TerraPower zahájila výstavbu sodíkového reaktoru

Reaktor Natrium1 bude první pokročilý reaktorový projekt v severoatlantickém prostoru, který přešel z fáze návrhu do fáze výstavby. Společnosti TerraPower, z části financovaná společností Microsoft, a GE Hitachi Nuclear Energy (GEH) společně poprvé zveřejnily tento koncept v září 2020. Natrium1 je rychlý sodíkem chlazený reaktor o výkonu 345 MW_e kombinovaný se zásobníkem tepla. Společnost TerraPower založil Bill Gates, který fandí jaderným technologiím.

Reaktor se staví poblíž odstavované uhelné elektrárny ve Wyomingu. Jedná se o jediný projekt přechodu z uhlí na jadernou energii na světě, který zahájil výstavbu. Wyoming je historicky největším producentem uhlí v USA a přirozeně trpí útlumem těžby uhlí, ke které dnes přistupují vyspělé země z důvodu obav o klimatické změny. Při stavebních pracech bude na projektu potřeba přibližně 1600 pracovníků po dobu pěti let. Po zprovoznění elektrárny se odhaduje, že bude potřeba cca 250 lidí pro  každodenní činnosti. Plánovaná výstavba reaktoru ve Wyomingu má trvat necelých 5 let. 

Zatím jen nejaderné části projektu

Byl zahájen proces posuzování žádosti o povolení u jaderného regulátora USA Nuclear Regulatory Commission, po schválení bude zahájena stavba samotného jaderného reaktoru. Proces posuzování potrvá pár let, takže mezitím se bude pokračovat ve výstavbě nejaderných částí zařízení. Příští rok začne stavba tzv. "energetického ostrova", kde budou umístěny parní turbíny a další stroje. Reaktor bude nakonec součástí "jaderného ostrova" , který by se měl začít stavět v roce 2026.

Projekt je nazýván demonstračním a je určen k ověření návrhu, stavebních a provozních vlastností sodíkového reaktoru v praxi.

Technické specifikace

Reaktor Natrium je sodíkem chlazený rychlý reaktor na bázi tavených solí s integrovaným energetickým úložištěm. To umožňuje reaktoru udržovat konstantní tepelný výkon a zvyšovat elektrický výkon podle potřeby. Má mít tepelný výkon 840 MW_t, elektrický výkon 345 MW_e přímo z reaktoru a 100-500 MW_e z energetického úložiště, které může nepřetržitě dodávat po dobu 5,5 hodin a měnit výstupní výkon o 10 % za minutu. Reaktor sám produkuje teplo s teplotou vyšší než 500 ^oCelsia, které může být využito pro průmyslové procesy.

Výhody sodíkových reaktorů oproti tradičním

Sodíkové reaktory nejsou přetlakové jako stávající nejčastější PWR a jako chladivo používají místo vody roztavený sodík. Reaktor pracuje při teplotách vyšších než 350 stupňů Celsia a hluboko pod bodem varu sodíku. Konstrukce TerraPower těží z přírodních sil, jako je gravitace a tepelná konvekce, což umožňuje pasivní chlazení a výrazně snižuje náklady související s bezpečností ve srovnání s konvenčními reaktory. Jedinečný design celé elektrárny navíc umožňuje oddělení energetického a jaderného ostrova, což zajišťuje, že integrované systémy skladování energie a výroby energie jsou zcela odděleny od jaderné části. Tato konstrukce umožňuje nejaderným týmům provozovat významné operace na parní turbíně a solné nádrži, mimo oblast jaderné kontroly. To je bezpečnější a snižuje náklady. Reaktor Natrium je  jednodušší a levnější na stavbu než jiné reaktory, protože vyžaduje méně bezpečnostních zařízení, méně materiálů díky menší velikosti, operuje při atmosférickém tlaku s čímž jsou spojena menší bezpečností rizika. 

