Životní cyklus elektrárny

Umístění stavby jaderného zařízení

Vydání povolení k zahájení první etapy (umístění jaderného zařízení) je podmíněno předložením Zadávací bezpečnostní zprávy, která musí obsahovat dokumentaci o vhodnosti vybrané lokality pro stavbu jaderného zařízení, předběžné vyhodnocení nového zdroje z hlediska jaderné bezpečnosti, radiační ochrany a jeho vlivu na obyvatelstvo, životní prostředí, personál elektrárny a návrh koncepce provozu jaderného zařízení, včetně jeho ukončení. K vydání povolení je taktéž nutné předložit charakteristiku a specifikaci jaderného zařízení, analýzu potřeb zajištění fyzické ochrany a program zabezpečování jakosti pro povolovanou činnost.

Zadávací bezpečnostní zpráva pro dostavbu elektrárny Temelín je hlavním dokumentem pro rozhodnutí k umístění stavby.

Kritéria pro posouzení vhodnosti lokality při umísťování jaderných zařízení z hlediska jaderné bezpečnosti a radiační ochrany jsou definována ve speciální vyhlášce Státního úřadu pro jadernou bezpečnost. V ní jsou vyjmenována kritéria, která umístění jaderného zařízení vysloveně neumožňují, i kritéria, u kterých je umístění možné jen po vyřešení nepříznivých podmínek. Z množství kritérií uvedených ve vyhlášce vybíráme: projevy postvulkanické činnosti, výskyt krasových jevů, intenzita výpočtového zemětřesení, výskyt aktivních zlomů a geodynamických jevů, existence podzemních vod nebo důlních děl, příslušnost k zátopové oblasti, ochranné pásmo, klimatické a meteorologické jevy a mnoho dalších kritérií. Většina průzkumů je zaměřena přímo na lokalitu zařízení nebo území v okruhu 25 km, seizmicita je studována ve větším regionálním okruhu do 300 km od místa budoucího zařízení. A pokud chce žadatel o umístění jaderného zdroje uspět, musí předložit akceptovatelná stanoviska pro všechna kritéria.

Pro představu, jak obrovská práce je s první etapou spojená, můžeme uvést, že Zadávací bezpečnostní zpráva k umístění 3. a 4. bloku Jaderné elektrárny Temelín měla přibližně 1 000 stran, z toho asi polovinu tvořila průkazová část charakteristiky lokality, zpracována na základě 350 podkladů (celkem 7 000 stran textu).

Další podklady pro rozhodnutí

Kromě legislativních podmínek umístění stavby je v procesu přípravy výstavby jaderného zdroje kladen důraz na finanční rozvahy. Zjišťují a vybírají se nejlepší možnosti financování, včetně záruk, probíhají práce na ekonomických studiích, vyhodnocuje se rentabilita budoucího jaderného zdroje.

Po výběru technologie, potřebného výkonu nebo zapojení do energetické soustavy, je prostřednictvím výběrového řízení hledán optimální dodavatel stavby a dodavatelé technologických celků. Z jaderné oblasti se řeší otázky dodavatele jaderného paliva, jeho využití a následné uskladnění, vypracovávají se optimální procesy zpracování provozních radioaktivních odpadů.

Výstavba nové jaderné elektrárny ještě nezačala, ale budoucí provozovatel musel do přípravných prací již vložit nemalé úsilí, čas i finanční prostředky. Pro budoucí bezpečnost a spolehlivost jaderné elektrárny je to nevyhnutné.

Výstavba jaderné elektrárny

Po splnění nelehkých podmínek umístění stavby nastává období výstavby jaderného zdroje. I pro získání stavebního povolení je nezbytné předložit soubor dokumentů – Předběžnou bezpečnostní zprávu. Tato zpráva obsahuje především průkazná fakta, že zvolené, již konkrétní projektové řešení, splňuje všechny požadavky na jadernou bezpečnost, radiační ochranu a havarijní připravenost, dále informace o životnosti zařízení, jeho provozuschopnosti až do ukončení a vyřazení z provozu. Bezpečnostní zpráva se také zabývá koncepcí likvidace radioaktivních odpadů a nakládání s vyhořelým jaderným palivem.

