Jaderná energetika - stávající zdroje a výstavba nových zdrojů v EU a ve světě

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s.

Jaderná energetika - stávající zdroje a výstavba nových zdrojů v EU a ve světě

Lubor Žežula Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. XIX. seminář energetiků Valašské Klobouky 20-22.1.2009 1


Rostoucí energetická závislost EU na vnějších zdrojích Energetická závislost EU 30

2


Rostoucí energetická závislost EU na vnějších zdrojích

EU 30: Celková energetická bilance (Mtoe)

3


Energetická politika EU

Základní pilíře evropské energetické politiky. 4


KLASIFIKACE ZDROJŮ (2005 Red Book, IAEA, OECD NEA)

Recoverable at costs

Decreasing Economic Attractiveness

IDENTIFIED RESOURCES

USD 4080/kgU

USD 80130/kgU

REASONABLY ASSURED RESOURCES

REASONABLY ASSURED RESOURCES

INFERRED RESOURCES

INFERRED RESOURCES

REASONABLY INFERRED ASSURED RESOURCES RESOURCES

Decreasing Confidence in Estimates

5

UNDISCOVERED RESOURCES

PROGNOSTICATED RESOURCES

PROGNOSTICATED RESOURCES

SPECULATIVE RESOURCES

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Worldwide Uranium Resources by Confidence and Cost Categories (2005 Red Book) - USD/kgU

Confidence Category

Reasonably Assured Resources

1 947 383

2 643 343

3 296 689

798 997

1 161 038

1 446 164

1 700 100

2 518 800

Inferred Resources Prognosticated Resources

Speculative Resources Total 6

2 746 380

5 504 481

Cost Range Unassigned (tU)

4 557 300

2 978 600

11 818 953

2 978 600


Vývoj spotových a průměrných dlouhodobých cen U3O8 v období 1/1988 – 11/2008 7


Vývoj spotových a průměrných dlouhodobých cen U3O8 v období 1/2004 – 11/2008 8

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Kumulativní spotřeba Uranu dle různých scénářů

9

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Ekonomika výroby elektřiny v JE Při použití lehkovodních rektorů je využití potenciálu uranu velmi malé a v případě velkého rozvoje jaderné energetiky by mohl být v dohledné budoucnosti (60-100 let) snadno dostupného přírodního uranu nedostatek. Tento scénář však nehrozí při přechodu na plodivé rychlé reaktory, které dokáží využít potenciál uranu až 100x lépe než lehkovodní reaktory. Rychlé reaktory navíc mohou použít jako palivo ochuzený uran, kterého jsou nyní jako zbytku z procesu obohacování obrovské zásoby. Rychlé reaktory nejdříve budou využívat druhotnou surovinu (plutonium a ochuzený uran). Protože dokáží využít uran až 100x lépe než lehkovodní reaktory, lze se stejnými palivovými náklady pro ně akceptovat i stokrát vyšší cenu těženého uranu (dokonce i získávání uranu z mořské vody).

S rychlými reaktory je dlouhodobě udržitelná. 10

tedy

světová

energetika

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Ekonomika výroby elektřiny v JE

Životnost primárních energetických zdrojů pro výrobu elektřiny 11

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Udržitelnost energetiky Jaderná energetika může přispět k zajištění energetických potřeb pouze v dlouhodobém horizontu a to za podmínky, že se k realizaci přistoupí neprodleně. Dlouhá doba výstavby jaderné elektrárny (pokud se dnes rozhodneme, že postavíme novou jadernou elektrárnu, začne tato elektrárna vyrábět elektřinu nejdříve v roce 2020), dlouhá doba životnosti klasických fosilních elektráren (uhelná elektrárna stavěná v současné době nemůže být z ekonomických důvodů nahrazena jadernou před rokem 2050-60) a dnes omezené výrobní a lidské kapacity, umožňují postavit ve světě do roku 2050 jaderné elektrárny o instalovaném výkonu asi 1 300 GWe. Z dnešního pohledu by to představovalo podíl na celosvětové výrobě elektřiny cca 56%. Vzhledem k celkovému předpokládanému zdvojnásobení výroby elektřiny do roku 2050, to však bude jen 28%. Dnes jsou na celém světě v provozu jaderné elektrárny o výkonu 370 GWe a podílí se 16% na výrobě elektřiny. 12

