Jaderné reaktory blízké i vzdálené budoucnosti. Vyhořelé jaderné palivo současné trendy a možnosti

Jaderné reaktory blízké i vzdálené budoucnosti

Vyhořelé jaderné palivo – současné trendy a možnosti

Tomáš Bílý Katedra jaderných reaktorů FJFI ČVUT v Praze

Plán výletu: • Současný stav jaderné energetiky • Vyhořelé jaderné palivo – –

Surovina nebo odpad? Nakládání s vyhořelým jaderným palivem – současnost, nové trendy a možnosti

• Další rozvoj jaderné energetiky – –

Reaktory blízké a vzdálené budoucnosti Nová uplatnění jaderné energetiky

Tak co tu všechno máme?

Úvodní kurz - 12.9. 2011

2

Jaderná energetika – současnost

1/3

• 432 reaktorů v provozu (v 29 zemích) : 14% světové elektřiny (2011) ,cca 6,5% energie • 65 reaktorů ve výstavbě • ČR -32.5% el. en. (6 reaktorů, 3686 MWe) • 65 nových zemí vážně připravuje využívání jádra • Trendy: – Prodlužování životnosti – Zvyšování výkonu a účinnosti stávajících reaktorů – Růst využitelnosti reaktorů

„Vzrůst výroby za posledních 5 let je ekvivalentní postavení 40 nových velkých jaderných elektráren. 2 % z toho pocházejí od nových reaktorů, zbytek je dosažen zvyšováním účinnosti a výkonu stávajících. “ (2008) Úvodní kurz - 12.9. 2011

3

Jaderná energetika – současnost Výroba elektřiny v EU Voda 11% Ostatní obnovit elné zdroje 3%

Ropa 15%

Plyn 21%

2/3

Výroba elektřiny ve světě Voda 19%

Jádro 29%

Jádro 16%

Ropa 10% Plyn 15%

Uhlí 22%


Uhlí 39%

4

Jaderná energetika – současnost Reaktory Tlakovodní lehkovodní Varné Tlakovodní těžkovodní Plynem chlazené Lehkovodní moderované grafitem Rychlé Jiné

3/3

Počet GWe 264 94 43 18

250,5 86,4 23,6 10,8

12 4 4

12,3 1 0,05

- celková provozní zkušenost: > 14 000 reaktorroků


5

Vyhořelé jaderné palivo

Odpad nebo surovina?

Ježíšmarjá, kdo se v tom má vyznat?

Roční produkce jaderného odpadu ve Francii (75% energie): Vysoce aktivní (1000 MBq/g) : 100 m3 Středně aktivní (1 MBq/g) : 10000 m3 Úvodní kurz - 12.9. 2011

6

VJP: otázky, možnosti a perspektivy

Dokonalejší technologie v budoucnosti

Odpovědnost vůči budoucím generacím

Spolehlivé řešení v současnosti, vize pro budoucnost

  

dočasné uložení trvalé uložení zpracování a recyklace


7

Co s vyhořelým jaderným palivem? (Současnost) dochlazení : bazén skladování u reaktoru - 5-7 let – odvod tepla

Mezisklady (mokré, suché)


Zpracování a uložení - hlubinné úložiště

8

Hlubinné úložiště v ČR www.surao.cz: 1200 stran technickoekonomických informací o stávající představě řešení hlubinného úložiště Cíl prací

Termín dokončení prací

Výběr dvou vhodných lokalit pro hlubinné úložiště

2015

Výběr finální lokality

2025

Výstavba podzemní laboratoře v lokalitě

2030

Zahájení provozu hlubinného úložiště

2065 Úvodní kurz - 12.9. 2011

9

Koncepce hlubinného uložení Cíl: „Zabezpečit, aby radionuklidy obsažené ve vyhořelém palivu nepronikly k člověku a do biosféry minimálně sto tisíc let, tedy po dobu potřebnou ke snížení RA vyhořelého paliva na úroveň přírodního pozadí“ • Řešení: projektována jako systém vzájemně svázaných přírodních a technických bariér • geologická formace – nejdůležitější a nejtrvalejší – tufy, granity (žuly), solná ložiska, jílovité sedimenty a ruly

• technické bariéry - 3 „slupky“ – borosilikátové sklo nebo keramické materiály - znehybnění radionuklidů – kovové obaly - kontejnery na vysoce RA odpady, vyrobené z oceli, Cu nebo Ti – jílovité materiály, jako například betonit, jimiž budou kontejnery v úložišti obklopeny

Přírodní analogie – Oklo, Gabon (před 2 mld. let – přírodní reaktor) Úvodní kurz - 12.9. 2011

10

Zvažované exotické metody ukládání RAO • ukládání do věčně zmrzlé půdy • hlubinné vrty (až 10 km) • subdunkční zóny (do zanořujících se zemských ker (vrt 5-8 km, pak až 50 km ) • ukládání na mořském dně • extrateresriální ukládání


11

Politicko-ekonomické aspekty VJP Současnost

Nové trendy

• odpovědnost za ukládání : stát - SÚRAO • Plátce – původce odpadu jaderný účet (např. z JE 50 Kč / MWh) • národní úložiště • 5 % z ceny elektřiny (nakládání s odpadem)

• GNEP (Global Nuclear Energy Partnership) – dodavatelé (zpětný odběr paliva) a uživatelé paliva – 16 zemí

• GNPI (Global Nuclear Power Infrastructure) • zvažována mezinárodní úložiště – podpora IAEA, EU – ERDO (European Repository Development Organisation) – Pangea projekt - Austrálie


12

Co s vyhořelým jaderným palivem? (Budoucnost)

Zpracování a recyklace – spálení štěpných nuklidů • energeticky cenné, radiotoxické, produkující teplo

– snížení množství odpadu a jeho dlouhodobé toxicity – stabilizace štěpných produktů


13

Co přináší recyklace: Recyklace  Úspora zdrojů  Minimalizace odpadu  Spálení plutonia

První krok  Spalování Pu v lehkovodních reaktorech (MOX)  Přepracování vyhořelého paliva na MOX (U, Pu): Fr, GB, Jap, Rus  Není trvale udržitelné řešení Dlouhodobá perspektiva  Recyklace minoritních aktinidů (Np, Am, Cu)  Množivé reaktory


14

Recyklace U a Pu v lehkovodních reaktorech

Reaktory využívající MOX (Fr)

Francie: separace Pu od r. 1958, od 90. let výrazně MOX palivo, nyní cca 20 reaktorů využívajících MOX (až do cca 30 % AZ) Úvodní kurz - 12.9. 2011

15

Co přináší recyklace: Dlouhodobá radiotoxicita vyhořelého paliva


16

Co přináší recyklace:


17

Shrnutí: o co jde? Otevřený palivový cyklus

Tradiční uzavřený palivový cyklus

Pokročilý uzavřený palivový cyklus Palivový cyklus s recyklací Úvodní kurz - 12.9. 2011

18

Vývoj jaderných reaktorů

Fermi, 1942

EPR

Gen. IV, 2030

Odkud přicházíme? Co jsme? Kam jdeme?


19

Vývoj jaderných reaktorů 50. léta – počátek využívání jaderné energie 60. -70. léta – první komerční reaktory 80. a 90. léta - zvyšování efektivity a bezpečnosti


20

Současné reaktory (II. generace) • Palivo: převážně mírně obohacený uran (obsah U-235 do 5%) • Moderátor: voda, grafit • Chlazení: Voda (příp. CO2) • Teplota chladiva cca. 300°C (PWR) • Tlak v I.O. cca 16 MPa • Výkon 1000 – 1500 MWe • Účinnost cca. 33 %


21

Blízká budoucnost: reaktory III. generace Evoluční vývoj - efektivní, bezpečné (kontejnment, pasivní bezpečnostní prvky), dlouhodobá životnost (Olkiluoto a Flamanville). Pokročilé tlakovodní reaktory, 600 –1 600 MWe: –AP 600, AP 1000, APR1400, APWR+, EPR, MIR 1200 AP-1000

Pokročilé varné reaktory, 1 250 –1 550 MWe: –ABWR II, ESBWR, HC-BWR, SWR-1000 Už běžím!

