Rizika zvyšování výkonu VVER 440

1. Rizika zvyšování výkonu VVER 440 Ing. Dalibor Stráský Bratislava, 23.6.2009

2. Zvýšení ekonomické efektivity provozovaných jaderných bloků zvýšení ročního využití (zvýšení spolehlivosti, efektivní a detailně promyšlené zkracování odstávek, prodlužování doby mezi překládkami paliva na 18 a více měsíců),  poskytování lépe ohodnocených služeb než je prostá dodávka elektřiny v základním zatížení,  delší provozování jaderných bloků než se původně předpokládalo (prodloužení životnosti) a  zvýšení výkonu bloku s cílem zlepšení efektivity přeměny tepelné energie a/nebo zvýšení tepelného výkonu reaktoru. • Nikoli pouze kladné efekty: • zvýšení výkonu zlepší roční využití, ale může vést ke snížení životnosti. • poskytování služeb (regulace frekvence a výkonu) vede ke snížení ročního využití a může vést ke snížení životnosti apod.

3. Zvýšení výkonu bloku • Beze změn výkonu reaktoru (změny na turbosoustrojí) - dokonalejší modulové lopatkování turbín, - nová vnitřní tělesa, - nový systém rozváděcích lopatek, - dokonalejší proudové řešení průtočné části umožňující vyšší vstupní teplotu a tlak páry, - nové kovové i nekovové materiály a nástřiky, - optimalizace proudového řešení stupňů. VVER - zvýšení výkonu bloku ze 440 MW až na 500 MW (JE Dukovany), příp. z 1000 MW na 1020 MW (JE Temelín)

4. Zvýšení výkonu bloku • Se změnami výkonu reaktoru Menšího zvýšení výkonu (až do 2%) lze dosáhnout zavedením pokročilé měřící techniky a přesnější techniky výpočtu výkonu reaktoru (přesnější měření průtoku vody umožňující snížení neurčitostí výpočtu tepelného výkonu reaktoru). • Větší zvýšení výkonu (až do 7%) vyžaduje změnu technických zařízení, třebaže žádné větší změny celého zařízení (přestavení mezí blokád, automatik a ochran). Využívá se projektových a konstrukčních rezerv. • Rozsáhlé zvýšení výkonu (až do 20%) vyžaduje dalekosáhlé změny zařízení (např. úpravy zařízení sekundárního okruhu, kondenzátních čerpadel a jejich motorů, generátoru a transformátorů). Zvýšení tepelného výkonu aktivní zóny zpravidla vede kezhoršení měrných palivových nákladů na výrobu elektřiny. Při stejných bezpečnostních limitech na výkon palivového elementu vede nutnost většího výkonu aktivní zóny k tomu, že se méně vyhořelé palivo s vyšším výkonem dostává na okraj aktivní zóny, kde by se jinak zaváželo palivo nejvyhořelejší. Tím ale roste únik neutronů z reaktoru a musí se tedy zavézt více čerstvého paliva nebo zvýšit jeho obohacení. Zvyšuje se tím také dávka natlakovou nádobu reaktoru s negativním vlivem na její životnost.

5. Změny využití jaderného paliva • vyhoření jaderného paliva • počáteční obohacení jaderného paliva • překládkový cyklus • Změny v počátečním obohacení, době pobytu paliva v reaktoru a v dosahovaném středním vyhoření ovlivňují hlavní charakteristiky vyhořelého paliva: •  izotopické složení, •  radioaktivitu a •  zbytkový tepelný výkon.

6. Původní palivo pro VVER 440 • střední hodnota vyhoření 28,6 MWd/kgU • nejvyšší obohacení 3,6% 235U • tříletá palivová kampaň Vývoj radioaktivity a te-pelného výkonu palivové-ho souboru VVER 440 s počátečním obohacením 3,6%, vyhořením 30 MWd/kgU a tříletým pobytem v reaktoru Zíb, A.: Dopad vyššího využití paliva na hlavní charakteristiky vyhořelého jaderného paliva typu VVER 440, in: Bezpečnost jaderné energie, č. 11/12, SÚJB, ÚJD, Praha, listopad - prosinec 2001

7. Vyhoření v MWd/kgU: Vliv změn ve vyhoření jaderného paliva Vývoj radioaktivity palivového souboru VVER 440 s počáteč-ním obohacením 3,6% a tříletým pobytem v reaktoru v závislosti na jeho vyhoření • procentní změna vyhoření vede v průměru k procentní změně radioaktivity (zhruba) Zíb, A.: Dopad vyššího využití paliva na hlavní charakteristiky vyhořelého jaderného paliva typu VVER 440, in: Bezpečnost jaderné energie, č. 11/12, SÚJB, ÚJD, Praha, listopad - prosinec 2001

8. Vyhoření v MWd/kgU: Vliv změn ve vyhoření jaderného paliva Vývoj tepelného výko-nu palivového souboru VVER 440 s počáteč-ním obohacením 3,6% a tříletým pobytem v reaktoru v závislosti na jeho vyhoření Zíb, A.: Dopad vyššího využití paliva na hlavní charakteristiky vyhořelého jaderného paliva typu VVER 440, in: Bezpečnost jaderné energie, č. 11/12, SÚJB, ÚJD, Praha, listopad - prosinec 2001 • procentní změna vyhoření vede v průměru k procentní změně tepelného výkonu (zhruba)

