PROJEKT SUSEN, UDRŽITELNÁ ENERGETIKA. Marek Mikloš Centrum výzkumu Řež, s.r.o., Hlavní 130, Řež

Odborná konferencia Mladej generácie Slovenskej nukleárnej spoločnosti Častá-Papiernička, 25.apríl 2014

PROJEKT SUSEN, UDRŽITELNÁ ENERGETIKA Marek Mikloš Centrum výzkumu Řež, s.r.o., Hlavní 130, 250 68 Řež [email protected]

ABSTRAKT Centrum výzkumu Řež, s.r.o., dceřiná společnost ÚJV Řež, a.s., společně se Západočeskou univerzitou zahájila koncem roku 2011 projekt Udržitelná energetika (SUSEN – Sustainable Energy). Hlavním cílem projektu je vybudování významného dvou-regionálního centra výzkumu a vývoje v oblasti dlouhodobě udržitelné energetiky s úzkou vazbou na evropský výzkumný prostor. Prostřednictvím rozšíření a modernizace výzkumné infrastruktury bude vytvořeno špičkové pracoviště zaměřené především na klíčové segmenty jaderné energetiky. Z hlediska časového rámce lze rozlišit dva základní strategické cíle projektu: • Přispět výzkumnými a vývojovými aktivitami k zajištění bezpečného, spolehlivého a dlouhodobě udržitelného provozu stávajících energetických zařízení, tj. zejména jaderných elektráren typu GII a GIII, a to prostřednictvím prodloužení jejich životnosti o 20 – 40 let. Cílem projektu je rovněž výzkum a vývoj nových technologií s vysokou účinností v oblasti klasické energetiky. Konkrétní aplikace budou realizovány bezprostředně po dokončení instalace potřebných technologií. • Prostřednictvím generovaných výsledků výzkumu a vývoje přispět k plynulému přechodu na jaderné reaktory nových generací, tzn. GIII+ a GIV. S nasazením těchto tzv. pokročilých jaderných reaktorů v rámci ostrého provozu se počítá po roce 2030. V rámci dlouhodobého horizontu je předmětem projektu také výzkum a vývoj špičkových technologií a materiálů v oblasti termojaderné fúze. Článek podává základní informace o cílech a výstupech projektu, jeho organizací, věcném a časovém plánu, ale zejména současnému stavu prací na projektu. 1. ÚVOD Česká republika se vstupem do EU zařadila mezi členské státy, které využívají cílené podpory v rámci evropské regionální politiky. Pro období 2007–2013 jsou všechny regiony ČR (s výjimkou hlavního města Prahy) zařazeny pod cíl Konvergence. V souladu s cíli evropské regionální politiky je jednou z priorit ČR posílení konkurenceschopnosti státu a orientace na znalostní ekonomiku. Operační program Výzkum a vývoj pro inovace (dále jen „OP VaVpI“) je jedním z významných operačních programů, které přispívají k naplnění uvedených cílů. Globálním cílem OP VaVpI je posilování výzkumného, vývojového a inovačního potenciálu ČR, který přispěje k růstu konkurenceschopnosti a k vytváření vysoce kvaliﬁkovaných pracovních míst tak, aby se regiony ČR staly významnými místy koncentrace těchto aktivit v Evropě. Projekt Udržitelná energetika (SUStainable ENergy, SUSEN) je realizován jako regionální centrum VaV v Prioritní ose 2 a jeho cílem je plnit funkci relevantního výzkumného partnera pro spolupráci s aplikační sférou včetně navazování partnerství a spolupráce s významnými výzkumnými evropskými centry. Jedná se o tzv. velký projekt (nad 50 mil. Euro), jehož schválení náleží Evropské komisi. -1-


Projektem SUSEN získala Česká republika, její výzkumná komunita a v neposlední řadě Centrum výzkumu Řež s.r.o. a jeho partner, Západočeská univerzita v Plzni, možnost rozšířit významné materiální a lidské kapacity pro energetický výzkum a vývoj. 2. CÍLE PROJEKTU Cílem projektu SUSEN je přispět výzkumnými a vývojovými aktivitami k zajištění bezpečného, spolehlivého a dlouhodobě udržitelného provozu stávajících energetických zařízení, tj. zejména jaderných elektráren typu GII a GIII, a to prostřednictvím prodloužení jejich životnosti o 20–40 let. Cílem projektu je rovněž výzkum a vývoj nových technologií s vysokou účinností v oblasti klasické energetiky. Konkrétní aplikace budou realizovány bezprostředně po dokončení instalace potřebných technologií. Prostřednictvím generovaných výsledků výzkumu a vývoje přispěje projekt SUSEN k plynulému přechodu na jaderné reaktory nových generací, tzn. GIII+ a GIV. S nasazením těchto tzv. pokročilých jaderných reaktorů v rámci ostrého provozu se počítá po roce 2030. V rámci dlouhodobého horizontu je předmětem projektu také výzkum a vývoj špičkových technologií a materiálů v oblasti termojaderné fúze. Projekt SUSEN zahrnuje také výstavbu výzkumné infrastruktury, která dlouhodobě zvýší vědecký, výzkumný a vývojový potenciál České republiky v oblasti aplikovaného výzkumu v energetice, převážně (ale neexkluzivně) jaderné. Prostřednictvím příjemce podpory, společnosti Centrum výzkumu Řež s.r.o., člena skupiny ÚJV, nabídne řešení významných úloh spojených s rozvojem udržitelné jaderné energetiky a poskytne pro společnosti podnikající v oblasti aplikovaného výzkumu v energetice robustní a moderní výzkumnou infrastrukturu. Projekt bude řízen s důsledným respektováním pěti zásad: 1. Prostředky poskytnuté Evropskou unií představují unikátní a neopakovatelnou příležitost k rozvoji výzkumné infrastruktury energetického výzkumu ČR. Musí být investovány účelně, budovaná pracoviště musí odpovídat dnešnímu poznání stavu technologií a strategických směrů jejich vývoje a být účelně využitelná i v budoucnosti. 2. Jakákoli nakupovaná nebo vyvíjená technologie musí mít konkurenční výhodu ve své technologické vyspělosti nejméně do roku 2016, u technologií s dlouhým životním cyklem musí mít konkurenční výhodu špičkové technologie nejméně do roku 2020. Provozovatel umožní infrastrukturu pronajímat jiným organizacím podle principů Open Access (http://www.cvrez.cz/web/open-access). 3. Projekt bude úzkostlivě dbát na dodržení všech podmínek pro poskytnutí dotace, zejména na dodržení zásad transparentnosti, rovného zacházení a zákazu diskriminace v zadávacích řízeních veřejných zakázek pro projekt. 4. Projekt bude zaměřen k doplnění a rozšíření možností stávajících infrastruktur v ČR a nebude cíleně rozšiřovat technologické prostředky v oblastech, které jsou efektivně pokryty jinými infrastrukturami ČR. 5. Projekt bude cíleně vytvářet příležitosti pro uplatnění mladých specialistů a podmínky pro jejich profesní rozvoj.

-2-


Cíle jsou směrovány zejména na: a. Integraci českých VaV institucí do aplikovaného výzkumu v energetice b. Dosahování aplikovatelných výsledků VaV v oblasti GIV a fúze c. Podporu bezpečného provozu a prodlužování životnosti pro technologie GII & GIII

3. STRUKTURA A OBSAH PROJEKTU Projekt je postaven na čtyřech základních pilířích, které představují následující výzkumné programy členěné dále na výzkumné aktivity: 1. Technologické experimentální okruhy (TEO) 2. Strukturální a systémová diagnostika (SSD) 3. Jaderný palivový cyklus (JPC) 4. Materiálový výzkum (MAT) Projekt je navržen komplexně, tj. od výzkumu vstupních nosičů energií (paliva), výzkumu materiálů a komponent včetně diagnostiky při výrobě a výstavbě, diagnostiky provozu energetických zařízení (predikce spolehlivého provozu a prodlužování životnosti) až po likvidaci a bezpečné uložení nosičů energií. 3.1 Program č. 1: Technologické experimentální okruhy Cílem tohoto výzkumného programu je vybudovat velká experimentální zařízení umožňující výzkum a vývoj v oblasti IV. generace jaderných reaktorů a fúzního reaktoru. Experimetální data získaná na těchto zařízeních rozšíří stávající znalosti o vlastnostech materiálů a jejich chování ve specifi ckých podmínkách a budou využita při vývoji daného typu reaktoru. V těchto reaktorech je přenos tepla zprostředkován médii, o jejichž chování neexistuje dostatek informací, a to především v oblasti jejich působení na konstrukční materiály, termodynamických a termohydraulických vlastností, nejsou známy výrobní technologie, neexistují potřebné komponenty atd. Experimentální data získaná v těchto zařízeních rozšiřují stávající znalosti o chování materiálů a komponent při parametrech prostředí. Budou využita pro zdokonalení výpočetních kódů, databází vlastností látek apod. a jsou potřebná pro vývoj daného reaktoru. V rámci tohoto programu budou studována tato média: • superkritická voda; médium pro primární okruh superkritického lehkovodního reaktoru (SCWR); • helium; médium primárního okruhu (velmi) vysokoteplotního reaktoru (V/HTR); • helium; médium pro chlazení první stěny fúzního reaktoru; • superkritický oxid uhličitý – potenciální médium sekundárního okruhu pro přenos tepla z primárního okruhu reaktoru GIV; • eutektická slitina olovo-lithium (Pb-Li) – médium pro kontinuální tvorbu fúzního paliva – tritia 3H. 3.2 Program č.2: Strukturální a systémová diagnostika Výzkumný program je tematicky zaměřen na podporu prodlužování životnosti jaderných elektráren současné generace (generace II. a III.), podporu výstavby a budoucího provozu reaktorů nastávajících generací (generace IV. a fúze) a s tím související materiálové studie vysoce ozářených vzorků. -3-


Hlavní cíle • Získání komplexního popisu degradace vlastností a životnosti konstrukčních materiálů jaderných reaktorů po dlouhodobé provozní expozici. • Návrh, optimalizace a osvojení výroby zkušebních těles pro výzkum vlastností materiálu. • Vývoj nových postupů nedestruktivního zkoušení (NDE) feritických, austenitických a heterogenních svarových spojů a komponent komplexní konfigurace a jejich certifikace (NDE kvalifikace) s využitím zkušebních těles s umělými necelistvostmi a realistickými simulacemi provozních trhlin a matematického modelování procesu měření a odezvy indikací necelistvostí. • Vývoj nového univerzálního hardware a software systému řízení manipulátorů pro zkoušení svarů kritických uzlů primárního a sekundárního okruhu JE. • Vývoj nových postupů ověření tepelné a radiační odolnosti a chování strukturních materiálů a systémů v extrémních podmínkách těžkých havárií. 3.3 Program č.3: Jaderný palivový cyklus Výzkumný program JPC je zaměřen na výzkum a vývoj (VaV) v oblasti tzv. zadního konce jaderného palivového cyklu, do kterého patří především nakládání s radioaktivními odpady (RAO) a použitým jaderným palivem. Ve svém poli působnosti pokrývá program JPC všechny důležité oblasti od vývoje technologií pro nakládání s problematickými radioaktivními odpady a technologií pro výraznou redukci objemu radioaktivních odpadů, přes VaV v oboru geologického ukládání vysoceaktivních odpadů a použitého jaderného paliva, až k vývoji vysokoteplotních separačních technologií transuranů a štěpných produktů. V rámci výzkumného programu JPC bude vybudována unikátní laboratoř pro experimentální studium chování materiálu, tzv. Coria, vznikajícího při roztavení aktivní zóny jaderného reaktoru a laboratoř SIMS pro studium vlivu zadního konce jaderně-palivového cyklu na životní prostředí a účely záruk v jaderných materiálech. Hlavní cíle • Výzkum a vývoj nových materiálů a principů pro efektivnější a bezpečnější ukládání RAO • Vývoj pokročilých technologií a technologických postupů pro zneškodňování RAO a minimalizaci jejich objemu • Vývoj nových technologií palivového cyklu jaderných reaktorů nových generací založených na fluoridových technologiích • Vytvoření vědecko-technické základny pro podporu výstavby hlubinného úložiště v ČR • Vývoj nových metod detekce velmi nízkých aktivit dlouhodobých radionuklidů ve velmi malých objemech vzorků • Získání souboru poznatků o chování Coria pro účely zvýšení bezpečnosti jaderných reaktorů v posthavarijních stavech 3.4 Program č.4: Materiálový výzkum Materiálový výzkum je jedním ze čtyř výzkumných programů, které tvoří obsahovou náplň projektu SUSEN – Udržitelná energetika. Je primárně zaměřen na výzkum materiálů pro jadernou energetiku, ale předpokládá se zapojení i v oblastech klasické energetiky a nových nekonvenčních postupů získávání energie. Program je zacílen na studium mezních stavů nových progresivních materiálů, resp. dílů a uzlů z nich vyrobených. Činnost pracoviště bude -4-


probíhat v oblasti základního výzkumu vlastností konstrukčních materiálů, výsledky budou přímo aplikovatelné v energetickém průmyslu. Ve spolupráci se ZČU v Plzni bude nové pracoviště hrát významnou roli při výchově nových materiálových odborníků. Fakulta strojní – Katedra materiálu a strojírenské metalurgie – bude v programu participovat v oblasti svařování. Při řešení konkrétních úkolů bude využívána spolupráce v rámci diplomových a doktorských prací. Pozornost bude cíleně zaměřena na práci zahraničních doktorandů s tím, že na jejich stáže budou získávány prostředky z programů ES. Hlavní cíle • podpora vývoje feritických a martenzitických ocelí s potenciálem aplikace do 650 °C pro neaktivní okruhy jaderných reaktorů GIV a komponenty parních turbín se superkritickými parametry páry • podpora vývoje materiálů na bázi austenitických ocelí a vysoce legovaných niklových slitin, odolných v agresivních prostředích za vysokých teplot a tlaků, pro výrobu komponent jaderných a klasických elektráren s ultra superkritickými bloky. • dokumentace vlivu degradačních mechanismů na vlastnosti konstrukčních materiálů pro komponenty vyšších generací jaderných reaktorů (GIII+,GIV) v neaktivních okruzích. • vývoj nových technologií tavného svařování pro jadernou i klasickou energetikou (ve spolupráci s partnerem – katedrou materiálu ZČU)

PODĚKOVÁNÍ Tato práce vznikla za finanční podpory projektu SUSEN CZ.1.05/2.1.00/03.0108, který je realizován v rámci Evropského fondu regionálního rozvoje (ERDF). POUŽITÁ LITERATURA [1] [2]

http://cvrez.cz http://susen2020.cz

-5-

PROJEKT SUSEN, UDRŽITELNÁ ENERGETIKA. Marek Mikloš Centrum výzkumu Řež, s.r.o., Hlavní 130, Řež

Recommend Documents