Čeští vědci se podílejí na výzkumu jaderných reaktorů IV. generace

Budoucnost jaderné energetiky (a vlastně udržitelné energetiky vůbec) představují jaderné systémy IV. generace. Na otázky TT odpovídá Ing. Ivo Váša, ředitel divize jaderné bezpečnosti a energetiky ÚJV Řež: n Na úvod: které reaktory do uvedené skupiny dnes náleží? Mezinárodní fórum GIF (Generation IV International Forum), které fakticky udává směr výzkumu a vývoje jaderných systémů pro budoucí použití, zvolilo po pečlivém výběru typů reaktorů: rychlé reaktory chlazené plynem (GFR), olovem (LFR) a sodíkem (SFR), reaktor chlazený roztavenými solemi (MSR), reaktor chlazený vodou s nadkritickými parametry (SCWR) a vysokoteplotní reaktor chlazený plynem (VHTR). Výzkum těchto systémů je plánován na I. čtvrtinu tohoto století s cílem následné realizace prototypů a komerčního využití. Nejblíže k realizaci a k průmyslovému využití (podle priorit výzkumu Euratom a podle situace v USA a v Jihoafrické republice) se dnes jeví vysokoteplotní reaktory V/HTR chlazené héliem. Do teploty 850 °C jsou označovány jako HTR. Nad 850 °C se nazývají VHTR - „velmi vysokoteplotní reaktory“. Vyznačují se vysokou inherentní bezpečností, účinností a zejména možností využití pro kogeneraci elektrické energie a vysokopotenciálního tepla k průmyslovým aplikacím - v chemickém, petrochemickém a metalurgickém průmyslu, ke zplyňování uhlí, k výrobě syntetických paliv a zejména k produkci vodíku. n ÚJV v Řeži se aktivně podílí na integrovaném výzkumu V/ HTR. Jaké jsou jeho cíle? S kým kooperujete? Pro výzkum a vývoj vysokoteplotních reaktorů je charakteristický vysoký stupeň mezinárodní spolupráce, který vedl k vytvoření mezinárodní komunity v této oblasti. V Evropě byla při společném výzkumném centru JRC v Pettenu ustavena síť organizací pro výzkum vysokoteplotních reaktorů (High Temperature Reactor Technology Network, HTR-TN), v němž jsou zastoupeny výzkumné a průmyslové organizace a univerzity z 21 zemí. ÚJV Řež je členem od roku 2003. Výzkum a vývoj vysokoteplotních reaktorů probíhá jednak v národních programech několika zemí s vyspělou jadernou technologií, které disponují určitou výchozí znalostní a technologickou základnou z dřívějších projektů, jednak v mezinárodních programech, jejichž hlavním představitelem je GIF. Ve fázi realizace jsou projekty v Jihoafrické republice (modulární reaktor) a v Číně (reaktor HTR 10). V Evropě probíhají výzkumné práce v rámcových projektech EC – Euratom. Aktuálně před ukončením je integrovaný projekt 6. rámcového programu s názvem RAPHAEL. n Specialisté ÚJV se zapojili rovněž do řešení problémů pro SWCR a MSR. Co mají konkrétně za úkoly a jak se jich zatím zhostili? Reaktory IV. generace typu SCWR (Supercritical-Water-Cooled Reactor System) jsou chlazené vodou o vysoké teplotě a tlaku. Pracují v oblasti nad termodynamickým kritickým bodem vody (374 °C, 22.1 MPa). Vzhledem k potřebám vývoje materiálové kompatibility se předpokládá jejich uplatnění po roce 2030. V rámci zapojení ÚJV Řež do výzkumu a vývoje reaktorů GIV bylo v roce 2008 uvedeno do provozu základní experimentální zařízení pro výzkum materiálové problematiky SCWR pracující se superkritickou vodou SCWL (Super Critical Water Loop). Vývoj smyčky probíhal zejména v rámci projektů výzkumu a vývoje podporovaných MPO ČR a s využitím finanční podpory v rámci Evropských strukturálních fondů. Superkritická vodní smyčka je určena pro výzkum korozního chování konstrukčních materiálů pro jaderné reaktory typu SCWR, výzkum radiolýzy vody nad kritickým bodem a vývoji optimálního chemického režimu pro provoz budoucích reaktorů typu SCWR. O uplatnění MSR ve spektru nových typů reaktorů se zatím vede polemika v oblasti zajištění technické, bezpečnostní a provozní problematiky, včetně palivového cyklu. ÚJV může nabídnout zkušenosti z výzkumu tekutých fluoridových solí a přepracování paliva. n Před časem jsme na stránkách TT publikovali řadu materiálů k vodíkovým technologiím a k praktickým výstupům pro ně, mj. i z badatelské provenience ÚJV. Které řešení a proč považujete za nejperspektivnější? Zavedení vodíkových technologií jako celku představuje výrazný posun v kvalitě využívání zdrojů energie v oblasti dopravy a energetiky. Existují dva základní důvody pro využívání vodíku: snížení závislosti na dodávkách fosilních paliv a nulové emise při provozu vozidel či energetických zdrojů. V globálním měřítku: pro velkovýrobu vodíku se jako nejperspektivnější ukazuje využití vysokoteplotních reaktorů (VHTR) ve spojení s vysokoteplotní eletrolýzou vody, příp. s některým z termochemických cyklů štěpení vody. Voda, která se spotřebuje při výrobě vodíku, se opět vrátí do koloběhu při „spálení“ vodíku v palivovém článku. Její celková bilance je tedy vyrovnaná. Relativně snadné skladování vodíku je principiální výhodou oproti elektřině. Vodík lze uskladnit ve všech fázích (plynná, kapalná a pevná), přičemž ve střednědobém horizontu bude dominovat skladování plynu - za vysokých tlaků (až 100 MPa) a kapaliny při nízkých teplotách (-252 °C) - v případě velkých objemů. Uskladnění vodíku v pevné fázi (hydridy, uhlíkaté nanotrubičky) se prosadí ve větším měřítku později. V dopravě existují dvě možnosti, jak využít vodík pro pohon vozidel: palivové články a spalovací motory. Palivové články mají výhodu výrazně větší účinnosti (50 %). Nicméně jejich cena je vyšší. Je to dáno zejména absencí sériové výroby. Spalovací motory mohou pomoci při přechodu z klasických paliv na vodík. Jsem přesvědčen, že vodík sehraje dominantní roli v automobilech budoucnosti. To mj. ukazují plány automobilek Daimler, Honda, Nissan a dalších výrobců. n ČEZ oznámil, že chce vybrat dodavatele na 3. a 4. blok pro JE Temelín, resp. pro 5. blok JE Dukovany. Jaké konstrukční a provozní řešení by jste uvítal vy a vaši kolegové z laboratoří ÚJV? Volba dodavatele nových bloků JE v Temelíně (resp. v JE Dukovany) je v současné době předmětem přípravy a následného vyhodnocení výběrového řízení, které proběhne nad nabídkou potenciálních dodavatelů. Vzhledem k tomu, že předmětem nabídky budou s největší pravděpodobnostní tlakovodní reaktory, bude mít ÚJV možnost využít své dosavadní zkušenosti s tímto typem reaktorů i nejnovější know-how vytvořené (resp. získané) v rámci široké mezinárodní spolupráce v oblasti jaderné bezpečnosti, palivového cyklu i ekonomice provozu jaderných elektráren. /bs/