Všech šest provozovaných jaderných bloků v České republice bylo vybudováno pod koordinací českých podniků a většinou zařízeno výrobky českých a slovenských firem. Pouze projekt jaderného ostrova byl zakoupen a přizpůsoben českým projektantem. Výstavba plánovaných nových bloků v Česku skýtá šanci pro obnovení schopností českého průmyslu. Stručně jsou popsány důležité rysy potenciálních projektů a diskutováno, jak uchopit problém pro užitek české energetiky i českého průmyslu

V dubnu 2018 jsem v úvodní den Jaderných dnů na Západočeské univerzitě v Plzni přednesl příspěvek o stejném názvu, jaký jsem dal tomuto článku. Něco se od té doby změnilo, určité myšlenky z uvedeného příspěvku už byly akceptovány nebo se staly neaktuálními, nicméně hlavní poslání zůstává – účast českého a slovenského průmyslu na výstavbě nového jaderného zdroje a správný výběr projektu, který bude nejlépe dlouhodobě vyhovovat naší energetice. Zde přináším jen nejdůležitější teze.

ASEK A ČESKÉ JE

Existuje dlouhodobá shoda, že se musí postavit nové jaderné zdroje, především za odstavované elektrárny uhelné, avšak následně i za odstavované boky dukovanské. Dnes je ale i shoda, že nejekonomičtější řešení je dlouhodobý bezpečný provoz EDU. Při vhodné údržbě mohou bloky EDU pracovat ještě 30 let a po případném vyžíhání tlakových nádob reaktoru (TNR) ještě další léta, alespoň některé z nich. Pracovníci EDU provádí velmi užitečnou práci pro zajištění provozu dukovanských bloků do roku 2045 až 2047. To je velmi dobrá zpráva z hlediska energetické bilance, ale i z hlediska ekonomie ČEZu. Ještě nedávno byly totiž některými hodnostáři uváděny (bez analýzy) termíny odstavování bloků EDU po 40 letech provozu, vedly se diskuse o tom, co to je projektová, ekonomická a skutečná životnost daná stavem zařízení. Přesto, čím blíže budou bloky své reálné životnosti, tím přesnější odhad získáme o jejich skutečném dožití: 50, 55, 60…?

Žádoucí dlouhodobý provoz dukovanských bloků a paralelní výstavba a provoz nových bloků proto vyžaduje zpracovat společný harmonogram zohledňující

  • potřeby uvádění (všech) nových bloků do provozu z hlediska energetické bilance České republiky,
  • odstavování současných bloků EDU včetně uvolňování provozních specialistů a jejich využití při výstavbě nových bloků a
  • plynulý přesun techniky a kapacit specialistů mezi staveništi EDU a ETE, aby došlo k ekonomickým ztrátám a rozptýlení specialistů do jiných oborů – kolektiv pracovníků sladěný při výstavbě prvního z bloků je velkým bohatstvím pro výstavbu dalších bloků.

Takový objektivní harmonogram, beroucí v úvahu i aktuální energeticko-klimatický balíček, může ukázat na legitimnost přezkoumat postup realizace v jednotlivých lokalitách. Je potřebné si přitom uvědomit, že výstavba dvou bloků v jedné lokalitě bude levnější o společně sdílené zařízení staveniště, společně využívanou transportní a drahou těžkou zdvihací techniku, společně sdílené některé speciální profese specialistů, kteří mohou přecházet mezi bloky, transportní logistiku atd. Tato hodnota může dosahovat 30 až 40 miliard Kč.

JAKÉ BLOKY STAVĚT?

Projekt, který by měl být vybrán, musí nejlépe vyhovovat z hlediska jaderné a technické bezpečnosti a dát nejvíce práce českému (a slovenskému) průmyslu nejen při výstavbě, ale i během dlouhodobého provozu.

Minimální kritéria výběru by měla být:

  1. bezpečnost,
  2. objem práce (služby a náhradní díly) pro český a slovenský průmysl na celou dobu životnosti bloků > 60 let, na takové práci vyrostou noví specialisté, které náš průmysl i energetika potřebují, vyrostou při práci – (bez práce nikoli!!!) = šance uplatnit se na dalších zakázkách,
  3. transfer know-how,
  4. cena.

