Delší palivový cyklus v JE Temelín

Pro udržení efektivního výkonu energetického reaktoru se každý rok vyměňuje jedna třetina paliva za čerstvé. Při letošní odstávce 2. bloku Jaderné elektrárny Temelín pro výměnu paliva umístili energetici do odstaveného a zkontrolovaného reaktoru přesně 163 palivových souborů. Nově mezi nimi je 48 čerstvých palivových souborů, dosud jich bývalo o šest méně. Úprava je součástí přechodu na osmnáctiměsíční palivovou kampaň, od které si ČEZ slibuje další zvýšení efektivity temelínské elektrárny. Druhý blok tak bude v provozu přibližně o měsíc déle.

Snížení počtu odstávek, tím i omezení čerpání životnosti a zvýšení efektivity provozu očekává ČEZ v Temelíně od přechodu na osmnáctiměsíční palivovou kampaň. Ta dosavadní bývala o šest měsíců kratší a znamenala přibližně deset měsíců provozu a dva měsíce odstávky. Při této výměně v Temelíně zavezli tak zvanou přechodovou vsázku. Nově místo dosavadních 42 palivových souborů zavezli 48 čerstvých palivových souborů. „Obohacení paliva bude stejné, palivové soubory budou ale obsahovat více absorbátoru, který tlumí jejich reaktivitu. To v kombinaci s vyšším počtem čerstvých souborů zajistí, že blok může být v provozu déle,“ říká Jan Kruml, ředitel Jaderné elektrárny Temelín a dodává: „Je to podobné, jako když hodíte do kamen sedm uhelných briket místo pěti a trochu přivřete vzduch, taky vydrží déle. V našem případě je to ale bez emisí.“

Bezpečně 32 Tera

Delší palivová kampaň je podle ČEZ jednou z klíčových součástí programu nazvaného „Bezpečně 32 Tera“. Skrývá se pod ním další zvyšování bezpečnosti a efektivity a vytvoření podmínek pro plánovaný nejméně šedesátiletý provoz všech českých jaderných bloků. „Palivové cykly prodlužujeme na 16, respektive 18 měsíců v Dukovanech i v Temelíně. Znamená to pro nás snížení čerpání životnosti zařízení i přínos do výroby na úrovni v průměru téměř 2 terawatthodin ročně. Podmínkou je samozřejmě velmi pečlivé ověření všech bezpečnostních parametrů a zachování všech bezpečnostních rezerv,“ doplňuje člen představenstva a ředitel divize jaderná energetika Bohdan Zronek.

V roce 2022 dosáhla spotřeba elektřiny v České republice 60,4 TWh, plánované zvýšení výroby tak odpovídá až 3 % české spotřeby. Osmnáctiměsíční palivové kampaně jsou v současné době standardem u většiny jaderných elektráren. Samotný projekt v České republice dostal konkrétní podobu již v roce 2018, od kdy probíhala povolovací řízení. Finálního stavu chtějí energetici dosáhnout v roce 2025.

Celkově investuje společnost ČEZ do Dukovan a Temelína i v souvislosti s plánovaným šedesátiletým provozem letos přibližně 6 miliard Kč. Jadernou elektrárnu Dukovany chce provozovat v souladu s plánem investic a kontrol nejméně do roku 2047, Temelín ještě o 13 let déle.

Odstávka 2. bloku Jaderné elektrárny Temelín

V harmonogramu aktuální odstávky měli energetici téměř 15 tisíc činností včetně 69 investičních akcí. I s dodavateli se do odstávky zapojila přibližně tisícovka lidí. Letos jde o závěrečnou odstávku v Temelíně. První blok byl pro kontroly a výměnu palivových souborů odstaven na necelé dva měsíce od 7. dubna do 8. června.

