Elektrownia Jądrowa Temelín

Transkrypt

1 Elektrownia Jądrowa Temelín W Czechach działają obecnie dwie elektrownie atomowe mieszczące łącznie sześć reaktorów energetycznych. Nieco ponad 1/3 energii elektrycznej produkowanej w tym kraju pochodzi właśnie z energii rozszczepienia jądra atomowego. Od momentu włączenia pierwszego bloku jądrowego Czechom udało się zwiększyć produkcję energii elektrycznej o połowę utrzymując produkcję w elektrowniach węglowych na stałym poziomie. Jedną z elektrowni jądrowych jest EJ Temelin mieszcząca się w kraju południowoczeskim, ok. 25 km na północ od Czeskich Budziejowic. Historia Pierwszą elektrownią jądrową na terenie Czech 1 jest EJ Dukovany oddana do użytku w 1985 roku 2. Jeszcze w trakcie jej budowy, pod koniec lat 70-tych, podjęto decyzję o budowie kolejnej, właśnie w Temelinie. W przypadku Temelina zdecydowano się na budowę reaktorów WWER 1000 o mocy 1000 MWe. Wcześniej w elektrowniach budowanych w Czechosłowacji stosowano reaktory WWER 440 o mocy 440 MWe, również konstrukcji radzieckiej. Planowano budowę czterech takich reaktorów. Dla takiej liczby przygotowano również teren i część infrastruktury. Projekt, przygotowany przez Energoprojekt Praha, był gotowy w 1985 roku. Budowa ruszyła w 1987 roku. Głównym dostawcą od strony technologicznej była Škoda. Równolegle z budową samej elektrowni rozpoczęto budowę dwóch tam na Wełtawie, Hněvkovice i Kořensko, które również były częścią całego projektu. Dzięki zainstalowaniu turbin wodnych oba zbiorniki są źródłem energii elektrycznej. W przypadku Hněvkovic moc turbin wynosi 10 MW, w Kořensko 4 MW. Zbiornik wodny Hněvkovice o pojemności 1 Ponieważ decyzję o budowie elektrowni jądrowych podejmował jeszcze rząd Czechosłowacji warto zauważyć, że pierwszą elektrownią zbudowaną w Czechosłowacji jest EJ Bohunice na Słowacji. EJ Dukovany to pierwsza na terenie dzisiejszych Czech. 2 W 1985 roku oddano do użytku pierwszy blok, dwa kolejne w 1986, czwarty w 1987 r. 22 milionów metrów sześciennych pełni również rolę źródła wody technologicznej dla samej elektrowni jądrowej. Rok 1989 i aksamitna rewolucja przyniosły nie tylko zmiany ustrojowe w kraju, ale także rewizję planów dotyczących Temelina. Ze względu na mniejsze prognozowane zapotrzebowanie na energię elektryczną zrezygnowano z budowy bloków 3 i 4. Przez pewien czas niepewna również była kontynuacja budowy bloków 1 i 2. Ostatecznie w 1993 roku czeski rząd podjął decyzję o kontynuowaniu projektu. Zmiany ustrojowe przyniosły ze sobą również zmiany technologiczne. Projekt został zmodyfikowany we współpracy z amerykańskim koncernem Westinghouse. W konsultacjach zmian uczestniczyły również czeski urząd dozoru jądrowego SÚJB oraz Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej. Dotyczyły one głównie systemu sterowania i diagnostyki, ale całkowita liczba zmian była dużo większa. EJ Temelin została dzięki nim jedną z pierwszych elektrowni jądrowych na świecie używającą okablowania wykonanego wyłącznie z materiałów niepalnych. W 1997 roku do elektrowni dostarczono pierwszą partię paliwa jądrowego. Pierwszy blok osiągnął pierwszą krytyczność w grudniu 2000 roku, a drugi dwa lata później. Komercyjna eksploatacja rozpoczęła się odpowiednio w 2002 i 2003 roku. Oznacza to, że EJ Temelin jest najmłodszą eksploatowaną elektrownią atomową

2 Charakterystycznym, widocznym z daleka, elementem elektrowni są cztery widoczne z daleka chłodnie kominowe o wysokości 155 m. na terenie Unii Europejskiej. W najbliższych latach straci jednak to miano na rzecz dwóch reaktorów EPR budowanych obecnie w Olkiluoto w Finladnii i Flamanville we Francji. Choć oba te reaktory budowane są we wcześniej istniejących elektrowniach. Eksploatacja EJ Temelin to w chwili obecnej największa elektrownia w Republice Czeskiej, zarówno pod względem mocy zainstalowanej, jak i rocznej produkcji energii elektrycznej. Operatorem elektrowni jest największa czeska spółka energetyczna, czyli ČEZ (České Energetické Závody). Oddział w Temelinie zatrudnia obecnie nieco ponad 1000 stałych pracowników. zwiększenie nominalnej mocy bloku nr 1 z 1056 MW do 1078 MW. Na rok 2015 identyczne prace planowane są w bloku nr 2. Stosowany w Temelinie cykl paliwowy zakłada wymianę co roku ¼ z 163 kaset paliwowych w reaktorze. Paliwem jest uran, w formie dwutlenku uranu UO 2, o średnim wzbogaceniu 3,5%. Każdego dnia w trakcie pracy reaktora rozszczepieniu ulega około 3 kg uranu. Do 2010 roku dostawcą paliwa był Westinghouse. Zwycięzcą przetargu na kolejne 10 lat dostaw została jednak rosyjska firma TVEL i to ona obecnie dostarcza kasety paliwowe do Temelina. Pokazuje to, że zmiana kierunku dostaw paliwa jest w przypadku elektrowni jądrowych jak najbardziej możliwa, co zwiększa bezpieczeństwo energetyczne. Elektrownia pozytywnie przeszła procedurę stress testów przeprowadzanych w europejskich elektrowniach jądrowych po wydarzeniach w Japonii w 2011 roku. W ramach dalszego zwiększania bezpieczeństwa zdecydowano się również zainstalować dodatkowe źródła zasilania awaryjnego. Jak większość elektrowni jądrowych, EJ Temelin pracuje w podstawie systemu energetycznego. Oznacza to, że stale pracuje ona z mocą zbliżoną do nominalnej. Roczna produkcja energii elektrycznej była stopniowo zwiększana, aby w ostatnich latach przekraczać wartość 14 TWh rocznie. Ten wzrost był możliwy dzięki zwiększeniu współczynnika wykorzystania mocy, który w ostatnich latach dla obu bloków przekraczał 80%. Drugim powodem wzrostu produkcji były kolejne modernizacje zwiększające maksymalną moc obu bloków. Ostatnia z nich, polegająca na wymianie elementów części niskoprężnej turbiny, została przeprowadzona w 2014 roku. Spowodowała ona Rok Produkcja Produkcja Rok [TWh] [TWh] , , , , , , , , , , , ,3 Produkcja energii elektrycznej w EJ Temelin w kolejnych latach. Jest to energia oddana sieci, czyli już po odjęciu zużytej na potrzeby własne zakładu. Jej stopniowe zwiększanie jest możliwe m.in. dzięki kolejnym modernizacjom. Źródło: IAEA Power Reactor Information System

3 Przekrój budynku reaktora. W centralnej części widoczny jest zbiornik ciśnieniowy reaktora (kolor czarny). To tam znajduje się paliwo i zachodzi reakcja rozszczepienia. Bezpośrednio nad nim widać mechanizmy napędowe prętów kontrolnych (kolor szary). Szary element po lewej stronie od reaktora to jedna z czterech wytwornic pary. Po lewej stronie od niej widzimy pompę pierwotnego układu chłodzenia (kolor czerwony). Niebieskie zbiorniki na prawo od rektora to zbiorniki systemu ECCS, czyli awaryjnego układu chłodzenia rdzenia. Całość otoczona jest masywną obudową bezpieczeństwa, czyli tzw. containmentem. Warto zwrócić uwagę jak niewielką część całego budynku zajmuje sam reaktor. Reaktor WWER 1000 W elektrowni zainstalowano dwa reaktory WWER 1000 typ V320, po jednym w każdym bloku. Jest to reaktor wodny ciśnieniowy, w którym woda pełni zarówno chłodziwa, jak i moderatora, którego zadaniem jest spowalnianie neutronów. O ile pewne szczegółowe rozwiązania stosowane w reaktorach WWER różnią się od tych, które możemy znaleźć w zachodnich reaktorach PWR, to ogólna zasada działania całego bloku jest taka sama. Woda w reaktorze jest podgrzewana pod wysokim ciśnieniem, dzięki czemu nie dochodzi do jej wrzenia w pierwotnym obiegu reaktora. Podgrzana woda trafia do czterech wytwornic pary i dopiero tam wytworzona para kierowana jest na turbinę. Dzięki temu woda z drugiego obiegu chłodzenia, która w postaci pary obraca turbinę, nie ma bezpośredniego kontaktu z prętami paliwowymi w reaktorze. Sercem całego bloku jest sam reaktor. Jest to masywna stalowa 3 konstrukcja o wysokości 11 m i średnicy 4,5 m. Grubość ścianek wynosi 3 Zbiornik ciśnieniowy jest wykonany z wysokiej jakości stali niskostopowej z domieszkami chromu, niklu, molibdenu i wanadu.

4 blisko 200 mm. Zbiorniki reaktorów zostały wykonane w zakładach Škody w Pilznie. Tylko część całego zbiornika ciśnieniowego zajmuje tak zwana część aktywna, w której umieszczone jest paliwo i w której zachodzi reakcja rozszczepienia. Znajduje się ona w dolnej części zbiornika i ma wysokość 4,5 m. Umieszczone są tam 163 kasety paliwowe, w każdej 312 prętów paliwowych. Jednorazowo w reaktorze znajduje się około 92 tony paliwa. Co charakterystyczne dla reaktorów WWER, kasety paliwowe mają przekrój sześciokątny. Zachodząca w reaktorze reakcja rozszczepienia jest źródłem olbrzymich ilości ciepła, które służy do podgrzania wody w pierwszym obiegu. Moc cieplna jednego reaktora to 3000 MW, więc do uzyskania podobnego efektu należałoby użyć około 1,5 miliona czajników elektrycznych. W ciągu każdej sekundy przez reaktor przepływa 23,5 m 3 wody. Jest ona podgrzewana z 290 do 320ºC. Jak już wspomniano wcześniej nie wrze ona dzięki temu, że ciśnienie w pierwszym obiegu reaktora wynosi ponad 15,7 MPa 4. Podgrzana w reaktorze woda trafia do wytwornic pary, gdzie przekazuje swoje ciepło wodzie z drugiego obiegu zamieniając ją w parę o temperaturze 280ºC i ciśnieniu 6,3 MPa. W każdym bloku znajdują się cztery takie urządzenia. W odróżnieniu od zachodnich odpowiedników w reaktorach WWER mają one 4 Czyli blisko 160 atmosfer lub ciśnienie panujące prawie 1,6 km pod powierzchnią oceanu. Model kasety paliwowej. W rzeczywistości kasety mają 4,5 metra długości i zawierają nieco ponad pół tony paliwa. W reaktorze znajdują się 163 takie elementy. Jedna taka kaseta spędza w reaktorze 4 lata i pozwala wyprodukować ilość energii elektrycznej porównywalną z 50 tys. ton węgla. układ poziomy. Każda z wytwornic jest w stanie wyprodukować 1470 ton pary w ciągu godziny. Wszystkie elementy pierwszego obiegu, takie jak reaktor, stabilizator ciśnienia czy wytwornice pary, znajdują się w obudowie bezpieczeństwa, czyli tzw. containmencie. Jest to masywny, żelbetowy budynek z charakterystyczną kopułą na szczycie. W Temelinie maja one wysokość 38 m i średnicę wewnętrzną 45 m. Grubość ścian wynosi 1,2 m. Jednym z jego zadań jest zatrzymanie wewnątrz wszelkich substancji promieniotwórczych, które mogłyby się wydostać z samego reaktora w przypadku awarii. Poza wymienionymi wcześniej elementami pierwotnego układu chłodzenia, mieści on również basen na wypalone paliwo, urządzenia do przeładunku paliwa czy elementy awaryjnego układu chłodzenia, takie jak np. akumulatory hydrauliczne awaryjnego układu chłodzenia rdzenia. Zawierają one zapas wody, który w razie potrzeby jest wtłaczany do reaktora przy pomocy sprężonego azotu. Co istotne, działanie do zadziałania tego systemu nie jest konieczne zewnętrzne zasilanie. Maszynownia Kolejnym elementem elektrowni jest maszynownia. Nazywana jest też często konwencjonalną częścią elektrowni, z uwagi

