NuScale: malé modulární reaktory pomohou také bezemisní
výrobě vodíku nebo rafineriím ropy
15.10.2019 Malé jaderné reaktory představují důležitý perspektivní
směr v bezemisní výrobě elektřiny a tepla. Kromě toho se stále hovoří i
o jejich dalším využití kromě „tradiční“ dodávky elektřiny do rozvodné
sítě, případně vytápění budov. Na Mezinárodní konferenci o klimatických
změnách a roli jaderné energie, kterou pořádala Mezinárodní agentura
pro atomovou energii (IAEA) ve Vídni začátkem října 2019, promluvil o
jejich dalších možnostech jeden z konstruktérů malého modulárního
reaktoru NuScale. Prezentoval
tak závěry studií, které projektová organizace NuScale k tomuto účelu
vypracovala. 
Malé modulární reaktory a projekt NuScale
Pro malé reaktory obecně jsou
charakteristické elektrické výkony v rozmezí 10–200 MWe (oproti výkonům
kolem 1000 MWe u „velkých“ reaktorů), minimální nároky na obsluhu,
minimální nároky na údržbu, dlouhý interval pro výměnu paliva a
minimální zóna havarijní připravenosti (vyloučení úniku do okolí). Při
jejich vývoji jsou využívány zkušeností z vojenských i civilních
projektů. Další důležitou vlastností, k níž jejich vývoj směřuje, je
provoz bez obsluhy a bez výměny paliva po velmi dlouhou dobu, cca 10–25
let.
NuScale představuje malou jadernou elektrárnu o
elektrickém výkonu až 60 MWe (aktualizováno z původně nižších hodnot).
Tato elektrárna obsahuje tlakovodní reaktor a parogenerátor, uzavřené v
jedné kompaktní nádobě. Takovéto moduly lze běžným způsobem dopravovat
a na místě spojovat do soustavy až 12 modulů. Reaktorové moduly jsou
pak ponořeny ve vodě v podzemí reaktorové budovy (viz obrázek).
Unikátním technickým prvkem v této elektrárně je
spirálový parní generátor (Helical Coil Steam Generator – HCSG),
významně usnadňující svojí konstrukcí výrobu páry. Na rozdíl od běžné
konstrukce jaderných reaktorů zde stoupá ohřátá tlaková voda z reaktoru
svislou stoupací trubkou ve středu reaktorové nádoby na její vrchol.
Odtud gravitací klesá spirálovitým vedením HCSG, kde předává teplo vodě
sekundárního okruhu, zpět do reaktoru. Tím se tato technologie obejde
bez čerpadel, což představuje výrazné zjednodušení a zlevnění.
Flexibilita ve výrobě elektřiny a tepla
Jednou z provozních vlastností NuScale je flexibilita ve
výrobě elektřiny a tepla. Pouhým přenastavením ventilu na parní turbíně
lze u 60 MWe modulu během 27 minut zvýšit elektrický výkon z 12 MWe (20
%) na 60 MWe (100 %). Naopak během pouhých 10 minut lze snížit
elektrický výkon ze 100 % na 20 %.
Tepelný výkon reaktoru za těchto zůstává stále stejný –
200 MWt. Regulací elektrického výkonu lze tak podle potřeby měnit
dodávku tepla. Další možností je regulace vlastního tepelného výkonu
reaktoru pomocí regulačních tyčí. Tímto způsobem dokáže reaktor zvýšit
svůj tepelný výkon z 20 % na 100 % za 96 minut.
Tato flexibilita je pak využívána při rozmanitém
uplatnění takovéto soustavy malých reaktorů.
Malé modulární reaktory jako zdroj pro vyrovnávání
energetické nerovnováhy
Nabídka a poptávka po elektrické energii musí být v
každém okamžiku v rovnováze. To je náročné na operátory energetického
trhu. Zde je žádoucí mít k dispozici dostatečně flexibilní zdroj
energie na vyrovnávání okamžitých rozdílů. Takovýmto flexibilním a
přitom bezemisním zdrojem mohou být právě malé modulární reaktory,
které lze zapojovat podle okamžité potřeby. Celý proces lze přitom
automatizovat.
Výroba vodíku a využití v petrochemii
Celosvětově se dnes většina vodíku (cca 95 %) vyrábí s
fosilních paliv (v první řadě parním reformingem zemního plynu, dále
parciální oxidací nižších uhlovodíků a v poslední řadě jako vedlejší
produkt při zkapalňování či zplyňování uhlí). Všechny tyto procesy jsou
doprovázeny výraznými emisemi CO2, kdy např. parní reforming zemního
plynu lze pomocí chemické reakce zjednodušeně popsat:
CH4 + 2 H2O → CO2 + 4 H2
Při standardní účinnosti této reakce kolem 80 %
odpovídají měrné emise CO2 více než 7 kg na 1 kg H2.
Novým směrem je vysokoteplotní elektrolýza páry, která
může využít právě malý jaderný reaktor. Tato technologie je o 40 %
energeticky efektivnější než klasická elektrolýza vody. Aby fungovala,
musí se teplota páry na výstupu z reaktoru zvýšit z obvyklých 300 °C na
800 °C. K tomuto značnému zvýšení teploty přitom stačí pouhá 2,4 %
výkonu reaktoru.
Šestimodulová soustava malých reaktorů při výkonu 50
MW/modul dokáže za den vyrobit 190 tun vodíku a 1500 tun kyslíku. To,
pro představu, odpovídá denní spotřebě vodíku pro cca 6 – 7 tisíc
palivočlánkových autobusů.
Jedním z odvětví náročným na přísun tepla je také
petrochemie, především ropné rafinerie.
Podle studií NuScale lze využitím malých reaktorů pro
výrobu tohoto tepla snížit uhlíkovou stopu rafinerie až o 40 %.
Další vývoj
Projektová organizace NuScale investuje stamilióny
dolarů do vývoje tohoto zajímavého řešení. Předpokládá se, že koncem
září 2020 by Americká jaderná regulační komise měla dokončit revizi pro
certifikaci konstrukce NuScale, jako důležitý krok k jeho
komercializaci.
redakce Proelektrotechniky.cz
Obrázek © NuScale (převzato z World Nuclear News)
Další
informace zde
 Přečtěte si také:
 4.10.2019 Při zmírňování prudkých klimatických změn hraje
nezastupitelnou roli jaderná energetika jako důležitý bezuhlíkový
zdroj. Tento hnací motor vede k rozvoji nových jaderných technologií
pro výrobu elektřiny. Mezi ně se řadí i malé modulární zdroje, pro něž
se vžilo označení SMR – small modular reactor. Mezi projekty těchto
zdrojů převážně britského, amerického nebo kanadského původu, jako jsou
U-battery,
NuScale nebo
StarCore Nuclear, přichází v
září 2019 na scénu francouzský projekt Nuward. 
 25.9.2019 Jaderná
energetika je nezbytnou podmínkou dosažení
ambiciózních cílů v oblasti uhlíkově neutrálních ekonomik, zejména pak
v tradičně „projaderných“ státech, jako je Velká Británie. Důkazem je
finanční podpora 6 mil. liber (přes 170 mil. Kč), kterou získala
britsko-kanadská firma Moltex
Energy pro
svůj projekt reaktoru IV. generace typu „stable salt reactor“ – SSR
formou tzv. crowdfundingu. Odborná veřejnost o tom byla informována v
září 2019.
 2.9.2019 Malé reaktory
jsou jedním z
důležitých směrů v rozvoji jaderné energetiky. Proto je průběžně
sledujeme i na stránkách našeho portálu. Patří sem mezi jinými také
malý reaktor (či spíše „mikroreaktor“) U-Battery,
který na
konci července 2019 úspěšně splnil první ze čtyř stupňů prověřovacího
procesu u Kanadských jaderných laboratoří (CNL) vedoucího k tomu, aby
byl zkušebně instalován v jeho prostorách.
 21.8.2019 Jen za
poslední rok by, alespoň podle titulků v novinách, mohl
nezasvěcený čtenář získat dojem, že české jaderné elektrárny neustále
mění palivo: Temelín zavezl modifikované ruské palivo řady TVSA-T.
Temelín testuje alternativní palivo LTA. Dukovany přejdou na
modernizované palivo PK3+. Proces zavádění nového jaderného paliva je
ale vždy během na dlouhou trať. Situaci uvádí na pravou míru v srpnu
2019 Česká nukleární společnost.
 16.8.2019 Jedním z
úspěšně postupujících projektů tzv. malých
reaktorů je americký projekt NuScale.
V červenci
2019 se tento projekt významně přiblížil komercializaci díky dohodě
projektové organizace NuScale Power s jihokorejskou průmyslovou
společností Doosan Heavy Industries & Construction
(DHIC) z průmyslové skupiny Doosan.
 1.8.2019 Malé reaktory představují
spolu s reaktory IV. generace (o
generacích jaderných reaktorů viz v
naší „nápovědě“)
důležitý směr v technickém rozvoji současné jaderné, a tedy
bezuhlíkové, energetiky. Vedle „typických“ malých reaktorů s
elektrickým výkonem zpravidla v desítkách megawattů přichází nyní na
scénu mikroreaktor, rovněž v modulární sestavě, ale o nižším výkonovém
rozmezí. Představitelem je americko-kanadský projekt Micro Modular
Reactor (MMR), s nímž byla odborná veřejnost seznámena v červenci 2019
v souvislosti se zahájením jeho environmentálního posouzení od kanadské
vlády.