Výstavba jaderné elektrárny začíná přípravou staveniště a vybudováním zázemí pro stavební a montážní organizace. V rámci přípravných prací se přesouvají velké objemy zeminy, upravují se podklady, pro potřeby stavby se budují přípoje energií, zabezpečují se dodávky vody a betonu a připravuje se další potřebná infrastruktura. Postupně začínají růst hlavní a pomocné budovy elektrárenského komplexu, jako jsou hlavní výrobní blok, strojovna, budova aktivních provozů nebo čerpací stanice. Do výšky se začínají šplhat železobetonové skořepiny chladicích věží. Stavební práce musí na sebe vzájemně navazovat a současně musí být dodrženy veškeré technologické postupy. To klade velké nároky na koordinaci a harmonogram výstavby.

S přiblížením konce stavebních činností se v jednotlivých budovách začíná montáž technologického zařízení. Důležité je v této fázi dodržování souslednosti montážních činností a rychlá reakce na změny vyvolané aktuálním stavem a umístěním technologických komponent. Průběžně se podle změn a odchylek musí aktualizovat celkový harmonogram výstavby elektrárny.

Vedení stavby má při výstavbě tak velkého objektu, jakým je jaderná elektrárna, důležité poslání. V každé etapě výstavby kontroluje plnění projektových milníků, stavebních a montážních prací, materiálové zajištění stavby a koordinuje součinnost jednotlivých skupin pracovníků a dodavatelských subjektů. Optimální časové plánování všech činností (od výroby technologických celků, přes jejich dopravu, umístění v objektu, až po technologické a řídící připojení) je klíčem k úspěchu stavby i možným finančním úsporám. V celém procesu výstavby jaderné elektrárny probíhá důsledná dozorná činnost, zkoumající shodu s projektem a jakost všech prováděných prací. V jaderných částech zařízení je také důležitá kontrola Státního úřadu pro jadernou bezpečnost (SÚJB).

Spouštení jaderné elektrárny a zkušební provoz

Po úspěšném ukončení montáže technologických modulů začíná etapa spouštění. Tento proces sestává z několika set různých programů, činností a zkoušek rozdělených na části před zavezením jaderného paliva do reaktoru a na následující spouštění s palivem. Postupy jednotlivých zkoušek i vyhodnocení jsou zakotveny v příslušných předpisech a vyhláškách (Atomový zákon) a jejich úspěšnost schvalují dozorné orgány. V případě zkoušek a programů, které mají vliv na jadernou bezpečnost, je hlavním schvalovatelem SÚJB.

Prvním krokem spouštění je blok zkoušek předkomplexního vyzkoušení systémů primárního a sekundárního okruhu bez přítomnosti jaderného paliva a vývinu tepla v reaktoru. Zkoušky se týkají technologických a vzduchotechnických systémů v reaktorovně a v budově aktivních pomocných provozů, systémů manipulace s palivem, elektrických, řídících a diagnostických systémů primárního a sekundárního okruhu.

Dalším krokem je zkouška integrity kontejnmentu, členěná do dvou částí. V první části probíhá pevnostní zkouška vnitřním přetlakem, testující materiálové a mechanické vlastnosti ochranné obálky. Při druhé, těsnostní zkoušce se vyhodnocuje těsnost všech technologických průchodů na hranici kontejnmentu.

Po kontrole kontejnmentu následuje integrovaná hydrozkouška, při které se primární okruh ohřeje a natlakuje na nominální parametry (300 °C, 15 MPa) a prokazuje se připravenost reaktoru a všech komponent okruhu na zavezení paliva. Kromě ověření mechanických, hydraulických, teplotních a dynamických vlastností zařízení jsou sledovány funkce regulátorů a ochran, bezpečnostních systémů a zajištěného napájení. Úspěšným ukončením hydrozkoušky končí etapa neaktivního vyzkoušení před zavezením paliva a začíná etapa aktivního vyzkoušení, skládající se z fyzikálního a energetického spouštění.

