Jaderná fyzika a energetika

Článků v rubrice: 550

19. března 2013

Plovoucí jaderné elektrárny

V souvislosti s dalším rozvojem jaderné energetiky se hodně mluví o reaktorech malých výkonů, které se jako moduly dají řadit za sebe a tvořit tak celky o vyšších výkonech. Dají se však používat i jako pohonné jednotky pro lodě a ponorky, nebo jako plovoucí elektrárny. O těch jsme psali před časem, nyní se podařilo získat novější a podrobnější informace.

K čemu je plovoucí jaderná elektrárna dobrá?

Hlavní motivací pro její stavbu je zásobování elektrickou energií v odlehlých místech, do nichž je obtížné nebo velmi nákladné vybudovat přenosovou soustavu nebo potrubí pro ropu či plyn. Jsou to například města na ruském severu, která byla za sovětských časů často zakládána vedle ložisek nerostných surovin. Celkově asi dvě třetiny ruského území leží v oblastech trvale zmrzlé půdy, kvůli níž je výstavba infrastruktury velice náročná a nákladná. Kromě dalších kandidátů, kterými jsou odlehlá místa v Kanadě a Číně, projevila zájem i ruská společnost Gazprom, která by s jejich pomocí mohla zásobovat energií své ropné vrty v nejsevernějších místech zeměkoule, například na poloostrově Jamal.

Dalším potenciálním působištěm pro elektrárny na lodi jsou země s nedostatkem pitné vody, které by s jejich pomocí zvládly denně odsolovat velké množství mořské vody.

Historie

Historie plovoucích jaderných elektráren sahá až do roku 1963, kdy byla postavena první z nich. Společnost Martin Marietta Corporation tehdy umístila tlakovodní reaktor s výkonem 10 MW na upravenou nákladní loď SS Charles H. Cugle třídy Liberty. Vznikla tak plovoucí jaderná elektrárna MH-1A známá jako USS Sturgis. Plavidlo bylo využíváno v letech 1968 až 1975 k zásobování pásma Panamského průplavu elektrickou energií.

V roce 1972 byla dokonce zřízena společnost Offshore Power Systems Corporation (OPS), na níž se podílely společnosti Westinghouse a loděnice Tenneco za účelem výroby plovoucích jaderných elektráren. Kvůli potížím s licencemi, ropné krizi a havárii v elektrárně Three Mile Island bylo ale od projektů civilních námořních reaktorů upuštěno a vývoj se soustředil pouze na reaktory pro vojenské ponorky.

FlexBlue

Jedním ze současných projektů je jaderná elektrárna FlexBlue od francouzské energetické skupiny DCNS (Direction des Constructions Navales Services). Nejedná se ale o plovoucí elektrárnu v pravém slova smyslu, i když do styku s vodou bude přicházet téměř nepřetržitě. FlexBlue by totiž měla být umístěna na mořském dně a dodávat energii pomocí podmořských kabelů. Speciálně upravená loď potom bude zajišťovat vyzvednutí a převoz k výměně paliva nebo údržbě. Zařízení by mělo mít tvar válce o délce asi 100 metrů, hmotnosti přibližně 12 000 tun a výkonu 50 až 250 MW_e. V roce 2017 by měl být připraven prototyp k testování.

U podmořské elektrárny bude zásadní otázkou prevence úniku jaderného materiálu do mořské vody. K tomu mají sloužit tři ochranné obálky – plášť paliva, tlaková nádoba a samotný trup plavidla. Přitom je důležité zdůraznit, že trup plavidla je spojen s prakticky neomezenou chladicí nádobou (mořem), takže v případě havárie, při níž by se aktivní zóna roztavila, by se neměla protavit ven. Podobný princip pasivní bezpečnosti uplatňuje i společnost Westinghouse ve svých reaktorech typu AP1000, kdy během havárie, při níž by se roztavila aktivní zóna, se prostor okolo reaktorové nádoby naplní vodou z nádrží.

Akademik Lomonosov

V obnově vývoje civilních námořních jaderných reaktorů dosáhlo největších úspěchů Rusko, které má několik jaderných ledoborců a také plánuje plovoucí jadernou elektrárnu s názvem Akademik Lomonosov. Plavidlo je pojmenováno po slavném ruském přírodovědci Michajlu Vasiljeviči Lomonosovovi, zakladateli Moskevské státní univerzity, nejstarší v Rusku. Smlouva s výhercem tendru loděnicí Sevmaš v Severodvinsku byla podepsána v roce 2007. Od té doby projekt zažil mnoho potíží, jako změnu výrobního závodu, bankrot loděnice, stávky zaměstnanců, další spuštění prací a jiné. Aktuální situace naznačuje, že bude dokončen v roce 2016, a nyní je hotovo přibližně 60%.