 9.7.2019 Reaktory IV. generace.
představují
důležitý směr ve vývoji jaderné energetiky, a tedy v opatřeních proti
klimatickým změnám. Jako takové mají vládní podporu v zemích
provozujících jadernou energetiku ve velkém. Nejinak je tomu v USA, kde
zkraje července 2019 získala společnost Moltex Energy USA LLC (Moltex)
vládní dotaci 2,55 mil. dolarů (přes 57 mil. Kč) na vývoj technologií,
které umožní zkrátit vybudování elektrárny užívající reaktor se
stabilní solí (stable salt reactor – SSR) do tří let.
 13.5.2019 Potřeba
zmírnit klimatické změny se stává stále
naléhavější pro celý svět. V oblasti energetiky toho nepůjde dosáhnout
bez systémového přístupu, uvažujícího energetické zdroje v širokých
souvislostech – nejen tedy vlastní výrobu elektřiny. V tomto kontextu
má velký význam využívání jaderné energie jako součásti energetického
mixu. Zaznělo to mj. na konferenci Atomexpo v Soči, konané v dubnu
2019, z prezentace neziskové organizace Think Atom, zaměřené na osvětu
v oblasti jaderné energie. Z této prezentace dále vyjímáme některé
zajímavé poznatky.
 18.3.2019 Jaderná
energie představuje bezemisní a zároveň stabilní zdroj elektřiny, s
nímž se i do budoucna počítá jako s důležitým prvkem při zmírnění
globálních klimatických změn. Pro všechny, které se o jadernou
energetiku zajímají profesionálně či jen tak ze zájmu, funguje už od
roku 2016 internetová databáze reaktorů, Reactor Database.
 11.3.2019 Tradiční
Energy Outlook, výhled budoucího vývoje
energetiky do roku 2040, publikovaný společností BP a v únoru 2019
prezentovaný Českou nukleární společností, opět rozčeřil debatu o
možnosti lidstva uspokojit stoupající poptávku po energiích a přitom si
nezničit planetu. Podle BP i v budoucnu zůstane role jaderné energie
významná. Pokud by byla snaha skutečně protlačit ambiciózní cíle na
snižování emisí, pak bude jeho přínos o to důležitější.
 19.2.2019
Jedním z perspektivních projektů tzv. malých
reaktorů patří
americký projekt NuScale od
dodavatele NuScale Power. S jeho prvním využitím v provozu se počítá v
roce 2023 a na jeho technickém zdokonalování a zlepšování ekonomiky
provozu se stále pracuje. Jedním z takových zlepšení, o němž byla
odborná veřejnost informována v lednu 2019, jsou řídicí displeje
využívající technologii FPGA. Jde o vůbec první využití této
technologie v americké jaderné energetice.
 10.1.2019 V roce 2018
se ve světě připojilo k přenosovým sítím
hned devět nových jaderných bloků o celkovém výkonu 10 400 MW. Další
čtyři bloky v tomto roce zahájily výstavbu, naopak definitivně odpojeny
byly tři. Světová jaderná asociace WNA očekává, že by v roce 2019 mohlo
být zprovozněno čtrnáct nových reaktorů, včetně tří evropských.
Začátkem roku 2019 o tom informovala Česká nukleární
společnost.
 21.12.2018
V souvislosti s bojem proti klimatickým změnám se v
odborných diskusích stále častěji objevuje také jaderná energie.
Ukazuje se totiž, že bez tohoto stabilního nízkoemisního zdroje,
schopného dodávat velké množství energie kdykoliv bez ohledu na počasí,
bude splnění závazků omezit zvyšování globální teploty nad dohodnutý
rámec prakticky nemožné. Z této odborné diskuse vedené na mezinárodní
úrovni upozornila v prosinci 2018 Česká nukleární společnost na tři
zajímavé příspěvky.
 27.11.2018 Jaderné
elektrárny v ČR dnes vyrábějí téměř třetinu elektrické energie. Jsou
tedy největšími bezemisními zdroji elektřiny v ČR a s jejich podporou a
rozvojem se proto počítá i do budoucna. Vyplynulo to i z prohlášení
ministryně průmyslu a obchodu ČR na semináři Občanské bezpečnostní
komise Dukovany koncem listopadu 2018.
 15.2.2013 Pro
porozumění základnímu principu fungování jaderné
elektrárny si nejprve stručně ukážeme, jak probíhá výroba elektřiny v
uhelné elektrárně:
Spalováním rozdrceného uhlí v kotli vzniká teplo, které ohřívá vodu a
ta se mění na páru o teplotě až 500 stupňů Celsia. Tato pára roztáčí
lopatky turbíny. Turbína pohání generátor vyrábějící elektrickou
energii, která je dodávána do přenosové sítě. Pára z turbíny prochází
přes kondenzátor, kde se vysráží; část putuje zpět a část do chladicích
věží, kde se odpaří.
Nahraďme nyní teplo spalovaného uhlí jiným teplem –
teplem ze štěpné jaderné reakce.
|