Vliv radiace na strukturu materiálu

Z materiálového hlediska je nutné počítat u primární části jaderné elektrárny ještě s faktorem vlivu radiace na křehnutí materiálů. Obzvlášť výrazně se tento efekt zkoumá u nejdůležitější části elektrárny – tlakové nádoby reaktoru. Možnost prodloužení provozu celé elektrárny tak vlastně závisí na stavu tlakové nádoby. Pokud by rozbor svědečných vzorků materiálu nádoby, který se zaváží do reaktoru spolu s první zavážkou, odhalil takový narůst křehnutí materiálu nádoby, že by mohlo při dalším provozu dojít až k nepřípustnému zhoršení jejích mechanických vlastností, je to pro další provoz nepřijatelné snížení bezpečnosti. Jaderný blok by nebylo možné dál bez příslušných dodatečných opatření provozovat. Prodloužení životnosti těchto nádob je ale prakticky možné využitím regeneračního vyžíhání – speciálního, několik dní trvajícího tepelného procesu úpravy struktury materiálu tlakové nádoby pomocí jejího ohřevu. Radiační křehnutí materiálu se většinou týká starších reaktorů, novější tlakové nádoby díky vyšší čistotě materiálů a modernějším technologiím výroby již radiačnímu ovlivnění prakticky nepodléhají.

Další oblastí, na kterou se při prodlužování životnosti jaderné elektrárny vztahuje modernizace, je systém kontroly a řízení a systém diagnostiky. Správná činnost celé technologie je primárně závislá na věrohodnosti a bezporuchovosti vyhodnocování provozních parametrů a následném řízení regulačních prvků. Vývoj elektronických systémů jde mílovými kroky kupředu, a proto je častou součástí modernizace upgrade nebo výměna celého systému kontroly a řízení. Dokonalejší sofistikované elektronické systémy mají rychlejší doby reakce, větší spolehlivost, mohou zpracovávat větší množství dat a jsou schopny s větší pravděpodobností odhalit potenciální nebezpečí vzniku poruchy. V neposlední řadě mají moderní řídicí prostředky přehlednější ovládání, větší možnosti sekundárního zpracování a archivace dat. Podobnou praktickou zkušenost s obměnou elektroniky má většinou každý uživatel domácí elektroniky. V cyklu cca 20 let se elektronika obměňuje i z důvodu ukončení výroby starších náhradních dílů.

Programy LTO v ČR

Z jaderných elektráren v ČR se program LTO bezprostředně týká Jaderné elektrárny Dukovany. Její projektová životnost 30 let je v současnosti dosažena, ale elektrárna je stále ve výborné kondici. Přispěl k tomu především výběr kvalitních materiálů pro všechna zařízení a ostře a poctivě sledovaný způsob výstavby. Předpokládá se, že všechny čtyři bloky budou v provozu ještě dalších 10 let, a pokud to stav zařízení a situace dovolí a náklady na zabezpečení podmínek provozu na další období nebudou příliš vysoké, může být termín definitivního odstavení posunut ještě o dalších 10 až 20 let.

Vyřazování z provozu a likvidace jaderné elektrárny

Finální odstavení jaderné elektrárny je významný milník v jejím životním cyklu. K tomuto kroku se provozovatel obvykle dostane na konci projektované nebo prodloužené životnosti. Alternativně může být elektrárna odstavena ještě před uplynutím této doby z technických, bezpečnostních, finančních nebo politických důvodů. K finálnímu odstavení dochází například tehdy, kdy se důležité komponenty elektrárny dostávají do stavu, který nemůže zaručit požadovanou úroveň bezpečnosti. Jinými slovy, náklady na opravy a opatření pro zachování akceptovatelné provozuschopnosti jsou příliš vysoké, další výroba elektřiny se stává dražší a elektrárna je méně konkurenceschopná.

Dohled nad posuzováním stavu elektrárny z hlediska jaderné bezpečnosti zajišťuje Státní úřad pro jadernou bezpečnost. Stejně jako pro fázi provozu vydává licenci i pro fázi vyřazování elektrárny a dohlíží na všechny kroky související s vyřazením elektrárny z provozu. Celý proces může trvat několik desítek let, v závislosti na složitosti a stavu zařízení a vyžaduje značné finanční prostředky, které musí nastřádat sám provozovatel elektrárny ve vlastních rezervách a na státem vlastněném a kontrolovaném tzv. „jaderném účtu“.

