Historia energetyki jądrowej na Słowacji

Transkrypt

1 Historia energetyki jądrowej na Słowacji Aleksandra Palecka, Piotr Pawlik, Kamil Galiak Politechnika Wrocławska Od 1918 roku tereny dzisiejszej Słowacji były częścią Czechosłowacji, która po zakończeniu drugiej wojny światowej znalazła się w strefie wpływów Związku Socjalistycznych Republik Radzieckich. W latach 50-tych ZSRR prowadził politykę zachęcającą państwa satelickie do partycypowania w programie rozwoju energetyki jądrowej. Państwa bloku wschodniego stanowiły dla niego atrakcyjny rynek zbytu opracowanych technologii i paliwa nuklearnego, którego był jedynym dostawcą w regionie. Prowadziło to do zacieśnienia wzajemnych relacji Czechosłowacji i Związku Radzieckiego. Istotny był także aspekt propagandowy - ZSRR występował w roli mentora, który dzieli się swoją wiedzą i doświadczeniem z bratnim narodem. Po zakończeniu II wojny światowej dynamicznie wzrosło zapotrzebowania na energię elektryczną w Czechosłowacji. Stało się jasne, że ówczesne możliwości wytwarzania energii ze źródeł konwencjonalnych nie są w stanie zaspokoić stale rosnącej konsumpcji. Nadziei upatrywano w technologii oferowanej właśnie przez zaprzyjaźnione mocarstwo. W 1955 r. zostało podpisane porozumienie, w którym Związek Radziecki zobowiązywał się do pomocy w badaniach a także zaimplementowaniu nowych mocy wytwórczych opartych na paliwie rozszczepialnym. Zwołana w sierpniu tegoż roku konferencja w Genewie na temat pokojowego wykorzystania energii jądrowej była znaczącym motywatorem do podążania obraną ścieżką. W 1957 r. powołano do życia przedsiębiorstwo państwowe Jadrová elektráreň Bohunice, mające zająć się wybudowaniem, uruchomieniem oraz eksploatacją pierwszej czechosłowackiej elektrowni jądrowej. Pierwszy reaktor jądrowy zdecydowano się ulokować w centrum kraju ze względu na fakt, że nie występowały tam żadne konwencjonalne źródła energii. Na terenie kraju trnavskiego niedaleko wsi Jaslovské Bohunice rozpoczęła się budowa reaktora, który miał charakter eksperymentalny - podjęto decyzję o zastosowaniu nowej sowieckiej techniki i wybudowaniu pierwszego - i zarazem, jak się później okazało, ostatniego - reaktora typu KS-150, w którym moderatorem była ciężka woda, a chłodziwem dwutlenek węgla (inna nazwa tego reaktora to HWGCR - heavy water gas cooled reactor). Jako paliwa używano uranu niewzbogaconego - elektrownia Bohunice A1 miała zweryfikować możliwości energetycznego wykorzystania uranu naturalnego. Pręty paliwowe były zanurzone w wertykalnych kanałach, które omywał i chłodził dwutlenek węgla. Zaprojektowany przez Związek Radziecki a wzniesiony przez czechosłowacką firmę Škoda reaktor KS-150 został włączony do sieci 25 grudnia 1972 roku. Zgodnie z założeniami miał on osiągać moc do 150 MWe, jednak maksymalnie udało się uzyskać 127 MWe. Do sieci energetycznej elektrownia Bohunice A1 dostarczała średnio od 100 do 110 MWe. Po uruchomieniu bloku A1 dały o sobie znać usterki techniczne, takie jak przecieki w wymiennikach ciepła para - moderator oraz nieszczelności zbiorników chłodziwa. Konsekwencją błędów w konstrukcji była katastrofa, która wydarzyła się w styczniu 1976 roku. W czasie wymiany paliwa jeden z prętów wystrzelił z kanału paliwowego, a wyciek dwutlenku węgla doprowadził do śmierci dwóch pracowników elektrowni. Niemal dokładnie rok później wydarzył się drugi wypadek, tym razem spowodowany błędem obsługi. Załoga dokonująca wymiany prętów paliwowych nie

