Jaderná energetika

Jaderná energetika se celkově podílí na 9 procentech výroby elektřiny, avšak více než na 20 procentech nízkoemisní elektřiny. Pět základních výzev, které je třeba u jaderných zdrojů energie řešit: bezpečné provozování současných reaktorů i déle než šedesát let, zavádění reaktorů III. generace, zavádění malých modulárních reaktorů, využití jádra pro produkci tepla a uzavření palivového cyklu.

Představy, že potřeba elektřiny a energie obecně začne alespoň v rozvinutém světě stagnovat nebo dokonce klesat, se nenaplnily. Nároky naopak rostou. Jde o elektrifikaci dopravy, průmyslu i vytápění, hlavně v podobě tepelných čerpadel. Dramatický růst potřeb stabilních a spolehlivých zdrojů elektřiny je však hlavně spojen se zvyšujícími se nároky datacenter, a to zejména v souvislosti s rozvojem umělé inteligence. V rozvojových zemích pak je stále potřeba realizovat elektrifikaci pro dosažení alespoň základní životní úrovně. Bez jaderných zdrojů se neobejdeme (obr. 1).

1. Produkce elektřiny v letech 1970 až 2024. Po rychlém nárůstu došlo ke stagnaci i propadu po havárii ve Fukušimě I. Nyní začíná opětný růst. Upraveno podle [1].

1. Bezpečné provozování stávajících reaktorů

Životnost jaderných bloků může být velmi dlouhá. Jediná komponenta, u níž nedává ekonomický smysl výměna, je reaktorová nádoba, kde může dojít ke kritickému poškození materiálu vysokými toky neutronů. Přesnější znalostí a úpravou sestavení aktivní zóny se daří toky neutronů na stěnu nádoby zmenšovat. Vyžíhání pak dokáže stav nádoby částečně zlepšit.

Další rozhodující komponentou jaderného bloku je parogenerátor. Jeho výměna je náročná a nemusí se vzhledem k omezené zbývající době provozování ekonomicky vyplatit. Podobně náročná může být výměna kabeláže, která jde do kontejnmentu.

Nejstarším reaktorem fungujícím v současnosti je první blok ve švýcarské elektrárně Beznau, který je v provozu 57. rokem. Značný počet evropských a amerických reaktorů je v provozu téměř čtyřicet let nebo i více (obr. 1). Jejich bezpečnostní parametry významně pozdvihla řada vylepšení. Často mají vyšší výkon, než měly na začátku. To se týká třeba i bloků VVER-440 v Dukovanech. Jejich stáří se neprojevuje zvýšením počtu poruch nebo zhoršením hodnoty koeficientu využití výkonu (obr. 3). Řada reaktorů nejen ve Spojených státech má už licenci pro provozování až na 80 let.

Některé evropské státy odvolaly svůj odchod od jaderné energetiky a prodlužují provoz svých jaderných elektráren. Ve Spojených státech se připravuje opětovné spuštění reaktorů, které byly z ekonomických důvodů odstaveny v minulých letech. Nejblíže k tomu má reaktor v elektrárně Palisades v Michiganu. Firma Holtec, která se dlouhodobě zabývá vyřazováním vysloužilých elektráren, rekonstruovala reaktor a v tomto roce jej připravuje ke spuštění. Prozatím má licenci na provoz bloku do roku 2031, ale plánuje jeho provoz až do roku 2051, tedy celkem 80 let. V areálu elektrárny počítá s vybudováním několika svých malých modulárních reaktorů.

2. Vývoj stáří reaktoru při jeho trvalém odstavení.

První blok známé elektrárny Three Mile Island připravuje k opětnému spuštění firma Constellation Energy. Do provozu by měl být uveden v příštím roce. Stejně tak se k opětnému využívání připravuje elektrárna Duane Arnold v Iowě. O spuštění některých dalších odstavených reaktorů se uvažuje.

2. Přechod k reaktorům III. generace

Na základě zkušeností s provozem jaderných bloků I. generace se vyprofilovaly perspektivní reaktory II. generace. Dominantně šlo o tlakovodní nebo varné reaktory využívající k moderaci a chlazení normální vodu. V menší míře pak těžkovodní reaktory a grafitem moderované reaktory chlazené plynem nebo vodou. V současné době tvoří většinu provozovaných bloků právě reaktory II. generace.