Rychlé reaktory jsou rozhodující součástí pro ambiciózní ruský jaderný energetický plán. Úspěšné postavení, připojení k síti a otestování prvního reaktoru typu BN-800 ve čtvrtém bloku Bělojarské jaderné elektrárny je významných úspěchem na cestě k budoucím ruským energetickým cílům.
Rusko už od doby, kdy ve čtyřicátých letech začalo s prvními experimentálními pokusy s jadernými zařízeními, vyzdvihovalo potenciál jaderné energie a zakomponovalo ji tak do své energetické budoucnosti. Země svým jaderným technologickým vývojem následně expandovala na trhy mnoha dalších zemí.
Přestože první reaktor, který vyrobil malé množství elektřiny, byl americký experimentální množivý reaktor v amerických laboratořích Argonne National Laboratory v prosinci roku 1951, Sovětský svaz vyvinul první jadernou elektrárnu na světě, která elektřinu vyráběla ve větším měřítku. Jaderná elektrárna Obninsk obsahovala kanálkový reaktor s grafitovým moderátorem o výkonu 5 MWe, přičemž elektřinu do sítě dodávala v období mezi lety 1954 až 1959. Úspěch této elektrárny dodal impulz k dalšímu vývoji několika různých druhů jaderných reaktorů – včetně tlakovodních, varných, nebo varných reaktorů kanálkového typu.
Přestože některé reaktorové konstrukce byly opuštěny ještě předtím, než se dosáhlo prototypové fáze, snahy o vývoj energetického reaktoru se vyplatily, neboť vedly k výstavbě prvních prototypů tlakovodních reaktorů v jaderné elektrárně Novovoroněž, dvou reaktorů kanálkové konstrukce v Bělojarské jaderné elektrárně a varného reaktoru v jaderné elektrárně Dimitrovograd. Na konci 60. let se Sovětský svaz po nashromáždění dostatečného množství zkušeností rozhodl zaměřit na dva směry vývoje jaderných reaktorů – na tlakovodní reaktory VVER a na lehkovodní grafitem moderované reaktory typu RBMK. V současné době provozuje Rusko 36 energetických reaktorů o celkovém instalovaném výkonu 26 GWe, přičemž 19 z nich jsou reaktory VVER, 13 RBMK a zbylé čtyři jsou malé grafitem moderované varné reaktory.
Od samého počátku kladl Sovětský svaz důraz také na vývoj rychlých množivých reaktorů, které produkují více štěpitelného materiálu, než sami spotřebují. Podle Mezinárodní agentury pro atomovou energii (MAAE) se začátek sovětského programu rychlých reaktorů datuje na konec roku 1949, kdy fyzik Alexander Leypunsky přilákal pozornost sovětské vlády na potenciál této technologie vyřešit problém s nedostatkem uranu, který by nastal v případě, že by sovětský jaderný vojenský průmysl dlouhodobě rostl tehdejším nebývale rychlým tempem.
V roce 1955 – pouhý rok po spuštění jaderné elektrárny Obninsk – byl do provozu uveden první sovětský rychlý množivý reaktor s názvem Bystry Reactor-1 (BR-1). Hned následující rok byl zprovozněn reaktor BR-2, který byl následován sodíkem chlazeným plutoniem poháněným reaktorem BR-5, který byl v provozu až do roku 2004. V roce 1969 byl v institutu jaderných reaktorů v Dimitrovogradě zprovozněn 12MWe testovací prototyp rychlého sodíkem chlazeného reaktoru BOR-60. O tři roky později pak byl spuštěn reaktor BN-350 – demonstrační jaderný blok poháněný uranovým palivem obohaceným až na 20-25 % a testovacími palivovými soubory se smíšenými oxidy uranu a plutonia (MOX).
Přestože reaktor utrpěl velký požár způsobený únikem sodíku, sovětská vláda se zasadila o výstavbu většího sodíkem chlazeného reaktoru založeného na technice reaktoru BN-350. V roce 1981 tak byl spuštěn reaktor BN-600 ve třetím bloku Bělojarské jaderné elektrárny. Už při výstavbě reaktoru BN-600 se sovětská vláda zajímala o designy ještě větších rychlých množivých reaktorů: BN-800 a BN-1600. Díky relativně hladkému průběhu výstavby reaktorů BN-350 a BN-600, čehož bylo dosaženo především díky zvládnuté technologii výroby reaktorové nádoby, hlavních cirkulačních čerpadel, parogenerátorů a dalších součástí, se sovětská vláda rozhodla postoupit s plány na výstavbu pěti reaktorů BN-800 v uralském regionu.
