Provozní zkušenosti s VVER-440

První komerční tlakovodní reaktor typu VVER byl uveden do provozu v bývalém sovětském svazu v roce 1963. Jednalo se o první blok Novovoroněžské jaderné elektrárny, který nesl označení VVER-210. V roce 1969 následovalo spuštění druhého prototypu s označením VVER-365, který byl postaven jako druhý blok v Novovoroněžské JE. Z těchto dvou prvních prototypů byl vyvinut již standardizovaný projekt reaktoru typu VVER-440. VVER-440 existuje ve dvou základních modifikacích V-230 a V-213. Verze V-230 označuje reaktory VVER-440 prvé generace a verze V-213 reaktory VVER-440 druhé generace.

Všechny reaktory typu VVER-440 mají šest hlavních cirkulačních smyček s hlavními uzavíracími armaturami. Každé smyčce náleží jeden horizontální parogenerátor a na jeden blok s reaktorem VVER-440 jsou k transformaci energie použity dvě 220 MW parní turbíny.

V současné době jsou zkušenosti s provozem reaktorů VVER-440 opravdu bohaté. V Rusku je v provozu celkem 5 bloků, a to jeden v Novovoroněži a čtyři na Kolské JE. Všechny bloky již jedou v režimu dlouhodobého provozu a většina z nich má schválené prodloužení o 15 let oproti původní plánované třicetileté životnosti. Jako prvnímu byl prodloužen provoz na celkových 60 let 1. bloku Kolské jaderné elektrárny.

Obecně se traduje, že ukazatelem životnosti jaderné elektrárny je životnost tlakové nádoby reaktoru. Nejcitlivější otázkou životnosti tlakové nádoby je degradace materiálu způsobená radiací. Tzv. radiační křehnutí tlakové nádoby reaktoru je všude po světe sledováno pomocí svědečných vzorků. Zpravidla při každé výměně paliva se část svědečných vzorků vyjme a důkladnými testy se vyhodnocuje stav materiálu a doba dalšího provozu. Výsledky testů ukazují, že je možno prodloužit životnost z původních 30 let na 60.

V případě, kdy se prokáže radiační stárnutí tlakové nádoby je možnost jí navrátit původní vlastnosti. Metoda, která toto umožňuje se nazývá vyžíhání tlakové nádoby. Vyžíhání tlakové nádoby bylo provedeno na většině ruských VVER-440.

První generace – VVER-440/230

První generace reaktorů VVER byla projektována ještě před rokem 1970, a reaktorů s označením 440 typu V230 byla postaveno celkem 14.

Již odstavenými bloky jsou 4 bloky v německé JE Greifswald, 4 bloky v bulharské JE Kozloduj a dva bloky ve slovenských Bohunicích. V provozu stále zůstávají 2 bloky na ruské JE Kola. Mimo zmíněné jaderné bloky byly reaktory tohoto typu spuštěny v Mecamorské JE v Arménii. Tyto dva bloky arménské elektrárny nesou označení V270. Změna označení značí modifikaci projektu založenou především na úpravě projektu v závislosti na lokalitě výstavby, která je seizmicky aktivnější, než se kterou počítal původní projekt V230. Druhý blok Mecamorské JE je stále v provozu.

Vzhledem ke skutečnosti, že bezpečnostní koncepce je založena pouze na systému s řízeným vypouštěním nízkoaktivního chladiva existuje mezinárodní snaha o odstavení těchto bloků, i přesto že provozní zkušenosti s těmito bloky jsou velmi dobré a například pro Arménii je provoz jejich jaderné elektrárny životně důležitý.

Novovoroněžská JE – V179

Jadernou elektrárnu v Novovoroněži lze nazvat také „prototypovou“ elektrárnou. Vůbec první reaktor typu VVER o instalovaném výkonu 210 MWe byl uveden do provozu právě v lokalitě Novovoroněžské jaderné elektrárny. Novovoroněžská JE (NJE) se tak stala základnou pro rozvoj sovětských reaktorů. Tento první blok s označením V-210 sloužil pro ověření principů reaktorů ve větším měřítku než na reaktorech experimentálních. I druhý blok NJE s označením V-365 a instalovaným výkonem 365 MWe sloužil k doladění nově vznikajícího projektu komerčního typu reaktoru.

