Spouštění jaderné elektrárny Temelín ALTERNATIVNÍ ENERGETIKA 2/2001 Ing. Jiří Fleischhans V současné době dosáhl 1. blok jaderné elektrárny Temelín výkonu 75%. Proběhlo už více než 16 měsíců od zahájení zavážky paliva do reaktoru. Je to moc, málo anebo je to doba přiměřená? Na tuto otázku nelze odpovědět jednoduše a zejména ne bez znalosti toho, co všechno se v průběhu uvádění jaderné elektrárny do provozu musí udělat. Spouštění jaderné elektrárny je dlouhodobý proces, který začíná velmi dlouho předtím, než je možno do reaktoru zavést první palivo a končí rovněž velmi dlouho po zavezení paliva, které ke velmi silným psychologickým momentem. Jaderná elektrárna se zpravidla staví na "zelené louce". Její výstavba znamená připravit staveniště, vybudovat energetické sítě a zázemí pro stavbaře a montážní organizace. Je třeba v předstihu vybudovat vodní díla, která umožní zásobovat elektrárnu vodou a přebytečnou vodu zase vypouštět (přehrada na Vltavě v Hněvkovicích, odkud se voda čerpá do vodojemů elektrárny a přehrada Kořensko, kde se přes malou peltonovu turbínu odpadní voda vypouští zpět do Vltavy). Na staveništích se budují lokální zdroje tepla, úpravny vody, zdroje stlačeného vzduchu a technických plynům rozvodny vyráběné elektřiny, dieselgenertorové stanice pro zajištění energie pro potřeby stavby a po uvedení do provozu pro zjištění rezervního napájení. Ve stejném období se stavějí základní budovy pro technologii, nejviditelnější je soubor chladících věží, budova reaktoru a strojovna turbogenerátorů. V technologických budovách se s dokončováním stavby montuje technologické zařízení. Současně se stupňuje dozorná činnost Státního úřadu pro jadernou bezpečnost a dalších dozorných orgánů, které sledují jakost prováděných prací a soulad s projektem. Pro jaderná zařízení předepisuje Atomový zákon a jeho prováděcí vyhlášky velmi pozorně, Jak se zkoušky velmi podrobně dokumentují a vyhodnocují. Pro všechny zkoušky jsou zpracovány písemné programy, které před realizací procházejí oponentním řízením dodavatele a investora. Programy zkoušek zařízení, které má vliv na jadernou bezpečnost dále schvaluje SÚJB (a v některých případech i další dozorné orgány, např. ITI, hasiči apod.). Programů spouštění pro jeden blok je několik set a každý obsahuje celou řadu zkoušek. Schválením programu však činnost dozoru nekončí, o každé zkoušce je vyhotoven protokol, který je opět posuzován a schvalován. Takto rozsáhlý komplex zkoušek je nutno nějakým způsobem strukturovat, rozdělit do vzájemně provázených a na sebe navazujících bloků, které jsou specifikovány již v úvodním projektu elektrárny.
1. Systémy, zajišťují potřeby zařízení staveniště. 2. Systémy zajišťující přívod elektrické energie pro vlastní spotřebu elektrárny. 3. Zkoušky a postupné uvedení do provozu zdrojů a skladů pomocných médií, systém pro likvidaci a odvod odpadních látek z výrobního procesu.