V roce 1986 se však udála nehoda v jaderné elektrárně Černobyl a Sovětský svaz následně zredukoval své jaderné energetické ambice. Následně v 90. letech se Rusko v důsledku rozpadu Sovětského svazu dostalo do vážných ekonomických problémů, kvůli čemuž nebylo schopné podporovat investice do nových jaderných projektů. V tomto období tak vývoj rychlých množivých reaktorů velmi utrpěl, neboť tyto reaktory nemohly ekonomicky konkurovat ruským tlakovodním a grafitem moderovaným reaktorům. Dalším aspektem, který způsobil zpomalení vývoje rychlých množivých reaktorů, byly zvýšené dodávky vysoce kvalitního uranu, což bylo způsobeno především objevením nových uranových ložisek v Kazachstánu v 60. a 70. letech.
V roce 1998 se ruská ekonomika opět probudila k životu a začala růst s nebývale rychlým nárůstem HDP v následujícím desetiletí, který dosahoval ročně až 6 %. Zvyšující se poptávka po elektřině brzy zvýraznila zastarávající ruskou energetickou infrastrukturu. V době implementace rozsáhlých reforem v roce 2000 ruský prezident Vladimir Putin představil nový program rozšíření ruských jaderných energetických kapacit. Program byl zaměřen především na výstavbu lehkovodních reaktorů typu VVER, ale zároveň volal také po komercializaci rychlých množivých reaktorů, přičemž navrhoval výstavbu několika reaktorů typu BN-800 a vypracování návrhu a výstavbu komerčního prototypu reaktoru BN-1600.
Stavba začíná
Dnešní ruský program rychlých množivých reaktorů je také součástí vývoje uzavřeného jaderného palivového cyklu, díky kterému budou použité palivové soubory přepracovány a recyklovány v jaderné palivo typu MOX. Kromě produkce štěpitelného uranu 233 pomocí zachycování neutronu v thoriových obálkách počítá program ruské státní jaderné korporace Rosatom s názvem “Proryv“ neboli Průlom se značným snížením množství vysoce radioaktivního odpadu, který bude muset být skladován v permanentních geologických úložištích. Podle Světové jaderné asociace (World Nuclear Association) země předpokládá, že 100 GWe jaderných energetických kapacit bude v budoucnu vyžadovat pouze 100 metrických tun nově obohaceného uranového nebo thoriového paliva, přičemž zbytek paliva budou představovat recyklované použité palivové soubory. Do geologických úložišť pak bude nutné ročně ukládat pouze 100 tun jaderného odpadu.
Stěžejní byla pro ruské plány výstavba rychlého reaktoru BN-800, jehož design byl vyvinut inženýrskou odnoží Rosatomu – společností OKBM Afrikantov. Výstavba reaktoru BN-800 nakonec začala v roce 2006 jako čtvrtý blok Bělojarské jaderné elektrárny. Hlavním dodavatelem výstavby se stala společnost Uralenergostroy. Přestože se projekt setkal s několika zpožděními způsobenými především problémy s financováním, stavební harmonogram probíhal většinou podle plánů, čemuž napomohla také montáž klíčových komponent přímo na staveništi elektrárny.
Čtvrtý blok Bělojarské jaderné elektrárny dosáhl první kritičnosti v červnu roku 2014, přičemž k síti byl blok poprvé připojen v prosinci následujícího roku. Dne 9. února letošního roku společnost Rosatom oznámila, že blok úspěšně dokončil všechny testy v rámci prvního zkušebního 72hodinového provozu na 50% výkonové úrovni. Následně byl výkon bloku postupně zvyšován a dne 18. srpna dosáhl reaktor poprvé 100% nominálního výkonu, který činí 2 100 MW tepelných, 864 MW elektrických hrubého výkonu, přičemž po odečtení spotřeby bloku dodává reaktor do sítě výkon o hodnotě 789 MWe. Během postupného zvyšování výkonu dodal reaktor do sítě už 1,3 TWh elektřiny, přičemž do konce roku se má tato hodnota podle plánů navýšit na 3,5 TWh, uvedl provozovatel elektrárny, společnost Rosenergoatom, která je rovněž dceřinou společností ruské jaderné korporace Rosatom.
