Energia jądrowa blisko Polski jak nigdy dotąd. Kiedy ruszą biało-czerwone rozszczepienia?
Pod koniec 2022 wiemy o dwu ścieżkach, które przetarły umowy podpisane przez polski rząd z amerykańską firmą Westinghouse, która ma postawić w naszym kraju reaktory AP1000, i z Korea Hydro & Nuclear Power na budowę sześciu reaktorów APR-1400. W zanadrzu jest jeszcze współpraca z francuska firmą EDF i oparte na jej rozwiązaniach reaktory EPR 1600, ale to chyba dalsza i bardziej mglista perspektywa.
Rada Ministrów RP formalnie zatwierdziła uchwałę wybierającą Westinghouse na dostawcę technologii dla programu jądrowego polskiego rządu o mocy od 6 do 9 GWe (mocy elektrycznej). Amerykańskie reaktory stanąć mają w nadmorskich miejscowościach Lubiatowo i Kopalino w gminie Choczewo. Dokładny koszt nie jest znany, ale w mediach podaje się kwoty oscylujące wokół 25 miliardów euro. Ponad 50% wydatków Westinghouse przy tej inwestycji ma trafić do polskich firm. Kilkadziesiąt z nich ma już nawet podpisane listy intencyjne o współpracy. Westinghouse już wcześniej utworzył w Krakowie globalne centrum usług wspólnych, w których zatrudnia 165 osób. Firma zamierza też zbudować centrum inżynieryjne w naszym kraju.
Generacja III+
Pierwszy duży projekt jądrowy w Polsce oparty będzie na konstrukcji AP1000. Nazwy tej używa się zarówno dla elektrowni jądrowej (1), zaprojektowanej i sprzedawanej przez Westinghouse Electric Company, jak i typ ciśnieniowego reaktora wodnego charakteryzującego się ulepszonym pasywnym systemem bezpieczeństwa.
AP1000 sklasyfikowano jako reaktor wodny ciśnieniowy (PWR) generacji III+. W porównaniu z generatorami trzeciej generacji ma prostszą konstrukcję składającą się ze znacznie mniejszej liczby komponentów, w tym m.in. o połowę mniejszej liczby zaworów, o jedną trzecią mniejszej liczby pomp. Stosuje się w nim także po 80% mniej rur bezpieczeństwa i kabli kontrolnych. System chłodzenia składa się z dwóch niezależnych obwodów, zaprojektowane do wytwarzania 3415 megawatów mocy cieplnej. Rdzeń reaktora skonstruowanego przez Westinghouse składa się z stu pięćdziesięciu siedmiu zespołów (prętów) paliwowych o długości 426,7 mm.
Konstrukcja AP1000 początek swój ma w 2005 roku, gdy amerykańska Nuclear Regulatory Commission (NRC) zatwierdziła końcowy projekt nowego reaktora Westinghouse. W 2008 roku Chiny rozpoczęły budowę czterech reaktorów w oparciu projekt AP1000. Ostatecznie NRC zatwierdziła budowę elektrowni w oparciu o reaktor AP1000 w grudniu 2011 roku. Cztery reaktory AP1000 w chińskich lokalizacjach w Sanmen (2), w Zhejiang oraz w Shandong, uruchomiono w 2018 roku. Wcześniej, w październiku 2015 roku ogłoszono, że technologia dla elektrowni jądrowej İğneada w Turcji będzie pochodzić od amerykańskiej firmy Westinghouse Electric Company w postaci m.in. dwóch reaktorów AP1000. Najpóźniej w 2023 roku ma zostać uruchomiony amerykański projekt Vogtle-3, oparty na tej konstrukcji. Rozwiązanie AP1000 zostało wybrana dla dwóch dodatkowych bloków w Chinach, dziewięciu bloków na Ukrainie i jest rozważana dla wielu innych lokalizacji w Europie Środkowo-Wschodniej, Wielkiej Brytanii i Stanach Zjednoczonych.
Reaktor AP1000 jest prezentowany jako jedyny działający reaktor generacji III+ z całkowicie pasywnymi systemami bezpieczeństwa. Projekt zakłada, że w przypadku awarii o podłożu projektowym, takiej jak pęknięcie głównego rurociągu z chłodziwem, osiąga się i utrzymuje stan bezpiecznego wyłączenia bez udziału operatora i bez potrzeby korzystania z prądu przemiennego lub pomp. AP1000 opiera się na grawitacji, naturalnej cyrkulacji i sprężonych gazach, które zapobiegają przegrzaniu rdzenia i obudowy. Zapobiega to sytuacji opartej na najgorszym scenariuszu, czyli w sytuacji utraty zasilania, jak to miało miejsce podczas awarii w Fukushimie, w której woda się wygotowała i paliwo zaczęło się topić. Dzięki systemowi pasywnemu reaktor AP1000 nie wymaga zasilania energią elektryczną do chłodzenia paliwa jądrowego. Gdyby doszło do sytuacji takiej jak w Fukushimie, reaktor sam się wyłączy. Granica ciśnieniowa chłodziwa reaktora, w szczególności zbiornik ciśnieniowy reaktora i rurociągi z chłodziwem reaktora, stanowią niezależne bariery zapobiegające uwolnieniu promieniowania. Ponadto, w połączeniu z otaczającym budynkiem osłonowym, stalowy zbiornik rozdzielający zapewnia dodatkową ochronę przez ustanowienie trzeciej bariery oraz zapewnienie naturalnych konwekcyjnych prądów powietrza w celu chłodzenia stalowego zbiornika rozdzielającego.
