Je jaderná elektrárna zařízení, jehož životnost lze dlouhodobě prodlužovat výměnou částí, nebo existují klíčové komponenty, které vyměnit nelze?
Velká část zařízení v jaderné elektrárně se vyměňovat dá a také se pravidelně mění – buď preventivně, nebo když je to potřeba. Typicky jde například o některé elektrické systémy nebo řídicí technologie, které se obměňují zhruba každých 20 až 30 let. Díky tomu dnes elektrárny, jako jsou Dukovany, vypadají technologicky poměrně jinak než před čtyřiceti lety. Existují ale i části, které vyměnit nelze, nebo by to bylo extrémně obtížné a nevýhodné. U těchto prvků je nutné pečlivě sledovat jejich stav a řídit jejich stárnutí. Typickým příkladem je tlaková nádoba reaktoru nebo kontejnment, to je ta jeho obrovská betonová obálka. Tyto konstrukce jsou zásadní a nelze je jednoduše nahradit. U tlakové nádoby lze sice vyměnit některé vnitřní části, ale velice komplikovaně. Samotná nádoba musí vydržet po celou dobu provozu elektrárny. Proto se u nich klade důraz na detailní monitoring a řízení stárnutí.
Zmiňujete řízené stárnutí. Je to tedy tak, že jaderná elektrárna má projektem danou životnost, ale ta se dá posouvat podle aktuálního stavu?
Obecně je „životnost“ jaderné elektrárny teoreticky neomezená. Ale samozřejmě je dána stavem zařízení a tím, zda plní všechny předpisy a limity. Existuje pojem projektová životnost, která se týká všech komponent – včetně turbosoustrojí, kabeláže, potrubních systémů. Není to technický limit, ale de facto konzervativní odhad minimálního očekávaného času, po který by měla konkrétní elektrárna fungovat bez významných úprav či výměny důležitých komponentů. Tedy i těch, které se dají vyměňovat a vyměňují. A potom existují pojmy jako plánovaný či dlouhodobý provoz. Z velké části je posuzování životnosti či dlouhodobého provozu administrativní, resp. legislativní proces. Provozovatel musí prokázat, že zařízení je bezpečné a splňuje všechny požadavky. Samozřejmě nejde jen o administrativu. Klíčové je technické hodnocení – ověřuje se, v jakém stavu jsou jednotlivé části a za jakých předpokladů lze konkrétní jadernou elektrárnu dál bezpečně provozovat. A teprve poté, co to provozovatel bez pochybností prokáže, je možné v provozu pokračovat. Kdybych to chtěl hodně zjednodušit, přirovnal bych to k technickým kontrolám auta. Jen je to daleko komplexnější a náročnější.
Liší se nějak životnost jaderných elektráren původem z východního a západního bloku?
Neliší. Projektová životnost byla do značné míry stanovena konzervativně a reflektovala tehdejší praxi a očekávání. Nejde ani tak o rozdíl v materiálech nebo technologii, ale spíše o přístup a zkušenosti. Projektanti postupují do značné míry konzervativně. Hlavní rozdíl je v tom, jak se konkrétně který provozovatel o zařízení stará, jak k němu přistupuje a je schopen prokázat jeho stav.
Zmínil jste ověřování stavu elektrárny. Jakým způsobem se toto děje? Jak se kupříkladu ověřuje stav částí, které nelze vyměnit, třeba právě tlakové nádoby reaktoru?
Používá se řada metod. U tlakové nádoby reaktoru je zásadní tzv. program svědečných vzorků. Už při výrobě se do reaktoru umístí vzorky stejného materiálu, ze kterého je nádoba vyrobena. Ty se během provozu postupně vyjímají a testují v laboratořích. Tady v České republice jdou tyto vzorky k nám do ÚJV Řež. Pracujeme s nimi v tzv. horkých a polohorkých komorách, kde se dá pracovat právě s ozářeným materiálem, protože ty vzorky jsou po té době provozu ozářené a poměrně vysoce radioaktivní. V těchto komorách máme mechanickou zkušebnu a zjišťujeme mechanické vlastnosti těchto vzorků. Z toho, jak se tyto vlastnosti mění v čase, pak lze také predikovat do budoucnosti zbytkovou životnost. Víme prostě stav toho materiálu, a i do budoucna dokážeme predikovat, jak se jeho stav bude vyvíjet. Velmi přesně se tak dá spočítat, jak dlouho může elektrárna bezpečně fungovat Bezpečnost totiž musí být, a je, za každou cenu naprostou prioritou.
Co se s těmito vzorky materiálu v reaktoru během provozu děje?
U vzorků oceli tlakové nádoby je to hlavně křehnutí. Tok neutronů postupně mění strukturu oceli. Ale jiné zařízení a komponenty v elektrárně, umístěné v různém provozním prostředí, mohou stárnout jiným způsobem. Pro každou tu komponentu, kde chceme hodnotit životnost, je potřeba nejprve identifikovat degradační mechanismy. Takovým degradačním mechanismem může být například koroze. Na sekundárním okruhu jaderných elektráren to bývá tokem urychlená koroze, protože tam vysokou rychlostí proudí napájecí voda do parogenerátorů. U elektrický kabelů jde zase o to, že se mění mechanické vlastnosti jejich polymerních izolací. A tam to může být vlivem teploty i radiace, i když ve srovnání s prostředím tlakové nádoby reaktoru samozřejmě je to radiace opravdu výrazně nižší. A opět, my tady u nás v Řeži dokážeme zjišťovat, jak i tyto kabely stárnou.
Představuji si, že degradační procesy v reálu trvají celá desetiletí. Lze tyto procesy testovat i zrychleně?