Co znamená vyřazení elektrárny

Vyřazení elektrárny je soubor administrativních a technických kroků, vedoucích k částečnému nebo úplnému zrušení statusu jaderného zařízení a uvolnění areálu pro další využití. Znamená to, že již nikdy v budoucnu nebude zařízení sloužit svému původnímu účelu. Vyřazení většinou zahrnuje postupné rozebrání technologie (po případné dekontaminaci), odstranění budov a infrastruktury až po sanaci areálu elektrárny. V určitých případech je možné, a v současnosti i preferované, druhotné využití budov elektrárny. Využití může být neomezené, pro libovolnou činnost nebo s určitým omezením. Zajištění bezpečnosti pracovníků, obyvatelstva i životního prostředí je nevyhnutelnou podmínkou v průběhu celého procesu vyřazování.

Plánování vyřazení elektrárny začíná již v etapě přípravy výstavby. Již projekt nové jaderné elektrárny pamatuje na to, že se bude zařízení jednou demontovat a počítat s tím při návrhu dostupnosti a prostorovém umístění technologických prvků. Zpočátku je plánování více orientační pro vyhodnocení potřebných finančních prostředků a prostorů, postupem času a přibližováním konce provozu se plány vyřazování doplňují a zpřesňují. S plánováním procesu vyřazování úzce souvisí i personální otázka a zabezpečení pracovníků s jinou strukturou kvalifikací, než potřebuje provoz elektrárny.

Tři varianty vyřazování elektrárny z provozu

Pro pochopení procesu vyřazení a likvidace je důležité si uvědomit, že v jaderné elektrárně jsou dvě podstatně odlišná technicko-stavební prostředí. Běžné technologie bez radioaktivní zátěže a bez vztahu k radiační bezpečnosti zbytku elektrárny, které se bourají, rozebírají a likvidují běžnými způsoby. Mimo ně existuje tzv. „jaderný ostrov“. Jedná se o stavby a zařízení s radioaktivitou bouraných materiálů. Jaderný ostrov vyžaduje i po odstavení elektrárny spolehlivý dozor a některé jeho části také zajištění bezpečného chlazení. K tomuto úkolu potřebují mnohá, byť neradioaktivní zařízení. S odvezením použitého paliva z bazénů skladování se situace podstatně mění, ale i tak jaderný ostrov zůstává.

Při normálním ukončení provozu elektrárny existují z hlediska časového a radiačního tři varianty vyřazování jaderné elektrárny. První varianta počítá s postupným odstraněním elektrárny a následným uvolněním lokality hned po finálním odstavení. Je to nejrychlejší způsob vyřazení, ale vzhledem k radiační zátěži finančně i technicky nejnáročnější. Některé operace se musí provádět dálkově ovládanými manipulátory, obsluhující personál může být vystaven vyšším dávkám záření, a proto je nezbytná doplňující radiační ochrana.

Druhá varianta spočívá v dočasném zakonzervování a uložení elektrárny do bezpečného stavu se zachováním minimálního dozoru a její následnou, časově odloženou likvidaci. Radiační zátěž za dobu uložení klesne na přijatelnou úroveň a demontáž zařízení bude podstatně jednodušší a tím i levnější. Časově je to nejdelší varianta, trvající 50 a více let (může to být delší období než doba provozu elektrárny). Třetí varianta vyřazování je kombinací předchozích dvou. Část zařízení (sekundární okruh, neaktivní nebo slabě aktivní pomocné objekty) se demontuje a odstraní v počáteční fázi vyřazování hned po finálním odstavení a zůstávající aktivní část se zakonzervuje. Po uplynutí určitého času a poklesu radiačního zatížení se demontuje i zbytek elektrárny. Časově vychází třetí varianta stejně nebo je ještě o něco delší než druhá varianta, finančně je ale méně náročná než první. V ČR je po provedení vyhodnocení všech variant preferovaná právě třetí varianta částečné demontáže a bezpečného uložení zbývajících zařízení na určitou dobu.

Materiály a odpady

Demontáži technologického zařízení předchází vyvezení jaderného paliva z aktivní zóny reaktoru a odstranění všech provozních médií. V procesu rozebírání vzniká velké množství materiálů, které se dělí na dvě skupiny: