HTGR

14. prosince 2007 v 12:38
Proč je dnes potřeba stavět vysokoteplotní reaktory HTGR ?
Investice ve výstavbě energetických celkůsi vyžadují dlouhodobou koncepci. Od investičního záměru do uvedení do provozu zpravidla uplyne 15 let. Bohužel právě takovou dobu naše země prakticky žádnou energetickou koncepci neměla. V poměrněkrátké době bude na konci své životnosti hned několik tepelných elektráren v severních Čechách. Podobně zanedlouho bude končit původně plánovaná 30 ti letá životnost JE Dukovany, tam asi dojde k prodlužování životnosti, ale nebude to bez komplikací, neboť většina z aparátů havarijních systémů primárního okruhu byla projektována na 30-ti letou životnost, bez možnosti výměny - protože jsou v zabetonovaných kobkách (viz výměníky SAOZ, ty po napadení chloridovou korozí musely být v kobkách rozřezány, po částech vyneseny a nahrazeny novými, trojdílnými - modulární konstrukce).
Rozšiřování těžby uhlí naráží na rozhodný odpor místních obyvatel. Dovoz ropy a zemního plynu je u nás jednoznačně orientován na Rusko, skutečně delší výpadek dodávek by měl velmi vážné důsledky a moc by nepomohl ani ropovod z Ingolštatu, protože Německo rovněž většinu ropy dováží z Ruska.
Takže dnes nejen lidé na ČEZ uvažují o výstavbě dalších dvou blokův JE Temelín. Zdá se to být nejjednodušší řešení a pro ČEZ by to zdánlivěbylo logicky bez větších komplikací a rizik.
Otázkou však je, zda je to optimální řešení pro celý stát. Budeme opravdu stavět další bloky JE s tepelnou účinností pouhých 30% ? Bez většího využití nízkopotenciálního tepla ? Budeme to dělat bez řádného vyřešení zadní strany palivového cyklu a trvalého uložiště vyhořelého paliva ? Budeme dále budovat "Měsíční krajinu v severních Čechách a vypouštět ještěvíce skleníkových plynů?
Ministr Bursík sice mluví o nutnosti zvýšit úspory elektrické energie zvýšením účinnosti spotřebičů, ale těch je moc a zásadní zvýšení zatím nabízí pouze náhrada žárovek výbojkami, ty však jsou drahé, časté vypínání a zapínání výrazně zkracuje jejich životnost a tak většinou svítí pořád a úspora energie je pak dost iluzorní. Zásadní velké úspory primární energie lze dosáhnout nejen u tepelných, ale i u jaderných elektráren pouze zvýšením teploty média na turbíně. Dnešní JE pracují se sytou párou o teplotě pouhých 3000 C a proto jejich tepelná účinnost je jen kolem 30%.
Naše klasické uhelné elektrárny pracují většinou s ostrou párou o teplotěcca 5500 C a jejich účinnost je kolem 35%. Z materiálových důvodů nelze teplotu páry zásadně zvýšit a úpravou schéma se ztěží podaří dosáhnout účinnosti něco málo přes 40%.
Nejvyšší účinnost mají paroplynové elektrárny. Teplota plynů na spalovací turbíně může být až 12000 C a účinnost je těsně nad 50%. Znám však pouze dva velké paroplyny s prokazatelně dobrými ekonomickými parametry. Elektrárna Vřesová, spaluje především levný, doma vyráběný svítiplyn. Teplárna Červený mlýn v Brně sice spaluje drahý zemní plyn z dovozu, ale výhodně prodává nízkopotenciální teplo - horkovody pro vytápění města.
Staré elektrárenské bloky na hnědé uhlí budou brzy na konci své životnosti a budou muset být nahrazeny novými zdroji. Měly by to být zdroje s vysokou účinností, neprodukující skleníkové plyny a nezávislé na nejistých dovozech ropy a zemního plynu. Zdánlivě se jedná o neřešitelný problém.
Pozor ! Existuje reálné řešení, nejen splňující všechny uvedené požadavky, ale i nabízející komplexní řešení nejen pro energetiku, ale i pro ekologickou výrobu chemických surovin.
