Slovenské elektrárne oznámili [2], že pracovníci realizačných partnerov projektu Phoenix, konkrétne Sargent&Lundy, navštívili Slovensko, aby vykonali úvodnú fázu terénneho prieskumu lokalít pre štúdiu uskutočniteľnosti výstavby SMR v krajine. Navštívili jadrové elektrárne Bohunice a Mochovce a uhoľné elektrárne Nováky a Vojany. Štúdia sa začína hodnotením/vylučovaním lokalít pre akékoľvek vážne obmedzenia, ako je napr. seizmicita, nevhodnosť geologického podložia alebo okolia, nedostatok chladiacej vody. Nasleduje prieskum vhodných lokalít a výber tých najvhodnejších. V ďalšej fáze budú posúdené najvhodnejšie technológie SMR pre každú vybranú lokalitu. Nakoniec bude pripravený licenčný plán a analýza kapitálových nákladov alternatív.

Analýza zohľadní aj účel SMR, ako je elektrina, vykurovanie, kogenerácia a existujúca infraštruktúra a tiež „ďalšie socioekonomické a environmentálne faktory, ktoré môžu ovplyvniť konečný výber lokalít“. Podľa Slovenských elektrární je cieľom dokončiť štúdiu uskutočniteľnosti v roku 2025, pričom počiatočný návrh a licenčný proces SMR bude prebiehať v rokoch 2026 až 2029 s obstaraním hlavných komponentov v rokoch 2030 až 2033 a „projektom implementácie, výstavbou, uvedením do prevádzky“ v roku 2035.

Žiadosť o grant Project Phoenix podali Slovenské elektrárne s Ministerstvom hospodárstva SR, Úradom pre jadrový dozor, Slovenskou technickou univerzitou v Košiciach, US Steel Košice, Slovenskou energetickou prenosovou sústavou SEPS a VUJE Trnava. Cieľom je pomôcť krajine pri prechode od spaľovania uhlia k nasadeniu civilných jadrových reaktorov vrátane SMR a iných pokročilých projektov reaktorov takým spôsobom, ktorý od začiatku uprednostňuje jadrovú bezpečnosť, bezpečnosť dodávok energií a rozumné finančné hľadisko. Slovenské elektrárne dodávajú, že projekt vidia ako dobrý spôsob rozvíjania svojho know-how, ktoré je postavené na rozsiahlych skúsenostiach v oblasti jadrovej energetiky, pričom ambíciou je rozšíriť ich znalosti aj v oblasti SMR [2].

Pri blokoch SMR podľa klasifikácie IAEA [3] je jedným z hlavných kritérií integrovaná konštrukcia bloku umožňujúca vyrábať všetky komponenty vo výrobnom závode, vykonávať aj kompletizáciu modulov a konečnú montáž a uvedenie celého bloku do prevádzky realizovať až na stavbe. Pre takéto riešenie SMR je však nutné realizovať projekt a konštrukciu sekundárneho okruhu integrovane. Druhá požiadavka podľa IAEA [4] je funkčnosť blokov SMR v odbere tepla do sústav zásobovania teplom (SZT).

V článku sú ďalej uvedené závery analýz odberu tepla na vykurovanie z blokov VVER 440 vykonané v EGÚ Bechovice. Ide o analýzy vykonané v minulosti a prenosné na súčasné elektrárne (EBO V2; JEDU B1, B2, B3, B4; JEMO B1, B2 a nový JEMO B3) [6]. Uvádzame to aj preto, lebo bloky VVER 440 možno s určitým nadsadením zaradiť medzi bloky SMR s maximálnym výkonom do 300 MWe (VVER 440 = 2 x 220 MWe), pretože ide o dve samostatné turbíny na sýtu paru s výkonom 220 MWe (po modernizácii výkon 250 MWe) s výkonom menším ako limit IAEA v hodnote 300 MWe, avšak s jedným spoločným jadrovým reaktorom. Je však tiež pravdou, že reaktor VVER 440 je vylepšená generácia GII+, ale ani mnohé z novovyvíjaných zahraničných SMR nespĺňajú základné parametre podľa klasifikácie IAEA (nie sú to generačne typy GIV, ale iba GIII+, majú väčší menovitý výkon ako 300 MWe, nie sú konštrukčne integrované ani modulárne).

