Konference Malé jaderné reaktory 2016: Příklady malých jaderných reaktorů a jejich perspektivy

V únoru proběhla na Fakultě jaderné a fyzikálně inženýrské (FJFI) odborná konference, která hledala odpověď na to, zda umíme postavit malý jaderný reaktor. Konferenci pořádala FJFI společně s agenturou EventEra.

Proč bychom měli uvažovat o tom, že si v Česku postavíme malý jaderný reaktor?

Výstavba velkých jaderných bloků v Česku je po teoretické stránce řešena Státní energetickou koncepcí, která se zabývá tím, jak do budoucna zajistit dostatek cenově výhodných stabilních zdrojů elektřiny nevypouštějících do ovzduší plyny škodící nám či životnímu prostředí.

Proč ale stavět také malé jaderné reaktory? Protože energii dodávanou do domácností a do průmyslových podniků nepředstavuje jen elektřina.  Zdroje elektřiny jsou v Česku poměrně dobře diverzifikované, takže podstatné zastoupení mají jak zdroje s emisemi, tak bez nich (jádro, voda, vítr, slunce). Podobné rozdělení bychom ale v teplárenství, které je z podstatné části zaměřeno na spalování uhlí, jen stěží hledali. Je tedy vhodné se zamýšlet nad novými technologiemi, které by nám mohly v budoucnu zajistit dodávky tepla. Malé jaderné reaktory pro to mají dobré předpoklady.

Nejde při tom o nic nového. Jaderná výtopna byla za minulého režimu plánována na Ostravsku a na Plzeňsku. I přes to, že tyto projekty nebyly realizovány, nejsou jaderné výtopny ve světě nic neobvyklého. Již první švédská jaderná elektrárna s reaktorem o tepelném výkonu 80 MWt spuštěným v roce 1964 kromě výroby elektřiny zásobovala předměstí Stockholmu teplem. Dalším příkladem může být ruská jaderná elektrárna Bilibinská s celkovým tepelným výkonem 248 MWt, která od roku 1973 zásobuje odlehlé části Sibiře na Čukotce elektřinou a teplem. Aktuálnější příklad bychom našli opět v Rusku – jde o výzkumný ústav jaderných reaktorů v Dimitrovgradu. Zdejší výzkumné reaktory vytápí celý Dimitrovgrad, který má zhruba velikost Plzně. V současnosti zde probíhá výstavba rychlého výzkumného reaktoru MBIR o výkonu 150 MWt, který bude kromě výzkumu materiálů a jiných vědeckých činností také vyrábět elektřinu a teplo.

Jak je tedy vidět, využití malých jaderných reaktorů ke kombinované výrobě elektřiny a tepla představuje v některých ohledech výhodnou alternativu k fosilním zdrojům. Aby se mohly stát jejich náhradou, musí tyto reaktory splňovat několik věcí. Dva hlavní technologické požadavky jsou, aby mohly být postaveny blízko zástavby a aby měly přiměřeně velký výkon, podobně jakou současné uhelné výtopny.

Tepelný výkon malých jaderných reaktorů se pohybuje od 30 do zhruba 900 MWt, s tím, že většina má výkon mezi 150 a 500 MWt. Pro představu teplárny Plzeňské teplárenské mají celkový tepelný výkon asi 550 MWt, takže větší množství reaktorů s malým výkonem by mohlo vytvořit základ pro dobře regulovatelnou soustavu. K výhodám malých reaktorů patří i schopnost poměrně rychle měnit výkon, neboť většina současných projektů vychází z námořních reaktorů, které slouží k pohonu lodí či ponorek. Například reaktory KLT-40 používané na ruských jaderných ledoborcích dokáží každou sekundu měnit výkon o jedno procento, což je na velkých blocích nedosažitelné.