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Palivový cyklus

Uzavřený palivový cyklus s recyklací transuranových prvků

Relativní radiotoxicita vysokoaktivních odpadů pro otevřený cyklus LWR a uzavřený cyklus pro rychlé reaktory 13

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Nakládání s radioaktivními odpady Hlavním problémem jaderné energetiky je izolovat vysoce aktivní odpady s dlouhým poločasem od životního prostředí. Stejný problém však existuje i v chemickém průmyslu, přičemž v zemích s jadernou energetikou jaderný odpad představuje jen cca 1% toxického odpadu v zemi. Náklady na uložení přitom představují několik procent nákladů na výrobu elektrické energie. Zároveň se pracuje na vývoji alternativních technologií snižujících množství odpadů k uložení.

14

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Nakládání s radioaktivními odpady Příklad úložiště vysoce aktivních radioaktivních odpadů v jílech (Callovo-Oxfordian clay sedimentary laye)

15


Vývoj jaderných elektráren

16

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Jaderná bezpečnost Jaderná bezpečnost je stav a schopnost jaderného zařízení a osob obsluhujících jaderné zařízení zabránit nekontrolovatelnému rozvoji štěpné řetězové reakce nebo nedovolenému úniku radioaktivních látek nebo ionizujícího záření do životního prostředí a omezovat následky nehod. •

Potenciální rizika jaderných elektráren – Akumulace hmot a energií v primárním a sekundárním systému. – Nahromadění radioaktivních látek v aktivní zóně reaktoru během jeho provozu, možnou disperzí do životního prostředí v při nedovoleném úniku. – Vznik nerovnováhy mezi vývinem a odběrem energie. – Porucha integrity systému.

17

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Jaderná bezpečnost Základní principy definované v bezpečnostních doporučeních a požadavcích MAAE a v Atomovém zákonu ČR: Ochrana do hloubky, bezpečnostní bariéry. Úrovně „ochrany do hloubky“: I. Kombinace konzervativního přístupu k projektu, jeho bezpečnostního hodnocení, zajištění jakosti, kontrolních činností a kultury bezpečnosti. II. Způsob řízení provozu a odezvy na abnormální provozní stavy nebo poruchy. Cílem této úrovně je zajištění integrity prvních ochranných bariér. III. Bezpečnostní systémy, jejichž úkolem je zabránit rozvoji poruch zařízení a případných chyb personálu do nehod a zajistit zadržení radioaktivních látek v ochranné obálce. IV. Opatření a způsob řízení činností zaměřených na udržení celistvosti ochranné obálky při nehodách. V. Havarijní plány, které mají za cíl minimalizovat účinky úniku radioaktivních látek do vnějšího okolí. 18

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Jaderná bezpečnost

Bezpečnostní ochranné bariéry: 1.

Ochranná bariéra je tvořena chemickou a fyzikální strukturou jaderného paliva. Ochranná bariéra je tvořena pokrytím palivového proutku. Ochranná bariéra je tvořena tlakovou hranicí primárního okruhu. Ochranná bariéra je tvořena ochrannou obálkou (kontejnmentem).

2. 3. 4.