Nejrozsáhlejším komplexem v tomto bloku je uvádění systémů zajišťujícíchdodávku technologické vody, počínaje vodním dílem Hněvkovice, zprovoznění vodojemů, chemické úpravny vody a vodního hospodářství hlavního systému chlazení TG ( vodní hospodářství chladících věží). 4. Pomontážní čistící operace (PČO). Pomontážními čistícími operacemi je uzavírána montážní činnost, jejich cílem je dočistění vnitřních povrchů technologických systémů na požadovanou úroveň. Součástí PČO je i montáž a demontáž nezbytných provizorií. Součástí PČO, kde je to nutné, je i chemická úprava vnitřních povrchů, sušení a konzervace, pokud systémy nezůstávají již zaplněny médii. 5. Předkomplexní vyzkoušení (PKV) systémů primárního okruhu (PO) a sekundárního okruhu (SO), včetně jejich ASŘTP a elektrického napájení v rozsahu, potřebném pro provedení integrované hydrozkoušky (IHZ, viz odst. 7). Cílem PKV je provést všechny zkoušky jednotlivých systémů, které nejsou podmíněny existencí neutronového toku v reaktoru, výskytem radioaktivních látek, které nepotřebují vývin tepla v reaktoru a funkční proces jeho přeměny na elektrický výkon. Komplex zkoušek vytváří podmínky pro to, aby všechny zkoušené systémy byly připraveny na zkoušky, kde se prověřuje jejich spolupráce - IHZ a zkouška a zkouška integrity kontejnmentu (ZIK, viz odst. Provádějí se následující zkoušky: o o
o o
o
zkoušky elektrosystémů napájení vlastní spotřeby včetně náhradních zdrojů - bez návaznosti na technologická zařízení. zkoušky systémů ASŘTP bez návaznosti na technologické systémy, zkoušky s technologií v "revizní poloze" a provozní ověřování algoritmů ovládání, kde je to možné zkoušky jednotlivých technologických systémů a vzduchotechnických systémů, včetně jejich elektronapájení a ASŘTP ověřování mechanického chodu TG cizí parou z pomocné kotelny (Vzhledem ke známým problémům s turbínou při spouštění jen několik poznámek. TG o výkonu 1000MW na sytou páru je složitý a hlavně doslova obrovský stroj. Skládý se z vysokotlakého dílu, tří nízkotlakých dílů, elektrického generátoru a budiče, to vše na jedné ose. Délka celého soustrojí dosahuje 65m. Technicky neexistují možnosti soustrojí předem vyzkoušet jako celek, a ani jeho jednotlivé části nelze funkčně vyzkoušet předem. Pouze jednotilivé rotory se ve výrobním závodě vyvažují. Je to hlavně problém zdroje energie, ale i umístění apod. V Temelíně se využilo možnosti pomocné kotelny na stavbě a podařilo se, za velmi zjednodušených podmínek, uvést soustrojí na nominální otáčky. I přes úspěšnost zkoušky na "cizí páru" se ukázalo, že reální podmínky a zatížení jsou přece jen jiné. Probnémy s turbínou se očekávaly a je známe, že prakticky všichni výrobci turbín těchto rozměrů museli po uvedení bloku do provozu řešit podobné problémy). idnetifikační měření turbonapájecího soustrojí cizí parou.
Zkouškami procházejí:
o o
o
o o o
Technologické systémy v reaktorovně. Systémy transportně technologické části (TTČ). Jsou to systémy, které zajišťují manipulaci s čerstvým i vyhořelým palivem, tj. skladování čerstvého paliva, jeho transport do výrobního bloku, zaváření do reaktoru, přemisťování a kontrolu v průběhu výměny paliva, ukládání vyhořelého paliva do skladovacích bazénů a po zhruba 10 letech uložení do skladovacích nebo transportních kontejnerů. Technologické systémy v budově aktivních pomocných provozů (BAPP). V budově BAPP jsou soustředěny technologie přípravy chemických roztoků, zejména kyseliny borité, jsou zde umístěny čistící stanice různých druhů odpadních vod a systémy zpracování radioaktivních odpadů. Vzduchotechnické systémy v reaktorovém bloku a v BAPP. Elektrické systémy. Systémy ASŘTP a systémy provozní diagnostiky PO a SO.
