Výzkum a vývoj nových jaderných technologií

1. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Lubor Žežula, Praha, 10.12.2008 Prezentace průběžných výsledků výzkumného úkolu UDRŽITELNÝ ROZVOJ ENERGETIKY

2. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Výzkum trendů ve vývoji energetického hospodářství ČR, úlohy a disponibility fosilních zdrojů energie a nasazování nových zdrojů energie (jaderných energetických zdrojů, obnovitelných zdrojů energie, využívání vodíkových technologií a v dlouhodobé perspektivě energetickým využíváním řízené jaderné fúze)Etapa 1

3. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • Současný stav jaderné energetiky ve světě: • cca 16% z celkové výroby elektrické energie ve světě vyráběno v jaderných elektrárnách. • celkový instalovaný výkon jaderných elektráren činí 369 867 MW. • pro blízké nadcházející období nabývá na důležitosti „věkové spektrum“ jaderných reaktorů, které signalizuje jejich stárnutí • stávající jaderná energetika je postavena především na jaderných reaktorech lehkovodního typu • použití rychlých reaktorů je nezbytným předpokladem pro efektivní dlouhodobé využití jaderných surovin • naděje jsou stále vkládány do využití jaderné fúze

4. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Obr.1. – Rozdělení provozovaných jaderných reaktorů dle stáří (MAAE 11/2006)

5. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • Rozvoj jaderných systémů ve světě • v Rámcových programech Evropské komise a Euratomu jsou podporovány projekty v oblastech jaderného štěpení a jaderné fúze. • GNEP (Global Nuclear Energy Partnership) - 38 účastnických zemí a mezivládních organizací • INPRO (International Project on Innovative Nuclear Reactors and Fuel Cycles) - INPRO se jako pozorovatel zúčastňuje jednání GIF, má 28 členů, mezi nimi i ČR. • Generation IV (US DOE) • GIF (Generation IV International Forum)

6. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • Vývoj nových jaderných systémů •      plynem chlazené rychlé reaktory, GFR •      rychlé reaktory chlazené tekutým olovem, LFR •      reaktory chlazené tavenými solemi, MSR •      rychlé reaktory chlazené tekutým sodíkem , SFR •      reaktory chlazené vodou se superkritickými parametry, SCWR •      velmi vysokoteplotní plynem chlazené reaktory, VHTR.

7. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • INPRO - cíle: • Podporovat bezpečné, udržitelné, ekonomické a nezneužitelné využívání jaderné technologie pro zajištění globálních potřeb energie pro 21. století. • Stanovit mezinárodně akceptované požadavky na inovační jaderné reaktory v oblastech: • Jaderná bezpečnost • Udržitelná energetika a životní prostředí • Řízení jaderných odpadů a VJP • Ochrana proti zneužití jaderných materiálů • Průřezové oblasti.

8. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • INPRO - kategorizace • evoluční projekty jsou založeny na zdokonalení existujících typů menšími úpravami a na využití ověřených konstrukčních prvků k minimalizaci technického rizika, • inovační projekty přinášejí radikální koncepční změny v projektových přístupech a/nebo v konfiguracích systémů. Obecně vyžadují značný rozsah výzkumu a vývoje, ověřovací zkoušky a výstavbu prototypové nebo demonstrační jednotky, • projekty příští generace – tento termín se vztahuje na projekty bloků, které budou stavěny v budoucnu a které obsahují radikální změny koncepce nebo konfigurace systému v porovnání s existující praxí.

9. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • Projekty financované v 6. RP EU v části „Jaderné štěpení a radiační ochrana“ • Evropský rychlý reaktor chlazený olovem(European Lead-cooled System - ELSY) • Projekt plynem chlazeného rychlého reaktoru (The Gas Cooled Fast Reactor Project - GCFR) • Lehkovodní reaktor s nadkritickými parametry vody, fáze 2 (High Performance Light Water Reactor, Phase 2 - HPLWR) • Vysokoteplotní reaktor pro výrobu průmyslového tepla, vodíku a elektřiny (ReActor for Process heat, Hydrogen And ELectricity generation – RAPHAEL) • Projekty financované v 7. RP EU v části „Jaderné štěpení a radiační ochrana“ • Zatím pouze„Inovované palivo a palivové pokrytí pro systémy IV. Generace.“

10. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Generation IVprogram US Department of Energy iniciován r. 1999 Vývoj jaderné energetiky

11. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • Generation IV International Forum (GIF) • založen v červenci 2001 • cíl: soustředit úsilí zemí s nejrozvinutějšími jadernými technologiemi • členy jsou: Argentina, Brazílie, EU (Euratom), Kanada, Francie,Japonsko, Korea, Jižní Afrika, Velká Británie, Švýcarsko, USA, Čína a Ruská federace • Česká republika zastoupena prostřednictvím organizace Euratom

12. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • Výběr reaktorových systémů IV. generace • Celkem bylo hodnoceno 124 projektů • Požadované cíle byly: • bezpečnost a spolehlivost, • ekonomika, • odolnost proti šíření jaderných zbraní • fyzická ochrana, • udržitelný rozvoj.

13. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Organizační struktura hodnocení a výběru projektů Gen IV

14. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Dvacet hodnocených systémů Generation IV

15. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Potenciál hodnocených systémů versus náklady na vývoj(odhad 2002)

16. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • Výsledný návrh šesti systémů (pořadí neodráží prioritu zvolených koncepcí): • GFR- Rychlý reaktor chlazený plynem (Gas-Cooled Fast Reactor System). • LFR- Rychlý reaktor chlazený olovem (Lead-Cooled Fast Reactor System). • MSR- Reaktor chlazený roztavenou solí (Molten Salt Reactor System). • SFR- Rychlý reaktor chlazený sodíkem (Sodium-Cooled Fast Reactor System). • SCWR- Reaktor chlazený vodou s nadkritickým cyklem (Supercritical-Water-Cooled Reactor System). • VHTR- Reaktor s velmi vysokými teplotami (Very-High-Temperature Reactor System).

17. Rychlý reaktor chlazený sodíkem (Sodium-Cooled Fast Reactor System) Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Předpokládaný výkon 150 -1500 MWe

18. Rychlý reaktor chlazený olovem (Lead-Cooled Fast Reactor System) Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Předpokládaný výkon 50-1200 MWe

19. Rychlý reaktor chlazený plynem (Gas-Cooled Fast Reactor System) Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Předpokládaný výkon 50-1200 MWe

20. Reaktor chlazený vodou s nadkritickým cyklem (Supercritical-Water-Cooled Reactor System) Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Předpokládaný výkon 1700 MWe

21. Reaktor s velmi vysokými teplotami (Very-High-Temperature Reactor System) Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Předpokládaný výkon 600 MWt – průmyslové teplo

22. Reaktor chlazený roztavenou solí (Molten Salt Reactor System) Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Předpokládaný výkon 1000 MWe

23. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • Harmonogram „Gen IV Roadmap“ obsahuje pro všechny uvedené systémy podrobnou specifikaci výzkumných a vývojových témat, časové rozpětí pro jejich řešení i potřebu finančních prostředků. Harmonogramy všech systémů jsou členěny na základní a dílčí témata řešení. • Základní témata jsou následující: • Palivo a materiály • Reaktorové systémy (okruhy) • Celkové uspořádání bloku • Bezpečnost • Projekt a hodnocení • Palivový cyklus.

24. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Výzkum a vývoj reaktorových technologií IV. generace

25. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Výzkum a vývoj reaktorových technologií IV. generace

26. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Výzkum a ocenění parametrů pokročilých technologií použitelných pro výrobu elektřiny, tepla a vodíku v perspektivě za rok 2060 Etapa 4

27. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • Byly provedeny práce na předběžné analýze technologických a ekonomických parametrů typových variant nových jaderných zdrojů Generace IV

28. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • Vývoj nových jaderných systémů •      plynem chlazené rychlé reaktory, GFR •      rychlé reaktory chlazené tekutým olovem, LFR •      reaktory chlazené tavenými solemi, MSR •      rychlé reaktory chlazené tekutým sodíkem , SFR •      reaktory chlazené vodou se superkritickými parametry, SCWR •      velmi vysokoteplotní plynem chlazené reaktory, VHTR.

29. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • Jaderný palivový cyklus • Otevřený (používaný v ČR v současné době) • Uzavřený cyklus s LWR (Základním cílem uzavření palivového cyklu je především úspora uranu a získání plutonia na přípravu jaderného paliva.) • Uzavřený cyklus s rychlými reaktory • Využití thoria v jaderné energetice

30. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Vliv zavedení uzavřených palivových cyklů s přepracováním na vývoj světové spotřeby paliva (vlevo) a vývoj světové kumulované spotřeby uranu (vpravo)

31. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • Ekonomická analýza 10 kombinací reaktorů a palivových cyklů: • PWR-UOX (všechny schémy mimo 3cV1 a 3cV2) • PWR-MOX (schémy 1b, 1c, 3b a 3bV) • PWR-MOX-EU (schémy 2a and 2b) • CANDU (schéma 1d) • FR-MOX (schémy 3cV2, 2c and 2cV) • FR-HBU (schéma 3b) • FR-metal (schéma 3a) • FR-carbide (schéma 3cV1) • ADS-MA (schéma 3b) • ADS-TRU (schéma 3bV)

32. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • 1. 35 GWd/tHM pro schémy 1d a 50 GWd/tHM pro schémy 3a, 3b a 3bV. • 2. 50 GWd/tHM pro schémy 3b a 3bV. • 3. 10 let chlazení pro schémy 1d a 4 roky chalzení pro schémy 3a, 3b a 3bV. Tab1. Parametry typu reaktoru a palivového cyklu

33. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • Obr.1. Hlavní fáze uvažovaných schém palivového cyklu

34. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • Obr. 2 Relativní celkové výrobní náklady (Schéma 1a = 100%)

35. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • Obr.3. Rozpětí poměrných celkových výrobních nákladů • (schéma 1a = 100%)

36. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • Obr.4. Výsledek Monte-Carlo analýzycelkových výrobních nákladů

37. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Překrytí všech pravděpodobnostních rozdělení nákladů (viz obr. č 4) ukazuje, že samotné náklady nemůžou být rozhodujícím faktorem ve výběru palivového cyklu nebo energetické koncepce s uvažováním pokročilých technologií Ve velmi ranném stádiu vývoje těchto technologií.

38. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • Obr.5. Poměrné rozpětí nákladů palivového cyklu • (schéma 1a = 100%)

39. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • Obr.6. Výsledek Monte-Carlo analýzynákladů palivového cyklu

40. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • Obr.7. Závislost poměrných výrobních nákladů na investičních nákladech • rychlých reaktorů (FR)(schéma 1a = 100%) • Předpoklad, že investiční náklady FR jsou vyšší o 20% než pro současnou generaci PWRs.

41. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • Obr. 8. Závislost poměrných výrobních nákladů na ceně uranu • (Schéma 1a = 100%)

42. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • Obr. 9. Závislost poměrných nákladů palivového cyklu na ceně uranu • (schéma 1a = 100%)

43. Výzkum a vývoj nových jaderných technologií • Několik doporučení na závěr: • Státní energetická koncepce – SEK by měla vycházet ze scénářů jak pro horizont do roku 2030, pro který jsou známé technologie, tak pro druhý horizont k roku 2060, kde se technologie odhadují a kdy dojde k vytěžení zásob energetického uhlí. Pokračovat v řešení této problematiky je nezbytné pro zajištění efektivního postupu přípravy realizace nových jaderných zdrojů a je potřeba tuto oblast i nadále finančně podporovat jak ze strany státního rozpočtu, tak ze strany provozovatele jaderných elektráren. • Je důležité zajistit kontinuitu tvorby know-how a technologické připravenosti pro přípravu nových jaderných energetických zdrojů v ČR jak ve střednědobém, tak v dlouhodobém horizontu. • Měla by být analyzována strategie výstavby množivých reaktorů a s tím související strategie přední a zadní části palivového cyklu. Výstavba reaktorů IV. generace může v budoucnu zajistit ČR dlouhodobou energetickou nezávislost. • Je potřeba zapojit výzkum a průmysl ČR do evropských demonstračních projektů, jako cesty k posílení pozice ČR v oblasti energetiky.

44. Děkuji Vám za pozornost www.ujv.cz