odezvy na abnormální provozní stavy nebo poruchy. Cílem této úrovně je zajištění integrity prvních ochranných bariér. III. Bezpečnostní systémy, jejichž úkolem je zabránit rozvoji poruch zařízení a případných chyb personálu do nehod a zajistit zadržení radioaktivních látek v ochranné obálce. IV. Opatření a způsob řízení činností zaměřených na udržení celistvosti ochranné obálky při nehodách. V. Havarijní plány, které mají za cíl minimalizovat účinky úniku radioaktivních látek do vnějšího okolí.

Jaderná bezpečnost Bezpečnostní ochranné bariéry: 1. Ochranná bariéra je tvořena chemickou a fyzikální strukturou jaderného paliva. 2. Ochranná bariéra je tvořena pokrytím palivového proutku. 3. Ochranná bariéra je tvořena tlakovou hranicí primárního okruhu. 4. Ochranná bariéra je tvořena ochrannou obálkou (kontejnmentem). 19

Jaderná bezpečnost Bezpečnostní bariéry Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Ochranná obálka Ocel 5 cm Ochranná obálka Předepnutý beton 1,5m Stavební konstrukce okolo reaktoru Biologické stínění ocel Reaktorová nádoba Ocel 20 cm Palivové články 20

Jaderná bezpečnost Bezpečnostní systémy: 1. Důležité a ochranné systémy - přístrojové a měřicí systémy udržující a zajišťující bezpečný stav jaderné elektrárny. 2. Vlastní výkonné (funkční) systémy, které po iniciaci přicházející ze systému ochran vykonávají příslušné funkce k zajištění jaderné bezpečnosti. 3. Podpůrné systémy, které zajišťují podmínky pro práci vlastních bezpečnostních systémů a systémů ochran, např. elektrické napájení, chlazení a pod. Funkční schopnost bezpečnostních systémů musí být zachována při všech událostech předpokládaných projektem: zemětřesení, požáry, vichřice, záplavy, události způsobené lidskou činností - pád letadla, výbuchy, diverzní akce, poruchy a nehody vzniklé na JE včetně maximální projektové nehody. 21

Požadavky na moderní jaderné energetické zdroje: Bezpečnost: vyšší bezpečnost, nižší pravděpodobnost poškození AZ, menší následky praktické vyloučení nutnosti evakuačních opatření Konkurenceschopnost: zlepšená ekonomika, ukrácení doby projektování, výstavby a licencování, nižší náklady na provoz, údržbu a na palivový cyklus, zvýšený faktor využití Řízení odpadů: zlepšené postupy a techniky řízení odpadů, redukce objemů a radiotoxicity jaderných odpadů Efektivní využití zdrojů: vyšší využití jaderného paliva, vyšší vyhoření, recyklování), zvýšená účinnost jaderných reaktorů, možnost využití jiných paliv než UO 2 (MOX) 22

Charakteristické prvky zdokonalení projektů JE III. generace GEN II GEN III účinnost ~ 30% 33-36% koeficient pohotovosti 80-90% min. 90% projektová životnost primárního potrubí a tlakové nádoby frekvence poškození aktivní zóny bezpečnostní systémy chlazení aktivní zóny 30-40 let 60 let <10-4 reaktor rok -1 <10-5 reaktor rok -1 aktivní pasivní nebo aktivní se zvýšenou spolehlivostí využití paliva typu MOX není zaručeno ano 23

Lehkovodní reaktory (LWR) III. generace 1. Tlakovodní reaktory typu PWR 2. Tlakovodní reaktory typu VVER 3. Varné reaktory 24

1. Tlakovodní reaktory typu PWR Projekt AP1000 (Westinghouse) Projekt EPR (AREVA NP) Projekt EU-APWR (MHI) 25

2. Tlakovodní reaktory typu VVER Projekt JE-91 s reaktorem VVER-1000 Projekt JE-92 s reaktorem VVER-1000 Projekt VVER-640 26