19

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Jaderná bezpečnost Bezpečnostní bariéry Ochranná obálka Ocel 5 cm Ochranná obálka Předepnutý beton 1,5m Stavební konstrukce okolo reaktoru Biologické stínění ocel Reaktorová nádoba Ocel 20 cm Palivové články 20

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Jaderná bezpečnost Bezpečnostní systémy: 1. Důležité a ochranné systémy - přístrojové a měřicí systémy udržující a zajišťující bezpečný stav jaderné elektrárny. 2. Vlastní výkonné (funkční) systémy, které po iniciaci přicházející ze systému ochran vykonávají příslušné funkce k zajištění jaderné bezpečnosti. 3. Podpůrné systémy, které zajišťují podmínky pro práci vlastních bezpečnostních systémů a systémů ochran, např. elektrické napájení, chlazení a pod. Funkční schopnost bezpečnostních systémů musí být zachována při všech událostech předpokládaných projektem: zemětřesení, požáry, vichřice, záplavy, události způsobené lidskou činností - pád letadla, výbuchy, diverzní akce, poruchy a nehody vzniklé na JE včetně maximální projektové nehody. 21


Požadavky na moderní jaderné energetické zdroje: • Bezpečnost: vyšší bezpečnost, nižší pravděpodobnost poškození AZ, menší následky – praktické vyloučení nutnosti evakuačních opatření • Konkurenceschopnost: zlepšená ekonomika, ukrácení doby projektování, výstavby a licencování, nižší náklady na provoz, údržbu a na palivový cyklus, zvýšený faktor využití • Řízení odpadů: zlepšené postupy a techniky řízení odpadů, redukce objemů a radiotoxicity jaderných odpadů • Efektivní využití zdrojů: vyšší využití jaderného paliva, vyšší vyhoření, recyklování), zvýšená účinnost jaderných reaktorů, možnost využití jiných paliv než UO2 (MOX)

22


Charakteristické prvky zdokonalení projektů JE III. generace GEN II

GEN III

účinnost

~ 30%

33-36%

koeficient pohotovosti

80-90%

min. 90%

projektová životnost primárního potrubí a tlakové nádoby

30-40 let

60 let

<10-4 reaktor rok-1

<10-5 reaktor rok-1

aktivní

pasivní nebo aktivní se zvýšenou spolehlivostí

není zaručeno

ano

frekvence poškození aktivní zóny bezpečnostní systémy chlazení aktivní zóny využití paliva typu MOX

23


Lehkovodní reaktory (LWR) III. generace 1. Tlakovodní reaktory typu PWR 2. Tlakovodní reaktory typu VVER 3. Varné reaktory

24


1. Tlakovodní reaktory typu PWR • Projekt AP1000 (Westinghouse) • Projekt EPR (AREVA NP) • Projekt EU-APWR (MHI)

25


2. Tlakovodní reaktory typu VVER • Projekt JE-91 s reaktorem VVER-1000 • Projekt JE-92 s reaktorem VVER-1000 • Projekt VVER-640

26


Typ jaderné eklektrárny

AP1000

EPR

VVER1000

VVER1000

JE-91

JE-92

Palivo

UO2/MOX UO2/MOX

UO2/MOX

UO2/MOX

Typ reaktoru

tlakovodní tlakovodní

tlakovodní

tlakovodní

1 Jmenovitý výkon MWe

1200 MW 1650 MW

1060 MW

1068 MW

2 Počet smyček 3 Projektová životnost

4 Využití instalovaného výkonu hod/rok

2(4)

4

4

4

60 let

60 let

40 let

60 let

> 8146

> 7884

> 7000

> 8000

Hlavní parametry tlakovodních reaktorů PWR a VVER III. Generace 27


3. Varné reaktory • Projekt ABWR (General Electric) • Projekt ESBWR (General Electric) • Projekt SWR-1000 (AREVA NP)

28


Typ jaderné eklektrárny Palivo Základní charakteristika bloku 1 Jmenovitý výkon MWe 2 Počet smyček 3 Projektová životnost 4 Využití instalovaného výkonu hod/rok