Bloky 3 a 4 Novovoroněžské jaderné elektrárny již byly postaveny jako projekt komerčního dvojbloku s označením bloku V-179 a jako takový je tento typ V-179 předchůdcem první generace VVER-440/230, kdy již následovala výstavba v mnohých socialistických republikách.

Mecamorská JE – Arménie – V270

Jaderná elektrárna v Mecamoru byla první elektrárnou v tehdejším sovětském svazu postavenou na území se zvýšenou seismickou aktivitou. A proto bylo nutné požadavek na seismickou odolnost zakomponovat přímo do projektu, takže vznikla modifikace původního projektu V230 s označením V270. Arménská jaderná elektrárna byla dokončena v roce 1976. První blok byl připojen k síti v roce 1977 a druhý následoval roku 1980.

Po zemětřesení v roce 1988 byly oba bloky na základě rozhodnutí vlády kvůli bezpečnosti odstaveny, ale nebyly uvedeny do stavu vyřazování z provozu. V důsledku ekonomické krize v roce 1993 Arménská vláda rozhodla znovu spustit druhý blok Mecamorské JE.

Projektová životnost VVER-440/230 stejně jako V270 je 30 let. Plánované odstavení druhého bloku by tedy připadalo na rok 2016, ale Arménie je závislá na produkci elektřiny ze své jaderné elektrárny. V roce 2014 vláda rozhodla o prodloužení životnosti elektrárny a začala na celém procesu pracovat. Nyní probíhá spolupráce Arménie a Ruské federace na splnění požadavků k prodloužení životnosti jaderné elektrárny až do roku 2026.

Druhá generace VVER-440/213

Standardizovaný projekt VVER-440/213 vznikl na základě předchozí zkušenosti s V230 a novými bezpečnostními požadavky přicházejícími především ze západu. V projektu reaktorů VVER-440 druhé generace byla již jako maximální projektová havárie v souladu se světovou praxí uvažována velká LOCA – prasknutí hlavního potrubí primárního okruhu. Všechny bloky tohoto typu, které byly stavěné a projektované, již byly vybaveny lokalizačním havarijním systémem, a to buď plnotlakým kontejnmentem nebo barbotážním systémem, v němž by v případě havárie došlo ke kondenzaci vzniklé páry.

Bloky s reaktory typu V-213 byly projektovány na nominální výkon 440 MWe. Vzhledem k projektovým rezervám je možno výkon postupnými úpravami zvýšit až na 510 MWe. Takovými úpravami prošla například finská JE Loviisa a naše JE Dukovany. Takzvané využívání projektových rezerv bylo provedeno především použitím novějšího paliva v kombinaci s lepším řídícím systémem a dalšími vylepšeními na straně sekundárního okruhu.

Celkem bylo vystavěno 21 bloků VVER-440/213. Po první etapě výstavby čtyř bloků typu VVER-440/230 byla v německém Greifswaldu naplánována druhá etapa výstavby čtyř bloků VVER-440/213. Nakonec byl vystavěn pouze Greifswald 5 a 6, nicméně do provozu uveden pouze Greifswald 5. Avšak i ten byl v provozu pouze 3 týdny. Elektrárnu postihlo to, že po sjednocení Německa byly všechny ruské jaderné bloky odstaveny. Další reaktory typu 213 byly vystavěny v jaderných elektrárnách Kolská (2 bloky, Rusko), Rovenská (2 bloky, Ukrajina), Loviisa (2 bloky, Finsko), Bohunice V2 (2 bloky, Slovensko), Dukovany (4 bloky, Česko), Pakš (4 bloky, Maďarsko) a Mochovce (4 bloky, Slovensko). V JE Mochovce však dosud nebyl 3. a 4. uveden do provozu.