Typ jaderné eklektrárny AP1000 EPR VVER1000 JE-91 VVER1000 JE-92 Palivo UO 2 /MOX UO 2 /MOX UO 2 /MOX UO 2 /MOX Typ reaktoru tlakovodní tlakovodní tlakovodní tlakovodní 1 Jmenovitý výkon MWe 2 Počet smyček 3 Projektová životnost 1200 MW 1650 MW 1060 MW 1068 MW 2(4) 4 4 4 60 let 60 let 40 let 60 let 4 Využití instalovaného výkonu hod/rok > 8146 > 7884 > 7000 > 8000 Hlavní parametry tlakovodních reaktorů PWR a VVER III. Generace 27

3. Varné reaktory Projekt ABWR (General Electric) Projekt ESBWR (General Electric) Projekt SWR-1000 (AREVA NP) 28

Typ jaderné eklektrárny ABWR ESBWR SWR1000 Palivo UO2/MOX UO 2 /MOX UO 2 /MOX Základní charakteristika bloku 1 Jmenovitý výkon MWe varný varný varný 1385 MW 1535 MW 1254 MW 2 Počet smyček 1 1 1 3 Projektová životnost 4 Využití instalovaného výkonu hod/rok 60 let 60 let 60 let > 7884 > 8060 > 7884 Hlavní parametry varných reaktorů III. Generace 29

3. Vysokoteplotní reaktory Projekt Pebble Bed Modular Reactor (PBMR (Pty) Ltd.) Chladivem je Helium 30

Typ jaderné eklektrárny PBMR Palivo UO 2 Typ reaktoru Počet palivových souborů 1 Jmenovitý výkon MWe vysokoteplotní 456 000 165 MW 2 Počet smyček 1 3 Životnost (roků) 40 let 4 Využití instalovaného výkonu (hod/rok) > 7884 Hlavní parametry vysokoteplotního reaktoru III. Generace 31

Výstavba a realizace JE III. generace ve světě EPR (AREVA NP) Výstavba zahájena ve Finsku v roce 2005 (lokalita Olkiluoto 3. blok) 12.9.2005 slavnostní položení základního kamene Ve Francii zemní práce zahájeny v roce 2006, výstavba zahájena koncem roku 2007, 10.4.2007 byl vydán vládní dekret povolující výstavbu (lokalita Flamanville 3. blok) 32

Výstavba a realizace JE III. generace ve světě Harmonogram výstavby 4. Bloku JE Olkiluoto 25.4.2008 Teollisuuden Voima Oyj (TVO) podala žádost finské vládě o Decision-in-Principle (DiP) - komerční provoz 2020 33

Reaktory IV. generace 1. Iniciativa Generation IV 2. Iniciativa GIF (Generation IV International Forum) 34

Generation IV - program US Department of Energy iniciován r. 1999 Generation IV International Forum (GIF) založen v červenci 2001 cíl: soustředit úsilí zemí s nejrozvinutějšími jadernými technologiemi členy jsou: Argentina, Brazílie, EU (Euratom), Kanada, Francie, Japonsko, Korea, Jižní Afrika, Velká Británie, Švýcarsko, USA, Čína a Ruská federace Česká republika zastoupena prostřednictvím organizace Euratom 35

Policy Group Chair Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. GIF R&D Organisation Experts Group Secretariat Chair* System Steering Committees (MSR-NRI) Policy Director+ Secretary Technical Director* 36 Crosscutting Evaluation Methodology Groups and Management Board Co-Chairs * Technical Director is Chair of the Experts Group Co-Chairs Project Management Boards (specific or common projects) Technical Secretariat NEA, Paris Reports to Provides Secretariat for Communicates closely with

Reaktory IV. generace Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. 1. GFR - Rychlý reaktor chlazený plynem (Gas-Cooled Fast Reactor System). 2. LFR - Rychlý reaktor chlazený olovem (Lead-Cooled Fast Reactor System). 3. MSR - Reaktor chlazený roztavenou solí (Molten Salt Reactor System). 4. SFR - Rychlý reaktor chlazený sodíkem (Sodium-Cooled Fast Reactor System). 5. SCWR - Reaktor chlazený vodou s nadkritickým cyklem (Supercritical-Water-Cooled Reactor System). 6. VHTR - Reaktor s velmi vysokými teplotami (Very-High- Temperature Reactor System). 37

