Jak funguje Temelín. Byli jsme přímo v srdci reaktoru

Temelín budí strach i obdiv. Složitý organismus se vymyká obyčejnému lidskému chápání. Prozkoumali jsme místa, kam se normální člověk nikdy nepodívá, a nahlédli i do útrob reaktoru.

Když T. A. Edison roku 1882 v Appletonu postavil jednu z prvních elektráren (byla vodní), vůbec netušil, jak obří stavby a technologie jednou pro výrobu elektrické energie vzniknou. Už jen vybrat místo pro stavbu takového kolosu není vůbec snadné.

_{Jaderná elektrárna musí stát u velkého zdroje vody, nejlépe přehrady či větší řeky. Velké množství vody se totiž používá ke kondenzaci páry z turbíny v chladicím okruhu elektrárny. Ze čtyř chladicích věží Temelína se odpaří voda o obsahu bazénu v pražském Podolí asi za 20 až 30 minut. Přitom odpařená voda tvoří minimum používaného množství v uzavřeném okruhu chladicí vody.}

Čím se řídí výběr místa pro jadernou elektrárnu

Vhodné místo pro stavbu jaderné elektrárny musí splňovat mnoho desítek nezbytných a mezinárodně daných požadavků. Jde například o vhodné geologické podloží, jeho dlouhodobou stabilitu a dostatečně vydatný zdroj čisté vody. Geologická stabilita je důležitá proto, aby jadernou elektrárnu neohrozilo ani v budoucnosti zemětřesení.

Dostatečné množství vody pro provoz temelínské elektrárny, a to i v období sucha, zajišťuje přívod z Hněvkovické přehrady postavené na Vltavě. Voda putuje dvěma potrubními trasami do vodojemu v areálu elektrárny.

Další požadavek je v Česku obtížně splnitelný: v okolí 1,5 kilometru od reaktoru nesmí nikdo trvale bydlet.

Reaktor - srdce jaderné elektrárny

Jaderná elektrárna má dvě části. V té jaderné se pracuje s "radiací" a v druhé, nejaderné, radiace není. Sekundární okruh je tedy nejaderný a mezi jeho části patří například turbína.

Teplo potřebné k výrobě páry vzniká řízenou štěpnou jadernou reakcí v jaderném reaktoru. Ten je součástí jaderné části elektrárny - primárního okruhu. 

Proč nevře voda v reaktoru

Pro zajištění dokonalého odvodu tepla, které vznikne jadernou reakcí, nesmí voda v reaktoru vřít. K tomu se využívá jednoduchý fyzikální zákon. Teplota varu vody závisí na tlaku nad volnou hladinou. S rostoucím tlakem roste teplota varu vody. V reaktoru je tlak tak velký, že při dosahovaných teplotách v tlakové nádobě voda ještě nevře.

Nádoba a celý primární okruh jsou navrženy na tlak 17,6 MPa a při teplotě 350 °C (provozní tlak je 15,7 MPa při teplotách 290-320 °C). Jak si tento tlak představit? Stejně velký tlak najdeme například v hloubce 1760 metrů pod volnou hladinou vody. Ponorky z druhé světové války vydržely tlak v hloubce 100 metrů pod hladinou, někdy "přežily" nouzový ponor do hloubky 200 až 300 metrů.

 

Aktivní zóna reaktoru

Aktivní zóna je umístěna ve spodní části tlakové nádoby reaktoru. Má výšku asi 3,5 metru a průměr 3,1 metru, tvoří ji celkem 163 palivových souborů a 61 regulačních tyčí (klastrů). Jaderná reakce a výkon reaktoru se řídí zasouváním částí regulačních tyčí. Pokud se všechny tyče z bóru a kadmia úplně zasunou, jaderná reakce se zastaví.

Palivové soubory jsou uspořádány v hexagonální mříži. Každý palivový soubor sestává z 312 palivových proutků, 18 vodicích trubek a z jedné centrální měřicí trubky. V celé vsázce je 92 tun paliva, které je tvořeno mírně obohaceným uranem 235. Při výměně paliva se ročně vyjme z aktivní zóny asi čtvrtina palivových souborů.

_{Palivové soubory, vyrobené firmou Westinghouse, jsou v aktivní zóně umístěny v přesně stanovených pozicích. Na obrázku se právě manipuluje s prostředním palivovým souborem. Nové palivové soubory bude dodávat po roce 2010 na základě výběrového řízení ruská firma TVEL, dle podmínek v nově uzavřeném kontraktu.}

Havárie černobylského typu nehrozí

K zajištění jaderné bezpečnosti je nejvhodnější využít základní fyzikální zákony. Při návrhu nejúčinnějších protipovodňových opatření se tedy vychází z principu gravitace - voda teče z kopce dolů. Podobný princip slouží i k zajištění bezpečnosti tlakovodního reaktoru typu VVER.

