Rajewski: Atom nowej generacji z USA czy Francji? Polska stoi przed wyborem (ANALIZA)

10 lutego 2020, 07:30 Atom
atom pixabay
Elektrownia jądrowa. Fot. Pixabay

Adam Rajewski z Politechniki Warszawskiej opisuje różnice między ofertami budowy elektrowni jądrowej z Francji i USA. Polska stoi przed decyzją o wyborze technologii na potrzeby realizacji Programu Polskiej Energetyki Jądrowej, by mieć pierwszy reaktor w 2033 roku. W kolejce ustawiają się między innymi firmy z tych krajów.

Rozwiązania oferowane przez amerykańską firmę Westinghouse i francuską Framatome reprezentują tę samą zasadniczą technologię reaktorów wodnych ciśnieniowych (PWR). Pierwsze urządzenia tego typu powstały w latach 50. XX wieku oryginalnie jako urządzenia napędowe dla amerykańskich okrętów podwodnych, ale bardzo szybko przeszczepiono je na grunt cywilny – opracowała je właśnie firma Westinghouse.

Następnie na drodze transferu technologii z USA, reaktory PWR zaczęły rozwijać i firmy z innych krajów, m.in. we Francji; swój odpowiednik opracował także Związek Sowiecki. Dziś jest to zdecydowanie najbardziej popularna technologia cywilnych reaktorów jądrowych, zarówno wśród bloków już pracujących, jak i tych dopiero budowanych. Podobny jest także status wdrożenia obu technologii. Pierwsze bloki z reaktorami obu typów zostały już uruchomione w Chinach w latach 2018-2019 (Sanmen 1 i 2 oraz Haiyang 1 i 2 z AP1000, Taishan 1 z EPR, Taishan 2 obecnie przechodzi ostatnie próby). Jednocześnie pierwsze bloki w krajach pochodzenia są cały czas w budowie, w obu przypadkach opóźnionej (Flamanville 3 we Francji oraz Vogtle 3 i 4 w USA). Kolejne reaktory EPR znajdują się w budowie w Finlandii (Olkiluoto 3, bliski ukończenia, ale bardzo mocno opóźniony) oraz w Wlk. Brytanii (Hinkley Point C, na wczesnym etapie budowy).

Jednocześnie jednak pomiędzy ofertą amerykańską i francuską są znaczące różnice. Jedną z najważniejszych z punktu widzenia zamawiającego jest wielkość. Bloki z francuskim reaktorem EPR osiągać mają moce rzędu 1650 MW, podczas gdy oferowany przez Westinghouse AP1000 to reaktor dla bloku klasy 1100 MW – zatem dla uzyskania tej samej mocy, co z dwóch EPR-ów, trzeba postawić trzy AP1000. Oba podejścia mają pewne wady i zalety – większe reaktory oznaczają mniejszą liczbę bloków dla osiągnięcia założonej mocy i produkcji energii, co może nieco ułatwić procedury, widzące każdy reaktor jako osobny obiekt regulowany, niezależnie od wielkości. Z drugiej strony jednak większy blok trudniej integruje się z systemem elektroenergetycznym. W szczególności system musi być przygotowany do „przetrwania” nagłego nieplanowanego wyłączenia największego pracującego w nim bloku. Blok klasy 1100 MW w polskim systemie już istnieje – jest to jednostka węglowa w Kozienicach – natomiast konstrukcja francuska byłaby tu dodatkowym wyzwaniem. Przy użyciu mniejszych bloków łatwiejsze też może być niezbędne czasami tymczasowe obniżanie mocy bloku, czy całej elektrowni.

Inna istotna różnica dotyczy zagadnień systemów bezpieczeństwa, a więc tych, których jedynym zadaniem jest ograniczanie skutków potencjalnych awarii. Reaktor francuski stanowi w tej dziedzinie ewolucyjne rozwinięcie wcześniejszych konstrukcji, pochodzących z lat 80. niemieckich reaktorów KONVOI oraz francuskich N4 budowanych w latach 90. Podwyższenie poziomu bezpieczeństwa uzyskano w dużej mierze drogą dalszej rozbudowy (multiplikacji) kompletnych systemów bezpieczeństwa – większość układów istnieje w czterech niezależnych „kopiach”. Są to jednak w większości systemy tzw. aktywne, tj. wymagające zasilania energią elektryczną – która rzecz jasna wytwarzana może być w sytuacji awaryjnej na miejscu, w kilku zupełnie niezależnych (i zlokalizowanych w różnych miejscach) agregatach prądotwórczych.

Konstruktorzy AP1000 zastosowali inne podejście. Awaryjne chłodzenie reaktora zapewniane ma być przez naturalną cyrkulację pary wodnej i wody w stalowej obudowie bezpieczeństwa, w której siłą napędową są zjawiska konwekcji. To powoduje, że reaktor ma być w stanie zapewnić odprowadzanie ciepła powyłączeniowego przez nawet 72 godziny bez żadnego zasilania i interwencji operatora. Wdrażanie systemów pasywnych jest jednym z najnowszych trendów we współczesnej energetyce jądrowej, a systemy zastosowane w AP1000 są jednymi z najbardziej rozbudowanych w tej kategorii. Prowadzi to do uzyskania lepszych teoretycznych wskaźników w zakresie bezpieczeństwa (obliczeniowa częstotliwość uszkodzenia rdzenia), choć trzeba też podkreślić, że obie te konstrukcje spełniają wszystkie aktualne standardy w tym zakresie i są istotnie „lepsze” od starszego pokolenia reaktorów.