Juragua – VVER-440/318

Na Kubě byla zahájena výstavba dvou bloků reaktorů VVER-440. Lze nalézt zmínky tzv. „kubánského modelu VVER-440/213“, který je označován jako model V318. Jaderná elektrárna v lokalitě Juragua měla být prvním sovětským projektem postaveným na západní polokouli v tropických podmínkách. Model V318 byl novější obměnou projektu V213, jeho hlavní odlišnost byla v plánovaném plnotlakém kontejnmentu.

Výstavba prvního bloku začala v roce 1983 a výstavba druhého v roce 1985, převážná většina byla dodávána sovětskou stranou. Uvedení prvního bloku do provozu bylo plánováno na rok 1993, později přesunuto na přelom rok 1995 a 1996. Nicméně po rozpadu sovětského svazu a ukončení hospodářské pomoci Kubě byla v roce 1992 výstavba přerušena. Až do roku 2000 panovala snaha Kuby a Ruska o dokončení projektu za pomoci třetí strany, ale v tomto roce byl projekt výstavby na Kubě definitivně opuštěn.

Většina hlavních komponent, tlaková nádoba reaktoru, hlavní cirkulační čerpadla, parogenerátory, kompenzátor objemu a turbíny, byly v jaderné elektrárny instalovány. Avšak více než 35 % technologických zařízení a 40 % elektrických by bylo nutno ještě dodat.

Finská JE Loviisa

Jak již bylo řečeno provedení jaderných elektráren s bloky V-213 není jednotné. Finská jaderná elektrárna Loviisa je jediná jaderná elektrárna s reaktorem typu V-213, která má dokonalý bezpečností systém včetně ochranné obálky, splňující i přísná mezinárodní kritéria bezpečnosti tlakovodních reaktorů.

Splnění požadavků mezinárodních kritérií vedlo k tomu, že pro jadernou elektrárnu byl vyvinut výkonný bezpečnostní systém, zahrnující aktivní podsystémy vysokotlakého a nízkotlakého vstřikování a pasivní hydroakumulátory. Současně byla použita dvojitá ochranná obálka s ledovým kondenzátorem – obrázek č. 7, projektovaná na maximální přetlak 160 kPa.

Tato jaderná elektrárna byla ve své době také unikátní tím, že byla vybavena systémy a zařízeními západních firem Westinghouse a Siemens, a to z toho důvodu, aby byly splněny všechny bezpečnostní požadavky finské legislativy.

V roce 1996 došlo k úspěšnému tepelnému vyžíhání tlakové nádoby prvního bloku, za účelem odstranění zkřehnutí v důsledku bombardování neutrony. Práce prováděla Škoda JS.

V rámci prodlužování životnosti bylo rozhodnuto o prodloužení provozních licencí obou bloků na 50 let, tedy pro Loviisa-1 do roku 2027 a pro Loviisa-2 do roku 2030.

JE Dukovany

V lokalitě JE Dukovany byly vystavěny 4 bloky s VVER440/213. V květnu roku 1985 byl uveden do provozu první výrobní blok a průběžně až do července 1987 byly připojeny k síti všechny čtyři dukovanské bloky. V rámci využití projektových rezerv a zvyšování účinnosti došlo k navýšení instalovaného výkonu na 4×510 MWe.

Technologie i bezpečnostní systémy byly v průběhu provozu postupně modernizovány. V roce 2017 byla například dokončena rozsáhlá modernizace systémů kontroly a řízení na všech čtyřech blocích. Dále byly vystavěny seizmicky odolné ventilátorové věže, jako diverzní prostředek pro odvod tepla v případě zemětřesení v lokalitě. Také byl rozšířen počet dieselgenerátorů včetně dvou SBO (Station Blackout) dieselgenerátorů pro případ úplné ztráty napájení.

Nejnovější modernizací, na požadavek SÚJB v rámci prodlužování provozu, jsou dodělaná třetí čerpadla a chladiče pro chlazení bazénu vyhořelého paliva.

V rámci prodlužování životnosti obdržela JE Dukovany prodloužení provozní licence na dobu neurčitou za předpokladu splnění technických podmínek daných Státním úřadem pro jadernou bezpečnost.

JE Mochovce

V lokalitě slovenských Mochovců se nacházejí čtyři bloky s reaktorem typu V-213. První blok elektrárny byl připojen k síti v létě 1998, druhý blok v roce 1999. V roce 2008 proběhlo zvýšení výkonu každého bloku o 7 % tedy z původních 440 MWe na 471 MWe. Výstavba třetího a čtvrtého bloku již finišuje. Ke konci roku 2019 byl stav dokončení třetího bloku na 99,3 % a čtvrtého bloku na 87,1 %.

Výstavba JE Mochovce se od počátku potýkala s finančními problémy, které se však dařilo řešit, a i přes nátlak Rakouska pokračovat s dostavbou i druhého dvojbloku. Z důvodu odložené výstavby jak prvního dvojbloku, tak druhého bylo nezbytné provést doplnění zastaralé sovětské technologie o nové bezpečnostní prvky a technologie především ze západu.

Mezi nejvýznamnější modifikace provedené na JE Mochovce patří systém řízení těžkých havárií, nejmodernější digitální systém kontroly a řízení, vylepšení seizmické odolnosti bloků, zvýšení kvality systému požární ochrany a samozřejmě mnoha dalších, které byly ostatní elektrárny dostávaly během provozu a které byly v tomto případě zapracovány do projektu ještě před dokončením a spuštěním.

Lucie Hinterholzingerová

Zdroje:

• [1]        Росатом Госкорпорация «Росатом» ядерные технологии атомная энергетика АЭС ядерная медицина [online]. Copyright © [cit. 20.01.2020]. Dostupné z: https://www.rosatom.ru/upload/iblock/0be/0be1220af25741375138ecd1afb18743.pdf
• [2]        VVER-440 Model 230. International Nuclear Safety [online]. [cit. 2019-09-08]. Dostupné z: https://insp.pnnl.gov/-profiles-reactors-vver230.htm
• [3]        VVER-440 Model 213. International nuclear safety [online]. [cit. 2020-09-10]. Dostupné z: https://insp.pnnl.gov/-profiles-reactors-vver213.htm
• [4]        Juragua Nuclear Power Plant – Wikipedia. [online]. Dostupné z: https://en.wikipedia.org/wiki/Juragua_Nuclear_Power_Plant
• [5]        Martti Antila, Tuukka Lahtinen. „Recent Core Design and Operating Experience in Loviisa NPP“ (PDF). Fortum Nuclear Services Ltd, Espoo, Finland. IAEA. Retrieved 20 September 2011.
• [6]        [online]. Dostupné z: https://www.cez.cz
• [7]        Atómové elektrárne Mochovce | Slovenské elektrárne. Slovenské elektrárne | Slovenské elektrárne [online]. Copyright © Slovenské elektrárne [cit. 20.05.2020]. Dostupné z: https://www.seas.sk/ae-mochovce
• [8]        Поваров, В. Полувековой опыт эксплуатации Нововоронежской АЭС. Rosenergoatom. http://mntk.rosenergoatom.ru/mediafiles/u/files/2014/Plenar/Povarov_V.P.pdf (accessed Feb 19, 2020).
• [9]        Techmagazín.cz. Techmagazín.cz [online]. Copyright © 2010 [cit. 20.05.2020]. Dostupné z: http://www.techmagazin.cz/2359
• [10]      Heřmanský, B. Jaderné reaktory I. – Reaktory II. generace (1. jaderná éra); Praha, 2017.
• [11]      Design Basis and Design Features of WWER-440 Model 213 Nuclear Power Plants: TECDOC-742. Vienna: IAEA, 1994. ISSN 1011-4289.

Tento článek byl napsán ve spolupráci se studenty oboru Jaderná energetická zařízení Fakulty strojní ČVUT v Praze.