Ano. Například u kabelů lze stárnutí simulovat zvýšenou teplotou – desítky let provozu lze napodobit během např. dvou let v laboratorních podmínkách. Na to existují fyzikální vzorce, které fungují dobře. Stejně tak i v případě oceli. Máme tady výzkumný reaktor, kde můžeme vzorky zrychleně zestárnout – dát jim vyšší dávku záření, než by dostaly na dané elektrárně.
Velký vliv na fungování a životnost má jistě i údržba. Jak to je ale v případě jaderné elektrárny, kde jsou jistě místa, do kterých se kvůli radiaci není možné jednoduše dostat a provádět tam údržbu?
Údržba je velké téma, pro bezpečný dlouhodobý provoz jaderných elektráren je velice důležitá. Dělá se údržba i na reaktoru. Na něm je mnoho prostor, kam se člověk nejen kvůli radiaci, ale i třeba kvůli rozměrům nedostane. Mnoho kontrol či údržbových zásahů se tak dělá manipulátory, které se tam pošlou a tu práci tam udělají místo člověka. Na rozdíl od některých jiných odvětví je údržba v jaderné energetice především preventivní a prediktivní. Sledují se parametry zařízení a zásahy se plánují dopředu tak, aby se předešlo poruchám. Dá se to přirovnat třeba k letectví. Důležité komponenty se mění preventivně ještě před tím, než by mohly selhat. Důležité součásti jsou pak stejně jako u letadel jištěny záložními systémy.
Jak moc ovlivňuje životnost elektrárny způsob, jakým je provozována? Může různý provozovatel zacházet se stejným typem reaktoru rozdílně a tím třeba snížit jeho životnost?
Ano, může. Kupříkladu rozmístěním paliva v reaktoru. Toto rozmístění lze provést tak, aby byl minimalizován vliv neutronového toku na tlakovou nádobu reaktoru. Toho bývá dosaženo tím, že se čerstvé palivo neumisťuje do periferních pozic v aktivní zóně. Je to pozitivní pro životnost reaktoru. Má to ale i své nevýhody a někteří provozovatelé zvolili strategii, která vedla k rychlejšímu čerpání životnosti reaktoru, než jak to známe například z českých jaderných elektráren. Důležitou součástí řízení stárnutí jaderné elektrárny není jen hodnocení stavu a predikce životnosti, ale také jeho zmírňování, což může být právě i úpravou způsobu provozování. Což nemusí být jenom to, jak rozmístit palivo, ale i třeba jak často a na jak vysoké tlaky dělat tlakové zkoušky, protože to má zase vliv na únavovou životnost. Vliv ale má třeba i to, jak často se blok odstavuje.
Jaký význam má české know-how v této oblasti?
Máme obrovskou výhodu, která vychází z historie. Když se vrátíme do 60. a 70. let, tak se tady v ÚJV Řež i v celém československém průmyslu vyvíjel vlastní typ jaderného bloku. Ten pak několik let fungoval v Jaslovských Bohunicích a hodně to pomohlo vybudovat know-how, ze kterého čerpáme dodnes. Když se potom začaly stavět bloky VVER, tak další velká výhoda byla, že zhruba 90 % komponent elektráren dodaly československé firmy. Včetně Škody, která vyráběla samotný reaktor. Díky tomu tady vzniklo silné technické zázemí a zkušenosti, na které se dá navazovat i dnes. I proto dnes nejsme tolik závislí na původních ruských dodavatelích, což není úplně běžné. Některé země, a to i v rámci Evropské unie, s tím mají problém, protože byly ještě donedávna na ruských firmách dost závislé – třeba i v oblastech, jako je svědečný program, hodnocení živnosti a řízení stárnutí.
Existují i jiné způsoby, jak prodloužit životnost nevyměnitelných částí?
Ano, například v případě již zmiňované tlakové nádoby reaktoru lze provést tepelnou úpravu materiálu – tzv. žíhání. Ta se zahřeje na vysokou teplotu, následně pomalu ochladí, čímž se částečně obnoví její mechanické vlastnosti, a sníží křehkost a částečně obnoví její životnost. Na českých jaderných elektrárnách toto žíhání dosud nebylo potřeba provádět, je ale několik reaktorů stejného typu, jakou jsou ty naše, které svou životnost žíháním již obnovily.
Jaderná elektrárna je velmi složité zařízení a představuji si, že se na ní podílí mnoho výrobců technologií. Asi ne všichni ale po několika dekádách mohou existovat, a tedy i dodávat díly apod. Je to tak?
Jedním z velkých témat dlouhodobého provozu jaderných elektráren je takzvaný obsolescence management – tedy řešení zastarávání technologií. Nejde jen o fyzické opotřebení, ale i o to, zda jsou stále dostupní výrobci a náhradní díly. Někdy se tak zařízení v jaderné elektrárně mění ne proto, že by bylo opotřebované, ale protože už pro něj neexistuje podpora nebo výroba.
Nelze se nezeptat – v jaké kondici jsou dnes české jaderné elektrárny?
Fakt je ten, že náš provozovatel se od začátku provozu o ty jaderné elektrárny pečlivě stará a provozuje je šetrně. A z hlediska životnosti hodně záleží právě na tom, jak se ten reaktor provozoval po celou dobu od začátku provozu – i před těmi 40, 45 lety. A při tomto dlouhodobém pohledu lze už vidět poměrně velké rozdíly, jak tomu bylo kupříkladu v Československu a jak tomu bylo v některých jiných zemích, kde jsme měli možnost životnost hodnotit. Musím říct, že naše jaderné elektrárny jsou v dobrém stavu.