Při přehřátí vody v reaktoru (v případě velmi nepravděpodobného selhání všech bezpečnostních opatření) se jaderná reakce v reaktoru sama zastaví. Ve vzniklé páře totiž nemohou zpomalovat neutrony, které štěpí uran. Reaktor proto nemůže dopadnout jako reaktor zcela jiné konstrukce a principu v Černobylu.

Jak funguje chlazení reaktoru

Čtyři hlavní cirkulační čerpadla zabezpečují cirkulaci chladiva primárního, jaderného okruhu, který odvádí teplo z reaktoru do parogenerátoru. Jsou použita vertikální odstředivá jednostupňová čerpadla, která jsou umístěna na studených větvích cirkulačních smyček primárního okruhu. Čerpadla jsou vysoká 11,9 m, jejich příkon za nominálního provozu je 5,1 MW. Průtok jedním čerpadlem při nominálních parametrech činí 21 200 metrů krychlových za hodinu.

_{Tlaková nádoba reaktoru je asi 11 m vysoká a má vnější průměr asi 4,5 m. Byla vyrobena ve Škodě JS Plzeň. Tloušťka stěny její válcové části je 193 mm. Jako materiál je použita kvalitní nízkolegovaná chrom-nikl-molybden-vanadová ocel. Na obrázku je horní blok reaktoru, který obsahuje mechanismy řídicích tyčí.}

_{Temelínský reaktor je tlaková nádoba ze speciální oceli tloušťky téměř 20 cm (193 mm), která má vnější průměr kolem 4,5 metru a je vysoká cca 11 metrů. V podstatě se jedná o obří tlakový hrnec vysoce odolný vůči křehnutí. Ke sledování křehnutí tlakové nádoby kvůli neutronovému záření jsou v reaktoru umístěny svědečné vzorky materiálu, které se pravidelně měří a hodnotí. Temelínské tlakové nádoby vyrobila Škoda JS Plzeň.}

_{Kontrola regulačních tyčí reaktoru}

^{Demontáž pohonů tyčí reaktoru}

_{Výměna paliva probíhá v uzavřeném prostoru. Bazén vyhořelého paliva je umístěn vedle reaktorové šachty uvnitř ochranné obálky. Na obrázku je zavážecí stroj paliva.} 

_{Detail zavážení paliva}

Základní technické údaje reaktoru
Reaktor	tlakovodní VVER 1000, typ V320
Počet palivových souborů	163
Počet palivových proutků v jednom souboru	312
Obohacení paliva	max. 5% 235U
Palivová vsázka (UO2)	92 t
Cyklus výměny paliva	čtyřletý
Počet chladicích smyček	4
Objem chladiva v primárním okruhu	337 m3
Teplota chladiva na vstupu	asi 290 °C
Teplota chladiva na výstupu	asi 320 °C
Pracovní tlak	15,7 MPa

 Byli jsme v srdci Temelína

      
Na naší návštěvě jsme se zajímali hlavně o primární okruh, který je chráněn kontejnmentem válcového tvaru. Kolem něj je čtvercová obestavba. Na fotografiích vidíte pohled přes sklad chemikálií, od vyvedení výkonu a samotnou obestavbu s kontejnmentem. Pro vstup musíte mít speciální ochranný oděv, osobní dozimetry. Projít se musí přes bezpečnostní rámy.

     
Viděli jsme také kondenzátor, mohutný turbogenerátor, velín, pro fotografa "pózovaly" otevřené tlakové dveře, nahlédli jsme do srdce reaktoru a nemohli jsme přehlédnout 150 metrů vysoké chladicí věže.

Reaktor chrání ochranná obálka – kontejnment

Většina lidí zná tlakovou nádobu jako bojler pro ohřev teplé vody. Pokud jste ho někdy rozebrali, víte, že vlastní tlaková nádoba je kryta izolací a ochranným obalem.
Reaktor je také tlaková nádoba, která je uložena v ochranné obálce - kontejnmentu.

Nachází se uvnitř betonové šachty ze speciálního, radiaci odolného betonu. Kontejnment chrání okolí vůči případnému úniku radioaktivních látek. Na fotografii vpravo nahoře vidíte válcový kontejnment v pozadí za blokovou rozvodnou.

Konstrukce kontejnmentu

Je to válcová železobetonová konstrukce vysoká 56 metrů. Skládá se z válce a kulového vrchlíku. Stěny válce jsou silné 1,2 metru, konstrukce kopule je pouze o deset centimetrů slabší. Vnitřní průměr kontejnmentu je 45 metrů (zhruba polovina délky fotbalového hřiště). Vnitřní povrch ochranné obálky je pokryt 8 milimetrů silnou vrstvou nerezové oceli, která hermeticky uzavírá vnitřní prostor a tak brání případnému úniku radionuklidů do okolí. Okolo kontejnmentu je čtvercová obestavba s řadou dalších zařízení, kde je mimo jiné i bloková dozorna – řídicí centrum výrobního bloku.

Čemu musí odolat ochranná obálka reaktoru

Kontejnment je projektován na maximální přetlak 0,49 MPa při 150 °C. Trvalé udržování podtlaku uvnitř umožňuje v případě malých úniků radioaktivity její odfiltrování a kontrolované odsátí vzduchu do neustále monitorovaného ventilačního komína.

Kromě zmíněných funkcí zajišťuje kontejnment ochranu zařízení proti vnějším vlivům (pád letadla, tlaková vlna od výbuchu), vlivu třetích osob a klimatu (vichřice, extrémní teploty, extrémní srážky).

Přístup personálu a materiálu do hermetického prostoru umožňují zdvojené hermetické vstupy, mezi kterými je vyrovnávací komora.

_{Vstupy do kontejnmentu lze otevírat pouze směrem dovnitř, otevírání se děje postupně, tj. při otevření prvních dveří nelze otevřít druhé. Otevírání dveří je jištěno třemi nezávislými způsoby. Na fotografii vidíte otevřený hermetický vstup.}

Základní technická data kontejnmentu
Půdorys vestavby	66 x 66 metrů
Výška válcové části	38 metrů
Vnitřní průměr válcové části	45 metrů
Vnitřní světlá výška	41,7 metru
Tloušťka stěny válcové části	1,2 metru
Tloušťka stěny kopule	1,1 metru
Tloušťka ocelové výstelky	8 milimetrů

Pára pro turbínu vzniká ve čtyřech parogenerátorech

Horká voda o teplotě 320 °C se z reaktoru vede do čtyř parogenerátorů, ve kterých vzniká pára pro pohon turbíny. Vzniklá pára má  tlak 6,3 MPa, teplotu 278,5 °C. Parní generátor je horizontální válcový výměník, dlouhý 14,8 m s vnějším průměrem v rozmezí 4,2-4,5 m. Je tedy o něco málo větší než autobus. Teplosměnné trubky v parogenerátoru jsou vyrobeny z chromniklové korozivzdorné oceli. Zbytek je vyroben z nízkolegované konstrukční oceli. Parogenerátory jsou styčnou částí mezi jadernou (primární) a nejadernou (sekundární) částí elektrárny, vyrobila je společnost Vítkovice.

Kde vniká elektrická energie

Hlavní zařízení sekundárního okruhu se nachází ve strojovně. Nejdůležitějším zařízením je turbogenerátor 1000 MW, který se skládá z parní turbíny, elektrického generátoru, budiče a pomocného budiče.

_{Parní turbína je tvořena jedním vysokotlakým a třemi nízkotlakými díly. Po obou stranách turbíny jsou umístěny horizontální separátory - přihříváky páry. V popředí je vysokotlaká část turbíny, žluté části v pozadí jsou nízkotlaké díly a stříbrné válce po stranách jsou přihříváky páry.}

Turbosoustrojí
Počet na výrobní blok	1
Počet dílů turbíny	1 vysokotlaký + 3 nízkotlaké
Otáčky	3000 za minutu
Napětí na svorkách alternátoru	24 kV
Chlazení alternátoru	vodík-voda
Počet parogenerátorů na jeden blok	4
Odběr páry z jednoho parogenerátoru	1470 t za hod.
Tlak páry na výstupu	6,3 MPa
Teplota páry na výstupu	278,5 °C

Systém cirkulační vody

Pod každým nízkotlakým dílem turbíny je umístěn kondenzátor. Ten patří systému kondenzace a regenerace. Jde o uzavřený okruh mezi kondenzátory a chladicími věžemi s nucenou cirkulací vody. Cirkulační chladicí okruh slouží ke kondenzaci páry z turbíny.

Jak se doplňuje voda pro Temelín

Chladicí voda se odebírá z přehradní nádrže Hněvkovice vybudované pro tyto účely na řece Vltavě. Voda je tak kvalitní, že je možné ji používat k chlazení téměř bez chemické úpravy. Voda se přivádí do zásobních vodojemů na JE. Odtud je odváděna do úpravny chladicí vody a potom do jednotlivých chladicích systémů elektrárny.

