Spojené království si vybralo uhelnou elektrárnu jako místo pro stavbu prototypu fúzní elektrárny

Není žádným tajemstvím, že pokračováním (věřme, že úspěšného) projektu tokamaku ITER bude zařízení, pro které se obecně přijal název DEMO – demonstrační elektrárna. Projekt by měl vyrábět již elektřinu a s největší pravděpodobností i být zapojen do elektrické sítě daného státu. Ano, státu: zatímco ITER je mezinárodní, DEMO bude národní. V současné době na něj myslí Čína, EU, Korea, USA a také Spojené království!

Ještě je v čerstvé paměti hledání místa pro stavbu ITER. Trvalo více než rok, než se partneři shodli na evropském místě Cadarache. Výběr místa pro stavbu podobného zařízení není opravdu nic jednoduchého a je-li milníku dosaženo, je co oslavovat. Nu a to se právě stalo ve Spojeném království.

DEMO do každého státu

Čína pracuje na zařízení, známém jako China Fusion Engineering Test Reactor (CFETR). Je ve fázi návrhu a prototypování technologie. CFETR bude o něco větší než ITER, s poloměrem asi 7 m (ITER má 6,2 m). Jeho počáteční fáze bude demonstrovat fúzní provoz při fúzním výkonu asi 200 MW, ale nakonec bude modernizován na výkon fúze alespoň 2 GW a elektrického výkonu 700 MW. Formální konstrukce zařízení měla začít v roce 2020, ale výstavba podpůrných zařízení a klíčových prototypových komponent již v hnízdě čínských tokamaků, v Hefei, začala.

Ve Spojených státech byly předloženy různé návrhy na kompaktnější a tudíž levnější fúzní reaktory s koncepty kulového tokamaku, jako je SPARC MIT (Spherical Affordable Robust Compact). Původně zařízení soukromé společnosti Commonwealth Fusion Systems (CFS) úzce spolupracující s oddělením Plasma Science and Fusion Center (PSFC) patřící známé Massachusetts Institute of Technology (MIT) bylo časem povýšeno, zatím zřejmě ne oficiálně, na americké DEMO. Nicméně jsou zmiňovány i návrhy PPP Laboratory: Spherical Tokamak Power Plant a Compact Advanced patřící General Atomics. Jak je vidět všechny návrhy mají ve svém názvu spherical či compact. Jsou to koncepty, o nichž se předpokládá, že budou lacinější, nicméně výkonově srovnatelné s ITER. Jsou to zatím jen návrhy státních či soukromých laboratoří. Přitom nákladová stránka je pro subjekt mnohem menší než stát důležitá, ne-li rozhodující.

Evropské DEMO zařízení je zamýšleno jako demonstrační elektrárna s čistým výkonem 300 MW až 500 MW. Cesta k evropskému DEMO byla vytyčena v cestovní mapě (Road to Fusion) vytvořené EUROfusion - organizací EU pro jadernou fúzi, ale místo, začátek výstavby a další podrobnosti určené nejsou.

Vzhledem k tomu, že Spojené království již nepatří k EU, oznámilo na EU nezávislou samostatnou cestu k DEMO a nazvalo ji Spherical Tokamak Energy Production - STEP. Tedy opět sférický tokamak. Britské středisko výzkumu fúze – Culham Science Center - má bohaté zkušenosti s kulovými tokamaky, počínaje historickým START (Small Tight Aspect Ratio Tokamak) k současnému MAST (MegaAmp) a tak není divu, že britský koncept vychází z konceptu efektivnějšího využití konfigurace udržujícího magnetického pole pracující s vyšším beta, než je obvyklé u běžných tokamaků. To znamená vyšší tlak plazmatu při menších rozměrech tokamaku a tudíž menší náklady. Sférické tokamaky představují třídu tokamaků, jejichž poměr stran je mnohem nižší než u běžného tokamaku a je co nejblíže k 1. Mimochodem, díky exploataci kulového MegaAmp se v Culhamu uvolnil britský tokamak Compass D a byl přestěhován do Prahy. Zdá se, že UK jsou ze všech kandidátů na DEMO nejdále, nebo jsou v těsném závěsu za Čínou.

6. října oznámila vláda Spojeného království, že přelomový prototyp elektrárny STEP (Spherical Tokamak Energy Production - kulový tokamak pro „výrobu“ energie) britského úřadu pro atomovou energii (United Kingdom Atomic Energy Authority, UKAEA) bude postaven v severním Nottinghamshire, v regionu East Midlands v Anglii v místě elektrárny West Burton, uhelné elektrárny o výkonu 1 GW, kterou vlastní EDF.