Navíc je třeba si uvědomit, že výroba elektrické energie představuje u nás jen necelou jednu třetinu spotřeby primárních zdrojů energie a podílí se na jedné čtvrtině vznikajících skleníkových plynů. Podstatnou část fosilních paliv totižu nás spotřebují energeticky náročné technologické provozy jako jsou hutě, rafinérie, těžká chemie, doprava, individuální vytápění atd. Takže každý rozumný hospodářby začínal s likvidací největšího zla. A ta možnost zde je !
Nabízí se zde totiž možnost konečnějednou řešit energetické problémy komplexně, tedy nejen výrobu elektrické energie, ale i plynofikaci, výrobu syntetického metanolu, čpavku, syntetického zemního plynu, syntetického benzínu a dalších surovin z vlastních zdrojů a podstatně tak snížit závislost na dovozech ropy a zemního plynu. Současnětaké nabízí šetrněji zacházet se zbývajícími zásobami uhlí. Nejen to, existuje i možnost využít CO2 z kouřových plynůstávající uhelné elektrárny pro výrobu syntetického zemního plynu. Základem takového řešení je využití vysokopotenciálního tepla z modulárního vysokoteplotního plynem chlazeného reaktoru HTGR. Tento je 100 x bezpečnější než současné JE, navíc spotřebuje na výrobu jednotky tepla jen poloviční množství uranu a vyhořelé palivo nepotřebuje mezisklady, manipulace s ním je bez rizik a trvalé uložiště nepřináší ekologickou zátěž pro příští generace. Tyto malé modulární JE o výkonu 100 MWt lze stavět přímo do chemických provozů, na okrajích měst atd.
HTGR- (High Temperature Grafite Reactor = Vysokoteplotní grafitový plynem chlazený reaktor)
Původní vývoj sahá aždo období druhé světové války a Hitlerových tzv. zázračných zbraní. Zatím co v USA byla vyvíjena atomová bomba, v Německu vědci pracovali na jaderném leteckém motoru pro tzv. Amerikabomber. Po válce výsledky jejich práce převzali Američané a pokračovali ve vývoji monstrózního dálkového bombardéru Convair X-6, upravili B-36 se šesti pístovými motory, čtyřmi proudovými a doplnili dalšími čtyřmi velkými proudovými motory s jaderným ohřevem vzduchu. Další, projektovaná, čistě jaderná verze měla označení B-60 a zůstala jen u projektu. Nakonec X-6 létal sice s jaderným reaktorem, ten však byl odstavený a nedával za letu žádný výkon (obr. letoun X-6 a schéma motoru). Zkoušky byly brzy ukončeny - důvodem byly obavy, že při havárii dojde k zamoření životního prostředí. To riziko tehdy opravdu hrozilo, palivové články byly v kovových pouzdrech a při havárii mohly být poškozeny. Zajímavé je, že v USA nadále setrvávají u tohoto druhu palivových článků, přinášejících další rizika i po vyhoření. Takto upravené palivo bylo použito u desítky amerických vysokoteplotních reaktorů. Samozřejmě, že zároveňprobíhal i vývoj stacionárních HTGR. Následovaly experimentální GCRE, MGCR, EGCR a další.
V šedesátých letech pak již byly postaveny a komerčně provozovány elektrárny s HTGR Peach Bottom a Vrain (o výkonu 342 MWe). Projekty velkých elektráren Fulton 1160 MWe, Summit 700 MWe a Vidal 1540 MWe byly zastaveny před dokončením z důvodů laciné ropy - stejnějako tam tehdy byly odstaveny již pracující jednotky na zplyňování uhlí.
Také ve Velké Británii bylo postaveno několik HTGR. Velmi úspěšný byl projekt Dragon, ověřující možnost JE s malými HTGR.
Na HTGR se pracovalo také v SSSR, Japonsku a ve Francii. Japonci dnes využívají malý HTGR na výrobu čistých kovů a slitin.