Odparem z chladicích věží se zvyšuje koncentrace rozpuštěných nečistot z vltavské vody. Aby se tyto nečistoty neusazovaly v systému cirkulační vody, odpouští se část vody z tohoto okruhu (tzv. odluhy) průběžně zpět do Vltavy. Odluhy tvoří převážnou část všech odpadních vod, které se vypouštějí z elektrárny (93-94 %).

Část přiváděné vody je odváděna do chemické úpravny vody (demineralizační linka) k výrobě superčisté demivody, která se používá v primárním a sekundárním okruhu.

_{Teplá cirkulační voda se chladí ve čtyřech chladicích věžích typu Itterson s přirozeným tahem vzduchu. Proud vzduchu zde ochlazuje vodu a odpařuje část chladicí vody do atmosféry. Na obrázku je vidět prostor určený pro nasávání vzduchu do chladicích věží.}

Bezpečnostní systémy v Temelíně

Systémy jsou ztrojnásobené a každý má schopnost bezpečně odstavit a dochladit reaktor.

Systémy jsou podle své funkce a významu pro jadernou bezpečnost obecně rozdělovány na bezpečnostní systémy a systémy související s jadernou bezpečností.

Druhé jmenované zahrnují přístrojové vybavení pro monitorování bezpečnostně důležitých veličin a stavů jaderné elektrárny a pro automatické spouštění výkonných bezpečnostních systémů, tj. takových systémů, které na základě signálů od ochranných systémů zajišťují plnění příslušných bezpečnostních funkcí. Podpůrné systémy zajišťují funkce ochranných a výkonných systémů (zajištění elektrického napájení, chlazení apod.).

K výkonným bezpečnostním systémům na JE Temelín např. patří:

1. Pasivní systém (nepotřebuje ke svému zapůsobení zdroj elektřiny, působí na základě fyzikálních zákonů) havarijního chlazení aktivní zóny  reaktoru. Tento systém je tvořen čtyřmi hydroakumulátory a slouží k rychlému zaplavení aktivní zóny při mimořádných situacích, které jsou spojeny s náhlým poklesem tlaku v primárním okruhu.

2. Čtyři aktivní systémy, které jsou zálohované 3 x 100 %:

2.1. Nízkotlaký systém havarijního chlazení aktivní zóny. Systém slouží k dochlazování aktivní zóny a k dlouhodobému odvodu zbytkového tepelného výkonu reaktoru.

2.2. Vysokotlaký doplňovací systém. Systém slouží k potlačení havárií s rychlým nárůstem výkonu reaktoru.

2.3. Vysokotlaký systém chlazení aktivní. Systém slouží k udržování aktivní zóny v podkritickém stavu při zachování vysokého tlaku a k chlazení aktivní zóny při malé a střední havárii typu LOCA, tj. při havárii spojené se ztrátou chladiva.

2.4. Sprchový systém ochranné obálky. Systém zajišťuje snížení tlaku v hermetických prostorech po havárii typu LOCA, tj. zabraňuje únikům radioaktivních látek do životního prostředí.

3. Systém ochrany primárního okruhu při převýšení tlaku. Systém zabraňuje porušení integrity primárního okruhu prostřednictvím kompenzátoru objemu a jeho pojišťovacích ventilů.

4. Systém ochrany sekundárního okruhu. Systém zajišťuje regulaci tlaku páry v parovodech.

5. Mechanický systém odstavení reaktoru. Systém zajišťuje pád souboru absorpčních tyčí do aktivní zóny, a tím převedení  reaktoru do podkritického stavu. 

Funkčnost bezpečnostních systémů musí být zachována při všech projektem předpokládaných událostech (normální a abnormální provoz, poruchy, výpadky zařízení a nehody na jaderné elektrárně včetně maximální projektové nehody, zemětřesení, požárů, vichřic, zátop a událostí vyvolaných lidskou činností, kterými jsou pád letadla, exploze, diverzní akce apod.).

Základní technické údaje
Počet reaktorů	2
Elektrický výkon jednoho reaktoru	981 MW
Tepelný výkon jednoho reaktoru	3000 MW
Počet palivových souborů v reaktoru	163
Počet regulačních tyčí z bóru a kadmia	61
Počet chladicích čerpadel pro jeden reaktor	4
Počet turbín	2
Počet chladicích věží	4

V této reportáži se věnujeme především technické stránce JE Temelín, nikoliv politickému pozadí celé stavby.