EPR

Až 110 nových reaktorů do 2020! (?) Úvodní kurz - 12.9. 2011

22

Reaktory IV. generace Řeší směřování jaderné energetiky v dlouhodobém horizontu, obsahuje celý palivový cyklus, zabývá se trvale udržitelným rozvojem a možným využitím jaderných reaktorů nejen pro výrobu elektrické energie.  Rozsáhlá mezinárodní spolupráce  Sdílení znalostí

Výzkum a vývoj reaktorových technologií IV. generace


23

Reaktory IV. generace Hlavní úkoly:  Využít veškerý potenciál jaderného paliva (238U, 232Th) rychlé reaktory  Snížit množství jaderného odpadu na minimum  Zvýšit bezpečnost a spolehlivost na maximum  Práce při velmi vysokých teplotách ( 1000oC) → možnost efektivní produkce vodíku a využití pro průmyslové účely  Životnost minimálně 60 let  Snížení nebezpečí šíření jaderných materiálů  Ekonomika – jasně cenově výhodné

Umožnění efektivního využití veškerého paliva kombinací množivých rychlých reaktorů a velmi efektivních klasických reaktorů Úvodní kurz - 12.9. 2011

24

Reaktory IV. generace Studie šesti různých nových typů reaktorů, čtyři jsou rychlé a jen dva jsou klasické GFR - Rychlý reaktor chlazený plynem LFR - Rychlý reaktor chlazený olovem

MSR - Reaktor chlazený roztavenou solí SFR - Rychlý reaktor chlazený sodíkem SCWR - Reaktor chlazený vodou s nadkritickým cyklem VHTR - Reaktor s velmi vysokými teplotami


25

Proč rychlé reaktory?

Jů, to je energie!

Přírodní zastoupení uranu  99,3 % U-238  0,7 % U-235

Vliv zavedení uzavřených palivových cyklů s přepracováním na vývoj světové spotřeby paliva (vlevo) a vývoj světové kumulované spotřeby uranu (vpravo) Úvodní kurz - 12.9. 2011

26

Technologie s potřebou procesního tepla aneb nejde jen o výrobu vodíku

Technologie

PBMR, MHR-GT

850 ºC

STAR-H2

780 ºC

VHTR (převážně otázka materiálů)

Jaderné teplo 1000-1500 ºC


27

Charakteristiky • chladivo Na • cca. atmosférický tlak • Spotřeba aktinidů z LWR

SFR – sodíkem chlazený rychlý reaktor, 150 - 1500 MWe


28

Charakteristiky • •

•

•

palivo: tekuté Li, Be, Th a U fluoridy Nízký tlak (<0.5 MPa) & vysoká T (>700°C) Nízký zdrojový člen díky on-line přepracování Minimalizace odpadu a efektivní využití suroviny

MSR – Reaktor chlazený roztavenými solemi 1000 MWe Úvodní kurz - 12.9. 2011

29

Charakteristiky • Chladivo He • >1000°C výstupní teplota • Grafitové bloky jako GT-MHR • vysoká účinnost • Výroba vodíku • Výroba procesního tepla • Vysoká úroveň pasivní bezpečnosti

VHTR – vysokoteplotní reaktor (grafitem moderovaný, heliem chlazený) 600 MWe Úvodní kurz - 12.9. 2011

30

Jaderné reaktory a energetika  věda ovlivňovaná politikou  další rozvoj závisí i na otevřeném přístupu k veřejnosti a podpoře veřejného mínění


31

Reaktory a obnova vozového parku ... Počet provozovaných reaktorů podle stáří

... aneb kdy to bude potřeba ... ... a kdo to bude dělat? • doba výstavby JE cca 10 let • životnost JE: 25 – 40 let -> 40 – 60 let

25

Roky


32

Děkuji za Vaši pozornost! Dotazy? Honem, na co se mám zeptat?

Jaderné reaktory blízké i vzdálené budoucnosti. Vyhořelé jaderné palivo současné trendy a možnosti

Recommend Documents