Až práce skončí, bude jejich výsledkem plavidlo bez vlastního pohonu vybavené dvěma tlakovodními reaktory KLT-40S. Jedná se o vylepšenou verzi reaktorů používaných v ponorkách a ledoborcích. Plavidlo o délce 140 metrů a šířce 30 metrů bude mít výtlak 21 000 tun. Kotviště bude vybaveno nezbytnými zařízeními, jako jsou transformátory a čerpadla. Aktuální plánované umístění je podle společnosti Rosenergoatom kamčatský Viljučinsk. Akademik Lomonosov by měl poskytovat elektrickou energii 200 000 obyvatel. V budoucnu má Rosatom v plánu dalších sedm plovoucích elektráren.

Životnost jaderného reaktoru by měla představovat tři dvanáctileté cykly, celkem tedy 36 let s tím, že výměna paliva bude probíhat každé čtyři roky. Vyhořelé palivo bude skladováno do konce cyklu ve vnitřním prostoru plavidla, které bude po skončení cyklu odtaženo a podstoupí údržbu.

Bezpečnost z pohledu zastánců

Zásady fyzické bezpečnosti se opírají o zkušenosti s provozem jaderných ponorek. Plavidlo je postaveno a spravováno ve svém mateřském přístavu a je nenáročné na dodatečnou pobřežní infrastrukturu a personál. Navíc, až doslouží, bude odtaženo do svého mateřského závodu a na svém původním působišti po sobě zanechá minimální vliv na životní prostředí (alespoň podle zastánců). Stupeň obohacení paliva vyhovuje nařízením o nešíření jaderného materiálu, neboť činí 14,1% (to podle některých zdrojů posloužilo jako jedna z příčin zdržení ve výstavbě – původní plány počítaly s obohacením 40%, což znamená například menší aktivní zónu).

Podle některých názorů jsou plovoucí reaktory méně ohroženy přírodními živly než pozemní – například vlny cunami jsou vždy mnohem vyšší těsně u pobřeží, než na otevřeném moři. Zastánci plovoucích JE rovněž argumentují tím, že Spojené státy a Rusko, dříve SSSR, už desítky let provozují flotily jaderných ponorek, ledoborců a dalších lodí na jaderný pohon, a že na nich nejsou známy větší jaderné nehody.

Kromě fyzické bezpečnosti je další důležitou oblastí odolnost proti možným vojenským a teroristickým útokům (obzvláště při umístění elektrárny v zahraničí), o které zatím nelze mnoho říci. Podle řady zdrojů bude každá plovoucí elektrárna chráněna ruskou armádou, ať už bude umístěna na ruském území nebo v cizině, a výrobce nebude prodávat elektrárnu jako takovou, ale pouze energii na ní vyrobenou. Bezpečnostní opatření u vstupu personálu by měla zahrnovat například otisky prstů a snímače oční duhovky. I tak je ale potřeba mnoha změn v jaderné legislativě, protože jaderné elektrárny ještě nikdy nebyly v této formě exportovány.

Bezpečnost z pohledu odpůrců

Ekologickým organizacím se plovoucí jaderné elektrárny nelíbí, k největším odpůrcům patří Greenpeace a norská Bellona. Obávají se například toho, že pokud se jaderná elektrárna potopí, bude mít její vybavení (jaderný reaktor, ozářená zařízení pro manipulaci s palivem ad.) nevyslovitelný vliv na podmořskou faunu, a to po celé generace.

Největší nebezpečí by měla plovoucí jaderná elektrárna představovat, pokud by se při havárii roztavila aktivní zóna a dostala se do přímého kontaktu s mořskou vodou. V takovém případě by prý došlo k výbuchu páry a vytvoření radioaktivního mraku, který by dokonce znamenal větší ohrožení než výbuch Černobylu, protože lidské tělo vstřebává vodní kapičky mnohem lépe než prach. Kromě tohoto radioaktivního mraku by se také kontaminovala mořská voda, a to ve velice rozsáhlém měřítku.

Dále se ekologické organizace obávají vlivu plovoucí jaderné elektrárny na její okolí i během jejího klidného provozu (tedy bez výše popsaných havárií). Dlouhodobé umístění plavidla podle nich ovlivní usazování sedimentu na dně moře a způsobí abnormální náplavy a erozi v oblasti přilehlých pobřeží. Chladicí systém také bude ovlivňovat okolní mořskou faunu ohříváním okolní vody, což pozmění například růst bakterií a rozpustnost plynů v mořské vodě. To ale platí i pro běžné jaderné elektrárny, umístěné na břehu moře – například jedním z důvodů protestů proti novým jaderným elektrárnám v Indii jsou obavy rybářů, že ohřev vody vyžene ryby z pobřežní oblasti a připraví je o obživu.