Řež GROUP projektové, inženýringové a V&V organizace pod jednou střechou vlastněné průmyslem Hlavní oblasti činnosti ŘEŽ GROUP: Projektové, inženýringové a výzkumné organizace: Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Ústav aplikované machaniky Brno s.r.o. Výzkumné organizace: Research Centre Řež s.r.o. ŠKODA VÝZKUM s.r.o. ČEZ, a. s. SE, a.s. ŠKODA JS a. s. obec Husinec 52,46% 27,77% 17,39% 2,38% Ř E Ž G R O U P 38 C O N S O R T I U M ÚJV Řež a.s. 100% 100% 100% 100% Research Centre Řež Ltd. 100% Consortium of Research and Technology Centre for Sustainable Ener ergy - Divize jaderné bezpečnosti a energetiky - Divize integrity a technického inženýringu - Divize ENERGOPROJEKT PRAHA Division - Divize reaktorových služeb - Divize radiofarmak Institute of Applied Mechanics Brno, Ltd.

Projektování, inženýring a V&V Lokality ÚJV Řež a.s. a dceřiných společností Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. 39

Projektování Projektové a inženýrské služby pro nové elektrárny - Reference Basic design (BD) všech fosilních a jaderných elektráren v bývalém Československu BD JE Mochovce, 2x440 MW Slovensko BD jaderné elektrárny Temelín 2x1000 MW - Česká republika Finalizace projektu VVER 1000 v Belene (Bulharsko) pro nabídku ŠKODA ALLIANCE Projektové a inženýrské služby pro nové jaderné elektrárny nové projekty Projektová dokumentace pro dokončení 3. a 4. bloku JE Mochovce Studie proveditelnosti pro nový jaderný zdroj v lokalitě Temelín, ČEZ, a. s. 40

Inženýring Inženýrské služby pro jaderné elektrárny Podpora bezpečného a ekonomického provozu jaderných elektráren, včetně komplexních bezpečnostních analýz Bezpečnostní analýzy a dokumentace Spolehlivost, analýzy rizik a PSA Periodic Safety Reviews Vývoj měřicích a dozimetrických systémů Monitorovací a diagnostické systémy Projektování palivových překládek Studie palivových cyklů Plánování a optimalizace údržby Podpora procesu řízení životnosti jaderných elektráren Diagnostika komponent Kvalifikace komponenty Testování materiálů Obrazovka blokové dozorny JE Temelín Údržba a opravy parogenerátorů Nakládání s radioaktivními odpady Sanace ekologických škod Krizový management Zařízení pro simulaci havarijních podmínek na JE kvalifikace kabelů 41 Kontrola svarů na vysokotlakém parním potrubí Příprava manipulátoru pro kontrolu teplosměnných trubek parogenerátoru vířivými proudy In-service inspection

Výzkum pro jaderné elektrárny Bezpečnost jaderných elektráren Řízení životnosti Inovativní reaktory Jaderná fúze Palivový cyklus Nakládání s odpady Materiálové testy Výzkum a vývoj Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Výzkum v jiných oblastech: Fosilní elektrárny Vodíkové hospodářství Radiofarmaka Letecký průmysl Chemický průmysl Obrana Demonstrační bitumenizační jednotka - FROBIT Demonstrace využití vodíku pro veřejnou dopravu: Provoz autobusu s palivovými články v 2009 Výstavba vodíkové čerpací stanice H 2 storage Reaktorová vodní smyčka BWR-2 Materiálový výzkum pro Německo H 2 filling station ELECTRIC systems KNOW - HOW FC system FC BUS H 2 storage Bus testing H 2 purification Turbulence za A380, ÚJV Řež a.s. se zúčastnil analýz vzdálené oblasti 42 H 2 extraction Public operation

Zvyšování bezpečnosti a modernizace jaderných elektráren s VVER v provozu ÚJV Řež a.s. se podílí na zvyšování bezpečnosti a modernizaci jaderných elektráren jak v České republice, tak v zahraničí např. Bulharsko Ukrajina Arménie Příklady činností: Kvalifikace zařízení Prodlužování životnosti Aplikace konceptu LBB 43