Zahraničné typy SMR

Pri výstavbe SMR v Česku sú sledované tieto zahraničné bloky:

  1. NuScale (77 MWe/250 MWt, USA),
  2. BWRX-300 (290 MWe/870 MWt, GE USA – Hitachi Japan),
  3. Rolls-Royce (443 MWe/1276 MWt, Veľká Británia),
  4. NUWARD (2x170 = 340 MWe, 2 x 540 = 1 080 MWt, EDF Francúzsko),
  5. i-SMR, (170 MWe/480 MWt, KHNP Južná Kórea),
  6. SMR-160 (160 MWe/525 MWt, Holtec USA),
  7. AP300 (300 MWe/990 MWt, Westinghouse, USA).

Hlavným kritériom je to, či je blok projektovaný a konštruovaný na odber tepla na diaľkové vykurovanie s uvedením základnej koncepcie kogeneračného riešenia. Takéto kritériá podľa podkladov IAEA spĺňajú iba dva bloky SMR z vyššie uvedených, a to francúzsky NUWARD 2 x 170 [5], kórejský i-SMR a čiastočne americký NuScale. Pri ostatných blokoch sa uvádza, že sekundárny okruh bude riešený štandardnými energetickými zariadeniami, čo je nedostatočné [7].

NUWARD 2 x 170 = 340  i-SMR 170  VOYGR 2, NuScale 2 x 77 = 144
elektrický/tepelný výkon
[MWe/MWt]		 2(170/540) = 340/1 080
kogenerácia: 310/100		 170/480
4 (moduly) 680 MWe
8 (modulov) 1 360 MWe		 2 x 77/2 x 250
(2 až 12) modulov = 144/500, až 864/3 000
tlak sekundárnej pary [MPa] 4,5 5,2 4,3
teplota sekundárnej pary [°C] 280 298 268
rozsah 260 až 300 °C, 4 až 6 MPa, 140 až 340 MWe (malé SMR, podľa IAEA) 260 až 300 °C, 4 až 6 MPa, 140 až 340 MWe (malé SMR, podľa IAEA) 260 až 300 °C, 4 až 6 MPa, 140 až 340 MWe (malé SMR, podľa IAEA)

Tab. 1 Hlavné technické parametre prioritne sledovaných zahraničných tlakovodných (z angl. pressurized water reactor, PWR) SMR

VVER 440 CR-100 DAVID
elektrický/tepelný výkon
[MWe/MWt]		 220/1375
(0,16)		 reaktor: 32,4/165,7
– kogenerácia: 11,2/73,6		 50/175 (0,28) 74,15/250 (0,29)
– kogenerácia: 30/90
tlak sekundárnej pary [MPa] 4,32 6,3 4,6 4,3
teplota sekundárnej pary [°C] 256 281/313 259 249 (pred turbínou)
rozsah na porovnanie pozri tepelné schémy:
– teplárenské
– kondenzačné		 pozri tab. 5 pozri tepelnú schému
pre lokalitu Tušimice

Tab. 2. Hlavné technické parametre tuzemských PWR blokov SMR

Spoločnosť ČEZ medzitým pri hľadaní vhodného a pokročilého SMR na umiestnenie v lokalite Temelín zúžila výber na tri typy: BWRX-300, Rolls-Royce, AP300.

Tuzemské typy SMR PWR

Vzhľadom na špecifiká českého teplárenstva a veľké množstvo sústav SCZT, ktoré by mali byť zachované, je nutné uvažovať ako jadrové zdroje potenciálne aj bloky vyvíjané v Česku. Sú to bloky CR-100 vyvíjané v CV Rež [13] s menovitým výkonom reaktora 100 MWt a s kogeneračným menovitým výkonom 9 MWe/72 MWt. Ďalším blokom je DAVID vyvíjaný v spoločnosti Witkowitz Atomica [14] s výkonom 50 MWe/175 MWt.

Blok VVER 440 je uvedený na porovnanie, českí jadroví projektanti ho poznajú najlepšie a mohli sa ním inšpirovať pri konštrukcii CR-100 a DAVID. Oba bloky majú upravené palivo VVER 1000.

CR-100

Navrhnuté technické riešenie kogeneračného režimu bloku SMR by umožnilo začlenenie do existujúceho systému centrálneho zásobovania teplom (CZT). Pri kogeneračnej prevádzke možno zaistiť cca 73,6 MWtep a 9,9 MWel. Pri využití tepelného výkonu reaktora počas 8 000 hod./rok a pri zapojení tohto zdroja do sústavy SCZT pri strednej dodávke tepla cca 22,8 MWtep by to umožnilo:

  • ročnú dodávku tepla 182 000 MWhtep/rok,
  • ročnú dodávku elektriny 224 800 MWhel/rok,
  • úsporu spotreby ZP 84,5 mil. Nm3/rok,
  • zníženie emisií CO2 160 000 tCO2/rok.

