Česko se připravuje na umístění prvního malého modulárního jaderného reaktoru. Měl by vzniknout v areálu jaderné elektrárny Temelín, možná už kolem roku 2034. Co to bude znamenat z pohledu vývoje tuzemské energetiky a její bezpečnosti? Jak vůbec malé reaktory fungují a jaký je rozdíl oproti těm velkým? Naše pozvání do podcastu tentokrát přijal Jiří Duspiva, ředitel Divize jaderná bezpečnost a spolehlivost Ústavu jaderného výzkumu v Řeži.
Malým modulárním reaktorům se věří hlavně v tom, že dokážou zkrátit čas na výstavbu jaderných zdrojů energie. Výroba elektřiny z jádra totiž nevede ke vzniku emisí CO2 a energetika se spolu s dopravou a průmyslem podílí až ze 75 % na celkovém balíku oxidu uhličitého, který uvolňujeme do atmosféry. Snazší výstavba bezpečných jaderných reaktorů je tak cílem řady států, které při dekarbonizaci vsadily právě na jadernou energii.
“Obecně u jaderných elektráren je největší hendikep to, že jejich výstavba trvá dlouho, modulární reaktory to právě mají zkrátit,” potvrzuje Jiří Duspiva, který se jaderné energetice profesně věnuje přes 30 let.
PUSŤTE SI CELÝ DÍL na Apple podcastech, Spotify, Podcastech Google nebo Anchoru.
Malé reaktory už tu jednou byly, a to na samém začátku vývoje jaderné energetiky. Jenže se ekonomicky nevyplácely. “Rychle nastoupil scale efect a projektovaly se větší a větší bloky. Zpátky se dostáváme k malým reaktorům hlavně kvůli bezpečnosti, na kterou se začal klást větší důraz po událostech v Černobylu, Fukušimě a podobně,” vysvětluje expert, odkud se myšlenka kompaktních jaderných jednotek vzala. Zajištění bezpečného provozu v malých reaktorech je totiž jednodušší než ve velkých blocích.
Bezpečnější reaktory jdou lépe umístit
“Takzvané integrované koncepty pro velké reaktory nejsou použitelné, ale jsou bezpečnější, protože omezují iniciační události pro havárie. Jestliže v integrovaném konceptu není primární potrubí, nemůže prasknout a celá řada iniciačních událostí tím odpadá,” vysvětluje Jiří Duspiva z ÚJV Řež.
Malé reaktory se konstruují s větším důrazem na bezpečnost i proto, že se mají využít poblíž obydlených lokalit. “Všechny zdroje mají kolem sebe bezpečnostní zónu, ale u těch malých reaktorů se dá za splnění zákonných bezpečnostních opatření zmenšit,” říká expert na jadernou energetiku.
Třeba český Energy Well, na jehož vývoji pracují právě i výzkumníci z ÚJV Řež, počítá s tím, že jeho nadzemní část bude mít velikost zhruba jednoho obyčejného kontejneru. Výhodou malých reaktorů, která je také často využívaná, je totiž možnost umístit podstatnou část technologie pod zem.
Na druhou stranu platí, že ne každá lokalita je pro jaderný reaktor vhodná, i kdyby byl sebemenší. Jednou z otázek je třeba zajištění chlazení. “My v Česku máme Dukovany, Temelín, známe ty typické chladicí věže. Tak to nemusí vypadat vždycky, dochlazovat se dá i jiným způsobem. Třeba pokud je elektrárna na břehu velké řeky nebo moře, tak se teplo přímo odvádí do vody.
Ale dochlazovat je potřeba vždy, energetický cyklus reaktoru vede k tomu, že se z vyrobené energie dá využít vždy jen část. Proto se vede diskuse, jak ten zbytek využít jiným způsobem, na tom je založená například myšlenka teplovodů pro centrální vytápění teplem. To se dělá i u konvenčních elektráren, třeba z té v Opatovicích, to není specifikum jaderné elektráren,” upozorňuje expert na další potenciál uplatnění menších reaktorů nad rámec samotné výroby elektřiny.