Dzięki zastosowaniu pasywnych systemów bezpieczeństwa do umieszczenia urządzeń bezpieczeństwa mniejsza jest także kubatura budynku, co oznacza mniej zajmowanego przez bloki miejsca. Modułowa konstrukcja elektrowni AP1000 ma dodatkowo skracać czas budowy i zmniejszać ryzyka projektowe związane z budową, bowiem prace są przenoszone do fabryk, które zapewniają lepszą kontrolę jakości i kosztów.
Westinghouse chwali się też, że współczynnik dyspozycyjności reaktorów AP1000 do produkcji energii wynosi średnio 92,5%. Cztery działające reaktory AP1000 w Chinach ustanawiają rekordy w branży pod względem dyspozycyjności i czasu załadunku paliwa. Istotne dla kosztów jest również zmniejszenie wymagań dotyczących konserwacji, testów i kontroli oraz liczby personelu. Standardowy okres eksploatacji elektrowni przedłużony jest do 60 lat.
Całkowita ilość odpadów promieniotwórczych ma być w tej konstrukcji, jak zapewnia producent, minimalizowana dzięki takim rozwiązaniom jak brak obciążenia borem, wymiana jonowa zamiast odparowania, segregacja odpadów u źródła, oraz pakowanie w pojemniki o wysokiej integralności.
Doświadczeni Koreańczycy
Polskie i koreańskie ministerstwa, polskie firmy energetyczne ZE PAK i PGE, firma Korea Hydro & Nuclear Power (KHNP) ogłosiły pod koniec października 2022 podpisanie listu intencyjnego w sprawie planu rozwoju elektrowni jądrowej w Pątnowie niedaleko Konina. Wcześniej koreańska firma zaoferowała polskiemu rządowi ofertę budowy sześciu reaktorów generacji III+ APR1400 o mocy 8400 MW (3) w ramach programu polskiej energetyki jądrowej.
KHNP jest trzecim największym operatorem elektrowni jądrowych na świecie, w 2020 roku zakończyło budowę elektrowni atomowej w Zjednoczonych Emiratach Arabskich w Barakah. Elektrownia składa się z czterech bloków po 1400 MW mocy każdy, co oznacza 5600 MW zapewniających ok jedna czwartą zapotrzebowania ZEA na energię elektryczną. KHNP wybudowała i zarządza w Korei ponad dwudziestoma blokami jądrowymi. Plan rozwoju elektrowni jest trakcie powstawania.
APR-1400 - reaktor wodny ciśnieniowy (PWR) został zaprojektowany przez Korea Electric Power Corporation (KEPCO). Pierwotnie znany jako Korean Next Generation Reactor (KNGR). W dokumentacji reaktorów APR1400 koncern KHNP zapewnia, że żywotność bloków wynosi 60 lat, co jest standardem dla reaktorów generacji III i III+. Dla porównania reaktory II generacji mogły funkcjonować 40 lat. Obecnie użytkowane są dwa takie reaktory w Korei Południowej (Shin Kori 3 i 4), i kolejne cztery są w budowie (Shin Hanul 1 i 2, Shin Kori 5 i 6). Kolejny blok jest użytkowany w Barakah i kolejne trzy są w budowie.
W warunkach koreańskich reaktor wyprodukował 1455 MW mocy elektrycznej brutto przy mocy cieplnej 3983 MW (nominalna 4000 MW). APR-1400 ma dwa obwody chłodzenia reaktora. W każdym obwodzie ogrzane chłodziwo pierwotne opuszcza naczynie ciśnieniowe reaktora przez jedną gorącą odnogę, przechodząc przez jedną wytwornicę pary, powracając do naczynia reaktora przez dwie zimne odnogi, z których każda wyposażona jest w pompę chłodziwa reaktora. W pętli drugiej znajduje się jeden regulator ciśnienia na gorącej nodze, w którym podczas pracy utrzymywany jest pęcherzyk pary. Ponieważ wytwornice pary są uniesione w stosunku do naczynia ciśnieniowego, naturalna konwekcja będzie cyrkulować chłodziwo reaktora w przypadku awarii regulatora. Sprężarka jest wyposażona w sterowany pilotem zawór nadmiarowy, który nie tylko chroni przed nadmiernym ciśnieniem w układzie chłodzenia reaktora, ale także umożliwia ręczne obniżenie ciśnienia w przypadku całkowitej utraty wody zasilającej.
Rdzeń reaktora APR-1400 składa się z 241 zespołów paliwowych, 93 zespołów elementów sterujących i 61 zespołów oprzyrządowania wewnętrznego. Każdy zespół paliwowy ma 236 prętów paliwowych w układzie 16×16 (część miejsca zajmują rurki prowadzące dla elementów sterujących) z dwutlenkiem uranu (średnie wzbogacenie 2,6%), dając średnią gęstość mocy 100,9 W/cm3.
Budowa pierwszej polskiej elektrowni jądrowej, budowanej przez amerykański Westinghouse, ma zacząć się w 2026 r. a skończyć w 2033. W przypadku projektu, który ma być realizowany z Koreańczykami, daty nie są jeszcze podawane.
Mirosław Usidus
