Velké věci pro malé reaktory

Jednou z nejdůležitějších událostí loňského roku z pohledu jaderné energetiky bylo připojení vysokoteplotního reaktoru HTR-PM k síti. Pokročily ale i další projekty malých reaktorů.

Vysoká teplota

Spouštění reaktoru HTR-PM je završením několik desítek let dlouhého vývoje, který postupně probíhal v různých zemích. Začal v 50. letech 20. stol. a v USA a Evropě byly později postaveny experimentální vysokoteplotní reaktory s kulovým palivem. Pak se rozvoj této technologie přesunul do Jihoafrické republiky, až nakonec dorazil do Číny, kde s ním mají velké plány.

Tyto reaktory jsou vhodné k získávání vysokých teplot pro využití v průmyslu. Jedním z možných použití je výroba vodíku pomocí vysokoteplotní parní elektrolýzy vody, kdy se voda rozpadá na vodík a kyslík. Výhodou je výrazně nižší energetická náročnost než dnes běžná elektrolýza vody a nulové emise ve srovnání s rozkladem zemního plynu.

Čínská skupina China Huaneng Group nyní postavila první blok, který tvoří dva reaktory pohánějící jednu turbínu. Celkem mají výkon 210 MWe. Dalším krokem má být větší elektrárna složená z těchto modulů: o celkový výkon 655 MWe se bude starat 6 reaktorů a 3 turbíny.

„Jedním z možných schémat budoucích inovativních jaderných reaktorů, tzv. reaktorů 4. generace, je i schéma vysokoteplotního plynem chlazeného reaktoru. Mnoho výzkumných organizací pracuje na tomto typu reaktoru, a i ÚJV Řež má ve svých programech zapojení do vývoje vysokoteplotního plynem chlazeného reaktoru. Tato pracoviště však řeší dílčí úlohy tohoto projektu. Pozitivní je aktivita čínské skupiny China Huaneng Group, která v loňském roce spustila svůj plynem chlazený vysokoteplotní reaktor. Přínos je zejména v komplexnosti projektů sjednocující dílčí vývojové části. A také prostá ukázka toho ´že to jde´ a nastoupená cesta je správná,“ uvádí Aleš John, předseda Občanské bezpečnostní komise při JE Dukovany, člen Inženýrské akademie ČR a spolku Jaderní veteráni.

Obr. Blok se dvěma reaktory HTR-PM v Číně (Zdroj Tsinghua University)

Uzavřený cyklus

Druhým projektem, který může změnit tvář jaderné energetiky, je ruský BREST-300. Tento olovem chlazený reaktor staví ruská korporace Rosatom, která chce demonstrovat další z vlastností reaktorů IV. generace: uzavřený palivový cyklus. Součástí elektrárny budou i továrny na přepracování použitého paliva a výrobu „recyklovaných“ palivových kazet.

Technologie olovem chlazených reaktorů byla historicky používána v některých ruských jaderných ponorkách a nyní by měla své výhody předvést na poli jaderné energetiky. Výstavba reaktoru BREST-300 začala v roce 2021, nyní je hotová základová deska a budovy začínají růst do výšky. Hotovo má být podle plánů v roce 2026. Na tento projekt by v budoucnu měly navázat větší bloky BREST-1200.

„Konec palivového cyklu je velká výzva pro všechny jaderníky. Teoreticky víme, jak přepracovat použité palivo a jak ho ´vrátit´ zpět do palivového cyklu a získat z něj v tzv. uzavřeném palivovém cyklu další palivo pro štěpné reaktory. A radioaktivním odpadem je potom jen malá část původního objemu vyhořelého paliva. Ve schématu, které sleduje Rosatom, využívá ´rychlý reaktor´ BREST-300 k výrobě plutonia a následně tzv. MOX paliva. Ta reaktorová část celého cyklu je zajímavá a funkční. Podstatná je však skutečnost, že je zvládnutá i chemická část celého procesu (příprava paliva pro rychlý reaktor, následná separace plutonia, výroba MOX paliva až po zpracování odpadu z takového cyklu). A to všechno na jednom místě,“ komentuje John význam reaktoru.

Rosatom připravuje i další projekty malých reaktorů. V Jakutsku postaví RITM-200N. Pozemní verzi námořních jaderných reaktorů navazují na první moderní malý reaktor, který byl spuštěn v roce 2020 v ruském Peveku na palubě plovoucí jaderné elektrárny Akademik Lomonosov.

V uplynulém roce se posunuly i další projekty malých a středních reaktorů, které mohou změnit rovnováhu sil na trhu s jadernými technologiemi. Například americká vládní agentura USTDA poskytla grant, který otevírá možnost exportovat reaktory NuScale na Ukrajinu. Do britských středních reaktorů od společnosti Rolls-Royce se rozhodl investovat Katar, takže projekt má zajištěné financování dalších fází vývoje. V Kanadě byl vybrán malý varný reaktor BWRX-300 pro rozšíření jaderné elektrárny Darlington. Tyto projekty jsou však zatím jen v rané fázi.

„Admirál H. Rickover, otec amerických ponorkových jaderných reaktorů řekl, že je velký rozdíl mezi papírovým reaktorem a skutečným reaktorem. Na papíře je vše jednoduché a prosté. Tlakové, teplotní, materiálové problémy jsou elegantně řešeny, vše je hladce vyřešeno. Český spisovatel scifi románů J. M. Troska řešil vše supermateriálem zvaným holanid. Každý konstruktér vám řekne, že ´papír snese všechno´. Ale pak ta realizace, to je teprve žůžo bádání. Zatím se většinou setkáváme s papírovými reaktory. Nezapomeňme však na to, že od výkresu k reálnému zařízení je ještě velmi lopotná a drahá cesta,“ uzavírá John. (18.2.2022)

Obr. Malý. Výstavba bloku s reaktorem BREST-300 v podniku SCHK (Zdroj Rosatom)