9. Vliv změn v počátečním obohacení jaderného paliva Vývoj radioaktivity pali-vového souboru VVER 440 se středním dosaže-ným vyhořením 30 MWd/kgU a tříletým po-bytem v reaktoru v závis-losti na jeho obohacení Zíb, A.: Dopad vyššího využití paliva na hlavní charakteristiky vyhořelého jaderného paliva typu VVER 440, in: Bezpečnost jaderné energie, č. 11/12, SÚJB, ÚJD, Praha, listopad - prosinec 2001 • počáteční obohacení paliva má menší vliv na sledované veličiny než změny v jeho vyhoření • větší proměnlivost vlivu v čase • zvýšení počátečního obohacení vede ke snížení hodnot radioaktivity

10. Vliv změn v počátečním obohacení jaderného paliva Vývoj tepelného vý-konu palivového sou-boru VVER 440 se středním dosaženým vyhořením 30 MWd/kgU a tříletým pobytem v reaktoru v závislosti na jeho obohacení Zíb, A.: Dopad vyššího využití paliva na hlavní charakteristiky vyhořelého jaderného paliva typu VVER 440, in: Bezpečnost jaderné energie, č. 11/12, SÚJB, ÚJD, Praha, listopad - prosinec 2001 • počáteční obohacení paliva má menší vliv na sledované veličiny než změny v jeho vyhoření • větší proměnlivost vlivu v čase • zvýšení počátečního obohacení vede ke snížení hodnot tepelného výkonu

11. Typ překládkového cyklu Vliv změn překládkového cyklu Vývoj radioaktivity pali-vového souboru VVER 440 se středním dosaže-ným vyhořením 30 MWd/kgU a počátečním obohacením 3,6% v zá-vislosti na typu překládkového cyklu Zíb, A.: Dopad vyššího využití paliva na hlavní charakteristiky vyhořelého jaderného paliva typu VVER 440, in: Bezpečnost jaderné energie, č. 11/12, SÚJB, ÚJD, Praha, listopad - prosinec 2001 • Vliv překládkového cyklu na hodnoty radioaktivity je velmi malý a maximální odchylky od hodnot pro referenční palivo nepřesahují 3%

12. Typ překládkového cyklu Vliv změn překládkového cyklu Vývoj tepelného výko-nu palivového souboru VVER 440 se středním dosaženým vyhořením 30 MWd/kgU a počá-tečním obohacením 3,6% v závislosti na ty-pu překládkového cyklu Zíb, A.: Dopad vyššího využití paliva na hlavní charakteristiky vyhořelého jaderného paliva typu VVER 440, in: Bezpečnost jaderné energie, č. 11/12, SÚJB, ÚJD, Praha, listopad - prosinec 2001 • Vliv překládkového cyklu na hodnoty tepelného výkonu je velmi malý a maximální odchylky od hodnot pro referenční palivo nepřesahují 3%

13. Co z toho vyplývá ? • zvyšování ekonomické efektivity nemusí přinášet pouze kladné efekty: zvýšení výkonu zlepší roční využití, ale může vést ke snížení životnosti stejně jako poskytování služeb (regulace frekvence a výkonu) • nebezpečí některých způsobů zvyšování výkonu jaderných bloků lze spatřovat v tom, že se cíleně využívají bezpečnostní rezervy a bloky se pak provozují se sníženou bezpečnostní rezervou. • vlivem vyhoření se zvyšuje tlak uvnitř palivové tyče, některé štěpné produkty mají korozní účinky. Mění se struktura paliva i pokrytí. Dochází ke zvětšování objemu palivové tablety. To společně s rozdílnou tepelnou roztažností paliva a pokrytí může způsobovat vzájemnou mechanickou interakci mezi palivem a pokrytím. Tato interakce produkuje cyklická namáhání a deformace pokrytí, které snižují jeho životnost. Spolu s delším pobytem paliva v aktivní zóně to znamená jeho vyšší mechanické namáhání a tedy vyšší pravděpodobnost jeho selhání buď ještě v reaktoru nebo při pozdějších manipulacích s ním. • je žádoucí změna náhledu na nakládání s vyhořelým palivem (vyšší nároky na stínění a na odvod zbytkového tepla ve všech fázích zadní části jaderného palivového cyklu). • Vyšší vyhoření paliva znamená též zvyšování koncentrace nuklidů s delším poločasem rozpadu a celkově se mění složení paliva. To si vyžaduje nové výpočty dopadů případné havárie s únikem radioaktivních látek do životního prostředí. • Delší doba kampaně i pobytu paliva v reaktoru kladou větší požadavky na schopnost paliva vydržet vyšší namáhání jak termohydraulické, tak i namáhání mechanické spojené s degradací paliva a jeho deformací v důsledku vyhoření a tlakových poměrů uvnitř a vně paliva.