AZ ÜZEMFENNTARTÁS ÁLTALÁNOS KÉRDÉSEI 1.01 1.02 5.06
A Paksi Atomerőmű élettartamhosszabbítása és teljesítménynövelése a mértékadó nemzetközi előírások tükrében Rátkai Sándor, Paksi Atomerőmű Rt. Dr. Katona Tamás, Paksi Atomerőmű Rt. Jánosiné Bíró Ágnes, VEIKI Rt. Tárgyszavak: atomenergia; atomerőmű; biztonság; élettartam-vizsgálat; stratégia; Magyarország.
A nyolcvanas-kilencvenes évek mélypontja után, a közelmúltban a nukleáris energetika értékelése és perspektívái is lényegesen megváltoztak. Az atomenergetika fellendülését a blokkok üzemeltetési engedélyének megújítása, az üzemidő kiterjesztése, illetve a blokkteljesítmény növelése jelzi. Ez ma világtendencia. Ma a világ élenjáró atomerőművi blokkjai 95–97%-os kihasználtsággal üzemelnek. Műszaki okok miatt az ilyen magas szintű rendelkezésre állás elérése a blokkok többsége számára nem reális cél, így önköltségük csökkentését a kapacitás növelésével történő többlettermelésseI valósíthatják meg. A meglévő eszközök hatékony kihasználásának másik módja az atomerőmű esetében az élettartam-hosszabbítás. A már jó ideje működő atomerőműveket alig vagy egyáltalán nem terhelik a beruházási költségek, a teljes üzemi költség alacsony, s az üzemanyag nem meghatározó költségtényező. Ez utóbbinak köszönhető az atomerőművek termelői költségének hosszú távú stabilitása, kiszámíthatósága. Ezért a nemzetközi tapasztalatok azt mutatják, hogy az atomerőművek versenyképesek a liberalizált piaci körülmények között is. Egyre inkább teret nyer az a felismerés, hogy az atomenergia alkalmazása nélkül a fejlett világ nem tudja biztosítani magának azt a stratégiai függetlenséget és ellátásstabilitást, ami biztonsági és gazdasági okokból nélkülözhetetlen, és kompenzálja a kőolaj- és földgázimporttól való függőséget.
Az élettartam-hosszabbítás és a teljesítménynövelés a Paksi Atomerőmű számára is a legjelentősebb stratégiai cél. A blokkok élettartamhosszabbítását és teljesítménynövelését műszaki–gazdaságossági megvalósíthatósági elemzések alapozták meg. Az eredmények azt mutatják, hogy az atomerőmű üzemi élettartamának 20 éves meghosszabbítását műszaki akadály vagy teljesíthetetlen biztonsági határ nem korlátozza. Az atomerőmű a teljesítménynövelés koncepcióját a megvalósíthatósági vizsgálat során feltárt lehetőségek alapján dolgozta ki. A cél a reaktorok hőteljesítményének növelése, de ennek során a blokkok biztonsági szintje nem csökkenhet, a teljesítménynövelés nem befolyásolhatja negatívan az erőmű élettartamát, nem okozhatja az erőmű komponenseinek gyakoribb meghibásodását, a javítási időszakok hosszabbodását.
Nemzetközi kitekintés A jelentős nukleáris energetikával rendelkező országok közül az USA energiapolitikája komoly szerepet szán a jövőben az atomenergetikának. Várható, hogy az USA-ban csaknem minden atomerőmű üzemeltetési engedélyét 40 évről 60 évre meghosszabbítják. Ma már huszonhat ilyen erőmű üzemel, 19 bIokk engedélyezési eljárása folyik, és az elkövetkező években további 27 blokk üzemeltetési engedély megújítási eljárás indítását jelentették be. Az USA-ban a 101 blokkon 12 537 MW teljesítménynövelést, azaz csaknem kétszeresét engedélyezték összességében a magyarországi beépített összteljesítménynek, és 31 reaktoron további ~6000 MW bővítést terveznek az új energiaprogram szerint megvalósítani. Egészében véve a teljesítménynövelési program több mint 10%-kal növeli meg az USA egyébként sem csekély nukleáris kapacitását egyetlen új blokk létesítése nélkül. A teljesítménynövelési programban gyakorlatilag az USA valamennyi blokkja érintett. A tervezett üzemidőn túli üzemeltetés általános tendencia az Európai Unióban is, ahol Franciaország, Nagy-Britannia, Spanyolország egyértelműen a kapacitások tartós, a korábban tervezettnél átlagosan húsz évvel hosszabb üzemeltetését készíti elő. Ugyanígy általános a teljesítménynövelés is, például Spanyolországban 1990 óta 578 MW-tal (6,1%kal) nőtt a beépített nukleáris termelőkapacitás, anélkül hogy új blokkot építettek volna. Meglepőnek tűnhet, de teljesítménynövelések még Németországban is történtek, sőt ezek közül néhányat a jelenlegi, antinukleáris politikát folytató kormány alatt és engedélyével hajtottak végre. A technológiai szempontból legközelebb álló finnországi Loviisai Atom-
erőműben 1998-ban fejezték be négyéves modernizálási programjukat. Ennek eredményeképp a két ottani VVER-440/213-as blokk 510 MW-os teljesítményen üzemel. A programot úgy valósították meg, hogy egyúttal nőtt a biztonság szintje, a berendezések és rendszerek élettartamára negatívan ható beavatkozásokat elkerülték, és mindkét blokk esetében legalább 50 éves üzemidőt terveznek. A kelet-közép-európai régióban Szlovákia az EU elvárásának eleget téve leállítani készül a két régebbi bohunicei blokkot, de üzemben kívánja tartani a tervezett élettartamon túl a két újabb bohunicei blokkot, és a Mohi erőmű 1. és 2. blokkját. Csehországban a Dukovany-i erőműben legalább 10 éves élettartam-hosszabbítást terveznek. Szlovéniában, a Krskoi erőműben egy rekonstrukciós program eredményeként 6,3%-kal megnövelték a blokk teljesítményét és szándékuk az élettartam meghosszabbítása is. Mindez azt jelenti, hogy az Európai Unióban legalább nyolc, a paksihoz hasonló blokk üzemeltetéséveI kell számolni kb. 2030ig. Az élettartam-hosszabbításban az orosz nukleáris energetikai ipar érdekeltsége is igen nagy, ami minden erőműtípust érint. A Kolai atomerőműben a tervezett élettartamon túl további 15 éves üzemeltetés előkészítését végezték el, ugyanígy a novovoronyezsi 3. blokkon is. Ez utóbbinál az orosz hatóság már 5 évvel meghosszabbította az üzemeltetési engedélyt, és a további üzemeltetés kiegészítő intézkedések megvalósításától függ.
A Paksi Atomerőmű stratégiája A hazai termelők között az atomerőmű termeli a legalacsonyabb költségen a villamos energiát. 2002-ben az átlagos értékesítési ár 7,20 Ft/kWh, ami fele a más hazai erőművek értékesítési árának és harmadrésze az átlagos fogyasztói árnak, s nemzetközi összehasonlításban is megállja a helyét. A 2003. január 1-jén Magyarországon is bekövetkező, részleges piacnyitás után az iparág új modell szerint működik tovább. A jelenlegi árak alapján várható, hogy a Paksi Atomerőmű megőrzi versenyképességét a liberalizált, nyugatra nyitott piacon is. Ilyen feltételek között a Paksi Atomerőmű számára három stratégiai célt lehet és kell kitűzni: n Az atomerőmű biztonságát a hazai követelményeknek és a nemzetközi elvárásoknak megfelelő szinten kell tartani. Az elmúlt években egy átfogó biztonságnövelő programot hajtottak végre a Paksi Atomerőműben, amelynek eredményeként az erőmű biztonsága megfelel a fejlett országokban üzemeltetett, hasonló ko-
rú atomerőművi blokkokkal szemben támasztott követelménynek. Az atomerőmű biztonsága azonban nem statikus. Késznek kell lenni arra, hogy az új felismerések és tapasztalatok új követelményeket generálnak, amelyekre meg kell találni a megfelelő válaszokat. o Növelni kell a blokkok teljesítőképességét a biztonsági elemzések és a főberendezések terhelhetősége által megengedett mértékben. Ez jelentősen növeli az atomerőmű versenyképességét. Kihasználva a VVER-440/V213 reaktor kedvező tulajdonságait, a reaktor hőteljesítménye biztonságosan legalább 8%-kal növelhető, s a villamos teljesítmény blokkonként 500–510 MW lehet. p A blokkokat a műszaki, gazdasági és a biztonsági követelményeknek megfelelően minél hosszabb ideig üzemben kell tartani hatékony élettartam-gazdálkodással. A PA Rt. 2000-ben a Villamosenergiaipari Kutató Intézet Rt.-vel megvizsgáltatta az atomerőmű élettartam-hosszabbításának lehetőségét és alternatíváit, az alternatívák műszaki megvalósíthatóságát, amelynek üzleti elemzését az Ernst & Young Kft. végezte el. A megvalósíthatósági tanulmány alapján született meg a tulajdonosi döntés az élettartamhosszabbításról és a teljesítménynövelésről, amelynek előkészítésére a PA Rt. egy műszaki projektet hozott létre. A projekt, azaz az üzemidőhosszabbítás üzleti elemzését a KPMG Consulting Kft. végezte el 2003ban, amelyet 2004-ben aktualizált, és amely teljes mértékben alátámasztotta az üzemidő-hosszabbítás gazdasági célszerűségét.