V září letošního roku probíhaly na čtvrtém bloku Bělojarské jaderné elektrárny rozsáhle testy na nominální výkonové úrovni, což je „hlavní část příprav na zahájení komerčního provozu bloku,“ uvedla společnost Rosenergoatom. Patnáctidenní komplexní testování zaměstnalo na 1200 ruských jaderných odborníků, přičemž testů se zúčastnilo také 20 nezávislých pozorovatelů ze sedmi různých států. „Testy prokázaly, že blok funguje při nominálním výkonu spolehlivě v rámci konstrukčních parametrů bez jakýchkoliv odchylek,“ podotkla firma.
Po dokončení těchto testů musela společnost Rosenergoatom před zahájením komerčního provozu získat pro blok ještě povolení od ruského jaderného regulačního úřadu Rostechnadzor.
Na špičce technologického vývoje
Uvedení reaktoru BN-800 do provozu je pro Rusko zdrojem velké hrdosti. „Čtvrtý blok Bělojarské jaderné elektrárny je na špičce technologického vývoje. Žádná jiná země se nemůže pochlubit podobným zařízením v oblasti rychlých reaktorů,“ poznamenal Andrey Dementiev, zástupce generálního ředitele společnosti Rosenergoatom a ředitel odboru provozu a výroby jaderných elektráren.
Blok se v podstatě skládá z rychlého sodíkem chlazeného reaktoru a strojovny. Hlavní dodavatel projektu reaktoru BN-800 – ruská inženýrská společnost SPbAEP – zvláště zdůraznil unikátní vlastnost tohoto reaktoru – širokou škálu využití. V první řadě je reaktor BN-800 navržen pro produkci tepla a elektřiny a jako součást energetické sítě je provozován na konstantním výkonu k pokrytí základní zátěže. Kromě toho ale může být využit také ke „spalování“ plutonia či v případě potřeby k jeho produkci; ke „spalování“ dlouhožijících transuranů akumulovaných v použitém jaderném palivu z jakéhokoliv reaktoru; a k produkci jaderných izotopů. „Žádný jiný typ reaktoru v sobě nezahrnuje tak široké možnosti použití,“ uvedla firma.
Zatímco reaktor BN-800 v sobě obsahuje všechna klíčová technická řešení z dnes již 30 let starého reaktoru BN-600, zároveň obsahuje nové pozoruhodné technické koncepty. Společnost Rosatom uvedla, že reaktor BN-800 je provozován na nominálním tepelném výkonu 2 100 MW ve srovnání s 1 470 MW tepelného výkonu na reaktoru BN-600, přičemž tohoto výkonového zvýšení bylo dosaženo bez výrazných změn reaktorové nádoby. Reaktor zároveň využívá parního ohřevu a mnoha zlepšení v oblasti pomocných systémů, která napomáhají zvýšit konkurenceschopnost reaktoru. Ve srovnání s reaktorem BN-600 má reaktor BN-800 dodatečné pasivní bezpečnostní systémy sestávající se ze tří absorpčních tyčí, které jsou na svém místě hydraulicky udržovány průtokem sodíkového chladiva. V případě, že by průtok sodíkového chladiva klesl na 50 % nominální hodnoty, absorpční tyče automaticky pouze na základě fyzikálních zákonů spadnou do aktivní zóny, čímž zastaví řetězovou štěpnou reakci. Dále reaktor obsahuje pasivní systémy na odvedení zbytkového tepla z reaktoru prostřednictvím tepelných výměníku, které jsou připojeny na všechny smyčky sekundárního okruhu, a lapač aktivní zóny, který zabraňuje úniku radioaktivních materiálů z primárního okruhu v případě nadprojektové havárie.
Bělojarský blok BN-800 je stejně jako jeho sesterský reaktor BN-600 zásadní pro transformaci vojenského plutonia ve standardní použité jaderné palivo. Elektrárna je umístěna v blízkosti jaderného zařízení Mayak, které „by mohlo pomoci vyřešit ekonomické a primárně ekologické problémy spojené se skladováním plutonia,“ uvedla společnost Rosatom.
Společnost Rosenergoatom nyní přemýšlí nad dalším rozšířením Bělojarské jaderné elektrárny o další blok, ve kterém by mohl být nasazen rychlý reaktor o výkonu 1200 MWe. Spousta zařízení postavených pro reaktor BN-800 v Bělojarské jaderné elektrárně je navrženo pro dva bloky, poznamenala společnost. „Tým, který postavil reaktor BN-800, nashromáždil v průběhu projektu množství znalostí a zkušeností, které by mohl s výhodami aplikovat na výstavbu dalšího bloku,“ dodala společnost. Nyní ale bude společnost pokračovat v monitoringu provozu reaktoru BN-800 a užívat si úspěchu komercializace špičkové technologie, která se vyvíjela více než deset let.
Zdroj: Powermag.com