6. Zkouška integrity kontejnmentu . Touto zkouškou se potvrzuje projektový předpoklad, že ani v případě maximální projektové nehody (to je úplné roztržení hlavního cirkulačního potrubí) nedojde k nedovolenému úniku radioaktivních látek do okolí, ZIK se skládá z několika podetap: o
o o
Lokální zkoušky těsnosti (LZT) jsou zkoušky těsnosti zařízení (potrubí, armatur, kabelových průchodů pro osoby a materiál) na hranici hermetické zóny. Tato místa nazýváme uzly hermetizace. Na nich se určují velikosti dílčích úniků. Kontrolní ZIK s vyhledáváním "hrubých" netěsností. Kontrola napjatosti a stavu ochranné obálky.
Pak následuje vlastní zkouška, členěná do dvou částí. o
o
Pevnostní zkouška integrity kontejnmentu vnitřním přetlakem, odpovídajícím 1,15 násobku přetlaku při maximální projektové nehodě. V této zkoušce se posuzuje napětí v betonu a v betonářské výztuži, deformace předpjaté betonové konstrukce, tvar a velikost případných povrchových trhlin v betonu a všechny případné trvalé deformace. Tesňostní zkouška kontejnmentu při hodnotě přetlaku, která odpovídá vnitřnímu přetlaku při maximální projektové nehodě. Kritériem úspěšnosti zkoušky je hodnota úniku v % objemu kontejnmentu za 24hodin.
ZIK v Temelíně proběhl již na obou blocích, vždy více než rok před zavážkou paliva. ZIK, jak jste viděli v předcházejícím textu, je velmi těžká zkouška, která prověřuje nejen stavební část kontejnmentu, ale i těsnost všech technologických průchodů jeho stěnami. Je velmi dobrým vysvědčením pro stavbaře i technology, že obě zkoušky prokázaly vynikající výsledky těsnosti při zkoušce plným předpokládaným přetlakem.
7. Integrovaná hydrozkouška. Cílem integrované hydrozkoušky je:
o o
prokázat pevnost a těsnost systému primárního a sekundárního okruhu (pevnostní a těsnostní zkoušky), prověřit funkci všech systémů primární části a systémů sekundární části, elektrozařízení a ASŘTP ve vazbě na reaktor a prověřit, že reaktor a primární okruh je připraven k zavezení paliva.
Zkouška probíhá při parametrech blízkých provozním, tlak v PO 15,7 Mpa a teplota mezi 260 a 280°C, bez existence neutronovéh o a tepelného výkonu reaktoru. Ohřátí PO se dosahuje cirkulační prací hlavních cirkulačních čerpadel (4×5,5MW). Ověřuje se správná činnost a spolupráce systémů a soulad jejich charakteristik s projektem. To znamená ověření mechanických, hydraulických, teplotních a dynamických vlastností: o o o o o
o
o
reaktoru primárního okruhu parogenerátorů kompenzátoru objemu (má funkci vzdušníku uzavřené tlakové soustavy primárního okruhu) hydroakumulátorů, které zajišťují chlazení aktivní zóny reaktoru před startem bezpečnostních systémů chlazení aktivní zóny bezpečnostních systémů. Tyto systémy odvádějí teplo z aktivní zóny v případech ztráty standardního chlazení v důsledku např. netěsnosti PO až po prasknutí hlavního cirkulačního potrubí. Náhradních zdrojů zajištěného napájení vlastní spotřeby. Reaktorový blok má několik odstupňovaných systémů zajištěného napájení (záskok ze sítě, dieselgenerátory, akumulátorové stanice se střídači pro bezpauzový záskok) Regulátorů, automatik a ochran.
