Wyścig po “atom”

 

Elektrownia jądrowa zlokalizowana w Polsce ma korzystać z reaktorów jądrowych trzeciej generacji, w których na szeroką skalę zastosowano m.in. układy awaryjne, działające na zasadzie biernego bezpieczeństwa. Wśród tych, które brane są pod uwagę w ramach trwających przygotowań do ogłoszenia przetargu na budowę elektrowni jądrowej, Polska Grupa Energetyczna (odpowiedzialna za realizację projektu) rozważa możliwość zastosowania reaktorów: EPR z firmy Areva, ESBWR i ABWR proponowanego przez GE Hitachi oraz AP1000 z Westinghouse.

 

Reaktory jądrowe generacji III i III+ są unowocześnionymi typami reaktora generacji II. Dzięki zastosowanym ulepszeniom będą mogły pracować przez 60 lat, a przy odpowiednich warunkach nawet 120 lat (generacja II mogła pracować maksymalnie do 80 lat). Pierwsze reaktory generacji III zostały zbudowane w Japonii w połowie lat 90. XX w., obecnie projektuje się je też w Europie. Jednym z przykładów jest reaktor EPR oferowany przez francuską firmę Areva. – W zamyśle twórców reaktora EPR, bezpieczeństwo było pierwszorzędnym kryterium  – mówiAdam Rozwadowski z Areva Polska. Podkreśla on również fakt, że w reaktorze generacji III+ zrobiono wszystko, co możliwe, aby zapobiec ciężkim awariom. Istotne jest zrozumienie, że zasady bezpieczeństwa zastosowane w konstrukcjach nowej generacji, oparte na istnieniu komplementarnych, zróżnicowanych i redundantnych układów bezpieczeństwa, mają swój początek w poprzednich modelach reaktorów. W technologii EPR wykorzystano cztery niezależne i redundantne ciągi bezpieczeństwa, zapewniające poczwórną redundancję układów bezpieczeństwa. Każdy z ciągów posiada własny układ chłodzenia z rezerwami wody i mechanizmami wtrysku oraz dedykowane źródło zasilania. Dzięki temu mogą samodzielnie zapewniać chłodzenie reaktora. Na wypadek utraty zasilania zewnętrznego, zarówno z głównej, jak i pomocniczej sieci elektrycznej, reaktor EPR dysponuje aż trzema stopniami zasilania awaryjnego. – Pierwszy z nich to cztery dedykowane awaryjne generatory z silnikami Diesla, z zabezpieczonymi dostawami paliwa, zainstalowane w dwóch oddzielnych budynkach i przystosowane do zasilania ciągów bezpieczeństwa przez 72 godz. – podkreśla Rozwadowski. Dodaje też, że kolejne zabezpieczenie stanowią dwa inne redundantne generatory z napędem dieslowskim, również z własnym źródłem paliwa, zdolne do funkcjonowania przez 24 godz. W przypadku, gdyby zawiodły wszystkie opisane systemy, zasilanie newralgicznych urządzeń przez 12 godz. zapewniają akumulatory. Zastosowane rozwiązania powodują, że personel elektrowni zyskuje dodatkowy cenny czas na ustabilizowanie sytuacji. Odpowiednio zabezpieczone zapasy wody i paliwa na terenie elektrowni umożliwiają całkowicie autonomiczne fukcjonowanie układów bezpieczeństwa reaktora EPR przez ponad tydzień. Reaktory Areva odznaczają się też unikalnymi rozwiązaniami, zaprojektowanymi z myślą o najczarniejszym scenariuszu jakim jest stopienie rdzenia. Reaktor EPR wyposażono np. w chwytacz stopionego rdzenia, ostateczny pasywny układ bezpieczeństwa, oparty na tzw. podejściu deterministycznym. – Chwytacz stopionego rdzenia, umieszczony w budynku reaktora o podwójnych betonowych ścianach, pozwala zyskać cenny czas na przywrócenie zasilania z sieci lub ze źródeł mobilnych i w rezultacie zapobiec przedostaniu się radioaktywnych substancji do otoczenia – wyjaśnia Rozwadowski. Reaktor EPR realizuje zasadę obrony w głąb, zarówno na wypadek wewnętrznych, jak i zewnętrznych zagrożeń. Unikalną zaletą technologii EPR jest fakt, że już na najwcześniejszych etapach projektowania powstawała w ścisłej współpracy francuskich i niemieckich instytucji nadzoru jądrowego oraz to, że łączy sprawdzone rozwiązania bezpieczeństwa swoich bardzo wydajnych poprzedników: francuskiego N4 i niemieckiego Konvoi, z rozwiązaniami innowacyjnymi, wypracowanymi w toku procesu ciągłego doskonalenia i wykorzystania zdobytych doświadczeń. Wszystkie reaktory AREVA oferują optymalną kombinację aktywnych i biernych rozwiązań, które zapewniają komplementarność, zróżnicowanie i redundancję ich układów bezpieczeństwa. Pozwala to maksymalnie podwyższyć globalny poziom bezpieczeństwa elektrowni jądrowych i zoptymalizować proces kontroli ich pracy. Pewna liczba biernych układów bezpieczeństwa jest niezbędna do zagwarantowania wysokiego stopnia autonomii systemów na wypadek awarii. Jednak poleganie wyłącznie na nich byłoby czysto probabilistycznym podejściem do zarządzania ryzykiem. Oznaczałoby dopuszczenie do możliwości zaistnienia sytuacji, w której elektrownia mogłaby nie poradzić sobie z nieoczekiwanym splotem wydarzeń. – Nie można polegać na jednym rodzaju układu bezpieczeństwa. Bazując na analizach i doświadczeniach z budowy stu reaktorów na całym świecie, świadomie postawiliśmy na połączenie aktywnych i biernych układów bezpieczeństwa–podkreśla Rozwadowski.Reaktor EPR posiada jeszcze jedno istotne rozwiązanie – grube, betonowe ściany, wzmocnione stalową wykładziną, chronią centralne elementy elektrowni (reaktor, układ awaryjnego chłodzenia i zasilania oraz basen wypalonego paliwa) przed atakiem z użyciem samolotu liniowego.