Moderní vysokoteplotní plynem chlazený reaktor byl vyvinut v NSR a nabízí velké možnosti. Experimentální JE AVR - Jülich má originální koncepci založenou na kulovém palivovém článku. Na rozdíl od všech ostatních typů reaktorů jsou kulové články volně sypány do grafitového lože. Jejich uspořádání má statistický charakter a nevytváří přesně definovanou palivovou mříž. Referenční palivový článek obsahuje 1 g uranu obohacený na 93% U-235 a 5 g thoria Th-232. Palivové mikročástice jsou zde ve tvaru maličkých kuliček, tvořících jádro palivových článků ve tvaru koulí velikosti asi tenisového míče a i po vyhoření lze s nimi jednotlivě volně manipulovat, bez rizika radioaktivního zamoření (obr. kulových palivových článkůa AVR). Právě u JE AVR byla ověřena vysoká inherentní bezpečnost malých HTGR. Při experimentálně vyvolané havárii s výpadkem dmychadel - odpovídající na JE typu VVER nejhorší havárii LOCA (se ztrátou chladiva), aniž zde došlo k havarijnímu odstavení reaktoru. Během 24 hodin reaktor, díky záporné zpětné teplotní vazbě, dosáhl podkritického stavu a tepelný výkon se pak ustálil na hodnotě1 % nominálního. Teplota paliva i moderátoru při tom nepřevýšily normální provozní teploty !!! AVR sloužil nejen k testování jednotlivých komponentu zařízení, palivových článků, ale i k chemickotechnologickým aplikacím, včetně výroby syntetického zemního plynu z přehřáté páry a kouřových plynů klasické uhelné elektrárny a následného dálkového studeného přenosu tepla ADAM-EVA , když zchlazený syntetický zemní plyn (směs CO a H2 ) je veden dálkovým potrubím na místo spotřeby, tam na katalyzátoru se mění na zemní plyn -metan (CH4), při čemž se uvolňuje velké množství tepla a získává ostrá pára o teplotě4500 C, aniž by se kouřilo z komínu je zde možnost další čisté elektrárny. Zemní plyn lze využít pro místní plynofikaci, nebo vrátit druhým potrubím zpět a teplem z HTGR opět rozložit na syntetický zemní plyn. Tento HTGR pracoval s kulovými palivovými články, zabezpečujícími nejen superbezpečný provoz vlastního reaktoru, ale také ekologicky čistou zadní stranu palivového cyklu, bez zátěže pro příští generace. Stejný typ paliva je projektován i pro malé modulární HTGR o výkonech 100 - 200 MWt . Elektrárna THTR-300 o jmenovitém výkonu 307,5 MWe, pracovala s teplotou helia 7000C, (pára asi 6500C) jen pro výrobu el. en. a bez dalších technologických aplikací palivo bylo v hexagonálních článcích - podobně jako ve většinědosavadních HTGR. Po několika letech bezpečného provozu však byla tato elektrárna odstavena, protože náklady na vyrobenou KWh byly u ní vyšší, než u klasických (doba laciné ropy a plynu).
Nejperspektivnější se jeví malé modulární jednotky HTGR s výkonem 100 - 200 MWt. Při teplotě helia 9500C nabízí nejen velmi efektivní výrobu elektrické energie s účinností přes 50%, ale také široké technologické aplikace. Bezpečnost je 100x vyšší než u současných VVER, bezproblémová je zadní strana palivového cyklu (kulové články). Technologické aplikace podstatněvylepší celkovou ekonomii.
Malý modulární HTGR je zdrojem vysokopotenciálního tepla - chladivo helium má teplotu 950o C. A právětato vysoká teplota při využití umožňuje :
- vyrábět elektrickou energii s téměř dvojnásobnou účinností než je tomu u současných reaktorů VVER (v podstatě za reaktorem je paroplyn t.j. heliová turbína a za ní parní)
- vyrábět páru o vysokých parametrech pro průmyslové využití (obr. modulární HTGR s parním generátorem , malé JE se čtyřmi jednotkami)
- zplyňovat uhlí bez odpadu - druhotná surovina je koks a nekouří se z komínu
- přenášet vysoké tepelné výkony studenou cestou i na vzdálenosti stovky km na které již nelze normálně použít horkovody (ADAM-EVA)