8. Revize Cílem revize je vyhodnotit stav zařízení po provedení IHZ, prověřit čistou vnitřních částí a povrchů PO a sekundární strany parogenerátorů a provést předprovozní kontroly jako výchozí stav pro porovnání s kontrolami za provozu. Dalším cílem je připravit zařízení bloku k zahájení fyzikálního spouštění. Jedním z důležitých úkolů je zabezpečit důsledné oddělení prvního, spouštěného bloku od 2. Bloku, kde zatím pokračuje montáž a PKV. Jde nejen o oddělení technologických systémů, ale i standardního systému fyzické ochrany na prvním bloku.Zavádí se systém "kontrolovaného pásma" v prostorech, kde mýže dojít k ozáření nebo kontaminaci pracovníků. Zavádí se režim vstupu do ochranné obálky (kontejnmentu). Úspěšné ukončení IHZ je důležitým mezníkem ve spuštění jaderného bloku., po něm je možno zahájit zavážení paliva. Atomový zákon rozděluje celý
proces spouštění jaderné elektrárny do dvou zásadních etap, jejichž hranicí je právě okamžik zavezení je právě okamžik zavezení paliva. Před zavezením paliva se etapa nazývá neaktivním vyzkoušením, po zavezení paliva mluvíme o aktivním vyzkoušení. Zahájení aktivního vyzkoušení má ještě další závažné aspekty. V tomto okamžiku začíná pojištění odpovědnosti provozovatele za škody, které by mohly vzniknout při nehodách. Z tohoto důvodu se v tomto okamžiku mění i způsob řízení spouštěcích prací, kde plná odpovědnost přechází od generálního dodavatele na investora. Atomový zákon a jeho prováděcí vyhlášky určují podmínky, za kterých může Státní úřad pro jadernou bezpečnost (SÚJB) povolit jednotlivé spouštěcí činnosti. Povolení je vydáváno k zahájení IHZ a k zahájení aktivního vyzkoušení. Při vydání Povolení SÚBJ prověřuje, zda jsou splněny všechny zákonné požadavky a podmínky, které v průběhu spouštění vydal. V Povolení SÚJB může stanovit dodatečné podmínky a omezení pro další postup spouštění (např. postupné zvyšování výkonu). Zahájením zavážení paliva do reaktoru je zahájeno aktivní vyzkoušení. Aktivní vyzkoušení se člení na : o o o
fyzikální spouštění(9) energetické spouštění (10) zkušební provoz(11)
9. Fyzikální spouštění (FS) Cílem fyzikálního spouštění je ověření neutronově fyzikálních charakteristik aktivní zóny reaktoru včetně ověření správnosti zavezení paliva a symetrie aktivní zóny. Prověřuje se soulad s výpočtovými hodnotami, soulad je i potvrzením předpokladů, za kterých byly provedeny bezpečnostní rozbory. Ověřuje se funkce měření neutronového toku, řízení reaktivity reaktoru pomocí regulačních orgánů(61 souborů absorbčních klastrů), funkce systému rychlého odstavení reaktoru a blokád ochranných bezpečnostních systémů. Vyzkouší se funkce všech technologických měření a součinnost všech systémů jaderného bloku při výkonu do 2% nominálního výkonu. Fyzikální spouštění se realizuje ve dvou etapách: o o
Zavážka paliva s úřední kontrolou zavezených palivových souborů, po které se uzavře a utěsní reaktor. První dosažení samostatně se udržující štěpné reakce ( dosažení kritičnosti reaktoru) a fyzikální zkoušky na nízkém výkonu.