Jak malý je malý reaktor
Kromě vyšší bezpečnosti přináší technologie malých reaktorů i modularitu, která je ale využitelná i při výstavbě konvenčních velkých bloků. “Modularita je společná pro malé i velké reaktory. Když jsem byl v Číně na stavbě elektrárny Sanmen, kde se stavěla první realizace A5000, tak tam právě ukazovali, jak na stavbu přivážejí dost velké komponenty,” potvrzuje Jiří Duspiva.
Co to vlastně je takový malý jaderný reaktor? “Úzus je, že se za ně považují reaktory do výkonu 300 MW elektřiny. Britský Rols-Royse ale předpokládá, že jeho reaktor dosáhne až na 470 MW, to je srovnatelné s Dukovany v době jejich vzniku. Ty začínaly na 440 MW, dneska mají 500 MW. Mohli bychom tudíž říct, že nám v Dukovanech běží čtyři malé reaktory, ale já bych tomu říkal spíš střední,” směje se odborník z ÚJV Řež a připomíná, že existují i prototypy skutečně malinkatých reaktůrků.
“Nejmenší jsou od výkonu jednotek MW, říká se jim také jaderné baterky. Velikost je determinovaná tím, aby z fyzikálního hlediska mohla probíhat reakce, musí se tam vejít kritické množství štěpného materiálu. Čím chudší je palivo, tím ho potřebujete víc, protože tam je vyšší množství neštěpitelného materiálu.”
Rychlé a pomalé reaktory
Mezi malými reaktory je pak ještě rozdíl v použité technologii. “Malé modulární reaktory rozdělujeme na dvě základní třídy. První jsou takzvané lehkovodní. Lehkovodní je třeba i náš Temelín nebo Dukovany. Čili jedna kategorie je jakoby zmenšenina velkých lehkovodních, a právě jen těch se týká populární americká zkratka SMR.
Druhou kategorií se myslí pokročilé reaktory, říkáme jim také generace 4. Nejjednodušší rozlišovací prvek je, že používají jiné chladivo, než je lehká voda, například olovo, bismut, sodík, roztavené sole nebo plyny jako CO2 a helium. Škála je tu podstatně vyšší,” popisuje expert, jak se od sebe jednotlivé typy liší.
“Všechny lehkovodní reaktory jsou také moderované, to znamená, že z hlediska využití neutronu dochází ke snížení energie. Při rozštěpení U235 se uvolní neutrony s vysokou energií, ale abychom je mohli zachytit v dalším atomu U235, tak je musíme zbrzdit. To je dané fyzikálními vlastnostmi. Ta druhá skupina reaktorů, tedy ta generace 4, to jsou rychlé reaktory, které umí využít jak moderované, tak rychlé neutrony.”
V Tescu si je ještě nějaký ten pátek nekoupíte
Zatímco technologicky nabízejí malé modulární reaktory pestrou paletu, v praktickém uplatnění je to horší, alespoň tedy v této fázi. Kdyby se je chtěl stát koupit, není kde. “Nikde v žádném Tescu to skutečně není, protože je to zatím převážně na papíře. Na světě jsou do provozu uvedené dva. Jeden je známý Akademik Lomonosov, ruský plovoucí KLT40 reaktor, druhý byl zprovozněný v Číně na podzim minulého roku. Velkým faktorem je cena,” upozorňuje Jiří Duspiva na praktické úskalí.
U reaktoru, nebo obecně u elektrárny, je totiž potřeba odlišovat takzvané “overnight costs”, což jsou náklady na samotnou konstrukci a vyjadřují vlastně, kolik by bylo potřeba zaplatit dodavatelům, kdyby se elektrárna postavila přes noc. Vedle toho ale stojí reálné náklady, většinou zajištěné úvěrem, jehož cena se časem prodražuje.
Kromě toho jsou u elektráren rozdílné náklady na to, když se nějaký model uvádí do provozu ve světové premiéře a když už jde o několikátou instalaci v řadě. “Náklady musíme rozdělit na to, kolik stojí první realizace (first of a kind), a kolik stojí další realizace, což už je v podstatě sériová výroba. První realizace je odlišná, trvá déle, protože na ní v podstatě ladíte i proces té výstavby. Úměrně tomu je i vyšší cena,” popisuje odborník na jadernou energetiku.
Česko je technický tahoun výzkumu
Přesto se dá očekávat, že s postupným rozšiřováním této technologie budou náklady spíš klesat, respektive přibude modelů vyráběných sériově. S tím počítá ostatně i český výzkumný tým v Řeži, který paralelně pracuje na dvou projektech v oblasti reaktorů 4. generace.
Cílem jednoho z nich, s názvem Allegro, je demonstrátor pro rychlé reaktory chlazené plynem. Druhý pak směřuje k vývoji malého reaktoru s názvem Energy Well, který poběží na tepelných neutronech a je chlazený směsí solí. Jak připomíná Jiří Duspiva, projekty jsou součástí širšího mezinárodního výzkumu v zásadě na půdorysu Visegrádské čtyřky, platí ale, že čeští vědci hrají roli technického tahouna. A to jim přísluší už tradičně.
“Na světě je asi 40-50 projektů v různé fázi pokročilosti a perspektivou. Mezinárodní agentura pro atomovou energii IAAE vydává každoročně přehled, tam je asi 70 typů, ale ten náš tam třeba chybí,” naznačuje Jiří Duspiva, jaká je pravděpodobnost rychlejšího nástupu technologie malých reaktorů do praxe. Podle něj mají potenciál nejen ve výrobě elektřiny, ale právě i třeba v teplárenství nebo pro výrobu vodíku.
Jádro jako budoucnost pro vytápění?
“Malé modulární reaktory mají svoji budoucnost, nevnímám to jako náhradu velkých bloků, ale jejich doplnění. Specificky pro ČR, kde máme silnou přenosovou soustavu a není pro nás zásadní problém postavit další velké bloky.
Jiná věc je to pro teplo, centrální vytápění, to jsme jinde a SMR by tu měly svoji roli hrát. Velká část výtopen běží na uhlí, plyn se nejeví jako perspektivní, mnoho dalších náhrad ve větším množství nemáme,” uzavírá expert s tím, že připravovat se dá i jinak. V rukou státu jsou totiž i jiné než technické otázky. Třeba délka povolovacího řízení a administrativy, která musí proběhnout předtím, než se “kopne do země”.
“Legislativa dnes nedělá rozdíl mezi malým a velkým reaktorem. První fáze by tak dnes trvala stejně dlouho, jen samotná administrativní příprava vyjde tak na 15 let, než začnete vůbec kopat. Samotná stavba se pak dá udělat za tři roky, ale ta první fáze zůstane pořád stejně dlouhá,” upozorňuje Jiří Duspiva.
Co konkrétně vyvíjí výzkumný tým v Řeži a s jakým časovým horizontem počítá při uvedení do praxe? Proč vlastně trvá výzkum v jaderné energetice tak dlouho? Jaký je největší hendikep České republiky co do využití jádra? Pusťte si celý rozhovor v nové epizodě našeho podcastu.
CHCETE DOSTÁVAT nové díly, články a přehledy do mailu? Napište se do našeho newsletteru a nic vám neuteče.
Energie bez emisí
Podcast projektu Energie bez emisí přináší rozhovory s výraznými a inspirativními osobnostmi a odborníky ze světa bezemisní energetiky, obnovitelných zdrojů i nových technologií. Pustit si nás můžete na Apple podcastech, Spotify, YouTube, Podcastech Google a Anchoru.