Az élettartam-hosszabbítás engedélyezésének hazai szabályzási háttere A hazai szabályzási háttér a nemzetközi gyakorlatban már bevált amerikai engedélyezési koncepciót alkalmazza, figyelembe véve a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség Időszakos Biztonsági Felülvizsgálatokhoz tartozóan rögzített berendezésöregedés-kezelési és környezeti minősítési ajánlásait. A tervezett élettartamon túli üzemeltetés engedélyezése a passzív, hosszú élettartamú rendszerelemek öregedésére és funkcióképességére fókuszál. Ez érthető, hiszen a többi rendszerelem elvárt műszaki állapota karbantartással, felújítással, cserével biztosítható, s ezek a tevékenységek megfelelő állapotfelügyelet alapján optimalizálhatók is. Az aktív rendszerelemek esetében a biztonsági funkció és a rendelkezésre állás
próbákkal ellenőrizhető. Mindez nem mondható el a hosszú élettartamú, rendszerint nem vagy csak irracionális költségek árán cserélhető, paszszív rendszerelemekről, amelyek lényegében a tervezett élettartamon túli üzemeltetés valódi korlátját képezhetik. Az engedélyezés során elvárt műszaki információnak lényegében két fő elemet kell tartalmazni: • az integrált erőmű-értékelést, ami azt igazolja, hogy a biztonság szempontjából fontos passzív és hosszú élettartamú szerkezetek és komponensek esetében az öregedés hatásait megfelelően kezelik, hogy az aktuális engedélyezési alappal összhangban a funkciójukat teljesíteni tudják a meghosszabbított élettartam alatt, és • az élettartamot korlátozó öregedéselemzések érvényességének felülvizsgálatát. ABOS 1, 2, 3, illetve ABOS 4T, és 4-ből azok, amelyek tönkremenetele biztonsági funkciót veszélyeztet, a földrengésbiztonsági 1. és 2. osztály (FTA)
passzív?
cserélhető, a csere tervezett?
igen
nem!
aktív
hosszú élettartalmú, EQ vill. irtech?
nem
igen
öregedéskezelés szükséges?