UKAEA, která jménem vlády Spojeného království provádí výzkum energie z jaderné syntézy, uvedla, že prototyp bude „navržen a postaven právě v místě uhelné elektrárny, aby demonstroval schopnost dodávat čistou elektřinu do sítě“. UKAEA věří, že to „také připraví cestu k tomu, aby mohly být postaveny a uvedeny do provozu budoucí komerční elektrárny poháněné uvolněnou energií termojaderné fúze“.

Výběr místa pro jadernou prototypovou elektrárnu STEP, která by měla mít mnoho rysů plně funkční elektrárny, představuje významný milník pro vývoj fúzní elektrárny a přibližuje ji k jejímu uskutečnění. Ambice UKAEA postavit prototyp STEP jsou hodně sledované, vzhledem k tomu, že je STEP považován za průkopnický projekt v závodě o vývoj fúzního energetického zdroje, který v podstatě kopíruje proces pohánějící Slunce a hvězdy.

Hlubší pohled na to, jak funguje energie jaderné fúze a jaké byly významné pokroky v posledních letech, naleznete například v článku POWER z června 2020 „Energie z jaderné syntézy přichází a možná dříve, než si myslíte“ -  zde:

https://www.powermag.com/fusion-energy-is-coming-and-maybe-sooner-than-you-think/

Kulový tokamak STEP

Odborníci již dlouho chválí možnosti termojaderné fúze jako dokonalého „zdroje“ energie. Nejen že dokáže poskytnout prakticky neomezenou vysoce koncentrovanou energii pro základní zatížení, přičemž neprodukuje žádné emise skleníkových plynů ani radioaktivní odpad s dlouhou životností. Také riziko nehod fúzního zařízení je minimální: pokud dojde ke ztrátě udržení plazmatu (například porucha vakuové nádoby), fúzní reakce se jednoduše zastaví.

Prototyp STEP bude kompaktní sférický tokamak, mnohem menší než jiní zástupci programů fúzní energie, např. mezinárodní termonukleární experimentální reaktor (ITER). „Většina fúzních reaktorů je postavena ve tvaru toroidu (koblihy), zatímco vakuová komora kulovitého tokamaku má tvar spíše jablka s jádry. Tento tvar zlepšuje účinnost udržení v magnetickém poli (při menším magnetickém tlaku větší tlak udržovaného plazmatu) a potenciálně snižuje náklady elektrárny,“ uvedla UKAEA.

S podporou vládního financování ve výši 220 milionů GBP na první fázi STEP očekává UKAEA, že do roku 2024 vytvoří „koncepční návrh“. Po něm bude následovat fáze 2, která bude zahrnovat podrobný technický návrh. Během fáze 2 bude agentura také pracovat na získání „souhlasu a povolení k výstavbě závodu“. Fáze 3 bude zahrnovat výstavbu prototypu elektrárny. UKAEA se prozatím zaměřuje na první provoz na počátku 40. let 21. století.

Uhelná elektrárna vybrána po přísném posouzení

UKAEA uvedla, že vláda vybrala lokalitu West Burton po přísném téměř dvouletém procesu posuzování. Agentura uvedla, že na místo pro prototyp STEP se po otevřené výzvě v prosinci 2020 zaregistrovalo 15 zájemců. V březnu 2021 proběhl průzkum veřejného mínění o tom, kam umístit průkopnický projekt. Po hodnoceních se v říjnu 2021 zúžil výběr na pět míst. Druhé kolo hodnocení na jaře vedlo k tomu, že UKAEA v květnu 2022 předložila státnímu tajemníkovi závěrečné doporučení.

„Dalšími kandidáty, které se dostaly do užšího výběru coby hostitelé STEP, byly Ardeer, North Ayrshire; Moorside, Cumbria; Goole, východní Yorkshire a Severn Edge, Gloucestershire,“ uvedla vláda.

V lokalitě West Burton na řece Trent poblíž Gainsborough leží dvě elektrárny: West Burton A, vlastněná společností EDF, je uhelná elektrárna uvedená do provozu v roce 1966 a West Burton B je elektrárna s plynovou turbínou s kombinovaným cyklem uvedená do provozu v roce 2013. EDF prodala West Burton B společnosti EIG. EDF zvažovala uzavření West Burton A, ale v červnu 2022 oznámila, že ji ponechá v provozu až do března 2023.

 „Význam umístění prototypové elektrárny STEP je obrovský. Bude to milník v náročném a dlouhodobém úsilí přivést energii z jaderné syntézy do sítě,“ řekl profesor Ian Chapman, výkonný ředitel UKAEA. „Lokalita West Burton se přirozeně hodí pro program STEP svým bohatým průmyslovým dědictvím, které se může rozvinout směrem k nízkouhlíkové budoucnosti.  Je to skutečně cesta od fosilních paliv k fúzi‘,“ řekl.