Obecně o výměně paliva

Výměna paliva probíhá při zastaveném a vychlazeném reaktoru zpravidla jednou za 1 až 1,5 roku. Přitom se nahradí 1/4 až 1/3 palivových kazet kazetami s čerstvým palivem. Použité (nesprávně označované jako "vyhořelé") palivo se navenek nijak neliší od paliva čerstvého, změnila se jeho vnitřní struktura - místo části jader uranu 235 se v něm vyskytují jádra štěpných produktů a palivo se stalo radioaktivním. Výměna probíhá pod vodou, kazety s použitým palivem se několik let ochlazují v bazénu vedle reaktoru a teprve pak se přemístí do meziskladu použitého paliva.
Radioaktivní štěpné produkty při svém rozpadu produkují stále teplo, proto je potřeba použité palivové soubory chladit, než se nejaktivnější radionuklidy rozpadnou a teplota i radioaktivita klesne na úroveň, kdy je s nimi možno dále manipulovat.

Úloha absorbátorů

Délka palivového cyklu závisí na použití vyhořívajících absorbátorů v palivu. Jejich přítomnost umožňuje vyšší vyhoření paliva. Z jedné tuny přírodního uranu se průměrně vyrobí asi 44 milionů kilowatthodin elektřiny. (Výroba tohoto množství elektrické energie z fosilních paliv by si vyžádala spálení přes 20 000 tun uhlí nebo 8,5 milionu metrů krychlových plynu.) Vyhoření paliva se měří v gigawattdnech (tepelné) na tunu a jeho potenciál je úměrný úrovni obohacení. Doposud byla omezujícím faktorem fyzická odolnost palivových souborů, a proto byly úrovně vyhoření omezeny na přibližně 40 GWd/t, což vyžaduje pouze asi 4% obohacení. Pokročilé palivové soubory umožňují 55 GWd/t (s 5% obohacením). Výhodou zvýšeného vyhořívání je, že provozní cykly mohou být delší – přibližně až 24 měsíců – a počet palivových souborů vyjímaných jako použité palivo lze snížit o jednu třetinu. Očekává se, že související náklady na palivový cyklus se sníží asi o 20 %. Vyhoření v GWd/t je konvenční míra pro oxidická paliva (palivem v lehkovodních tlakovodních reaktorech, jaký je i v Temelíně, je obvykle oxid uraničitý) a 60 GWd/t U odpovídá tomu, že asi 6,5 % původních atomů uranu je přeměněno přímo nebo nepřímo na štěpné plutonium.

V pracujícím reaktoru se postupem času koncentrace štěpných úlomků a těžkých prvků v palivu zvýší do bodu, kdy již není praktické palivo dále používat. Palivové články uprostřed aktivní zóny, které jsou vyhořelé nejvíce, se odstraní, články z okrajů se přemístí ke středu a na okraj aktivní zóny se zavezou čerstvé články. Množství energie, které palivový soubor vyrobí, se liší podle typu reaktoru a politiky provozovatele reaktoru. Použité palivo typicky obsahuje asi 1,0 % U-235 a 0,6 % štěpitelného plutonia (celkem téměř 1 % Pu), a asi 95 % U-238. Zbytek, asi 3 %, jsou štěpné produkty a minoritní aktinidy.

Použité palivo vyjmuté z reaktoru emituje jak záření, hlavně ze štěpných fragmentů, tak teplo. Přesouvá se z reaktoru do bazénu použitého paliva bezprostředně sousedícího s reaktorem. Voda stíní záření a pohlcuje teplo, které se odvádí cirkulací vody přes externí výměníky tepla. Použité palivo se v bazénu skladuje několik let. Poté se buď přepracuje na nové palivo, nebo dlouhodobě skladuje a uloží do hlubinného úložiště. Čím déle se skladuje, tím snadněji se s ním manipuluje, neboť radioaktivita s časem ubývá. Použité palivo obsahuje prvky schopné uvolnit ještě značné množství energie, může se v budoucnu stát cennou energetickou surovinou.

Zdroje: TZ ČEZ, https://world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/introduction/nuclear-fuel-cycle-overview.aspx 

Marek Sviták