Ruská korporace TVEL dodává jaderné palivo pro JE Dukovany
(4 bloky VVER 440/213 - vodou chlazený, vodou
moderovaný energetický reaktor). Každý má tepelný výkon
1375 MW a elektrický výkon 440 MW. JE Dukovany každoročně
dodává do sítě 14 TWh elektrické energie. Palivo
kupuje od TVEL. Děje se tak na bázi výsledků tendrů vyhlašovaných
a.s. ČEZ. Nejnovější kontrakt je uzavřen do roku
2018, přičemž část paliva z Ruska byla vyrobena s využitím
české suroviny - chemického koncentrátu uranu. Od svého
spuštění v roce 1985 JE Dukovany postupně zavezla do
svých reaktorů na 800 t jaderného paliva a všechen materiál
pochází z TVEL.
Vývoj v oboru se nezastavuje
a TVEL od roku 2003 pro JE Dukovany
dodává nový typ jaderného
paliva II. generace s vyhořívajícími
absorbátory a se středním obohacením
4,38 % 235U (model Gd-1).
Vloni tu obdrželi nový typ stejně
výkonného paliva optimalizované
konstrukce GD-2, která umožnila
snížení středního obohacení na 4,25
% 235U. Všechny typy TVEL nejdříve
otestoval v náročných domácích
podmínkách na Novovoroněžské
a Kolské jaderné elektrárně. O další
zefektivnění palivového cyklu v JE
Dukovany se zaslouží typy GD-2+
(umožní udržet pětiletý cyklus při
prodlužování kampaně - zkracování
odstavek) a Gd-2M. Dovolí nejenom
udržet pětiletý cyklus, ale i zvýšit
výkon dukovanských reaktorů, a to
na 105 %. Nová kazeta s palivem je
větší a objemnější, lze ji dobře rozebrat,
operativně zkontrolovat, příp.
opravit některý element.
Řadu technických a technologických
předností nového paliva lze
už dnes doložit provozními úsporami.
Kupříkladu na 1. bloku se oproti
projektovému stavu z roku 1985
podařilo snížit roční množství paliva,
které je nutné uskladnit ze 14 na 8,7
tun. Inovace palivových článků se
středním obohacením 4,38 % 235U
umožnila přechod na pětiletý cyklus.
Pokročilé palivo se zlepšenou konstrukcí
a s nižším obohacením umožnilo
(při zachování výkonnosti kazety)
další snížení středního obohacení
izotopem 235uranu ze 4,38 na 4,25 %.
Tento zdánlivě nepatrný rozdíl umožňuje
v konečném důsledku výrazně
snížit cenu paliva, na něž připadá cca
1/4 všech výrobních nákladů jaderných
elektráren. Plný přechod čtyř
dukovanských bloků na pětiletý cyklus
výměny bude dokončen v roce
2008. Vzhledem k tomu, že v reaktoru
a v jeho aktivní zóně při každé
výměně zůstává palivo různých typů
a stupně vyhoření, okamžitý přechod
na Gd-2M není reálný. Každý další
inovační krok se takříkajíc "musí ušít
na míru". I tak už na vrub efektů
inovací paliva od spuštění JE Dukovany
v kapitole palivových nákladů
připadá cca 6,3 mld. Kč.
JAK SE OPERUJE S PALIVEM
Pro čtenáře, který nikdy neměl
možnost být této operaci osobně
přítomen, alespoň krátký reportážní
popis: při provozu reaktoru dochází
ke štěpení izotopu 235U a k logickému
snižování jeho obsahu. Současně
vznikají z převažujícího 238U (96 %)
jiné štěpitelné prvky a izotopy 239PU
a 236U. Po 3-5letém provozu ubude
pouze 4,5 % izotopu uranu a vznikne
směs štěpitelného materiálu znečištěná
tzv. struskou (odštěpky). Pro další
efektivní a bezpečný provoz se musí
část palivových článků každoročně
vyměnit: ze 349 to bývá 70-80 kusů.
Palivová tableta UO2 se 4 % izotopu
uranu má rozměry 10x7,5 mm.
Protože přírodní uran obsahuje pouze
0,7 % izotopu 235U, musí výrobě
palivových tablet předcházet zvýšení
jeho obsahu - tzv. obohacení uranu.
Technici z nich vytvářejí tzv. palivový
prut o délce 2420 mm. Každá
palivová kazeta pak obsahuje 126
podobných prutů.
Jaderný reaktor netvoří pouze
jaderné palivo, ale i chladivo,
moderátor, konstrukční materiály
a řídicí systémy. Slouží nejenom
k udržování štěpné řetězové reakce.
Umožňuje zároveň plynulý
odvod tepelné energie generované
při štěpení. Vlastní reaktor sestává
z ocelové tlakové nádoby s odnímatelným
víkem. Uvnitř se nachází
aktivní zóna, v níž je uspořádáno
jaderné palivo a regulační orgány
pro řízení a kontrolu štěpné reakce.