 

Dzięki ponad stuletniemu doświadczeniu General Electric i Hitachi Corporation, spółka GE Hitachi jest w stanie zaoferować dwie najbezpieczniejsze i najbardziej zaawansowane z najbezpieczniejszych i najbardziej zaawansowanych technologii reaktorów jądrowych: Advanced Boiling Water Reactor (ABWR) oraz Economic Simplified Boiling Water Reactor (ESBWR). Odpowiadają one aspiracjom Polski w zakresie bezpieczeństwa, a także możliwościom budowy elektrowni w ramach zaplanowanego harmonogramu i budżetu. – Oferowane technologie należą do najnowszej generacji reaktorów wrzących lekkowodnych, zaprojektowanych tak, aby generowały energię elektryczną, nie emitując szkodliwych gazów cieplarnianych – powiedział David Sledzik, Vice President of international nuclear plant project w GE Hitachi. – ESBWR to najnowszy reaktor GE Hitachi, a jego uproszczona konstrukcja zapewnia bezpieczeństwo, doskonałą ekonomikę oraz krótszy harmonogram budowy – dodał Sledzik. Dzięki zastosowaniu pasywnych systemów bezpieczeństwa, wyeliminowano w nim 25% urządzeń stosowanych w aktywnych systemach. Podstawowe prawa fizyki stanowią jedyne siły niezbędne do bezpiecznego chłodzenia rdzenia reaktora. Naturalna cyrkulacja chłodziwa zabezpiecza jego rdzeń, odprowadzając ciepło do atmosfery przy wykorzystaniu sił natury, zastępując systemy mechaniczne. Najistotniejsze jest jednak to, że technologia reaktorów ESBWR zapewnia bezpieczne chłodzenie rdzenia reaktora przez ponad tydzień, bez potrzeby zasilania elektrycznego i bez konieczności podejmowania skomplikowanych czynności operatorskich. Dzięki temu konstrukcja reaktora osiąga najniższy współczynnik prawdopodobieństwa awarii z uszkodzeniem rdzenia reaktora, tzw. CDF. Reaktor typu ABWR znajduje się na drugiej pozycji pod względem bezpieczeństwa konstrukcji, biorąc pod uwagę ten współczynnik. Jest on jedyną konstrukcją generacji III posiadającą liczne referencje konstrukcyjne i eksploatacyjne.