V ASEK se uvažuje o postupné výstavbě tří bloků, možná budou potřebné čtyři. Tyto bloky musí být stejné kvůli synergickým efektům jak ve výstavbě, tak i v provozu – stejné náhradní díly, stejné jaderné palivo, stejná podpůrná pracoviště ÚJV Řež, Ústav aplikované mechaniky (ÚAM), výrobní závody, vysoké školy…

Provozáci si rovněž velmi dobře uvědomují, jak dobré je patřit k větší rodině stejných bloků na (pokud možno blízkém) světě, kvůli sdílení provozních zkušeností. Být jediným blokem svého druhu znamená přijít o jedinečné zdroje provozních informací.

Pořizovací cena tedy zdaleka nemůže být jediným výběrovým kritériem. Je třeba brát v úvahu klady a zápory během celého provozního života, nejen období výstavby.

KTERÉ PROJEKTY JADERNÝCH OSTROVŮ BUDOU PRAVDĚPODOBNĚ NABÍZENY

Nabídky zřejmě přijdou z Číny (HPR 1000), Jižní Koreje (APR 1000+, resp. EU APR), USA (AP1000), Francie a + Japonska (ATMEA1) a Ruské federace (VVER-1200). Lze předpokládat, že ČEZ tentokrát omezí výzvu na výkonovou úroveň bloků do 1200 MWe. Tomu odpovídají i výše zmíněné projekty. Potenciální projekty jsou popsány mj. i na stránkách ČEZ, a. s., takže zde zmíním pouze rysy, které jsou podstatné z hlediska vývoje a užitné hodnoty.

  • Čínský HPR 1000 vznikl z projektu ACP 1000 a byl dovybaven systémy pasivního odvodu tepla z parogenerátorů a kontejnmentu (SPOT) podle petrohradského projektu VVER-1200. HPR 1000 však nemá lapač coria a spoléhá na udržení případné taveniny uvnitř tlakové nádoby reaktoru. Ve výstavbě jsou čtyři bloky s reaktory HPR 1000 a další dva reaktory tohoto typu se staví v Pákistánu. Provozní zkušenosti jsou zatím minimální. Systém primárního okruhu je třísmyčkový, parogenerátory vertikální.
  • Korejský přístup vychází ze sebedůvěry, že mohou nabídnout cokoliv, co si zákazník žádá. A tak vzniklo několik modifikací původních projektů APR 1400, APR 1000+, resp. EU APR. Původní APR má pouze dva bezpečnostní dieselgenerátory a jeden rezervní, který mohl zaskočit za libovolný nefunkční systémový. Přestože původní projekty APR byly z ekonomických důvodů s jednoduchým kontejnmentem (a patřily spíše do generace II), na nových obrázcích se již objevuje dvojitý kontejnment, a dokonce i náznaky systémů pasivního odvodu tepla (SPOT) podobné petrohradskému VVER-1200. Hloubku rozpracovanosti nelze z demonstračních modelů a obrázků posoudit. Tyto bloky nikde nejsou ve výstavbě.
  • Projekt AP 1000 je dosud na počátku provozu v Číně a pomalu postupuje jeho realizace v USA. Určité výhrady k němu byly vyjádřeny v mém článku “A few unanswered questions about AP 1000”, který vyšel v posledním čísle časopisu Bezpečnost jaderné energie na jaře 2019. Tento projekt se neujal nikde v Evropě, dlouhodobé provozní zkušenosti nejsou.
  • ATMEA 1 má jednoduchý kontejnment, není dosud nikde realizován a patří spíše do generace II.
  • Petrohradský projekt jaderného ostrova VVER-1200 je evolučním pokračováním VVER-1000. Má čtyři aktivní bezpečnostní systémy (podobné jaké známe u VVER- 1000, tam jsou tři), má lapač coria a originální systémy pasivního odvodu tepla (SPOT) z parogenerátorů i z dvojitého kontejnmentu. Jde o řešení, které neušlo konkurentům, a tak se v kopii dostalo do nových projektů korejských i čínských. Aktivní bezpečnostní systémy mají na rozdíl od VVER-1000 čtyřnásobnou redundanci a jde o největší redundanci aktivních bezpečnostních systémů mezi projekty generace III+. Pro český průmysl, ale i českého provozovatele, má tento projekt velmi praktický rys – v první řadě jde o shodnou a osvědčenou ocel primárních komponent s VVER-1000 (materiál 08CH18N10T), o zvládnutou chemii vody primáru i sekundáru, která, jak ukazuje zkušenost, zajišťuje jedny z radiačně nejčistších okruhů a tím radiačně nízkou zátěž personálu, jde o dlouhodobou provozní zkušenost i zkušenost zvládnuté údržby. Máme vybudovanou silnou infrastrukturu podpůrných ústavů a organizací zajišťující prakticky nezávislost. Je toho mnoho, o čem by bylo možné napsat další článek.