- vyrábět syntetický benzín, čpavek, umělé hmoty atd., aniž by se kouřilo z komínu
- vyrábět syntetický zemní plyn (jaderný parní reforming)
- ohřev vzduchu pro hutní výrobu
- vyrábět vodík pro těžkou chemii i energetiku a dopravu
- postavit reaktor přímo v průmyslovém objektu, případněi sídlišť vysoká bezpečnost zmenšuje ochrannou zónu
Hlavní předností HTGR je vysoká spolehlivost a pasivní bezpečnost - je 100x bezpečnější než současné reaktory VVER a PWR ! Přináší podstatně nižší radiační zatížení pro obsluhu i okolí. Je podstatně snažší výběr lokalit pro lepší uplatnění ekonomických i ekologických hledisek. Především pak odpadají problémy se zadní stranou palivového cyklu (žádné mezisklady vyhořelého paliva a rizika radiačního zatížení pro příští generace).
Koncepci HTGR jsem nabídl Ministerstvu životního prostředí, jako ekologickou variantu řešení koncepce energetiky v ČR. Z reakce jejich úředníka bylo jasné, že tento člověk vůbec neví o čem ve své odpovědi píše. Nepravdy a technické bláboly byly zdůvodněním nesouhlasu. Zkrátka sedí tam za partajní zásluhy v boji proti jaderným elektrárnám, strašili ho Černobylem a uvažovat o novém, bezpečném řešení je nad jeho síly. To by musem něco nastudovat a za to není placený !!!
P.S.
O kvalitě rozhodování státních úředníků mám svůj názor, který velmi stručně naznačím. Počátkem devadesátých let po tzv.České variantě privatizace prosazené ministrem Dlouhým a jeho kamarádem -generálním ředitelem KSB ing. Pánkem bylo jasné,že ji pan ředitel vede podnik k likvidaci. V novinách byl inzerát,že Ministerstvo pro hospodářskou soutěž hledá referenta pro energetiku.
Požadavky byly schopnost spolupráce s podniky Škoda a ČEZ, příslušné vzdělání a praxe. Přihlásil jsem se, kamarád, který tam pracoval mi volal : budeme kolegy, je to jasné - tvoje praxe a nejvyšší možná kvalifikace, to ostatní nesplňují. Přijdi v pátek, bude formální pohovor. Přišel jsem a bylo tam 36 zájemců. Kamarád řekl, nějak se to zvrtlo, to je jen polovina, hlásí se jich 72, bude psát písemku, ale to je formalita, to místo je tvoje. Přišla vedoucí odboru Mgr. a napsala dvěotázky :
1. Jaké zákony platí vČR pro hospodářskou soutěžv energetice ?
2. Dáváte přednost jednotné přenosové soustavějako má Francie, nebo rozdělené na více subjektů, jako mají USA ?
Přestože mi bylo jasné, co chce ta dáma slyšet, moje odpověďbyla zcela jiná :
1. Dopředu jsem se neučil ani na středníškole, ani na VUT. Budu-li funkci zastávat, zákony se naučím.
2. Zadavatel nemá základní znalosti o přenosu elektrické energie : při 50 Hz je maximální hranice stabilního přenosu 3000 km, u 60 Hz v USA je to jen 2400 km. Z Los Angeles do New Yorku je to asi 4500 km. Jednotná přenosová soustava bez vloženého stejnosměrného přenosu tam tedy není možná.
3. Zadavatel nemá ani základní znalosti o jakékoliv hospodářské soutěži, tou nejednodušší je inzerát. Na dobrý inzerát odpoví 2 -3 zájemci, mezi těmi je snadné se rozhodnout. Jsou-li kritéria moc tvrdá, nehlásí se nikdo. Jsou -li měkká hlásí se 10 i více. Pokud se hlásí 72, pak by zadavatel měl opustit svoji funkci. Kdyby bylo v inzerátu uvedeno, že plat toho referenta bude 8000 měsíčně a nějaké slabé odměny, tak by sem nepřišlo ani 5 zájemců!!!
 

5 lidí ohodnotilo tento článek.

Komentáře

1 Petr Novák Petr Novák | E-mail | 29. května 2011 v 16:38 | Reagovat

Potřebuji informace k paroplynovému zdroji.

Nový komentář

Přihlásit se
  Ještě nemáte vlastní web? Můžete si jej zdarma založit na Blog.cz.
 

Aktuální články

Reklama