5 na fakt, iż nie różni się ona znacząco od tych, które znaleźć możemy, np. w elektrowniach węglowych. Jej zasadniczym zadaniem jest zamiana energii pary wodnej w elektryczność. Najważniejszymi elementami są turbina parowa oraz generator umieszczone na wspólnym wale. Oba te elementy są razem zwane turbogeneratorem. W EJ Temelin w każdym bloku znajduje się jeden taki turbozespół. Zostały one zaprojektowane i wykonane w zakładach Škody. Sama turbina składa się z jednej sekcji wysokoprężnej oraz trzech niskoprężnych. Para z wytwornic trafia początkowo do sekcji wysokoprężnej. Pomimo jej znacznie mniejszego rozmiaru to w części wysokoprężnej para traci około 40% swojej energii. Jest ona następnie osuszana i podgrzewana w znajdujących się obok samego turbozespołu osuszaczach, skąd kierowana jest na część niskoprężną turbiny, gdzie oddaje resztę swojej energii. Para, napierając na łopatki turbiny, rozpędza ją do prędkości 3000 obr/min. Zużyta para kierowana jest następnie do skraplacza. Skraplacz to system 32 tysięcy tytanowych rurek, przez które płynie woda trzeciego obiegu chłodzenia. Zużyta w turbinie para trafiając na nie skrapla się i w postaci ciekłej jest ponownie pompowana do wytwornic pary. Podgrzana przez nią do temperatury ok. 30 ºC woda trzeciego obiegu chłodzenia trafia do czterech chłodni kominowych, gdzie oddaje całe niewykorzystane do produkcji energii elektrycznej ciepło do atmosfery. W tym celu jest ona rozpylana we wnętrzu chłodni, gdzie oddaje pozostałe ciepło przepływającemu powietrzu. Elementem elektrowni, w którym zachodzi właściwa produkcja energii elektrycznej jest generator. Jest on połączony wałem z turbiną. Wytwarzany jest w nim prąd elektryczny o napięciu 24 kv. Napięcie jest następnie podnoszone w transformatorach do 400 kv i trafia do sieci przesyłowej. Część z wytworzonej energii elektrycznej trafia poprzez transformatory potrzeb własnych do samej elektrowni, gdzie zasila wszystkie niezbędne do jej pracy urządzenia. W generatorze pojawia się również pierwszy z polskich akcentów w Temelinie elementy stojana generatora zostały wyprodukowane przez wrocławska firmę Dolmel. Bezpieczeństwo Kluczowe dla funkcjonowania każdej elektrowni jądrowej jest bezpieczeństwo. Jednym z najważniejszych jego elementów jest sama konstrukcja reaktora. Powinna ona uwzględniać zarówno możliwość błędów człowieka, naturalne zjawiska czy zagrożenie terrorystyczne. Jak we wszystkich reaktorach wodnych, w reaktorze WWER intensywność reakcji rozszczepienia spada wraz ze wzrostem temperatury. Wynika to z praw fizyki i nie wymaga żadnej interwencji operatora. Z tego powodu katastrofa taka jak w Czarnobylu jest w takiej elektrowni niemożliwa. Model fragmentu kondensatora. Woda chłodząca przepływa przez poziome rurki. Trafiająca na nie zużyta para w turbinie skrapla się i w stanie ciekłym pompowana jest ponownie do wytwornic pary. Kolejnym ważnym elementem bezpieczeństwa reaktora jest odseparowanie substancji promieniotwórczych od otoczenia. W tym celu stosuje się szereg barier bezpieczeństwa. Co ważne, dla

6 skutecznej separacji wystarczy, że jedna z nich jest sprawna. W tym przypadku są to koszulki paliwowe, zbiornik reaktora wraz z elementami pierwotnego obiegu oraz wspominana już obudowa bezpieczeństwa. W celu zapewnienia skutecznego chłodzenia rdzenia stosuje się szereg dublujących się systemów awaryjnego chłodzenia. Są to wspominane już akumulatory hydrauliczne czy generatory zasilane silnikami diesla. Co ciekawe część tych silników jest polskiej produkcji. Na terenie elektrowni znajdują się też zbiorniki z zapasem wody chłodzącej. Kolejnym elementem ważnym dla bezpieczeństwa jest odpowiednie wyszkolenie personelu. W tym celu służy między innymi symulator znajdujący się w elektrowni, gdzie operatorzy mają okazję przećwiczyć różne sytuacje awaryjne. Elektrownia Jądrowa Temelin spełnia wszystkie europejskie wymogi bezpieczeństwa, co potwierdzają regularne kontrole przeprowadzane przez krajowy dozór jądrowy czy Międzynarodową Agencję Energii Atomowej. Potwierdziły to również przeprowadzane w elektrowniach w całej Unii Europejskiej stess testy. mogą liczyć na wsparcie z Funduszu ČEZ. Spółka współfinansuje również, we współpracy z władzami lokalnymi, inwestycje w infrastrukturę, ośrodki użyteczności publicznej czy działalność organizacji kulturalnych i sportowych. Na podstawie podpisanych porozumień, ČEZ wyda na ten cel około 3,7 miliarda koron w latach Kolejnym ważnym elementem jest edukacja i dostęp do informacji. W tym celu otwarto w 1997 roku, czyli jeszcze w trakcie budowy elektrowni, centrum informacyjne. Mieści się ono tuz przy elektrowni, w renesansowym zameczku Vysoký Hrádek, który został w tym celu odnowiony przez ČEZ. W centrum można zapoznać się z zasadami działania elektrowni jądrowej, zagadnieniami z fizyki jądrowej czy działalności samej elektrowni na poziomie dostosowanym do zróżnicowanego poziomu wiedzy odwiedzających. Znajduje się tam również stała ekspozycja edukacyjna przedstawiająca Kontakt ze społeczeństwem Energetyka jądrowa wzbudza w społeczeństwie kontrowersje. Dlatego też, bardzo ważne dla jej rozwoju są edukacja, przejrzystość przemysłu oraz współpraca ze społecznościami lokalnymi. Program współpracy operatora EJ Temelin z lokalnymi władzami nazywany jest Pomarańczowym Wsparciem od koloru logo grupy ČEZ. W jego ramach ČEZ uczestniczy w różnego rodzaju przedsięwzięciach lokalnych na terenie kraju południowoczeskiego. Spółka uczestniczy corocznie między innymi w organizacji ponad 500 wydarzeń lokalnych, o charakterze społecznym, kulturalnym czy sportowym. Ponadto różnego rodzaju lokalne inicjatywy W centrum informacyjnym elektrowni można znaleźć między innymi ekspozycję prezentującą działanie elektrowni jądrowej. Na zdjęciu model zbiornika ciśnieniowego reaktora.