Bezpečnostní výhodou jsou horizontální parogenerátory s velkým objemem kotlové vody i chladiva ve smyčkách primárního okruhu. Tato výhoda má sice svou stinnou stránku v pomalejším ohřevu primáru po odstávce a pomalejším vychlazování při uvádění bloku do stavu pro výměnu paliva, ale při volbě 18měsíčních období mezi překládkami je tento negativní rys zanedbatelný.

V atmosféře protiruských politických vášní nebude mít výše uvedené hodnocení na růžích ustláno. Jde-li o prospěch republiky, měly by jít ale vášně stranou. Koneckonců existuje legitimní otázka, proč američtí astronauti využívají dlouhodobě k cestám do kosmu a zpět ruské rakety. Jsou prostě spolehlivější a dávají větší šanci cestu přežít.

JAKÉ POŽADAVKY BY PROJEKT MĚL TAKÉ SPLŇOVAT? CESTA PRO ČESKÝ PRŮMYSL

V každém případě bude nutné vzít v úvahu důvody, které vedly jiné evropské státy k určitým požadavkům, které mohou být vylučující, jako například

  • nutnost plnohodnotného dvojitého kontejnmentu = vyjádřeno v UK GDA pro GIII
  • lapač taveniny aktivní zóny, tam kde nebylo dostatečně prokázáno, že udržení taveniny aktivní zóny v tlakové nádobě reaktoru není založeno pouze na výpočtech
  • systémy pasivního odvodu tepla z aktivní zóny a kontejnmentu

Dopravní náklady na velké komponenty budou zatěžovat náklady na celkové dílo. Je třeba uvážit i trvalé udržování dopravních cest pro případ potřeby výměny některých velkých komponent. Na úpravu transportních tras je nesmyslné uplatňovat „obálkovou metodu“ (tj. aby trasa vyhověla největším a nejtěžším komponentám libovolného z výrobců, které nakonec nebudou transportovány). Tyto náklady jdou samozřejmě k tíži investora.

Důležité je mít zajištěnu podporu po celou dobu provozování nových bloků. K tomu vede cesta, kterou máme vyzkoušenu ze stavby všech našich jaderných bloků:

  • Vyjednat možnost koupě nejlepšího projektu “jaderného ostrova“, který je dnes na trhu, a který nejlépe vyhovuje naší energetice a našemu průmyslu. Je to projekt VVER-1200 petrohradského AEP, realizovaný v Evropě ve Finsku, Maďarsku, Rusku a Bělorusku. Obvyklá cena projektu celého jaderného bloku (NI, TI, BOP) a projektového inženýrství je ~ 7 % z ceny bloku. Bez turbínového ostrova jde o cca 4 % z ceny bloku. Při opakovaném užití projektu lze vyjednat slevu.
  • Vypracovat vlastní projekt konvenčního ostrova a integrovat jej s projektem jaderného ostrova Energoprojektem Praha. Důležitý je kvalitní všeprofesní projekt – bez kolizí a potřeby dopracovávání během výstavby. Proto je role EGP klíčová.
  • Použít architekturu projektu systému kontroly a řízení jaderného ostrova a realizovat jej českou technikou ZAT. Algoritmy řízení pro jaderný ostrov neměnit, pouze je kvalifikovaně navázat na algoritmy zařízení strojovny.
  • Podobným způsobem postupovat i u elektrozařízení.
  • Strojní zařízení strojovny (Doosan Škoda Power spolu s BRUSH SEM – bývalá Škoda ETD).
  • Zařízení vnějších objektů i zařízení jaderného ostrova dodat dalšími českými a slovenskými firmami, u nichž bude jednak záruka kvality, ale i dlouhodobého servisu.
  • Samozřejmostí je celková stavební dodávka českými firmami – včetně dvojitého kontejnmentu.

Že to nejde? Zkuste předstoupit před Francouze a sdělit jim, že základní zařízení do jejich elektráren nebudou dodávat francouzské firmy.

ORGANIZACE VÝSTAVBY

Organizace výstavby by měla být v rukou českého subjektu. Škoda Praha není nyní v dobré kondici, to však neznamená, že k době zahájení výstavby nemůže být. Co pro to udělat?

Minimálně:

  • vytvořit jasnou funkční organizační strukturu a kompetentně ji obsadit,
  • personálně posílit,
  • vychovat specialisty pro roli GDt.

Role generálního dodavatele technologie (GDt) se může ujmout i jiná firma – např. Škoda JS, mající ambice uplatnit se na mezinárodním trhu jako exportér investičních celků, nikoliv jako pouhý kusovkář.

Poznámka: Jako majetek ČEZu má Škoda Praha spíše zápornou hodnotu. Bylo by dobré ji odkoupit státem a vybudovat silnou investičně inženýrskou firmu, která by obnovila schopnosti řídit velké investiční celky pro domácí i zahraniční akce. To velmi záleží na přístupu MPO a snaze pomoci českému průmyslu k návratu mezi vývozce investičních celků.

ENERGETICKÁ BEZPEČNOST REPUBLIKY

Energetická bezpečnost je jistota, že kdykoliv v budoucnosti bude mít český průmysl a domácnosti dostatek elektrické energie. Nejbezpečnější pro republiku je nezávislost na zahraničních subjektech, ani na těch nejlepších = spoléhat na sebe.

Mít veškerou dokumentaci, schopnost výroby náhradních dílů, údržby domácími firmami, zavedené inženýrské podpory, … po dobu celé životnosti zařízení. Tomu odpovídají výše uvedené požadavky na projekt a způsob realizace.

SCHOPNOST ČESKÉHO A SLOVENSKÉHO PRŮMYSLU

Existují hlasy, že výstavbu bloků už neumíme. Bohužel je jim bezmyšlenkovitě nasloucháno. Uvádí se příklady Ledvice, Prunéřov, Mochovce. Tyto příklady jsou ale spíše ukázkou selhání celého investorsko-dodavatelského řetězce, v němž hlavní podíl nese investor (majitel – ČEZ, resp. u MO 3, 4 SE – ENEL). Specialisté na výstavbu věděli již na začátku realizace staveb, že nastavená organizace výstavby i výběru řídicího personálu nepovede žádoucím směrem.

Český i slovenský průmysl je na tom dnes tisíckrát lépe, než když jsme začínali, i když některé znalosti a dovednosti bude nutné obnovit. Stále však máme schopnosti podílet se na dodávkách:

  • EGP Praha dokáže vytvořit projekt stavební, strojní, elektro i řídicí techniky
  • ZAT – veškerá řídicí technika celého bloku, včetně řídicích systémů, bezpečnostních systémů (výroba, dodávka, zprovoznění, údržba, obnovování)
  • SIGMA – veškerá čerpací technika (kromě HCČ)
  • Doosan Škoda Power – veškeré zařízení turbínového ostrova, včetně subdodávky generátoru 1200 MW od firmy BRUSH SEM (dříve Škoda ETD)
  • elektrotechnická zařízení, rozváděče, včetně jejich výzbroje (EZ, BEZ, PPA Bratislava…)
  • veškeré stavební objekty (reaktorovna, kontejnmenty, strojovna, vedlejší objekty, chladicí věže…)
  • veškerá (oheň nešířící i nehořlavá) kabeláž
  • výměníky tepla (MICO Třebíč, SES Tlmače, KSB…)
  • většina armatur pro jadernou i nejadernou část elektrárny
  • vysokotlaké nádoby jako kompenzátor objemu atd. (Vítkovice)
  • zařízení pro úpravu vody
  • vzduchotechnika (ZVVZ Milevsko a Vzduchotechnika Trenčín)
  • většina pomocných systémů jaderného ostrova (Královopolská Brno)
  • vnitřní části jaderných reaktorů (ŠKODA JS). ŠKODA JS si opět troufá i na tlakové nádoby reaktorů.
  • výcvikové trenažéry (simulátory) – pro každou lokalitu (OSC Brno)
  • vědecké vedení spouštění (VÚJE Trnava)
  • …

CO JE NUTNÉ OBNOVIT? NEJEN PRO VÝSTAVBU JADERNÝCH BLOKŮ

  • investorskou dovednost (ČEZ)
  • schopnost řídit velké stavby formou generálního dodavatele

Při takové práci vzniká vysoká přidaná hodnota – pokud se to umí. Vysoká přidaná hodnota vzniká tam, kde je v práci obsažen vysoký podíl duševního umu. Je těžké si představit, že skladníci pracující ve skladech Amazon či velkoskladech náhradních dílů Mercedes-Benz budou nositeli rozvoje národního hospodářství.

CO PŘINESE STAVBA NOVÝCH JADERNÝCH BLOKŮ DOMÁCÍMI SILAMI?

  • kvalifikovanou práci pro český průmysl
  • dlouhodobou kvalifikovanou práci pro inženýrsko-technickou podporu
  • dlouhodobou kvalifikovanou práci pro odborná pracoviště
  • servis a výrobu náhradních dílů po celou dobu provozování bloků
  • pokračování práce v klubu těch, kteří to umějí – prestiž českého průmyslu

Že už to neumíme? Uměli jsme to nejlíp na světě! V Dukovanech byly uvedeny do provozu čtyři bloky během 28 měsíců. Bez práce, bez nového politického zadání to ale umět nebudeme. MPO by mělo zavelet!

ŘEŠENÍ JE TEDY NASNADĚ

Je potřebné

  • nehledat důvody, proč to nejde a pustit se do práce:
  • vytvořit kvalifikovaný plán dalšího postupu (módně road map) těmi, kdo to umí,
  • začít s projektovou a investiční přípravou,
  • rozhodující je najít na vedoucí pozice správné odborníky, ne přátele přátel!

doc. Ing. František Hezoučký, Ph.D.

 

doc. Ing. František Hezoučký, Ph.D.

Absolvent ČVUT, Fakulta strojní, Katedra tepelně energetických zařízení (1965). Profesní kariéru začínal v JE A1 na Slovensku jako operátor, vedoucí bloku a nakonec směnový inženýr. Posléze přešel jako vedoucí energetického spouštění na V1 EBO. V roce 1979 přešel do EDU, kde byl Hlavním inženýrem pro techniku a technologii a posléze Hlavním inženýrem spouštění všech čtyř bloků EDU. Z Dukovan přešel koncem 1987 do ETE na přípravu provozu a spouštění. Od roku 1993 působil ve Westinghouse a Colenco. V roce 1999 se vrátil do ETE a ČEZ. Jako místopředseda představenstva a ředitel divize výstavby ETE spustil oba bloky JE Temelín. Po pětiletém působení v MAAE přešel v roce 2008 k firmě WorleyParsons. Od roku 2010 působí jako nezávislý expert a vysokoškolský učitel na ZČU v Plzni a ČVUT v Praze. Habilitoval v roce 2005 a doktorát obhájil v roce 2019.

Zdroj: Jaderná energie/Jadrová ernergia č. 2/2020

A Few Unanswered Questions About AP1000

František Hezoučký, University of West Bohemia

Desctriptory INIS: AP1000, RESIDUAL HEAT, OPERATOR, CONTAINMENT, SECONDARY CRITICALITY, REACTOR COOLING PUMPS, LOCA, SAFETY SYSTEMS

Short introduction of AP 1000

There are many promising and innovative ideas in the AP1000 design, e.g.:

►Canned reactor cooling pumps (RCP) with flywheels from depleted uranium,

►Using natural circulation for residual heat removal in abnormal operation modes and in case of LOCA accident and therefore minimization of expensive active safety systems,

►In-vessel retention (IVR) of melted corium in case of serious accident, etc.

There are, however, some potential questions related to such low-cost solutions. They require explanation. It is quite well known, that AP1000 was offered to some other European countries (Finland, UK) in the past, but decision for realization was not positive in any of them.

Here are some questions related to AP1000, which need to be answered:

1. Containment and Shield building

The shield building is just a “chimney” for natural circulation. It would not be an adequate containment by itself since the building is ventilated.  There are some additional questions:

a) How is a single containment justified when the standard established in UK for GIII+ e.g. EPR GDA is for double containment?

b) The tank at the top of the containment building is part of the passive safety system, so the vulnerability of it by virtue of its position and a single impact barrier seems to be incompatible with its class 1 safety status.

c) The shield building could be also vulnerable to mortar attack in our present-day terrorist threatened world.

d) It is impossible to test periodically the passive function of metallic containment. It would be difficult, and the adverse effects on the containment of testing are likely to be undesirable. To date, testing has been done on part-scale models in which size and flow rates of the full-scale system have not been replicated.

e) The shield building is designed to protect the cylindrical shell against aircraft crash. However, in case of attack to the upper part, under the „bottle neck“, where air inlets are located, could conceivably break off. The main concern is the vulnerability of the storage tank which has Class 1 safety system status.

2. Reactor Cooling Pumps – RCPs

The RCPs are designed as canned pumps, which have no deficiency of standard RCPs’ sealing systems.  Such canned RCPs have, however, a rundown time just 20 seconds since diameter of the flywheel is small. I.e. the AP1000 design shall calculate with inertia of the coolant flow till residual and accumulated heat is able to be cooled by natural circulation. After electrical power stoppage of all RCPs, the short-time-boiling of coolant will very probably occur. Deposit of H3BO3 on fuel cladding is possible in such case.

Note: EPR and all WWERs RCPs have rundown 150 – 180 seconds.

RCPs have no ratchet pawl. I.e. – in case of one of RCPs stoppage, shut downed RCP will transit into the turbine mode with quite high negative RPMs. Such RCP will not be possible to start again before shutting down of whole power unit, then start all RCPs on low speed in the pump mode, and new start-up of the unit. It is not practical for operation.

3. In-Vessel Retention (IVR)

In-vessel retention (IVR) is a beautiful idea, however, some specialist experts have a problem to accept any solution which is based just on calculation. There is also concern, that long term IVR cooling can cause deposit of H3BO3 and thermo-insulation of reactor pressured vessel (RPV) wall. It should be determined how such effect is presumed in safety analysis.  Some specialist experts are more concerned about core disruption and the ability to maintain a control and cooling configuration in the event of a large scale LOCA.

Note: Mitsubishi has also IVR in its new design but uses (firefighting) water for cooling of RPV’s outside surface and gives no full credit to IVR. Therefore, the core catcher is also presumed in Mitsubishi design.

4. Diesel generators

There seem to be non-safety qualified (safety) systems. With two diesel generators in one proximal location, both diesels could, theoretically, be lost at the same time. E.g. consequently, after a destruction of the upper part of the shield building, both active and passive cooling features would be non-functional.

The Safety Case for AP 1000 puts different components and systems into a number of classifications. Only Class 1 systems are required to have full protection from seismic, external hazards etc. The passive safety systems are Class 1. The active systems which require pumps, valves and electrical supplies are not. So, diesels are not treated as Class 1 Safety systems. This is in keeping with the Westinghouse design philosophy. I and some of my colleagues have had a problem with this concept. There is also an unanswered question.

5. Secondary Criticality

In the Westinghouse seminar at the Prague Technical University, „secondary criticality” did not appear to be taken into account. Wouldn’t it be the case, in a steam-line rupture, when the coolant temperature falls down quickly (after scram) due to SG evaporation, the reactor could become critical at quite a high temperature, in spite of inserted mechanical absorbers, if the H3BO3 concentrate is not immediately injected? This is not something we have examined.

6. Fast closing/opening valves

Fast closing/opening valves are driven by an explosive (squib valves). Therefore, it is impossible to test them periodically every year. Westinghouse presumes testing 20% of them every 18 months. I.e. every squib valve can be tested in 7,5 years. It seems to be insufficient for valves related to safety systems Class 1.

There is very little operating experience of squib valves of the size planned for AP1000. The issue of functional testing has also been raised, as well as the question of managing explosive devices within a site.

It seems to be only a detail that RCPs are designed for 60 Hz in light of above-mentioned safety concerns. Nevertheless, long-term reliability of converter 50/60 Hz for RCP’s power supply is the task for future operators .

Published in Bezpečnost jaderné energie 5/6, 2019