Energie sbalená na cesty - malé modulární reaktory

Ve svém předchozím článku jsem psal výhradně o projektech v Rusku a v Číně, protože jsou napřed a jejich modulární reaktory už jsou v provozu. V diskuzi pod článkem jsem narazil na požadavek ve stručnosti shrnout základní pojmy, takže …

Jaderný reaktor je zařízení primárně určené pro výrobu elektrické energie a tepla. Dochází v něm k řízené řetězové štěpné reakci, tedy volný neutron je zachycen atomem paliva, v jeho jádře způsobí nestabilitu a jádro se rozpadne. Vyprodukuje nový prvek a celou řadu volných neutronů a nezanedbatelné množství energie. Ta ohřívá chladivo reaktoru, chladivo ve výměníku vyrábí páru a pára pohání turbínu, která vyrábí elektřinu. Intenzitu reakce řídíme vytahováním nebo spouštěním řídicích tyčí, které pohlcují volné neutrony.

V současnosti se ve světě provozují reaktory III. generace, předpokládaná životnost okolo 60 let, mají odolat poměrně drsným podmínkám ve smyslu zemětřesení nebo pádu letadla a obsahují i zárodek pasivních bezpečností prvků. Tady jde hlavně o uchlazení reaktoru při jeho odstavení a výpadku elektřiny. V reaktoru totiž stále probíhají štěpné reakce, produkující teplo a hrozí výbuch. Chystají se už reaktory IV. generace, které mají pasivní prvky schopné reaktor uchladit bez vnějšího napájení.

Jako chladivo se obvykle používá voda a voda zároveň může být i moderátorem neutronů. Tedy tím, co neutrony zpomaluje, protože počáteční energie těchto částic je příliš vysoká, aby mohly být zachyceny dalším jádrem. A ta energie se mění na teplo. Ve světě jsou nejběžnější tlakovodní reaktory, chlazené a moderované obyčejnou vodou, někdy se též označují za lehkovodní reaktory. PWR reaktory v současnosti tvoří přes 70% jaderné flotily světa. Dalším typem je varný vodní reaktor, BWR. Na rozdíl od tlakovodního nám nevadí, že voda v reaktoru vře, můžeme potom pracovat s podstatně nižším tlakem chladiva než u PWR. Skandinávie má například dlouhou tradici v provozování tohoto typu reaktorů. Celkově mají 14% podílu. A poslední, který stojí za zmínku je typ CANDU. Oproti předchozím dvou typům používá „těžkou vodu“, s deuteriem místo obyčejného vodíku. A také může měnit palivo za běhu a navíc nepotřebuje obohacené palivo. Nicméně je konstrukčně náročnější, hlavní zemí pro tyhle zařízení je Kanada, mají 12% podílu.

A teď už se můžeme podívat na modulární reaktory západní provenience, které se už staví.

Jak už říká označení, jedná se o varný reaktor. Jde o evoluci většího reaktoru ESBWR, přičemž konstruktéři se zaměřili především na zjednodušení zařízení, omezení počtu komponent a snížení stavebních nákladů. Cirkulace vody je samovolná, takže není potřeba běžných hlavních oběhových čerpadel a také odpadá tepelný výměník, parogenerátor, který je u PWR. Voda za turbínou kondenzuje a vrací se zpět. Reaktor používá komerčně dostupné palivo GNF2 a má projektovanou životnost 60 let. Palivový cyklus má trvat přibližně 12–24 měsíců.

Je to III+. generace, při havarijním odstavení dokáže reaktor odvádět zbytkové teplo bez elektrického napájení a bez zásahu obsluhy. Podle výrobce umožňuje konstrukce pasivní chlazení po dobu nejméně sedmi dnů; systém využívá přirozenou cirkulaci, gravitaci a izolační kondenzátory. Elektrický výkon reaktoru má být 300 MWe, tepelný potom 870 MW. Reaktor samotný má výšku 27 m a průměr 4m, celková váha je 650 tun. Tlakovou nádobu vyrábí kanadská firma BWXT, v továrně dojde též k osazení prvků reaktoru před jeho převezením na místo.

První reaktor už se staví v kanadském Darlingtonu v provincii Ontario, je to první ze čtyř zařízení stejného typu. Stavět se začalo v květnu 2025, první energii má reaktor dodávat v roce 2030, tedy za pouhých 5 let. V letošním září navíc americký NRC vydal stavební povolení pro první BWRX-300 v USA, který plánuje TVA v lokalitě Clinch River v Tennessee.

U tohoto reaktoru jsem tak trochu na vážkách, uvádět ho jako malý a modulární, nicméně má mít další znak - sériovou hromadnou výrobu. Jeho řešení je v pravdě unikátní, je to reaktor chlazený kapalným sodíkem. Navíc je to bazénový reaktor, tedy toho sodíku obsahuje mnohem více, než je potřeba na aktuální provoz a funguje tím pádem jako tepelná baterie. Jeho normální výkon je 345 MWe, ale když je potřeba, dokáže až pět hodin dodávat krásných 500 MWe. Tedy vykrývat výkyvy, které v síti působí typicky občasné zdroje energie (OZE).

Sodík je ale nezkrotný živel. Jednak je silně korozivní a druhak při styku se vzduchem bouřlivě reaguje s vodní párou, takže tam musí být opravdu striktní oddělení. Proto primární okruh nemá žádné průchodky ven, jenom výměník tepla. A sekundární okruh je taky na sodíku. Aby se zabránilo nechtěnému, je v přetlakované nádobě s inertním plynem. Potom jsou tu i nezanedbatelné výhody - reaktor pracuje při normálním atmosférickém tlaku. Sodík samovolně cirkuluje při teplotě 350 ˚C, s tím, že do bodu varu má přes 500 °C rezervu.

TerraPower je celkem skoupá na informace, na závěr posílám schéma, které jsem přiměl nakreslit AI a vychazí to z tohoto dokumentu.

Projekt je to natolik zajímavý, že hodlám napsat speciální díl jenom o tomhle reaktoru. Jenom dodám, že v pozadí stojí i Bill Gates, do země se koplo letos v létě a třeba Meta si objednala 8 ks tohoto reaktoru.