Bezpečnost malých reaktorů

Malé reaktory jsou potenciálně bezpečnější než velké reaktory, takže by z technického hlediska mohly být stavěny i blízko měst. Tuto větu je potřeba podrobněji rozepsat, aby bylo jasné, co je jí míněno: Základním principem bezpečnosti jaderného reaktoru je odběr tepla ze zahřátého jaderného paliva. Konstrukce malých reaktorů umožňuje mnohem snadněji zajistit cirkulaci chladicí látky aktivní zónou a v řadě případů nejsou pro dochlazování potřebná ani čerpadla, která vyžadují napájení elektřinou. Příkladem je argentinský reaktor CAREM-25, který se díky svému malému výkonu (100 MWt) spoléhá i za provozu jen na přirozenou cirkulaci vody aktivní zónou. V případě reaktorů chlazených olovem (SVBR-100, BREST-300) nebo sodíkem (4S) cirkuluje chladivo za provozu pomocí čerpadel, ale k dochlazování odstaveného reaktoru stačí přirozená cirkulace.

To vede k tomu, že vnější událost, která by způsobila poškození aktivní zóny, bude muset být skutečně extrémně ničivá a její výskyt bude ještě o několik řádů méně pravděpodobný, než v případě nejmodernějších velkých jaderných bloků. Například událost, která by způsobila poškození aktivní zóny reaktorů VVER-1200, řadicích se ke generaci III+, přijde statisticky jednou za 60 milionů let provozu reaktoru. Trochu nadneseně můžeme přirovnat přírodní katastrofu, která by vedla k poškození aktivní zóny malého reaktoru, k pádu meteoritu. Faktem je to, že malé reaktory jsou prakticky neroztavitelné a i při případné vážné havárii by únik kontaminace do životního prostředí byl výrazně menší než v případě velkých reaktorů, takže i havarijní zóna může být odpovídajícím způsobem zmenšena. Díky tomu z technického hlediska nic nebrání tomu, aby jaderné výtopny s malými reaktory vznikaly poblíž odběratelů tepla.

Brání tomu ale současná legislativa, která nedělá rozdíl mezi malými a velkými reaktory. Nejde jen o velikost havarijního pásma, ale také o požadavky na zabezpečení a personál. Dnes tyto požadavky nejsou nijak strukturovány podle výkonu energetického podniku, a tak by provoz malého reaktoru byl neúměrně prodražován těmito náklady. Před stavbou malého reaktoru v ČR by tedy byla nutná změna legislativy.

Potenciál využití ve světě

Pro Česko jsou malé jaderné reaktory především zajímavou variantou pro náhradu stávajících uhelných tepláren, ale ve světě by mohly mít i širší využití. Původním cílem jejich konstruktérů byly odlehlé oblasti odtržené od hlavní přenosové sítě jako například východní Sibiř, Aljaška či některé pouštní oblasti Spojených států. Tyto oblasti se vyznačují relativně malým počtem odběratelů, a tedy jim stačí méně výkonné zdroje. Velké bloky by vyžadovaly rozsáhlou infrastrukturu a byly by těžko regulovatelné, naproti tomu výkon jaderné elektrárny je možné naškálovat na požadovanou hodnotu větším počtem malých reaktorů.

Dalším aspektem malých reaktorů je kogenerace, ke které jsou uzpůsobeny. Není výjimkou (např. ruská Bilibinská elektrárna), že na elektřinu je přeměňována méně než polovina tepla uvolněného štěpením v aktivní zóně a převážná část je odváděna k vytápění. Většina současných projektů počítá s použitím části tepla k odsolování mořské vody, což je výhodné zejména na Blízkém východě. Mnoho zdejších zemí dnes zavádí jadernou energetiku a je pro ně významná nejen elektřina, ale také pitná voda. Z tohoto důvodu a mnoha dalších (např. rozložení nákladů do více menších projektů, zapojení státu) je pravděpodobné, že o malých reaktorech používaných ve větším měřítku uslyšíme nejdříve ze zemí Blízkého východu.