Dosažením samostatně se udržující štěpné reakce je reaktor spuštěn. Dochází k tomu při velmi nízkém výkonu, cca 0,001% nominálního výkonu. Proces je kontrolován jednoduchým a neselhávajícím způsobem, využívajícím toho, že s postupným přibližováním k okamžiku spuštění roste neutronový tok
v aktivní zóně a při dosažení kritičnosti by rostl velmi výrazně. Růst neutronového toku je závislý na změně snižování koncentrace kyseliny borité v chladivu.Vynášíme-li převrácenou hodnotu velikosti neutronového toku na koncentraci, klesne závislost v okamžiku spuštění na nulu, navíc můžeme stále kontrolovat, jak se k této hodnotě přiblížíme. Záznam z tohoto prvního procesu je na historickém obr.č.1
Zkoušky na nízkém výkonu tvoří mimo jiné blok měření fyzikálních parametrů aktivní zóny, určení charakteristiky skupin absorbčních klastrů, kalibrace měření výkonu a určení tepelných bilancí a tepelných ztrát, termohydraulické zkoušky PO. V průběhu FS a v jednotlivých výkonových podetapách energetického spouštění se pak provádějí kalibrace měření výkonu reaktoru, ověřování a cejchování vnitroreaktorových měření neutronového toku, sledování radiační situace a sledování korekce vodochemického režimu. Opakují se bloky měření fyzikálních parametrů aktivní zóny. 10. Energetické spouštění(ES) Energetické spouštění probíhá v jednotlivých výkonových podetapách, omezených maximálními výkony5,12,30,45,55,75,90 a 100% nominálního
výkonu. Cílem energetického spouštění je: o o
o o
o
o
o o o o
uvést do plného provozu sekundární část bloku. Ověřit provoz bloku v ustálených provozních režimech a postupně se zvyšujících výkonových hladinách a v těchto režimech ověřit stabilitu bloku v parametrech, předepsaných projektem. Prověřit nestacionární provozní režimy bloku- najíždění, odstavování, udržování v horké rezervě a dochlazování. Seřídit hlavní regulátory bloku - regulátor reaktoru v regulaci výkonu, tlaku v hlavním parním kolektoru (HPK), střední teploty v PO a v režimu ruční regulace, turbíny v regulaci tlaku v HPK, výkonu, otáček, v ostrovním provozu a v režimu ruční regulace. Ověřit funkce limitačního systému bloku. Limitační systém přizpůsobuje výkonu reaktoru možnostem odvodu tepla a zasahuje při překročení hodnot některých parametrů. Ověřit chování bloku jako regulované soustavy v dynamických normálních i abnormálních režimech. Jde zejména o výpadky důležitých zařízení jako jsou hlavní cirkulační čerpadla, hlavní napájecí čerpadla, turbína, kondenzátní čerpadla a čerpadla cirkulační chladící vody, dále odpojení generátoru a ztráty napájení. Opakují se bloky měření, uvedené na konci FS.. Prokázat bezpečnost a spolehlivost bloku. Specifickou zkouškou je zkouška odvodu tepla z reaktoru přirozenou cirkulací po výpadku všech hlavních cirkulačních čerpadel Závěrečnou zkouškou energetického spouštění je 144 hodinový průkazný chod.V jeho průběhu musí všechna zařízení pracovat spolehlivě a bezchybně
11. Zkušební provoz Po ukončení energetického spouštění je blok předán provozovateli, který zajišťuje poslední fázi spouštění, zkušební provoz, v trvání jeden rok. Vraťme se k původní otázce. Je 16 měsíců od zahájení zavážení paliva, od zahájení aktivního vyzkoušení do dosažení úrovně 75% výkonu mnoho, nebo málo? I nyní je odpověď obtížná. Existují elektrárny, např. poslední tisícmegawattové bloky v Rusku, kde celé fyzikální a energetické spouštění proběhlo za necelých 5 měsíců. Byla to ale elektrárna se sériovým standardním blokem, mnohokrát opakovaný projekt. Existují i elektrárny, podobně s opakovanými projekty, kde spuštění trvalo déle.Uvážíme-li, že temelínský první blok je vlastně prvním typovým blokem, s realizovanou velmi rozsáhlou modernizací technologického zařízení, novou aktivní zónou a zcela zásadně změněným řídícím a ochranným systémem, dovolím si tvrdit, že dosavadní doba trvání spouštění je přiměřená. Co je ale důležité, že i přes počáteční problémy s turbínou, které se zřejmě podle výsledků zkoušek na 55% podařilo odstranit, pracuje turbína i jaderná část naprosto spolehlivě, a že
ochranný systém v těch málo případech, kdy to bylo nutné, vždy spolehlivě a bezproblémově uvedl blok do bezpečného stavu.