7 funkcjonowanie elektrowni. Co roku centrum odwiedza ponad 30 tysięcy osób. Większość stanowią grupy zorganizowane, głównie z okolicznych szkół i uczelni, ale można odwiedzać je również indywidualnie. I co ważne, bez zapowiedzi. Poza czeskim, informacje można uzyskać w języku angielskim i niemieckim, a także po wcześniejszej zapowiedzi polskim. Działalność centrum nie ogranicza się wyłącznie do czekania na odwiedzających. Stara się ono wychodzić naprzeciw lokalnej społeczności poprzez udział swoich pracowników w lokalnych wydarzeniach oraz organizację konkursów związanych tematycznie z energetyką jądrową skierowanych głównie do młodzieży szkolnej. Wydaje ono również własne czasopismo Temelínky. W roku 2013 swoje poparcie dla energetyki jądrowej deklarowało 66% Czechów. Jest to jeden z najwyższych wskaźników w krajach Unii Europejskiej. Największymi oponentami czeskiej energetyki jądrowej są Austriacy. Do protestów dochodziło jeszcze w trakcie budowy elektrowni w Temelinie. W czasie jednego z takich protestów w 200 roku austriaccy aktywiści zablokowali nawet przejścia graniczne pomiędzy Austrią i Czechami. Protesty te wynikały z jednej strony z położenia elektrowni w pobliżu austriackiej granicy, a z drugiej z niesłusznego przekonania o niskich standardach bezpieczeństwa reaktorów WWER z powodu mylenia ich z reaktorami RBMK, również rosyjskiej konstrukcji. Plany na przyszłość Jak już wspomniano, w początkowych planach budowy EJ Temelin zakładano budowę czterech bloków energetycznych. Dla takiej liczby został przygotowany teren i część infrastruktury pomocniczej. Dlatego też ciągle rozważana jest budowa kolejnych dwóch bloków. Inną możliwością jest budowa nowych Makieta Elektrowni Jądrowej Temelin znajdująca się w centrum informacyjnym. Centralnej części widać budynki obu reaktorów (z niebieskimi kopułami) oraz przylegające do nich budynki turbozespołów. W lewym górnym rogu znajdują się cztery chłodnie kominowe. Bezpośrednio pod reaktorami widać budynek, w którym przechowywane jest wypalone paliwo, a obok niego baseny z zapasem wody chłodzącej. W prawym górnym rogu widać teren przygotowany pod kątem przyszłych inwestycji. W pierwotnym planie miały tam stać bloki nr 3 i 4. Rozbudowa elektrowni o kolejne dwa bloki jest ciągle rozważana.

8 elektrowni od podstaw. Proponowanymi lokalizacjami są w tym przypadku Tetov i Blahutovice. Jednakże, z uwagi na przygotowanie części infrastruktury, za najkorzystniejsze rozwiązanie uważa się rozbudowę EJ Temelin. Podjęto nawet działania przygotowawcze w kierunku budowy nowych bloków. Objęły one między innymi wydanie oceny oddziaływania na środowisko czy przeprowadzenie konsultacji transgranicznych. Rozpisany został również przetarg na dostawcę technologii. Rozważanymi konstrukcjami były reaktory generacji III i III+. Potencjalnymi dostawcami byli: francuska AREVA (reaktor EPR), amerykański Westinghouse (reaktor AP1000) oraz konsorcjum czesko-rosyjskie firm Škoda JS, JSC Atomstoyexport i JSC OKB Gidropress z reaktorem MIR-1200 będącym rozwinięciem reaktora WWER-1000, które już w elektrowni pracują. większość czeskiego społeczeństwa, które widzi w energetyce jądrowej istotny element czeskiego mixu energetycznego w przyszłości. Kamila Wilczyńska, Joanna Podsadna Studenci Wydziału Energetyki i Paliw Akademii Górniczo-Hutniczej im. St. Staszica w Krakowie Opieka merytoryczna: dr inż. Paweł Gajda Katedra Energetyki Jądrowej, Wydział Energetyki i Paliw Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica w Krakowie Projekt rozbudowy EJ Temelin oprotestowała ponownie Austria, a aktywiści z tego kraju grozili kolejnymi protestami naciskając zarówno na rząd czeski, jak i austriacki. Jednakże przedstawiciele rządu Czech podkreślali, że o ile zależy im na dialogu ze wszystkimi krajami sąsiadującymi to ostateczna decyzja będzie podjęta w Pradze, a nie w Brukseli czy Wiedniu. Warto tutaj przypomnieć, że w wyniku referendum w 1979 Austriacy odrzucili możliwość wykorzystania energii jądrowej w tym kraju. Silne nastroje antyjądrowe utrzymują się tam do dzisiaj. W 2014 roku przetarg został anulowany, a plany rozbudowy elektrowni odłożone w czasie. Czeskie władze podkreślają jednak, że decyzja ta nie oznacza rezygnacji z budowy kolejnych bloków jądrowych w tym kraju, a jedynie ich przesunięcie na późniejszy okres. Podkreślają równocześnie, że biorąc pod uwagę dostęp do zasobów i potencjał rozwoju alternatywnych źródeł w Czechach, chęć zmniejszenia emisji musi wiązać się z postawieniem także na energetykę jądrową. Co bardzo istotne, w podobny sposób widzi to