ABWR

ESBWR

SWR1000

UO2/MOX

UO2/MOX

UO2/MOX

varný

varný

varný

1385 MW

1535 MW

1254 MW

1

1

1

60 let

60 let

60 let

> 7884

> 8060

> 7884

Hlavní parametry varných reaktorů III. Generace

29


3. Vysokoteplotní reaktory Projekt Pebble Bed Modular Reactor (PBMR (Pty) Ltd.)

Chladivem je Helium

30


Typ jaderné eklektrárny PBMR Palivo

UO2

Typ reaktoru

vysokoteplotní

Počet palivových souborů 1 Jmenovitý MWe

456 000 výkon

2 Počet smyček 3 Životnost (roků) 4 Využití instalovaného výkonu (hod/rok)

165 MW 1 40 let > 7884

Hlavní parametry vysokoteplotního reaktoru III. Generace

31


Výstavba a realizace JE III. generace ve světě EPR (AREVA NP)

32

Výstavba zahájena ve Finsku v roce 2005 (lokalita Olkiluoto – 3. blok) 12.9.2005 slavnostní položení základního kamene Ve Francii zemní práce zahájeny v roce 2006, výstavba zahájena koncem roku 2007, 10.4.2007 byl vydán vládní dekret povolující výstavbu (lokalita Flamanville – 3. blok)

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Výstavba a realizace JE III. generace ve světě Harmonogram výstavby 4. Bloku JE Olkiluoto

25.4.2008 Teollisuuden Voima Oyj (TVO) podala žádost finské vládě o 33Decision-in-Principle (DiP) - komerční provoz 2020


Reaktory IV. generace 1. Iniciativa Generation IV 2. Iniciativa GIF (Generation IV International Forum)

34


Generation IV - program US Department of Energy iniciován r. 1999

Generation IV International Forum (GIF) •založen v červenci 2001 • cíl: soustředit úsilí zemí s nejrozvinutějšími jadernými technologiemi • členy jsou: Argentina, Brazílie, EU (Euratom), Kanada, Francie, Japonsko, Korea, Jižní Afrika, Velká Británie, Švýcarsko, USA, Čína a Ruská federace •Česká republika zastoupena prostřednictvím organizace Euratom 35


GIF R&D Organisation Policy Group Chair Experts Group

Secretariat

Chair*

System Steering Committees (MSR-NRI)

Policy Director+ Secretary

Technical Director*

Co-Chairs Crosscutting Evaluation Methodology Groups and Management Board Co-Chairs * Technical Director is Chair of the Experts Group 36

Technical Secretariat Project Management Boards (specific or common projects)

NEA, Paris Reports to Provides Secretariat for Communicates closely with


Reaktory IV. generace 1. GFR - Rychlý reaktor chlazený plynem (Gas-Cooled Fast Reactor System). 2. LFR - Rychlý reaktor chlazený olovem (Lead-Cooled Fast Reactor System). 3. MSR - Reaktor chlazený roztavenou solí (Molten Salt Reactor System). 4. SFR - Rychlý reaktor chlazený sodíkem (Sodium-Cooled Fast Reactor System). 5. SCWR - Reaktor chlazený vodou s nadkritickým cyklem (Supercritical-Water-Cooled Reactor System). 6. VHTR - Reaktor s velmi vysokými teplotami (Very-HighTemperature Reactor System). 37

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Řež GROUP – projektové, inženýringové a V&V organizace pod jednou střechou vlastněné průmyslem Hlavní oblasti činnosti ŘEŽ GROUP:

Projektové, inženýringové a výzkumné organizace:

Výzkumné organizace:

• Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. • Ústav aplikované machaniky Brno s.r.o.

Ř E Ž G R O U P 38

ČEZ, a. s.

SE, a.s.

52,46%

27,77%

ŠKODA JS a. s. 17,39%

C O N S O R T I U M

100%

Research Centre Řež Ltd.

100%

obec Husinec 2,38%

- Divize jaderné bezpečnosti a energetiky - Divize integrity a technického inženýringu - Divize ENERGOPROJEKT PRAHA Division - Divize reaktorových služeb - Divize radiofarmak

ÚJV Řež a.s. 100%

• Research Centre Řež s.r.o. • ŠKODA VÝZKUM s.r.o.

100%

Consortium of Research and Technology Centre for Sustainable Energy

100%

Institute of Applied Mechanics Brno, Ltd.

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Projektování, inženýring a V&V Lokality ÚJV Řež a.s. a dceřiných společností

39

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Projektování Projektové a inženýrské služby pro nové elektrárny - Reference

Basic design (BD) všech fosilních a jaderných elektráren v bývalém Československu BD JE Mochovce, 2x440 MW – Slovensko BD jaderné elektrárny Temelín 2x1000 MW - Česká republika Finalizace projektu VVER 1000 v Belene (Bulharsko) pro nabídku ŠKODA ALLIANCE

Projektové a inženýrské služby pro nové jaderné elektrárny – nové projekty

Projektová dokumentace pro dokončení 3. a 4. bloku JE Mochovce Studie proveditelnosti pro nový jaderný zdroj v lokalitě Temelín, ČEZ, a. s.

40

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Inženýring Inženýrské služby pro jaderné elektrárny

Podpora bezpečného a ekonomického provozu jaderných elektráren, včetně komplexních bezpečnostních analýz Bezpečnostní analýzy a dokumentace Spolehlivost, analýzy rizik a PSA Periodic Safety Reviews Vývoj měřicích a dozimetrických systémů Monitorovací a diagnostické systémy Projektování palivových překládek Studie palivových cyklů Plánování a optimalizace údržby Podpora procesu řízení životnosti jaderných elektráren Diagnostika komponent Kvalifikace komponenty Obrazovka blokové dozorny JE Temelín Testování materiálů Údržba a opravy parogenerátorů Nakládání s radioaktivními odpady Sanace ekologických škod Krizový management

Příprava manipulátoru pro kontrolu teplosměnných trubek parogenerátoru vířivými proudy Zařízení pro simulaci havarijních podmínek na JE – kvalifikace kabelů 41

Kontrola svarů na vysokotlakém parním potrubí In-service inspection

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Výzkum a vývoj Výzkum pro jaderné elektrárny

Bezpečnost jaderných elektráren Řízení životnosti Inovativní reaktory Jaderná fúze Palivový cyklus Nakládání s odpady Materiálové testy

Výzkum v jiných oblastech:

Fosilní elektrárny Vodíkové hospodářství Radiofarmaka Letecký průmysl Chemický průmysl Obrana

Demonstrační bitumenizační jednotka - FROBIT

Demonstrace využití vodíku pro veřejnou dopravu: Provoz autobusu s

Reaktorová vodní smyčka BWR-2– Materiálový výzkum pro Německo ELECTRIC systems

FC system

H 2 filling station

H 2 storage

FC FC BUS BUS Bus testing

H2 storage

palivovými články v 2009

Výstavba vodíkové „čerpací“ stanice

KNOW - HOW

H2 purification

Turbulence za A380, ÚJV Řež a.s. se zúčastnil analýz vzdálené oblasti 42

Public operation H2 extraction


Zvyšování bezpečnosti a modernizace jaderných elektráren s VVER v provozu

ÚJV Řež a.s. se podílí na zvyšování bezpečnosti a modernizaci jaderných elektráren jak v České republice, tak v zahraničí např. – Bulharsko – Ukrajina – Arménie Příklady činností: – Kvalifikace zařízení – Prodlužování životnosti – Aplikace konceptu LBB

43

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Výzkum a vývoj - mezinárodní spolupráce Organizace Řež GROUP jsou zapojeny do mezinárodní spolupráce: – v rámci EU - účast na více než 45 projektech v 5.RP EK a 35 projektů v 6.RP EK – účast v OECD NEA CSNI se zaměřením na jadernou bezpečnost – účast v projektech OECD NEA NDC se zaměřením na rozvoj jaderné energetiky a jaderného palivového cyklu – a tradiční spolupráce s MAAE – a řada bilaterálních dohod o spolupráci

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. hrál aktivní roli při vytváření „Sustainable Nuclear Energy Technology Platform“ (SNE TP) (TP SNE) a při přípravě její „Vision Report“.