igen
a minősítés kiterjesztése tárgya az ÜH engedélyezésnek
az öregedés hatásainak kezelése biztosított a jelenlegi gyakorlattal
nem
igen
érvényes a karbantartási szabályozás, a minősített állapot fenntartására vonatkozó szabályozás, érvényesek az aktuális üzemeltetési engedély következményei, hibastatisztikák alapján öregedés monitorozás, tervszerű és optimalizált cserék, IBF feltételek érvényesek, nem tárgya a tervezett élettartamon túli üzemeltetés engedélyezése keretében végzett öregedéskezelés felülvizsgálatának, a megfelelő, minősített állapot fenntartása, szinten tartása állapotfelügyelet, karbantartás, felújítások és rekonstrukciók révén a Társaság normál élettartam-gazdálkodása, vagyongazdálkodása keretében történik
nem
a gyakorlat módosítása, új programok kidolgozása, bevezetése
öregedéskezelés szabályozása és felügyelete érvényes, az öregedés hatásának megfelelő kezelését kell biztosítani és igazolni, cserék helyett tudásigényes és bonyolult vizsgálatok és elemzések szükségesek a tervezett élettartamon túli üzemelés engedélyezésének tárgya
Az elvárt tervezési biztonsági tartalékok nem használhatók el a meghosszabbított üzemidő végén sem. Az élettartam-hosszabbítás engedélyezésével párhuzamosan bevezetésre kerültek a karbantartás hatékonyságának monitorozásával kapcsolatos előírások is, amelyek alapvetően az aktív funkciójú berendezések tervezési alap szerinti szinten tartásának ellenőrzését biztosítják. Az élettartam-hosszabbítás engedélyezése során elvárt integrált erőmű-értékelés folyamatát vázolja az ábra.
Az erőmű élettartam-hosszabbításának lehetősége Az élettartam-hosszabbítás olyan stratégiai elhatározás, amely teljes mértékben az erőmű fő komponenseinek tervezési–gyártási sajátosságaira épül, a főberendezések, az egész konstrukció robosztusságára, a gyártásközi, szerelési ellenőrzésekre, az üzembe helyezés óta végzett műszaki felülvizsgálatok, próbák rendszerére, az erőmű karbantartási gyakorlata, a rekonstrukciók, felújítások révén megőrzött jó erőműállapotra. Az erőmű élettartamát azoknak a berendezéseknek az élettartama határozza meg, amelyeknek fontos biztonsági vagy üzemeltetési funkciójuk van, és nem cserélhetők, vagy csupán ésszerűen nem vállalható, nagy költség árán. Nyilvánvaló, hogy a tervezett élettartam végéig, az utolsó üzemi napon is, valamennyi berendezésnek és az erőműnek öszszességében teljesítenie kell a tervezési alap szerinti biztonsági követelményeket. A paksi blokkok élettartamát a reaktortartály korlátozhatná, de tudjuk, hogy a tartály kritikus jellegét a zóna melletti körvarrat bevált hőkezelési eljárásának létezése gyakorlatilag kiiktatja. A paksi VVER440/213 blokktípus beépítési sajátosságai miatt a gőzfejlesztők cseréje csak extrém nagy költségekkel valósítható meg, így a Paksi Atomerőműben a gőzfejlesztők az élettartamot alapvetően korlátozó berendezéscsoportba tartoznak. Triviális, de fontossága miatt mégis meg kell említeni, hogy jelen tudásunk szerint a vasbeton konténment jelentheti az abszolút korlátot az élettartam szempontjából. Ezek a szerkezetek és berendezések megfelelő öregedéskezelés mellett az erőmű élettartamgazdálkodási programja keretében az erőmű tervezett élettartamáig üzemeltethetők. A többi berendezés, komponens és nagy tömegben beépített elem megfelelő állapotát karbantartással, felújításokkal, cserével szinten kell tartani, hogy azok ne váljanak az erőmű működésének akadályává.