Jednodušší koncept elektrárny

Nový reaktorový koncept výrazně zjednoduší celou technologii reaktoru. Nejaderné mechanické, elektrické a jiné vybavení bude umístěno v jiné budově, což obecně sníží komplikovanost i náklady na výstavbu zařízení. Hlavním záměrem návrhu je snížit náklady díky možnosti konstruovat některé systémy podle průmyslových standardů bez zvýšených "jaderných" jakostních požadavků.

Mezi další vylepšení konceptu patří také snížení množství kabelů a vedení technologií při současném snížení množství vysokojakostního betonu. Podle analýz má být množství betonu sníženo o celých 80 % v porovnání s klasickými jadernými elektrárnami.

Reaktorový projekt Natrium je koncipován tak, aby zajistil stabilní a flexibilní dodávky elektřiny do elektrické sítě, která disponuje vysokým podílem obnovitelných zdrojů. (To znamená, že je schopen pružného řízení vystupujícího výkonu.) Demonstrační zařízení ve Wyomingu bude plně funkční elektrárnou, která ověří návrh konstrukce a provozní vlastnosti této technologie. Další kroky zahrnou hodnocení projektu, vzdělávání i povolovací proces. Spolu s výše uvedenými společnostmi se na projektu podílejí také inženýři ze společností Bechtel, Energy Northwest, Duke Energy a dalších a také univerzity a národní laboratoře.

Bill Gates má na jaderných projektech osobní zájem

Společnost TerraPower se také zabývá vývojem reaktoru známého jako Traveling Wave Reactor (TWR). (Psali jsme o něm v Třípólu zde: https://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/547-mnoz-a-hor.) Díky sodíkovému chladivu bude tento reaktor poskytovat také rychlé spektrum neutronů. I přes zdánlivou podobnost obou systémů nejsou v technologii Natrium společné základy s technologií TWR. Natrium bude využívat standardní technologii rychlých reaktorů známou z reaktorových systémů třídy BN, Phenix, nebo Monju a Joyo.

HALEU pro palivo

Společnosti TerraPower a Centrus Energy Corp. podepsaly memorandum o porozumění (MOU) s cílem vytvoření komerčních kapacit domácí výroby nízko obohaceného uranu (HALEU, High Assay Low Enriched Uranium). Palivo z něho má zásobovat první svého druhu reaktor Natrium1. Obě společnosti vytvoří cenově konkurenceschopný a včasný zdroj obohacovací kapacity ve Spojených státech ve výrobním zařízení HALEU s licencí národního regulátora Nuclear Regulatory Commission (NRC). TerraPower a Centrus spolupracují od roku 2021, kdy uzavřely smlouvu o poskytování služeb, které mají pomoci urychlit komercializaci domácí technologie obohacování v závodě Centrus v Piketon, Ohio. „Společnost TerraPower se zavázala k úspěšné a včasné dodávce demonstračního reaktoru Natrium,“ řekl Chris Levesque, prezident a generální ředitel společnosti TerraPower. „Tato rozšířená spolupráce se společností Centrus představuje závazek společnosti TerraPower k oživení domácího dodavatelského řetězce, protože přinášíme na trh pokročilé reaktory. Reaktory IV. generace jsou řešením, které potřebujeme pro energetickou síť budoucnosti, a toto memorandum o porozumění zajistí, že budeme moci tyto reaktory zásobovat palivem po celá desetiletí." „Centrus je připraven stát se průkopníkem výroby HALEU v USA a vyhovět potřebám TerraPower při uvádění jejich pokročilého reaktoru na trh,“ řekl Daniel B. Poneman, prezident a generální ředitel Centrus. „Americká výroba HALEU je zásadní pro nasazení pokročilých jaderných reaktorů navržených v USA. Vytvoření domácího dodavatelského řetězce HALEU je zásadní pro naši energetickou nezávislost.“ V únoru 2023 dokončil Centrus kontrolu provozní připravenosti svého výrobního závodu HALEU a v červnu 2023 obdržel povolení od NRC k zahájení provozu. V rámci tohoto memoranda o porozumění bude Centrus pracovat na zvýšení výrobní kapacity pomocí dalších kaskád odstředivek, aby splnil požadavky TerraPower na palivo.

Zdroj: TerraPower Natrium | Advanced Nuclear Energy