V aktivní zóně reaktoru je 349 palivových
souborů s hermeticky uzavřeným
palivem. Palivové články,
jež se vyjímají z reaktoru, vypadají
analogicky jako kazety s čerstvým
palivem. Jsou čisté a nepoškozené.
Významný je ale rozdíl v radioaktivitě
látek, které obsahují. Během
provozu roste z téměř nuly postupně
tak, jak narůstá množství produktů
štěpení v jaderném palivu. Je to způsobeno
zejména tím, že rozštěpením
1 atomu 235U vzniknou 2 nestabilní
atomy různých prvků, a ty se dále
přeměňují. Proto i po vyjmutí paliva
z reaktoru dochází k jaderným přeměnám
a k uvolňování gama záření,
neutronů a tepla. To třeba odvádět.
Každá palivová kazeta, která
odpracovala v reaktoru vymezenou
dobu, je transportována do přilehlého
bazénu použitého paliva a nahrazena
čerstvou kazetou. Palivo zůstává
v bazénu 5 let. Za tuto dobu klesne
jeho radioaktivita a z poloviny
i jeho teplota. Až poté je lze předat
k dočasnému uložení v meziskladech,
ještě později k trvalé dislokaci.
Voda v bazénu slouží kromě chlazení
rovněž jako odstínění radioaktivního
záření.
Mezisklad vyhořelého paliva se
v Dukovanech provozuje od roku
1995. Jedná se o bezobslužné zařízení,
chlazené přirozeným prouděním
vzduchu. První sklad jaderného
paliva za 15 let provozu JE Dukovany
obsahuje 600 t tzv. těžkého kovu
v kontejnerech CASTOR. Kdyby
se sypal na hromadu, vytvořila by
se krychle o výšce 4 m. Tu by z 96
% vytvářely energeticky štěpitelné
materiály, především uran a plutonium.
Pouze zbývající 4 % připadají
na tzv. strusku, tedy nevyužitelný
radioaktivní odpad. Za zmíněných 15
let provozu elektrárny by se vešla do
kostky o hraně 1,4 m a měla by 26
t. Palivo za zbylých 5 let provozu je
dislokováno u reaktorů.
Použité palivo je de facto cenná
surovina, kterou bude možné
v budoucnu přepracovat a TVEL
v tomto směru podniká řadu organizačních
i vývojových kroků. Problém
v současném využití použitého paliva
představuje oddělení 4 % strusky
od 96 % využitelného materiálu.
Momentálně je ekonomicky podstatně
nákladnější, než vytěžení nového
uranu z podzemních slojí a jeho zpracování
na čerstvé palivo. Co se týká
ceny skladování použitého paliva,
není závratné. Do každé vyrobené
kilowatthodiny energie se promítá
necelým 1 haléřem. V dukovanském
meziskladu bude palivo vyprodukované
elektrárnou dislokováno minimálně
50 let. Za tu dobu radioaktivita
strusky značně poklesne a pro naše
pravnuky se operace s tímto materiálem
i citelně zlevní. Při rostoucích
cenách a ztenčujících se zásobách
fosilních paliv (zejména uhlí, ropy
a plynu) lze s velkou pravděpodobností
předpokládat, že stagnující cena
za přepracování použitého paliva se
zlomí a povede k jeho opakovanému
využití. Některé státy a firmy se o to
pokoušejí již dnes. Na tuto etapu se
cílevědomě připravuje rovněž management
TVEL. Novou exploatací
pak mohou projít i nálože někdejších
jaderných zbraní supervelmocí, a to
v podobě směsného paliva MOX pro
energetické reaktory.
Vraťme se však do dukovanské
palivové reality: postupně inovované
parametry umožnily přejít v JE
Dukovany v roce 1997 z tříletého
na čtyřletý palivový cyklus. Od roku
2003 se postupně najíždí na již zmíněný
pětiletý cyklus a v současnosti
se vyměňuje již jen pětina palivových
kazet. To garantuje nejenom úsporu
prostoru pro skladování vyhořelého
paliva, ale i nemalých finančních
nákladů vznikajících v průběhu každé
odstávky.
Palivo pro JE Dukovany vyrábí
Mašinostrojitělnyj závod (MSZ)
v městě Elektrostal (Moskevská
oblast RF). Je nejstarším podnikem
v rámci korporace TVEL a jeho produkce
pokrývá celý výrobní cyklus
od vypracování technické dokumentace
přes konverzi hexafluoridu na
práškový dioxid uranu až po montáž
palivových souborů. Palivové kazety
pro reaktory VVER (skládají se ze
126 palivových proutků, jejichž obal
tvoří zirkonová slitina a proutky obsahují
palivové tablety z dioxidu uranu)
se tu vyrábějí už od roku 1963. Zdejší
palivové soubory pracují v každém
10. bloku jaderných elektráren po
celém světě a využívají jak čerstvý,
tak obohacený uran. Základem jaderného
paliva je vzpomenutý dioxid
uranu, obohacený izotopem 235U. Prášek
dioxidu uranu se v dílnách MSZ
vyrábí suchou i mokrou metodou.
