Reaktor plný oblázků má zlevnit jádro

19.3.2018

JÁDRO - Letos by měl do provozu vstoupit první malý reaktor určený pro sériovou výrobu. Jeho hlavní výhodou bude možnost výměny paliva za provozu. 

Zoom galleryKdyž se 27. prosince loňského roku zaklaplo víko nad prvním reaktorem v Š‘-tao-wanu, nebyla to ani nijak fotogenická, ani dramatická událost, která by upoutala zraky světa tak třeba jako vynesení kabrioletu na oběžnou dráhu. Ale přesto těch 80 tun kvalitní oceli - a hlavně to, co se skrývá pod nimi - představuje zatím nejkonkrétnější náznak budoucnosti jaderné energetiky. Budoucnosti, která by snad mohla být všestrannější a levnější, než je „jádro“ dnes.

K události došlo v elektrárně Š‘-tao-wan (pinyin přepis je Shidaowan) v provincii Šan-tung na východním pobřeží Číny. Až se skutečně připojí do sítě ve zkušebním provozu, snad někdy v druhé polovině letošního roku, bude to na poměry dnešní jaderné energetiky skutečně netypický exemplář.

V elektrárně budou stát dva malé modulární reaktory. (Malé jsou reaktory s výkonem pod 300 MW, modulární znamená, že se dají jednoduše skládat do bloků.) Každý je s výkonem nějakých 200 megawattů (MW) tepla, které dohromady mají roztáčet jedinou turbínu. Ta využije se zhruba poloviční účinností vyprodukované teplo k výrobě elektřiny a do sítě tak má dodávat maximálně zhruba 210 MW elektrického výkonu.

Čína si na tomto zařízení tak má vyzkoušet hned dvě zajímavé technologické novinky: méně tradiční reaktor pracující s vysokou teplotou a také možnosti „skládaných“ elektráren.

Kuličkový reaktor

Reaktor označovaný jako HTR-PM (anglicky High Temperature Gas Cooled Reactor – Pebble-Bed Module, tedy zhruba „Plynem chlazený vysokoteplotní reaktor s ,oblázkovým‘ palivem“) používá jako palivo uran, přesněji řečeno oxid uraničitý, s obohacením 8,5 procenta, což je přibližně dvojnásobná hodnota než u běžných komerčních reaktorů (včetně českých). Ještě nezvyklejší je, že palivo se do reaktoru nenakládá v podobě tyčí, nýbrž malých kuliček o průměru šesti centimetrů. Právě proto se o tomto typu reaktoru občas hovoří jako o „oblázkovém“ (doslovný překlad anglického „pebble reactor“).

Velkou výhodou „oblázkových“ reaktorů je možnost výměny paliva za provozu

V jednom jediném reaktoru v Š‘-tao-wanu má takových kuliček být nasypáno zhruba čtvrt milionu. Velkou výhodou této formy paliva, jak ukázaly jiné, menší projekty, je možnost průběžné výměny paliva za chodu reaktoru. Můžete si jednoduše představit, že reaktor je jakési velké silo, do kterého se shora sype čerstvé palivo a dole vypadává vyhořelé. Cesta jednoho „oblázku“ reaktorem přitom trvá řádově měsíce.

Zoom galleryKaždý oblázek v čínském reaktoru obsahuje sedm gramů uranu, většinu objemu kuličky totiž tvoří grafit. Ten nejen fyzicky chrání a drží pohromadě samotné palivo a vznikající jaderný odpad, ale také bude sloužit ke „zpomalování“, odborně řečeno moderování neutronů, které z rozpadajících jader létají.

(foto: kulička paliva pro demonstrační reaktor THTR-300, který v letech 1986–1990 fungoval v Německu. Čínské palivo bude vypadat v podstatě totožně, byť na rozdíl od německého projektu se v něm nebude používat ani vysoce obohacený uran (nad 20 %), ani thorium jako „doplňkové“ palivo)

Obecně totiž platí, že neutrony odlétají z rozbitých jader tak rychle, že mají jen malou šanci zasáhnout další atom paliva. Udržet redakci v jaderném reaktoru tedy není jednoduché, pokud nechcete používat vysoce obohacené palivo (což s sebou nese například velká bezpečnostní rizika), nebo postavit opravdu neprakticky velký reaktor. Většina reaktorů (ne všechny, ale to teď není důležité) tak obsahuje právě i moderátor, tedy materiál, o jehož atomy se neutrony vzniklé při reakci „zbrzďují“. V případě nejběžnějších, tzv. tlakovodních reaktorů k tomu slouží právě voda, ale grafit se v minulosti už také mnohokrát používal, známým příkladem je například „černobylský“ reaktor typu RBMK.

Čím tepleji, tím lépe

Ale byť v Černobylu způsobila ohromné problémy hořlavost grafenu, velkou výhodou tohoto materiálu je i to, že snáší vysoké teploty, při kterých by HTR-PM měl pracovat (jeho vnitřek je samozřejmě hermeticky uzavřený a atmosféra neobsahuje kyslík). Pracovní teplota by se měla pohybovat kolem 1000 °C, což dnes nejrozšířenější moderátor, tedy vodu, samozřejmě vylučuje.

Voda ovšem v tlakovodních reaktorech neslouží pouze jako moderátor, slouží také jako chladič, který odvádí vznikající teplo z aktivní zóny reaktoru ven, a k turbínám. To musí tedy u čínského modulárního reaktoru obstarat jiná látka, v tomto případě hélium.

Hélium je sice poměrně drahé, ale má celou řadu dalších výhod. Jako inertní plyn nereaguje s materiály v reaktoru dokonce ani při taktových vysokých teplotách - a ani při případných vyšších teplotách po eventuální nehodě. To z hlediska životnosti i bezpečnosti jsou kladné body, a tak i hélium už zažilo svou jadernou premiéru dávno před reaktorem HTR-PM.

Dohromady použité materiály poskytují zajímavé možnosti, které u komerčních reaktorů nenajdeme. Jde především o vysokou pracovní teplotu, která nejen zvyšuje relativní účinnost přeměny tepla v elektřinu (50 % je nadprůměrné číslo), ale také otevírá nové možnosti využití. Často se zmiňuje možnost výroby vodíku z vody pomocí tzv. jód-sirného procesu, který vyžaduje teploty právě kolem 1000 °C. Nejsme si jisti, zda nejde spíše o nereálný sen, spojený s tzv. „vodíkovou ekonomikou“, protože práce s reaktivními sloučeninami při tak vysokých teplotách není jednoduchá a klade velké nároky na používané materiály, ale samozřejmě se můžeme plést.

Zdroj s maximální výstupní teplotou kolem tisíce stupňů Celsia by ovšem samozřejmě mohl najít i jiné využití, například v petrochemii, metalurgii, snad i při odsolování mořské vody, atd. A zastánci konceptu také připomínají, že reaktory by mohly nahradit dnešní uhelné elektrárny třeba pro vytápění domácností. Ale to už je jednoznačně otázka peněz.

Složíme se na to?

Plynem chlazený reaktor tohoto typu má i další výhody, například je možné u něj poměrně jednoduše regulovat výkon v rozmezí řádově desítek procent, ale má i své nevýhody: a jednou je cena. Vysoké teploty vyžadují například extrémně kvalitní materiály i zpracování. Cena je přitom i tak velkou bolestí současné jaderné energetiky. Právě kvůli ní těžko konkuruje jiným zdrojům i v zemích, které jsou jinak jejímu používání nakloněné.

Projekt Š‘-tao-wan by tento problém chtěl vyřešit způsobem, který – stejně jako chlazení héliem a oblázkové palivo – navrhovali či zkoušeli jiní, ale zatím nikdo neuspěl. Reaktory HTR-PM by se měly vyrábět sériově. V Š‘-tao-wanu zatím mají stát pouze dva, snad už během dvou let by se měly začít stavět větší celky, ve kterých jednu turbínu má pohánět šest malých reaktorů, takže dohromady budou mít výkon zhruba 600 MW elektrických. Pokud se tak opravdu stane, čínské reaktory HTR se stanou prvním skutečným příkladem dlouho slibované třídy tzv. „malých modulárních reaktorů“. 

Do dvou let by se měly začít vyrábět větší celky, ve kterých má jednu turbínu pohánět šest reaktorů

Uvidíme, zda bude také prvním úspěšným příkladem. Studie OECD před dvěma lety odhadovala, že bez sériové výroby je cena jednoho malého reaktoru na jednotku výkonu je zhruba o 50 až 100 procent vyšší než u velkých tlakovodních reaktorů. Protože HTR-PM je poměrně technicky náročný projekt, cena bude spíše vyšší. Je sice pravdou, že reálné ceny za dostavbu stejných elektráren jsou tedy podle odhadů o více než polovinu nižší než v USA a Evropě, ale v Číně je levnější i konkurence.

Jedinou záchranou se zdát být jen výroba ve velkém, nic jiného nedává ekonomický smysl. Ta je možná ovšem pouze v případě, že se projekt neukáže příliš technologicky náročný, uvádění do provozu proběhne bez velkých komplikací a provoz sám bude bezproblémový. Nu, a pokud se to stane, je dobře možné, že v nejbližším desetiletí se zavřou víka nad desítkami reaktorů HTR-PM, a ve využití jaderné energetiky se otevře nová kapitola a výrobci budou reaktory HTR-PM vyrábět obrazně jako housky na krámě. Ale fanoušci jádra zatím mohou jen doufat, na jásot je brzy.

(spe)

Foto: řez jádrem reaktoru HTR-PM. Jeho reaktorová nádoba měří na výšku zhruba 25 metrů, samotná aktivní zóna, kde probíhá reakce, pak 11 metrů. V její spodní části je také vidět otvor, kde se z něj odstraňuje vyhořelé palivo, nové se doplňuje shora

Zoom gallery

Svět plný energie > Témata > Reaktor plný oblázků má zlevnit jádro

Aktuality
17.9.2018 Přeceněná „chytrost“

AKTUALITY - Chytré sítě jsou dnes velkým trendem, ale jejich zavádění do praxe začíná ukazovat, že skutečnost se od slibů může někdy dosti lišit. celý článek

15.6.2018 Americký plyn zatím Evropě "nevoní"

AKTUALITY - Evropský trh, který se měl dle očekávání stát hlavním odbytištěm zkapalněného zemního plynu (LNG), zatím neprošel žádnou změnou. celý článek

1.6.2018 V květnu stoupla cena ropy na 80 dolarů

AKTUALITY - Poprvé zhruba od konce roku 2014 se ceny ropy na světových spotových trzích dostaly zhruba na 80 dolarů za barel ropy Brent. celý článek

26.3.2018 Největšímu výrobci elektromobilů nejdou baterie

AKTUALITY - Muskově Tesle neběží byznys úplně hladce. celý článek

1.3.2018 V roce 2017 mohli odběratelé dostávat za elektřinu zaplaceno

AKTUALITY - Celkem 109 hodin během roku 2017 mohli odběratelé dostat za elektřinu zaplaceno. celý článek

  

Chcete dostávat své osobní vydání tištěného magazínu Svět plný energie?

Ano, chci

Podporujeme:

SVĚT PLNÝ ENERGIE

Webový magazín a tištěný
čtvrtletník přináší témata,
zajímavosti, rozhovory
a důležité informace nejen
ze světa plného energie.

Pro Lumius, spol. s r.o.
vydává Business Media CZ

Redakce:
Matouš Lázňovský,
Martin Kročil, Jana Veselá

Grafické zpracování:
Michael Ehrlich

Texty:
neoznačené materiály jsou redakční

Foto:
archiv firem a autorů, redakce,
Thinkstock

Kontakt:

Aktuality
17.9.2018 Přeceněná „chytrost“

AKTUALITY - Chytré sítě jsou dnes velkým trendem, ale jejich zavádění do praxe začíná ukazovat, že skutečnost se od slibů může někdy dosti lišit. celý článek

15.6.2018 Americký plyn zatím Evropě "nevoní"

AKTUALITY - Evropský trh, který se měl dle očekávání stát hlavním odbytištěm zkapalněného zemního plynu (LNG), zatím neprošel žádnou změnou. celý článek

1.6.2018 V květnu stoupla cena ropy na 80 dolarů

AKTUALITY - Poprvé zhruba od konce roku 2014 se ceny ropy na světových spotových trzích dostaly zhruba na 80 dolarů za barel ropy Brent. celý článek

26.3.2018 Největšímu výrobci elektromobilů nejdou baterie

AKTUALITY - Muskově Tesle neběží byznys úplně hladce. celý článek

1.3.2018 V roce 2017 mohli odběratelé dostávat za elektřinu zaplaceno

AKTUALITY - Celkem 109 hodin během roku 2017 mohli odběratelé dostat za elektřinu zaplaceno. celý článek

  

Chcete dostávat své osobní vydání tištěného magazínu Svět plný energie?

Ano, chci

Podporujeme:

SVĚT PLNÝ ENERGIE

Webový magazín a tištěný
čtvrtletník přináší témata,
zajímavosti, rozhovory
a důležité informace nejen
ze světa plného energie.

Pro Lumius, spol. s r.o.
vydává Business Media CZ

Redakce:
Matouš Lázňovský,
Martin Kročil, Jana Veselá

Grafické zpracování:
Michael Ehrlich

Texty:
neoznačené materiály jsou redakční

Foto:
archiv firem a autorů, redakce,
Thinkstock

Kontakt: