Čína a jaderné elektrárny

---

Čína jako první na světě zahájila komerční provoz jaderné elektrárny 4. generace

Světová ekonomika vyprodukuje ve skoro lineární závislosti tolik HDP, kolik spotřebuje energie, která je nenahraditelným komplementem všech ostatních výrobních vstupů. A vzhledem k ekonomickému zákonu vyrovnávání mezních produktivit výrobních faktorů jakékoliv zlevnění energií znamená zvýšení produktivity všech ostatních výrobních faktorů, jako je produktivita práce a technického vybavení a jakékoliv zdražení snižuje veškerou produktivitu a maže přínosy dosažené technologickým pokrokem. Pociťujeme to např. teď v Evropě, jejíž konkurenceschopnost v důsledku nedostatku levných energií klesá.

Proto je pro Čínu energetika mezi hlavními prioritami a mohutně investuje i do nových technologií, které mají představovat energetiku budoucnosti. Včetně jaderné fúze, kde kromě samotných pokusných fúzních reaktorů Čína dokonce už investuje i do určitých doplňkových technologií, které bude nutno také vyvinout, aby šlo fúzi komerčně využít. Jenže fúze je energií příštích generací. Novou formou spolehlivé a dostupné energie, která je už skoro na dosah, jsou jaderné reaktory 4. generace. Ty se v různých formách už zkouší.

A nejen to, právě bylo totiž oznámeno první komerční zprovoznění jaderného elektrárenského bloku 4. generace, který má už za sebou programy testovacího provozu. A nemělo by překvapit, že k tomu došlo v Číně v jaderné elektrárně Shidaowan. Zahájení komerčního provozu bylo 6. prosince ohlášeno čínskou společností jaderné energetiky China National Nuclear Corporation (CNNC) po 168 hodinách nepřetržitého závěrečného testovacího provozu.

Jde tedy o první komerční jaderný blok 4. generace. Vyvíjené bloky 4. generace mohou spočívat na více různých technologiích. Tento se zakládá na vysokoteplotním, plynem chlazeném reaktoru. Ve vývoji jsou reaktory 4. generace i s jinými chlazeními, např. pomocí roztaveného sodíku či olova, nebo reaktory na bázi thoriových solí, kdy řada těchto vývojových programů probíhá i v Číně.

Tento nyní již komerční reaktor je ovšem chlazen heliem. Helium je v jaderných technologiích velice oblíbený plyn, neboť díky jeho inertnosti se z něj pod vlivem radioaktivity nestává agresivně reaktivní látka.

Nový reaktor by měl skoncovat s řadou nevýhod, jaké dosavadní jaderné reaktory měly, v první řadě s nízkými teplotami. Současná jaderná energetika vyrábí páru o parametrech, jaké bývaly v tepelných elektrárnách obvyklé spíše před více než 100 lety, s teplotou páry o stovky stupňů nižší než v tepelných elektrárnách na fosilní paliva. V důsledku toho je proto zákonitě daleko nižší účinnost a na jednotku elektrického výkonu se vyžaduje daleko větší chladící výkon a spoustu chladicí vody. Reaktory 4. generace se však již dovedou účinnosti klasických tepelných elektráren díky vysokým teplotám přiblížit.

Tento reaktor by prý časem kromě výroby páry pro pohon elektrárenské turbíny mohl vyrábět i plynný vodík, aniž by k tomu potřeboval uhlíkaté sloučeniny. Vodík by se dále mohl využívat jako palivo nebo k chemické výrobě.

Zprovozněný první elektrárenský blok 4. generace v komerčním provozu se začal stavět jako zkušební zařízení v roce 2012 a v posledních letech v něm probíhal občasný zkušební provoz, kdy byl nadále zdokonalován.  Do jeho vývoje se zapojily stovky čínských podniků a institucí, takže vznikl kompletní domácí výrobní řetězec prakticky všech využívaných součástí a i skoro všechny materiály k tomu, tj. z 93,4 procent jsou domácí čínské produkce. Samozřejmě i veškeré potřebné intelektuální vlastnictví.

První spuštěný elektrárenský jaderný blok 4. generace se skládá ze dvou jaderných reaktorů po 250 megawattech tepelného výkonu pohánějících generátor páry, tedy vlastně parní kotel s výkonem 200 megawattů, co pohání parní turbogenerátor.

Zvláště pozoruhodná je úplně nová úroveň bezpečnosti u této jaderné technologie.

U všech jaderných reaktorů jsou vždy největší obavy, co by se mohlo stát, kdyby vypadlo chlazení. V Černobylu kvůli tomu po havárii museli kolem jádra starého reaktoru vybudovat sarkofág s novým chlazením a chladit trosky. Podobné je to i s elektrárnou v japonské Fukušimě, kterou zničila vlna tsunami a vyřadila na chvíli i chlazení.

Ale proti této největší noční můře bezpečnosti jaderných elektráren je nový blok jako první v historii spolehlivě ochráněn. I kdyby vypadlo chlazení, nic se nestane a nic se neroztaví. Jádro je konstruováno tak, že vydrží teplotu 1620 °C a nic se nestane, nic se neroztaví. Jedná se tedy nejen o historický průlom v tepelné účinnosti jaderných elektráren, ale i v jaderné bezpečnosti. Ani živelná katastrofa jako ve Fukušimě by následnou jadernou katastrofu nepřivodila.

Ve velice pokročilém stadiu vývoje jsou však v Číně i jiné průlomové technologie jaderné energetiky, které mají potenciál k revoluci bezemisních, ale vysoce spolehlivých technologií jádra na úplně nové úrovni hodné 21. století. Není to např. tak dávno, kdy jsme referovali o pokročilém stadiu čínského vývoje vysokoteplotních reaktorů na bázi thoriových solí, který je už ve stadiu provozních zkoušek.

Chystá Čína energetickou revoluci thoriových reaktorů?

Čína už staví jaderné elektrárny s vlastní technologií, a to nejen u sebe doma, ale i v zahraničí. Vlastní energetiku buduje doslova frenetickým tempem.  Od ledna do října 2023 dosáhl čínský instalovaný elektrárenský výkon 2,81 miliardy kilowattů, což je meziroční nárůst o 12,6 procenta. Ovšem jaderná revoluce čínské energetiky teprve začíná, když kapacita čínských jaderných elektráren je teprve 56,76 milionů kilowattů a obnáší zatím je asi 2 procenta energetiky země.

Nicméně aby si Čína udržela svůj status hlavní dílny současného světa, musí mít nutně největší elektrárenskou kapacitu na světě a levná a snadno dostupná energie je pro vysokou konkurenceschopnost na světových trzích ještě daleko důležitější, než třeba levná pracovní síla. Např. v současnosti se některým evropským představitelům nelíbí pokles konkurenceschopnosti evropského zboží a rostoucí obchodní deficit většiny evropských zemí s Čínou. Padají přitom i nesmyslná obvinění z čínských dotací atp. a ozývá se volání po protekcionismu.

Jenže pokles konkurenceschopnosti evropského průmyslu, dokonce i toho německého, který tradičně s Čínou vykazoval kladnou obchodní bilanci na rozdíl od většiny zbytku EU, jde silně ruku v ruce se zanedbaným řešením energetiky a vzestup konkurenceschopnosti Číny i přestože je už středně příjmovou zemí, jde ruku v ruce s energetickou prozíravostí, kdy na energetiku Čína vysoce sází svoji budoucnost.

A jak vidět sází na ni nejen z hlediska investic do budování energetických infrastruktur, ale i pokud jde o investice do vytváření nových průlomových energetických technologií, takže by se mohla zanedlouho stát i jedním z největších vývozců elektráren nových generací.

Karel Pavlíček je zvláštní korespondent China Media Group v Praze

Zpět na obsah

---

Technické podrobnosti reaktorové jednotky HTR-PM

Vysokoteplotní reaktor chlazený plynem – modul s oblázkovým ložem (HTR-PM) je modulární vysokoteplotní reaktor chlazený plynem. Reaktor navrhl Ústav jaderné a nové energetiky AV ČR (INET), Tsinghua University of China. Současná konstrukce HTR-PM spadá do kategorie inovativních reaktorů malých rozměrů se dvěma moduly 200 MWe. V lednu 2006 se stal projekt s názvem „Large Advanced Pressurized Water Reactor and High-Temperature Gas-cooled Reactor Nuclear Power“ (velký pokročilý tlakovodní reaktor a vysokoteplotní plynem chlazený reaktor) jedním z 16 prioritních projektů Čínského vědeckotechnického plánu na období roku 2006 – 2020.
V únoru 2008 byl schválen prováděcí plán a rozpočet projektu HTR-PM Státní radou Číny.
Výstavba demonstrační jaderné elektrárny ve městě Rongcheng v provincii Shandong v Číně začala v roce 2012 a prvního kritického stavu dosáhl reaktor v roce 2021. Do rozvodné sítě byly generátory připojeny 6. 12. 2023.

Reaktor HTR-PM používá helium jako chladivo a grafit jako moderátor i konstrukční materiál a jednozónovu konstrukci jádra s kulovými palivovými články. Válcová aktivní zóna reaktoru má vnější průměr 3,0 m a efektivní výšku 11,0 m. Efektivní objem aktivní zóny je 77,8 m³. V rovnovážném stavu aktivní zóny reaktor obsahuje 420 000 palivových článků.

Primární chladicí médium – helium – pracuje při tlaku 7,0 MPa. Jmenovitý hmotnostní průtok je 96 kg/s. Héliové chladivo vstupuje do reaktoru ve spodní části uvnitř tlakové nádoby o vstupní teplotě 250 °C. Chladicí médium pak proudí vzhůru v bočních kanálech grafitového reflektoru až do horní úrovně, kde se obrací směr proudění směrem dolů do oblázkového lože. Obtokové proudy vede do trubek pro vypouštění paliva, aby se palivo ochladilo a do kanálů pro chlazení regulačních tyčí.
V aktivním reaktoru se zahřívá helium v aktivní zóně na průměrnou výstupní teplotu 750 ºC a poté proudí do parního generátoru.

Za zmínku stojí forma použitého paliva. Místo běžných kazet s palivovými proutky z tablet paliva jsou zde použity kulové palivové elementy z obohaceného uranu (8,5 % hmotnostních ²³⁵U s průměrem 50 mm, opláštěné třemi vrstvami uhlíkového kompozitu

V současné době se pro technologii HTR-PM předpokládá palivový cyklus LEU uran-plutonium Once-Through. Ve srovnání se stávajícími technologiemi vodou chlazených reaktorů využívá zdroje uranu efektivněji. Vyhořelé palivo může být přepracováno, aby se získaly zbývající štěpné materiály ve vyhořelém palivu, a tím se lépe využít zdroje štěpných materiálů.
HTR-PM je flexibilní v technologiích palivového cyklu a je schopna využívat i thoriovo-uranový palivový cyklus. Vzhledem k velkému množství zdrojů thoria v Číně má tedy technologie HTR-PM dobré vlastnosti z hlediska udržitelnosti.

Další podrobnosti naleznete v technickém listě jednotky a také na stránkách MAAE ARIS (databáze pokročilých reaktorových systémů, položka HTR-PM).

Zdálo by se, že výhody hélia jako chladiva jsou převažující kvalitou pro volbu reaktoru. Pravda je taková, že hélium je velmi lehký vzácný plyn, snadno unikající do atmosféry a odtud do meziplanetárního prostou. Neumíme je vyrobit umělou cestou a získává se jako vedlejší produkt ze zemního plynu s obsahem helia – největšími producenty jsou USA a Rusko.

Ve vesmírném měřítku je helium druhým nejvíce zastoupeným prvkem. Vyskytuje se především ve všech svítících hvězdách, kde je jedním z mezistupňů termonukleární syntézy, jež je podle současných teorií základním energetickým zdrojem ve Vesmíru. Tvoří přibližně 25 % hmoty okolního pozorovatelného Vesmíru.

Viz

• Helium – Wikipedie (cz)
• Světu dochází hélium, vyrobit uměle ho nelze
• Jak se získává a vyrábí helium

Zpět na obsah

---

Generální ředitel MAAE Grossi v Číně: Jaderná energetika, bezpečnost a spolupráce

Joanne Liou, IAEA Office of Public Information and Communication
Sinead Harvey, IAEA Office of Public Information and Communication

Na celém světě se staví přibližně 60 jaderných reaktorů a více než 400 jich je v provozu. Zatímco v současnosti je Čína na třetím místě ve výrobě jaderné energie – po Francii a Spojených státech amerických – očekává se, že do roku 2030 bude tato země v instalovaném výkonu jaderné energie světovým lídrem. „Rychlost růstu jaderné energetiky v Číně je pozoruhodná, od prvního jaderného reaktoru, který se připojil k síti v roce 1991, až po 55 jaderných reaktorů v provozu v současnosti,“ uvedl Rafael Mariano Grossi, generální ředitel MAAE. Pan Grossi byl tento týden v Číně, kde se setkal s několika vysoce postavenými úředníky a navštívil jaderná zařízení a instituce v Pekingu, Šan-tungu a Šanghaji.

Čína je na prvním místě v počtu rozestavěných jaderných reaktorů; ve výstavbě má 22 reaktorových bloků, které jsou soustředěny podél východního a jižního pobřeží. Podle nejnovější zprávy Blue Book of China Nuclear Energy Development Report bude do roku 2035 výroba jaderné energie v Číně představovat 10 % výroby elektřiny v zemi.

„Čína je lídrem v podpoře mírového využití jaderné energie, pokud jde o instalovaný výkon a technologie. Tento impozantní vývoj demonstruje jaderná elektrárna Shidaowan,“ řekl pan Grossi během své čtvrteční návštěvy Shidaowanu, známého také jako zátoka Shidao, v provincii Shandong na východě Číny.

„Vysokoteplotní plynem chlazený reaktor (HTGR) v elektrárně Shidaowan o výkonu 200 MWe má jedinečné konstrukční vlastnosti, díky nimž je účinnější a ve své podstatě bezpečnější, a má velký potenciál pomoci splnit cíle čisté nuly,“ dodal pan Grossi. HTGR se poprvé připojil k síti v prosinci 2021. V Shidaowanu probíhá také výstavba dvou bloků tlakovodního reaktoru CAP1400.

V roce 2020 se prezident Si Ťin-pching zavázal, že Čína se do roku 2060 stane z předního světového producenta emisí CO2 zemí s nulovými emisemi uhlíku. „Jaderná energie jako čistý, nízkouhlíkový a účinný zdroj energie pro základní zatížení hraje důležitou roli při naplňování Agendy OSN pro udržitelný rozvoj 2030. Pro Čínu je také důležitou možností, jak zabezpečit dodávky energie, optimalizovat energetický mix a dosáhnout cílů maximálních emisí uhlíku a uhlíkové neutrality,“ napsal Zhang Kejian, předseda Čínského úřadu pro atomovou energii, v dokumentu MAAE Jaderná energie pro svět s nulovými emisemi.

Čínská jaderná energetika se stala soběstačnou v oblasti projektování a výstavby reaktorů i výroby jaderných komponent a zařízení. Pan Grossi ve čtvrtek navštívil Šanghajský výzkumný a konstrukční ústav jaderné techniky (SNERDI) a společnost Shanghai Electric (SEC), jednu z hlavních čínských společností vyrábějících zařízení pro jadernou energetiku. „Jaderný průmysl v Číně utváří budoucnost jaderné energetiky. Schopnosti SNERDI v oblasti navrhování pokročilých jaderných technologií jsou vynikajícím příkladem zářné budoucnosti jaderné energetiky, zatímco společnost SEC svým výzkumem a vývojem a výrobou řady produktů pro jadernou energetiku umožňuje spolehlivou a čistou energetickou budoucnost v Číně i mimo ni,“ řekl pan Grossi.

V pátek se generální ředitel setkal s Qian Zhiminem, předsedou představenstva společnosti State Power Investment Corporation (SPIC). SPIC vlastní řadu jaderných elektráren ve výstavbě i v provozu. „Společnost SPIC je jedním z klíčových průmyslových subjektů, které jsou hnací silou dynamického rozvoje čínské jaderné energetiky, a je vynikajícím příkladem integrace energetických systémů,“ uvedl pan Grossi.

Gu Jun, generální ředitel Čínské národní jaderné korporace (CNNC), a pan Grossi si rovněž vyměnili důležité informace o civilním jaderném programu a perspektivách země.

Začátkem tohoto týdne pan Grossi navštívil Čínský institut atomové energie, hlavní výzkumný ústav CNNC, kde se setkal s výzkumnými pracovníky a diskutoval o úloze jaderné technologie při řešení globálních výzev. CNNC je zakládajícím členem Vídeňské skupiny, iniciativy pana Grossiho, která sdružuje hlavní hráče v jaderném průmyslu s cílem podpořit MAAE v jejím poslání urychlit a rozšířit přínos jaderných technologií k plnění environmentálních, sociálních a ekonomických cílů a ke zlepšení zdraví a blahobytu lidí.

Posílení spolupráce

Během návštěvy pana Grossiho v tomto týdnu se diskutovalo také o jaderné bezpečnosti v Číně a na mezinárodní úrovni. Vzhledem k tomu, že Čína rozšiřuje svůj program jaderné energetiky, bude dále posilovat spolupráci s MAAE v oblasti jaderné bezpečnosti. „Pro rozvoj jaderné energetiky je zásadní hluboký závazek k jaderné bezpečnosti,“ řekl pan Grossi po setkání s panem Dong Baotongem, náměstkem ministra ministerstva ekologie a životního prostředí a správcem čínského Národního úřadu pro jadernou bezpečnost.

V průběhu týdne se pan Grossi setkal s čínským státním radou a ministrem zahraničních věcí Qin Gangem a náměstkem ministra zahraničních věcí Ma Zhaoxuem. Diskutovalo se o otázkách společného zájmu, včetně vyčištěné vody ALPS, programu AUKUS a jaderné bezpečnosti a zabezpečení v ukrajinské Záporožské jaderné elektrárně (ZNPP).

Začátkem tohoto měsíce pan Grossi uvedl, že pokračuje v intenzivních jednáních se všemi zúčastněnými stranami s cílem zajistit ochranu ZNPP. Generální ředitel uvedl, že jeho cílem je dosáhnout dohody o souboru zásad na ochranu ZNPP během ozbrojeného konfliktu, které by zahrnovaly také dostupnost a bezpečnost vnějších dodávek energie po celou dobu.

„Čína rozhodujícím způsobem podpořila mé úsilí o ochranu bezpečnosti a zabezpečení ukrajinské Záporožské jaderné elektrárny,“ uvedl pan Grossi po setkání s panem Qinem. Kromě Záporoží jsou experti MAAE trvale přítomni i v dalších ukrajinských jaderných elektrárnách – Chmelnické, Rivenské a Jižní Ukrajině – a v Černobylu.

Při středečním setkání s předsedou Čínské agentury pro mezinárodní rozvojovou spolupráci (CIDCA) Luo Zhaohuiem pan Grossi zopakoval společný závazek MAAE a Číny vůči cílům udržitelného rozvoje OSN. V říjnu 2021 podepsala MAAE s agenturou CIDCA dohodu o posílení spolupráce Jih-Jih a trojstranné spolupráce. V rámci této dohody MAAE využívá bohaté institucionální zkušenosti Číny, aby pomohla rozvojovým zemím v jejich úsilí o dosažení cílů udržitelného rozvoje. Jedná se o první dohodu svého druhu, kterou MAAE uzavřela s národní zahraniční rozvojovou agenturou.

V Pekingu se pan Grossi setkal také se studenty a vyučujícími na univerzitě Tsinghua a v nemocnici Peking Union Medical College. MAAE a Peking Union, přední lékařské centrum v oblasti výzkumu a péče v nukleární medicíně a radioterapii, budou spolupracovat prostřednictvím projektu Paprsky naděje na rozšíření dostupnosti radioterapie v Číně i jinde, uvedl pan Grossi.

Na univerzitě Tsinghua diskutoval pan Grossi o úloze jaderných technologií při řešení problémů na celém světě. „Jaderná technologie může být součástí řešení, zlepšit zdraví a přispět k udržitelné a bezuhlíkové budoucnosti,“ řekl během svého hlavního projevu.

Zpět na obsah

---

Grafický přehled „Stav jaderné energetiky v roce 2022“

Zpět na obsah

[VB]