2 usunęła z nich silikażelu, który miał osuszać paliwo w czasie przechowywania i transportu, co spowodowało zablokowanie przepływu chłodziwa. Dwutlenek węgla nie był w stanie odbierać całego strumienia ciepła towarzyszącego reakcjom rozszczepienia i doszło do przegrzania reaktora. Woda pełniąca rolę moderatora przedostała się do zbiorników paliwa, doprowadzając do korozji elementów reaktora i wycieku substancji radioaktywnych. Rys.1. Elektrownia jądrowa A1 w Jaslovskich Bohunicach Źródło: Dalsza eksploatacja elektrowni A1 wiązałaby się z koniecznością wymienienia jej podstawowych elementów, takich jak generator pary czy wymienniki ciepła, a także rekonstrukcją zniszczonego kanału reaktora. Po ponad roku od katastrofy podjęto ostatecznie decyzję o zamknięciu reaktora KS-150. Było to też spowodowane faktem, iż na całym świecie odchodzono od reaktorów podobnego typu, chętniej sięgając po reaktory ciśnieniowe moderowane i chłodzone lekką wodą oznaczane skrótem PWR (ang. Pressurized Water Reactor). Awaria i wyłączenie elektrowni Bohunice A1 wiązały się z koniecznością zastosowania złożonego i długotrwałego procesu dekontaminacji. Pierwsza faza rozpoczęła się już w 1979 roku. Obejmowała ona zabezpieczenie głównych elementów reaktora i zakończono ją dopiero w 2009 r. tak długi okres procesu był konsekwencją poważnego charakteru awarii. W tym samym roku rozpoczęła się druga faza, w której dekontaminowane są elementy zewnętrzne, a także nisko radioaktywne elementy obiegu pierwotnego. Kolejna - planowana na 2017 rok - będzie kontynuacją działań z fazy drugiej, natomiast czwarty oraz piaty etap poświęcony zostanie odkażaniu średnio aktywnych elementów obiegu pierwotnego. Zakończenie procesu rozbiórki elektrowni A1 planowane jest na rok Międzyrządowy kontrakt na budowę elektrowni Bohunice - V1 i V2 - którego stronami były rząd Czechosłowacji i przedstawiciele ZSRR, podpisano w 1970 r. Ponieważ reaktor KS-150 był konstrukcją niedającą nadziei na jego powielenie i wykorzystanie w komercyjnej skali ze względu na skomplikowaną, zawodną konstrukcję, przy wyborze reaktora do nowopowstających elektrowni postawiono właśnie na reaktor WWER-440, który miał wyznaczyć ścieżkę rozwoju czechosłowackiej energetyki jądrowej przynajmniej na kolejne lat.

3 Jego konstrukcja nie odbiegała znacznie od zachodnich reaktorów PWR. W reaktorach tych zarówno chłodziwem, jak i moderatorem jest woda lekka znajdująca się w pierwotnym obiegu reaktora. Regulację mocy realizuje się przez zmianę stężenia boru w wodzie chłodzącej reaktor, która następnie trafia na wytwornicę pary. Tam poprzez przeponowe wymienniki ciepła, stanowiące sprzężenie cieplne obiegu pierwotnego z obiegiem wtórnym przekazuje ciepło wodzie pod niższym ciśnieniem, doprowadzając do jej odparowania. Powstająca para sucha nasycona napędza turbinę parową, w której energia cieplna ulega zamianie na energię kinetyczną ruchu obrotowego wirnika. Zastosowanie tych dwóch obiegów czynnika chłodzącego zmniejsza ryzyko wycieku radioaktywnych substancji, ponieważ woda, która ma bezpośredni kontakt z rdzeniem reaktora, nie miesza się z wodą ulegającą odparowaniu. W przypadku ewentualnych awarii, a także przy rozruchu i wygaszaniu reaktora, stosowane są grafitowe pręty regulacyjne inicjujące lub hamujące procesy rozszczepienia. Reaktory PWR były projektowane zarówno na zachodzie, jak i w krajach bloku wschodniego, przy czym różnice między konstrukcjami zachodnimi a wschodnimi nie są znaczące. Reaktor typu WWER-440 od konstrukcji zachodnich różni się pionowym ustawieniem wytwornic pary oraz różnymi wysokościami umieszczenia wlotów i wylotów. Ponadto konstrukcje radzieckie charakteryzowały się sześciokątnymi kształtami kaset paliwowych, podczas gdy na zachodzie stosowano kasety o przekroju kwadratowym. Rys.2. Budowa elektrowni jądrowej V1 w Jaslovskich Bohunicach Źródło: Każda z elektrowni V1 i V2 miała składać się z dwóch bloków energetycznych (2x440 MWe), a na ich lokalizację wybrano teren leżący przy elektrowni A1. Budowę V1 rozpoczęto w kwietniu 1974 r., a V2 - w grudniu 1976 roku. Elektrownie V1 i V2 były dziełem współpracy czterdziestu dwóch wykonawców, pochodzących zarówno z Czechosłowacji (dla przykładu ŠKODA Praha dostarczyła turbogeneratory), jak i z ZSRR (np. dostawy paliwa). Oba reaktory z V1 zostały podłączone do sieci w 1979 roku, zaś bloki z V2 zasiliły czechosłowacką sieć energetyczną odpowiednio w sierpniu 1984 r. i 1985 r. Każdy z reaktorów elektrowni Bohunice dostarczał do sieci 408 MWe netto, a ich łączna moc termiczna wynosiła ok. 5,5 GW. Elektrownia została uciepłowniowa, a część energii jest wykorzystywana do pokrycia zapotrzebowania na ciepło w miejscowościach Trnava, Hlochovec i Leopoldov. Obecnie działają jedynie zmodernizowane reaktory w elektrowni V2, które kilka lat temu osiągnęły po 505 MW mocy elektrycznej. Pozostałe dwa musiały zostać wyłączone w konsekwencji

4 przystąpienia Słowacji do Unii Europejskiej, uznano je bowiem za zbyt przestarzałe i przez to stwarzające zagrożenie. Pierwszy z nich odłączono od sieci 31 grudnia 2006 roku, a drugi - 31 grudnia 2008 roku. Przez cały czas eksploatacji pracowały bezawaryjnie. Rys.3. Hala reaktora elektrowni jądrowej V1 w Jaslovskich Bohunicach Źródło: Po wyłączeniu elektrowni V1, podobnie jak w przypadku każdej wygaszanej elektrowni jądrowej, konieczne było przeprowadzenie procesu dekontaminacji. Proces ten jest jednak znacznie prostszy niż miało to miejsce przy elektrowni A1, żaden z bloków nie uległ bowiem awarii. W tym wypadku dekontaminację podzielono na dwie fazy. Pierwsza, która wystartowała w 2011 roku, obejmowała demontaż i odkażenie elementów obiegu wtórnego oraz instalacji zewnętrznych, ponadto rozbierane i przetwarzane są w konwencjonalny sposób odpady nieradioaktywne. Rys.4. Budowa elektrowni jądrowej V2 w Jaslovskich Bohunicach Źródło: Druga faza, rozpoczęta w bieżącym (2015) roku, obejmuje demontaż i dekontaminację elementów obiegu pierwotnego, a także demontaż budynku i przeniesienie wypalonego paliwa nuklearnego

5 do składowiska suchego. Zakończenie tego etapu planowane jest na rok 2025 rok, a przez cały okres jego trwania prowadzony jest monitoring radiacyjny. Rys.5. Elektrownia jądrowa V2 w Jaslovskich Bohunicach Źródło: Przewidując dalszy wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną, jeszcze w latach 70. zadecydowano o budowie kolejnej elektrowni wykorzystującej reaktory typu WWER-440. Po dokonaniu rozpoznania geologicznego, rząd Czechosłowacji postanowił wznieść cztery bloki na terenie wsi Mochovce w północno-wschodniej części kraju nitrzańskiego. Prace przygotowawcze rozpoczęto w czerwcu 1981 r. w przypadku bloku pierwszego (Mochovce-1) i w listopadzie 1982 roku w przypadku bloku Mochovce-2. Zgodnie z pierwotnymi założeniami kontynuowano rozbudowę i w roku 1985 wkopano kamień węgielny pod pozostałe dwa bloki, opatrzone numerami 3 i 4. Projekt od początku borykał się jednak z problemami natury techniczno-organizatorskiej. Przedsięwzięcie o tak znacznych rozmiarach stanowiło poważne obciążenie dla mocy wytwórczych przemysłu, w budowie były bowiem jednocześnie cztery reaktory. Skutkowało to opóźnieniami - wystarczy wspomnieć, że uruchomienie pierwszego bloku planowane było na rok Pracę nad elektrownią przeciągały się, a Czechosłowacja wkroczyła w burzliwy okres zmian ustrojowych. Pierwszego stycznia 1993 r. dokonano podziału kraju na dwie nowe jednostki - Republikę Czeską i Republikę Słowacką. Prace nad ukończeniem elektrowni praktycznie wstrzymano, a Słowacja borykała się z koniecznością znalezienia źródeł finansowania i wykonawców chętnych, aby dokończyć tę inwestycję. Ostatecznie rząd słowacki zgodził się udzielić gwarancji kredytowych na dokończenie budowy bloków 1 i 2 w EJ Mochovce. Ich finalizację rozpoczęto w roku 1996, a jej wykonawcami generalnymi były firmy słowackie i czeskie będące spadkobiercami zakładów, które inwestycję rozpoczęły. Znaczące jednak okazało się także wsparcie wykonawców zagranicznych, takich jak Siemens, Framatome, Atomenergoexport, Westinghouse czy EdF. Dzięki współpracy udało się dotrzymać założonych w 1996 r. terminów reaktory nr 1 i 2 zostały uruchomione odpowiednio w 1998 i 1999 roku. Nierozwiązaną pozostała kwestia rozpoczętej budowy bloków nr 3 i 4. Pojawiały się głosy, aby porzucić tę kosztowną inwestycję, jednakże konieczność zamknięcia elektrowni Bohunice V1 stworzyła w słowackiej energetyce lukę, a jej logicznym wypełnieniem stały się niewykończone reaktory elektrowni Mochovce. W 2009 roku wznowiono prace nad ich ukończeniem, które trwają aż do dziś.

6 Zakończenie budowy bloków nr 3 i 4 w Mochovcach przewiduje się odpowiednio na koniec roku 2016 i 2017, ponadto w planach jest kolejna elektrownia w Bohunicach, tym razem z reaktorem generacji III/III+. Jest to konsekwencją rosnącego zapotrzebowania na energię elektryczną w kraju, a także przedwczesnego wyłączenia elektrowni V1. Słowacy zdecydowanie nie chcą wycofywać się z energetyki jądrowej - co więcej, zamierzają ją dalej rozwijać, ponieważ znają jej zalety i mają wieloletnie doświadczenie w tej dziedzinie. Rys.6. Elektrownia jądrowa w Mochovcac, bloki 3 i 4 Źródło: Skutkiem podjęcia decyzji o rozbudowie czechosłowackiej energetyki atomowej był dynamiczny rozwój gałęzi przemysłu związanych z tym sektorem. Przemysł i ośrodki naukowe musiały być gotowe, aby zapewnić materiały, wiedzę i wykwalifikowany potencjał ludzki konieczny do realizacji tej niebagatelnej inwestycji. Przyczyniło się do tego szkolnictwo wyższe, które szybko zareagowało na rodzące się potrzeby wyszkolenia odpowiednio przygotowanej kadry. Już w roku 1958 na Wydziale Elektrycznym Politechniki Bratysławskiej stworzono laboratorium akceleratorów liniowych, a w roku 1961 otwarto Wydział Fizyki Jądrowej. W późniejszym czasie powstawały kolejne jednostki o podobnym charakterze na innych słowackich uczelniach. Łącząc wiedzę wyniesioną z uniwersytetów z późniejszym doświadczeniami w dziedzinie eksploatacji i likwidacji elektrowni atomowych, Słowacja na przestrzeni kilku dziesięcioleci wyszkoliła kadrę ekspertów, którzy znaleźli zatrudnienie nie tylko w kraju, ale i poza jego granicami. Dzięki temu Słowacy mogą poszczycić się m.in. tym, że reaktory 1 i 2 elektrowni Mochovce zostały ukończone w pełni pod słowackim nadzorem. W opracowaniu korzystano z: [1] D.Dobak i in. 50 rokov jadrových elektrární na Slovensk, Enel Slovenské Elektrárne, 2007 [2] Enel, [3] World Nuclear Association, =27570&rid=5BF B7-4DE7-A04D-F76E0498CF25