Výzkum a vývoj - mezinárodní spolupráce Organizace Řež GROUP jsou zapojeny do mezinárodní spolupráce: v rámci EU - účast na více než 45 projektech v 5.RP EK a 35 projektů v 6.RP EK účast v OECD NEA CSNI se zaměřením na jadernou bezpečnost účast v projektech OECD NEA NDC se zaměřením na rozvoj jaderné energetiky a jaderného palivového cyklu a tradiční spolupráce s MAAE a řada bilaterálních dohod o spolupráci Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. hrál aktivní roli při vytváření Sustainable Nuclear Energy Technology Platform (SNE TP) (TP SNE) a při přípravě její Vision Report. 44

Výzkum a vývoj Reaktory IV. generace Nová experimentální zařízení pro V&V: Superkritický vodou chlazený reaktor (SCWR) ÚJV Řež as se zabývá zejména výzkumem a vývojem materiálů a parametrů použité vody jako chladiva. V závěrečné fázi dokončení je vodní smyčka pro LVR-15 (výzkumný reaktor úmožňující zkoumání materiálů v podmínkách, které jsou totožné s podmínkami v SCWR). Rychlý reaktor chlazený sodíkem (SFR) Vzhledem k jeho významu se očekává, že sodíkem chlazené rychlé reaktory budou první komerčně nasazené reaktory IV. generace. ÚJV Řež a.s. je zapojen jak do přípravy koncepčních studií - výpočty proudění CO 2 a jiných médií; modelování chemické reakce mezi CO 2 a Na; navrhováním výměníků tepla; analýzou úniků tak do experimentálního výzkumu prováděném na smyčce s nadkritickým CO 2 a na přípravované sodíkové smyčce potřebné k testování výměníku Na/CO 2. Smyčka se superkritickými parametruy vody Velmi vysokoteplotní reaktor (VHTR) ÚJV Řež a.s. je členem sítě High Temperature Reactor Technology Network (HTR- TN). Tato síť byla založena v roce 2000, pro rozvoj technologií HTR/ VHTR v Evropě a na celém světě. V současné době HTR-TN má 20 členů z jaderného průmyslu, elektrárenských společností, výzkumných center a vysokých škol. HTR-TN je odpovědná za koordinaci integrovaného projektu RAPHAEL ((Reactor for Process Heat and Electricity), který je zaměřen na zkoumání a vývoj vysokoteplotních reaktorů, které budou vyrábět elektřinu, vodík a procesní teplo.. ÚJV Řež a.s. se účastní projektu v oblasti reaktorové fyziky, thermohydrauliky,, termodynamiky, vývoje materiálů a bezpečnostních problematiky. Ve výstavbě je heliová smyčka pro výzkumný reaktor LVR-15, která bude simulovat podmínky panující v reaktorech HTR/VHTR, s možností zkoumat vliv záření na zkoumané 45 materiály. Smyčka se superkritickým CO 2 Heliová smyčka pro reaktor LVR-15

Výzkum a vývoj Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Nová experimentální hala 46

Na závěr Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Ref.: Giovanni Leonardi, CEO Atel Holding Ltd.:Submission of the Framework Approval Application for a new nuclear power station in Niederamt, Solothurn 47

Na závěr Budoucnost patří obnovitelné energii. To je důvod, proč do ní investujeme. Nevíme však, kdy tato budoucnost začíná. Nevíme, kdy dosáhneme ten červený bod (viz obr.). Ten bod, ve kterém se elektřina bude vyrábět kompletně z obnovitelných zdrojů energie. Do doby, než se dosáhne tento bod budeme stále potřebovat další zdroje pro výrobu elektřiny. Zdroje, které mohou kompenzovat žlutě vyznačený schodek. Jsme přesvědčeni, že to nejsou fosilních zdroje energie, ale jaderná energie. Giovanni Leonardi, CEO Atel Holding Ltd. 48

Děkuji za pozornost 49