44

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Výzkum a vývoj – Reaktory IV. generace Nová experimentální zařízení pro V&V: Superkritický vodou chlazený reaktor (SCWR) ÚJV Řež as se zabývá zejména výzkumem a vývojem materiálů a parametrů použité vody jako chladiva. V závěrečné fázi dokončení je vodní smyčka pro LVR-15 (výzkumný reaktor úmožňující zkoumání materiálů v podmínkách, které jsou totožné s podmínkami v SCWR).

Rychlý reaktor chlazený sodíkem (SFR) Vzhledem k jeho významu se očekává, že sodíkem chlazené rychlé reaktory budou první komerčně nasazené reaktory IV. generace. ÚJV Řež a.s. je zapojen jak do přípravy koncepčních studií - výpočty proudění CO2 a jiných médií; modelování chemické reakce mezi CO2 a Na; navrhováním výměníků tepla; analýzou úniků – tak do experimentálního výzkumu prováděném na smyčce s nadkritickým CO2 a na přípravované sodíkové smyčce potřebné k testování výměníku Na/CO2.

Smyčka se superkritickými parametruy vody

Velmi vysokoteplotní reaktor (VHTR) ÚJV Řež a.s. je členem sítě „High Temperature Reactor Technology Network“ (HTRTN). Tato síť byla založena v roce 2000, pro rozvoj technologií HTR/ VHTR v Evropě a na celém světě. V současné době HTR-TN má 20 členů z jaderného průmyslu, elektrárenských společností, výzkumných center a vysokých škol. HTR-TN je odpovědná za koordinaci integrovaného projektu RAPHAEL ((Reactor for Process Heat and Electricity), který je zaměřen na zkoumání a vývoj vysokoteplotních reaktorů, které budou vyrábět elektřinu, vodík a procesní teplo.. ÚJV Řež a.s. se účastní projektu v oblasti reaktorové fyziky, thermohydrauliky,, termodynamiky, vývoje materiálů a bezpečnostních problematiky. Ve výstavbě je heliová smyčka pro výzkumný reaktor LVR-15, která bude simulovat podmínky panující v reaktorech HTR/VHTR, s možností zkoumat vliv záření na 45 materiály. zkoumané

Smyčka se superkritickým CO2

Heliová smyčka pro reaktor LVR-15

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Výzkum a vývoj

Nová experimentální hala

46

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Na závěr …

Ref.: Giovanni Leonardi, CEO Atel Holding Ltd.:Submission of the Framework Approval Application for a new nuclear power station in Niederamt, Solothurn 47

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. Na závěr … ¾ Budoucnost patří obnovitelné energii. To je důvod, proč do ní investujeme. ¾ Nevíme však, kdy tato budoucnost začíná. ¾ Nevíme, kdy dosáhneme ten červený bod (viz obr.). ¾ Ten bod, ve kterém se elektřina bude vyrábět kompletně z obnovitelných zdrojů energie. ¾ Do doby, než se dosáhne tento bod budeme stále potřebovat další zdroje pro výrobu elektřiny. Zdroje, které mohou kompenzovat žlutě vyznačený schodek. ¾ Jsme přesvědčeni, že to nejsou fosilních zdroje energie, ¾ale jaderná energie. Giovanni Leonardi, CEO Atel Holding Ltd.

48


Děkuji za pozornost

49

Jaderná energetika - stávající zdroje a výstavba nových zdrojů v EU a ve světě

Recommend Documents