A reaktor teljesítményének növelését szolgáló átalakítások A teljesítménynövelés koncepciójának értelmezésével, a megvalósíthatósági tanulmány, illetve az előkészítő munka eredményei alapján megállapítható volt, hogy – eltekintve egy 1–2%-os teljesítménynöveléstől, ami a meglévő tartalékok feltárásával elérhető – lényegi teljesítménynövelés csak korszerűsített, célirányosan továbbfejlesztett üzemanyaggal valósítható meg. Ennek mértéke a biztonsági tartalékok figyelembevételével kb. 8% lehet. Szükség van olyan átalakításokra, amelyek a megnövelt teljesítményen történő üzemeltetés biztonsági, de jórészt inkább energetikai és gazdaságossági feltételeit adják meg. Ezek az átalakítások lépcsőzik a teljesítménynövelés megvalósítását, illetve egységesen biztosítják a kitűzött 8% teljesítménynövelés biztonságos elérését, az optimális hő-, illetve üzemanyag-felhasználást. A teljesítmény növelése korszerűsített üzemanyag-kazetta alkalmazásával lehetséges. Az üzemanyag-fejlesztés két fázisban valósítható meg. A fejlesztés első fázisának lényege a nagyobb pálca–rács osztás és hafniumburkolat alkalmazása a szabályozó és biztonságvédelmi üzemanyag-kazetták felső részén. Ez a korszerűsítés elégséges a 108% reaktor-teljesítményszint eléréséhez, de ezzel még nem valósítható meg az optimális üzemanyag-gazdálkodás. Az üzemanyag-fejlesztés második fázisában azt az üzemanyagot kell kifejleszteni, amellyel a megnövelt teljesítményen az üzemanyagfelhasználás optimális lesz. Ehhez a dúsítást kell megnövelni és kiégő mérgeket is kell alkalmazni. Ezzel az optimalizált üzemanyaggal a jelenleginél is gazdaságosabb ötéves üzemanyagciklus lesz megvalósítható. A nemzetközi normák szerint elvégzett biztonsági elemzések azt igazolják, hogy a magasabb teljesítményszint nem jelent biztonsági kockázatot sem a normál üzemi, sem a biztonsági berendezésekre, rendszerekre. Külön elemzés készült a teljesítménynövelés berendezések öregedését befolyásoló szerepének tisztázására. Megállapítható volt, hogy a Paksi Atomerőmű élettartamának kiterjesztését a tervezett teljesítménynövelési opció miatt megváltozó körülményekből származó többlet öregedési hatások számottevő mértékben nem befolyásolják. A feltételezhető eltérések hatását biztonságosan minimalizálni lehet a már bevezetett, bevezetés alatti, illetve bevezetendő öregedéskezelési lépések megfelelően időzített végrehajtásával az erőmű élettartam-gazdálkodási programja keretében.
Összefoglalás A gazdasági–politikai körülmények miatt szükség van arra, hogy a nukleáris energetika pozícióját megőrizzük a hazai villamosenergiapiacon. A nemzetközi tendenciákat követve és a paksi blokkok műszaki biztonsági adottságait kihasználva ezt a Paksi Atomerőmű élettartamának meghosszabbításával és teljesítményének növelésével lehet megvalósítani. Ennek biztonsági és műszaki megvalósíthatóságát, valamint egyértelmű üzleti előnyeit vizsgálatok igazolták. Az élettartam-hosszabbításra és teljesítménynövelésre vonatkozó elvi döntés megszületett, s egy előkészítő projekt keretében készül az élettartam-hosszabbításhoz szükséges öregedéskezelési és élettartam-gazdálkodási program, zajlik a teljesítménynövelő átalakítások előkészítése, továbbá készül az engedélyezési dokumentáció, amely igazolja, hogy a hazai hatályos nukleáris biztonsági és környezetvédelmi előírások és nemzetközi normák szerint a Paksi Atomerőmű legalább ötven évig üzemeltethető, s biztonságos, tiszta forrása marad a hazai villamosenergia-termelésnek. Irodalom [1] Katona T.; Bajsz J.: PLEX at Paks: making virtue out of necessity. = Nuclear Engineering International, 1992. jún. [2] Katona T.; Rátkai S.; Jánosiné Bíró Á.; Gondor Cs.: A Paksi Atomerőmű jövője, élettartam-gazdálkodás, élettartam-növelés. = Fizikai Szemle, 2001. 11. sz. p. 341–346. [3] Bajsz József: A teljesítménynövelés megvalósítása, az ahhoz szükséges átalakítások, PA Rt, 2002. [4] A Paksi Atomerőmű élettartam-hosszabbításának megvalósíthatósági elemzése 1. rész: VEIKI, 2000. [5] A Paksi Atomerőmű élettartam-hosszabbításának megvalósíthatósági elemzése 2. rész: A berendezések műszaki állapotának előzetes értékelése. Táblázatok, VEIKI, 2000. [6] A Paksi Atomerőmű élettartam-hosszabbításának megvalósíthatósági elemzése 3. rész. A Paksi Atomerőmű élettartam-hosszabbításához tartozó üzleti terv modell kifejlesztése, VEIKI, 2000. [7] Az erőmű teljesítménynövelésének hatása a blokkok főberendezéseinek öregedési folyamataira. Értékelő elemzés, VEIKI, 2003.