V tejto súvislosti možno konštatovať, že aj keď sú rozsahy výkonových zmien (elektrických a tepelných) dané, bolo by ešte nutné spočítať rýchlosť výkonových zmien vo veličinách % Pjm za jednotku času [MW/s], a to za vopred daných prevádzkových podmienok. Tiež by bolo nutné zistiť, k akému zníženiu životnosti energetických zariadení dôjde, a to pri rozličnej frekvencii využívania maximálnych rozsahových výkonových zmien.

Pokračovanie v ďalšom vydaní.

Literatúra

[1] Slovensko získalo dôležitý grant v rámci projekt Phoenix – financovanie štúdie uskutočniteľnosti pre projekty zamerané na malé modulárne reaktory! Tlačová správa. Ministerstvo hospodárstva SR. [online]. Publikované 6. 9. 2023. 

[2] Už sa rozbieha: Projekt Phoenix pre reaktory SMR na Slovensku. Tlačová správa. Slovenské elektrárne, a. s. [online]. Publikované 14. 2. 2024

[3] Small Modular Reactors: A new nuclear energy paradigm. The IAEA Platform on Small Modular Reactors and their Applications [online]. 2022. 

[4] IAEA. Advances in Small Modular Reactor Technology Developments [online]. 2022 [vid. 2023-05-10].

[5] Neuman, P.: NUWARD™ SMR – evropský malý modulární reaktor pro českou energetiku a teplárenství. In: All for Power, 2023, č. 2, s. 58 – 76. Dostupné na: https://allforpower.cz/  (část první, část druhá).

[6] Neuman, P.: Možnosti využitia malých modulárnych jadrových blokov SMR v energetike a teplárenstve v porovnaní s veľkými blokmi (1). In: ATP Journal, 2022, č. 4 – 7.

[7] Neuman, P.: Malé Modulární bloky SMR českému teplárenství nepomohou. In: All for Power, 2022, č. 2, s. 14 – 23.

[8] Neuman, P.: Pokročilé řízení jaderných elektráren s odběrem tepla pro systémy dálkového vytápění. Automa [online]. Děčín, 2021 (10), 12 – 15. Citované 8. 4. 2024

[9] Studie možností snižování elektrického výkonu turbíny při zachování konstantního výkonu reaktoru pro jadernou elektrárnu Dukovany. ŠKODA PRAHA, a. s., odbor Projekty, Praha, duben 1998.

[10] Rubek, J. – Bouček, S.: Nelineární regulátor systému KASKÁD a jeho modelování. Konference AUTOS 85, Plzeň, 18. – 21. června 1985.

[11] Štirský, P. – Markvart, J. – Bednařík, K.:. Vliv odběru ostré páry pro teplárenské účely na systém výkonové regulace JE V1 a V2. Konference AUTOS 85, Plzeň, 18. – 21. června 1985.

[12] Poživil, V. – Bouček, S.: Koncepce budoucího využití modulárních reaktorů v ČR – Studie sekundárního II.O. v lokalitě Tušimice. DP ČVUT FEL, Praha 2023.

[13] Malý modulární reaktor CR-100. Skupina ÚJV, Centrum výzkumu Řež. Dostupné na: https://cr100.cz.

[14] DAVID SMR – Small Modular Reactor Technology, WITKOWITZ Group. Dostupné na: https://www.witkowitz-atomica.cz/#.

Ing. Petr Neuman, CSc.
neumanp@volny.cz 

V združení NEUREG pôsobí ako starší konzultant. Je členom Spolku jadrových veteránov a medzinárodnej organizácie International Federation of Automatic Control, Technical Committee TC 6.3 – Power and Energy Systems. Oblasťou jeho odborného záujmu je modelovanie a simulácia energetických procesov, zdrojov a sústav, sieťové simulátory a operátorské/dispečerské trenažéry, automatická regulácia a riadenie procesov v silnoprúdovej elektrotechnike a elektroenergetike. Aktuálne sa venuje súčasnému stavu a rozvoju energetiky v Českej republike a Európe so zameraním na jadrové elektrárne s odberom tepla na diaľkové vykurovanie SCZT (District Heating Systems).