Výroba palivových článků probíhá
na automatizovaných linkách a děje
se pod moderní kontrolní technikou.
V roce 2003 v závodě zprovoznili
automatickou linku suché konverze
hexafluoridu uranu (roční produkce
práškového UO2 představuje 1400 t).
Běží tu rovněž linka LAM 4 na výro-
bu paliva pro reaktory SEFR (Čína)
a BN-600.
Zdejší specialisté se aktivně zabývají
rovněž vývojem palivových
kazet, speciální výbavy, nástrojů,
měřicí a kontrolní techniky. Kontrola
kvality celého výrobního cyklu je
nezávislá.
Podle hlavního specialisty TVEL
na jaderná paliva pro reaktory VVER
440 Jurije Kukuškina korporace začne
ještě letos dodávat inovovaný
typ paliva, jenž umožní udržet pětiletý
cyklus i při zkracování odstávek.
Pokud by se v budoucnu podařilo
uskutečnit přechod na šestiletý palivový
cyklus, znamenalo by to úsporu
několika desítek palivových kazet
a dvojnásobně prodloužit celkovou
dobu jejich pobytu v reaktoru oproti
původnímu projektovému cyklu.
V takovém případě by se ročně měnila
pouhá šestina paliva. Nepřehlédnutelné
plus představuje snížený počet
vyvážených kazet a zmenšení kvóty
nezbytných kontejnérů CASTOR pro
skladování použitého paliva. Již nyní
tyto úspory dosáhly několika set
milionů korun.
TVEL JE AKTIVNÍ I MIMO DUKOVANY
Vloni v říjnu TVEL umožnil
výměnu paliva za nízkoobohacené
uranem ve školním reaktoru
VR-1 Vrabec na katedře jaderných
reaktorů Fakulty jaderné a jaderně-
inženýrské ČVUT Praha. Tato
výměna paliva (financovaná americkým
ministerstvem energetiky)
se uskutečnila v rámci amerického
programu RERTR (Reduced Enrichment
for Research nad Test
Reactors). Nové jaderné palivo je
geometricky záměnné s dosavadním
palivem a obohacené do 20
% izotopu 235U. Splňuje všechny
nezbytné provozní i bezpečnostní
požadavky kladené na palivo pro
výzkumné a školní reaktory. Dodává
se v několika verzích. Pro VR-1
byla zvolena základní osmi a šestitrubková
varianta. Popisované
palivo vydrží v reaktoru do skončení
jeho životnosti, tj. pro příštích
15 let.
TVEL je rovněž dodavatelem jaderného
paliva pro výzkumný reaktor
LVR-15 v Ústavu jaderného výzkumu
v Řeži u Prahy. ÚJV Řež odebírá
jaderné palivo z Ruska od roku 1957.
Vesměs se jednalo o palivo s vyšším
obohacením izotopem 235U. Na přelomu
let 2006/2007 by toto vyhořelé
palivo mělo být odvezeno zpět do RF.
Čeští a ruští specialisté se také zabývali
testováním korozního chování
zirkoniových slitin v podmínkách
tlakových reaktorů PWR.
Před časem naším odborným tiskem
proběhla stručná zpráva, že
se TVEL účastní tendru na dodávky
jaderného paliva pro dva bloky
VVER 1000 v jaderné elektrárně
Temelín. Ten vypsal ČEZ. Ruští
specialisté se podíleli jak na výstavbě
této jaderné elektrárny, tak na
přípravě typového projektu pro bloky
VVER 1000. Představitel firmy
Andrej Buchovcev v rozhovoru pro
Technický týdeník potvrdil, že příslušná
základní jednání s ČEZ už
proběhla a TVEL nabídl naší elektrárenské
společnosti nejenom kvalitní
a otestované palivo, ale i zajímavé
dodavatelské podmínky. Základní
konstrukční, provozní a cenové
parametry s ohledem na pokračující
výběrové řízení zatím uvést nemohl.
Nicméně management TVEL ví, že
jeho exaktní nabídka zařadila korporaci
do užšího výběru, a to společně
se stávajícím dodavatelem americkou
společností Westinghouse.
Definitivní výsledky tendru by měly
být oznámeny na konci dubna.
Andrej Buchovcev přiznal i druhý
pozoruhodný moment: TVEL
je zainteresován a jeho partneři
- organizace v rámci struktury ruské
Federální agentury jadernou energii
(ROSATOM) - mají technické
a technologické možnosti zpracovat
vyhořelé palivo z našich jaderných
elektráren. Samozřejmě: projeví-li
podobný interes i česká strana. ČR
je suverénní stát a zároveň součást
EU. To vedení korporace respektuje
a za nezbytnou podmínku pro potenciální
kooperaci považuje podpis
příslušné mezivládní dohody ČR
a Ruské federace, plně respektující
jak příslušnou českou a ruskou, tak
i evropskou legislativu.