 

Kolejny z zaproponowanych na polski rynek reaktorów – AP1000 oparty jest na technologii opracowanej przez firmę Westinghouse. Reaktor jest zamknięty w szczelnej, stalowej, cylindrycznej obudowie bezpieczeństwa. Dzięki odpowiedniej grubości ścian chroni ona reaktor przed temperaturą rzędu nawet 149°C oraz przed wewnętrznym i zewnętrznym nadciśnieniem. Stalowa budowa bezpieczeństwa jest otoczona żelbetonową osłoną o grubości ok. 90 cm, której zadanie to ochrona reaktora przed uderzeniami obiektów latających. Stanowi ona również istotny element układu awaryjnego chłodzenia. W budynku elektrowni znajduje się też awaryjny zbiornik wody o pojemności 2093 m³, konstrukcyjnie odizolowany od stalowej obudowy, wytrzymałej na wstrząsy sejsmiczne. Przy projektowaniu tego typu reaktora priorytetowe znaczenie miały kwestie związane z ochroną środowiska naturalnego. Eksploatacyjne ucieczki substancji promieniotwórczych sprowadzono do minimum, wpływ promieniowania jonizującego na obsługę obniżono do granic możliwości, a także zminimalizowano ogólną ilość zarówno promieniotwórczych, jak i niepromieniotwórczych szkodliwych odpadów. Ponadto w porównaniu ze standardowym blokiem jądrowym o podobnej mocy AP1000 ma o 35% mniej pomp, o 80% obniżono w nim ilość przewodów rurowych związanych z bezpieczeństwem oraz o połowę zredukowano liczbę zaworów bezpieczeństwa. Objętość budynków elektrowni jest również w tym przypadku o ok. 45% mniejsza w porównaniu z wcześniejszymi projektami o porównywalnej mocy. AP1000 jest pierwszym reaktorem generacji III+, którego projekt uzyskał certyfikat amerykańskiej Komisji Dozoru Jądrowego (NRC). Ponadto organizacja European Utility Requirements (EUR), skupiająca zespół firm europejskich, które ustaliły bardzo wysokie wymagania dotyczące bezpieczeństwa, potwierdziła zgodność reaktora AP1000 ze swoimi wytycznymi, co pozwala na wdrażanie tej technologii w Europie¹.

 

Opinię na temat wykorzystania i rozwoju elektrowni jądrowych w przyszłości wyrażają również przedstawiciele Alstom, który jest dostawcą części konwencjonalnej dla elektrowni jądrowych, obejmującej turbozespół z turbiną parową oraz urządzenia pomocnicze, tj. pompy i wymienniki ciepła, a także zapasowe agregaty prądotwórcze, systemy do oczyszczania ścieków i układów filtracyjnych. – Co trzecia elektrownia jądrowa na świecie wyposażona jest w urządzenia wyprodukowane przez Alstom – stwierdzaPatrick Fragman, Senior Vice President Nuclear, Sector Thermal Power Alstom. Dodaje również, że z wydarzeń, które miały miejsce w 2011 r. w japońskim mieście Fukushima, wyciągnięto odpowiednie wnioski. Przeprowadzone analizy wykorzystano w projektowaniu oraz zabezpieczeniu niezawodności technologii, a także w eksploatacji elektrowni jądrowych. Energia jądrowa ma wiele zalet, które są wzmacniane poprzez zastosowanie najnowszych technologii. Stanowi ona oszczędne, niezależne i stabilne źródło zasilania w energię, mające wpływ na rozwój gospodarczy. Paliwo jądrowe jest niedrogie, a jego odpady mają niewielką objętość. Ponadto podczas eksploatacji elektrowni jądrowej nie są emitowane gazy cieplarniane. – Podzielam opinię, że energia jądrowa będzie stanowić istotny element dywersyfikacji mocy wytwórczych, czyli zostanie uwzględniona w tzw. polskim miksie paliwowym w energetyce, zakładając planowany wzrost zapotrzebowania na energię, konieczność zapewnienia bezpieczeństwa dostaw oraz sprostanie wymogom środowiskowym – przekonuje P. Fragman. Alstom jest też dostawcą usług serwisowych i retrofitowych dla elektrowni jądrowych obecnie pracujących w zakresie części konwencjonalnej. Retrofit ma na celu udoskonalanie istniejących urządzeń poprzez wykorzystanie najnowocześniejszych technologii oraz optymalizację ich pracy, by przedłużyć okresu użytkowania. Rozwiązanie to zapewnia możliwość osiągnięcia wysokiej mocy elektrycznej, przy jednoczesnym podniesieniu sprawności i niezawodności.

Jeśli na rynku polskim firmom z sektora energetycznego we współpracy z administracją rządową uda się uruchomić pierwszy reaktor jądrowy, a nie będzie kolejnej atomowej katastrofy, to być może zatrzemy w końcu złe wspomnienia po wydarzeniach, które miały miejsce w Czarnobylu i Fukushimie.

 

 

Źródło

1. Kubowski J.: Nowoczesne elektrownie jądrowe. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne. Warszawa 2010.