Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Lubor Žežula, Praha, 10.12.2008 Prezentace průběžných výsledků výzkumného úkolu UDRŽITELNÝ ROZVOJ ENERGETIKY 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Výzkum trendů ve vývoji energetického hospodářství ČR, úlohy a disponibility fosilních zdrojů energie a nasazování nových zdrojů energie (jaderných energetických zdrojů, obnovitelných zdrojů energie, využívání vodíkových technologií a v dlouhodobé perspektivě energetickým využíváním řízené jaderné fúze) Etapa 1 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Současný stav jaderné energetiky ve světě: cca 16% z celkové výroby elektrické energie ve světě vyráběno v jaderných elektrárnách. celkový instalovaný výkon jaderných elektráren činí 369 867 MW. pro blízké nadcházející období nabývá na důležitosti „věkové spektrum“ jaderných reaktorů, které signalizuje jejich stárnutí stávající jaderná energetika je postavena především na jaderných reaktorech lehkovodního typu použití rychlých reaktorů je nezbytným předpokladem pro efektivní dlouhodobé využití jaderných surovin naděje jsou stále vkládány do využití jaderné fúze 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Obr.1. – Rozdělení provozovaných jaderných reaktorů dle stáří (MAAE 11/2006) 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Rozvoj jaderných systémů ve světě v Rámcových programech Evropské komise a Euratomu jsou podporovány projekty v oblastech jaderného štěpení a jaderné fúze. GNEP (Global Nuclear Energy Partnership) - 38 účastnických zemí a mezivládních organizací INPRO (International Project on Innovative Nuclear Reactors and Fuel Cycles) - INPRO se jako pozorovatel zúčastňuje jednání GIF, má 28 členů, mezi nimi i ČR. Generation IV (US DOE) GIF (Generation IV International Forum) 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Vývoj nových jaderných systémů      plynem chlazené rychlé reaktory, GFR      rychlé reaktory chlazené tekutým olovem, LFR      reaktory chlazené tavenými solemi, MSR      rychlé reaktory chlazené tekutým sodíkem , SFR      reaktory chlazené vodou se superkritickými parametry, SCWR      velmi vysokoteplotní plynem chlazené reaktory, VHTR. 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií INPRO - cíle: Podporovat bezpečné, udržitelné, ekonomické a nezneužitelné využívání jaderné technologie pro zajištění globálních potřeb energie pro 21. století. Stanovit mezinárodně akceptované požadavky na inovační jaderné reaktory v oblastech: Jaderná bezpečnost Udržitelná energetika a životní prostředí Řízení jaderných odpadů a VJP Ochrana proti zneužití jaderných materiálů Průřezové oblasti. 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií INPRO - kategorizace evoluční projekty jsou založeny na zdokonalení existujících typů menšími úpravami a na využití ověřených konstrukčních prvků k minimalizaci technického rizika, inovační projekty přinášejí radikální koncepční změny v projektových přístupech a/nebo v konfiguracích systémů. Obecně vyžadují značný rozsah výzkumu a vývoje, ověřovací zkoušky a výstavbu prototypové nebo demonstrační jednotky, projekty příští generace – tento termín se vztahuje na projekty bloků, které budou stavěny v budoucnu a které obsahují radikální změny koncepce nebo konfigurace systému v porovnání s existující praxí. 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Projekty financované v 6. RP EU v části „Jaderné štěpení a radiační ochrana“ Evropský rychlý reaktor chlazený olovem (European Lead-cooled System - ELSY) Projekt plynem chlazeného rychlého reaktoru (The Gas Cooled Fast Reactor Project - GCFR) Lehkovodní reaktor s nadkritickými parametry vody, fáze 2 (High Performance Light Water Reactor, Phase 2 - HPLWR) Vysokoteplotní reaktor pro výrobu průmyslového tepla, vodíku a elektřiny (ReActor for Process heat, Hydrogen And ELectricity generation – RAPHAEL) Projekty financované v 7. RP EU v části „Jaderné štěpení a radiační ochrana“ Zatím pouze „Inovované palivo a palivové pokrytí pro systémy IV. Generace.“ 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Generation IV program US Department of Energy iniciován r. 1999 Vývoj jaderné energetiky 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Generation IV International Forum (GIF) založen v červenci 2001 cíl: soustředit úsilí zemí s nejrozvinutějšími jadernými technologiemi členy jsou: Argentina, Brazílie, EU (Euratom), Kanada, Francie, Japonsko, Korea, Jižní Afrika, Velká Británie, Švýcarsko, USA, Čína a Ruská federace Česká republika zastoupena prostřednictvím organizace Euratom 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Výběr reaktorových systémů IV. generace Celkem bylo hodnoceno 124 projektů Požadované cíle byly: bezpečnost a spolehlivost, ekonomika, odolnost proti šíření jaderných zbraní fyzická ochrana, udržitelný rozvoj. 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Organizační struktura hodnocení a výběru projektů Gen IV 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Dvacet hodnocených systémů Generation IV 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Potenciál hodnocených systémů versus náklady na vývoj (odhad 2002) 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Výsledný návrh šesti systémů (pořadí neodráží prioritu zvolených koncepcí): GFR - Rychlý reaktor chlazený plynem (Gas-Cooled Fast Reactor System). LFR - Rychlý reaktor chlazený olovem (Lead-Cooled Fast Reactor System). MSR - Reaktor chlazený roztavenou solí (Molten Salt Reactor System). SFR - Rychlý reaktor chlazený sodíkem (Sodium-Cooled Fast Reactor System). SCWR - Reaktor chlazený vodou s nadkritickým cyklem (Supercritical-Water-Cooled Reactor System). VHTR - Reaktor s velmi vysokými teplotami (Very-High-Temperature Reactor System). 10.12.2008

Rychlý reaktor chlazený sodíkem (Sodium-Cooled Fast Reactor System) Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Rychlý reaktor chlazený sodíkem (Sodium-Cooled Fast Reactor System) Předpokládaný výkon 150 -1500 MWe 10.12.2008

Rychlý reaktor chlazený olovem (Lead-Cooled Fast Reactor System) Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Rychlý reaktor chlazený olovem (Lead-Cooled Fast Reactor System) Předpokládaný výkon 50-1200 MWe 10.12.2008

Rychlý reaktor chlazený plynem (Gas-Cooled Fast Reactor System) Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Rychlý reaktor chlazený plynem (Gas-Cooled Fast Reactor System) Předpokládaný výkon 50-1200 MWe 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Reaktor chlazený vodou s nadkritickým cyklem (Supercritical-Water-Cooled Reactor System) Předpokládaný výkon 1700 MWe 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Reaktor s velmi vysokými teplotami (Very-High-Temperature Reactor System) Předpokládaný výkon 600 MWt – průmyslové teplo 10.12.2008

Reaktor chlazený roztavenou solí (Molten Salt Reactor System) Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Reaktor chlazený roztavenou solí (Molten Salt Reactor System) Předpokládaný výkon 1000 MWe 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Harmonogram „Gen IV Roadmap“ obsahuje pro všechny uvedené systémy podrobnou specifikaci výzkumných a vývojových témat, časové rozpětí pro jejich řešení i potřebu finančních prostředků. Harmonogramy všech systémů jsou členěny na základní a dílčí témata řešení. Základní témata jsou následující: Palivo a materiály Reaktorové systémy (okruhy) Celkové uspořádání bloku Bezpečnost Projekt a hodnocení Palivový cyklus. 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Výzkum a vývoj reaktorových technologií IV. generace 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Výzkum a vývoj reaktorových technologií IV. generace 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Výzkum a ocenění parametrů pokročilých technologií použitelných pro výrobu elektřiny, tepla a vodíku v perspektivě za rok 2060 Etapa 4 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Byly provedeny práce na předběžné analýze technologických a ekonomických parametrů typových variant nových jaderných zdrojů Generace IV 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Vývoj nových jaderných systémů      plynem chlazené rychlé reaktory, GFR      rychlé reaktory chlazené tekutým olovem, LFR      reaktory chlazené tavenými solemi, MSR      rychlé reaktory chlazené tekutým sodíkem , SFR      reaktory chlazené vodou se superkritickými parametry, SCWR      velmi vysokoteplotní plynem chlazené reaktory, VHTR. 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Jaderný palivový cyklus Otevřený (používaný v ČR v současné době) Uzavřený cyklus s LWR (Základním cílem uzavření palivového cyklu je především úspora uranu a získání plutonia na přípravu jaderného paliva.) Uzavřený cyklus s rychlými reaktory Využití thoria v jaderné energetice 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Vliv zavedení uzavřených palivových cyklů s přepracováním na vývoj světové spotřeby paliva (vlevo) a vývoj světové kumulované spotřeby uranu (vpravo) 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Ekonomická analýza 10 kombinací reaktorů a palivových cyklů: PWR-UOX (všechny schémy mimo 3cV1 a 3cV2) PWR-MOX (schémy 1b, 1c, 3b a 3bV) PWR-MOX-EU (schémy 2a and 2b) CANDU (schéma 1d) FR-MOX (schémy 3cV2, 2c and 2cV) FR-HBU (schéma 3b) FR-metal (schéma 3a) FR-carbide (schéma 3cV1) ADS-MA (schéma 3b) ADS-TRU (schéma 3bV) 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií 1. 35 GWd/tHM pro schémy 1d a 50 GWd/tHM pro schémy 3a, 3b a 3bV. 2. 50 GWd/tHM pro schémy 3b a 3bV. 3. 10 let chlazení pro schémy 1d a 4 roky chalzení pro schémy 3a, 3b a 3bV. Tab 1. Parametry typu reaktoru a palivového cyklu 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Obr.1. Hlavní fáze uvažovaných schém palivového cyklu 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Obr. 2 Relativní celkové výrobní náklady (Schéma 1a = 100%) 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Obr. 3. Rozpětí poměrných celkových výrobních nákladů (schéma 1a = 100%) 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Obr. 4. Výsledek Monte-Carlo analýzy celkových výrobních nákladů 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Překrytí všech pravděpodobnostních rozdělení nákladů (viz obr. č 4) ukazuje, že samotné náklady nemůžou být rozhodujícím faktorem ve výběru palivového cyklu nebo energetické koncepce s uvažováním pokročilých technologií Ve velmi ranném stádiu vývoje těchto technologií. 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Obr. 5. Poměrné rozpětí nákladů palivového cyklu (schéma 1a = 100%) 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Obr. 6. Výsledek Monte-Carlo analýzy nákladů palivového cyklu 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Obr. 7. Závislost poměrných výrobních nákladů na investičních nákladech rychlých reaktorů (FR) (schéma 1a = 100%) Předpoklad, že investiční náklady FR jsou vyšší o 20% než pro současnou generaci PWRs. 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Obr. 8. Závislost poměrných výrobních nákladů na ceně uranu (Schéma 1a = 100%) 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií Obr. 9. Závislost poměrných nákladů palivového cyklu na ceně uranu (schéma 1a = 100%) 10.12.2008

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií     Několik doporučení na závěr: Státní energetická koncepce – SEK by měla vycházet ze scénářů jak pro horizont do roku 2030, pro který jsou známé technologie, tak pro druhý horizont k roku 2060, kde se technologie odhadují a kdy dojde k vytěžení zásob energetického uhlí. Pokračovat v řešení této problematiky je nezbytné pro zajištění efektivního postupu přípravy realizace nových jaderných zdrojů a je potřeba tuto oblast i nadále finančně podporovat jak ze strany státního rozpočtu, tak ze strany provozovatele jaderných elektráren. Je důležité zajistit kontinuitu tvorby know-how a technologické připravenosti pro přípravu nových jaderných energetických zdrojů v ČR jak ve střednědobém, tak v dlouhodobém horizontu. Měla by být analyzována strategie výstavby množivých reaktorů a s tím související strategie přední a zadní části palivového cyklu. Výstavba reaktorů IV. generace může v budoucnu zajistit ČR dlouhodobou energetickou nezávislost. Je potřeba zapojit výzkum a průmysl ČR do evropských demonstračních projektů, jako cesty k posílení pozice ČR v oblasti energetiky. 10.12.2008

Děkuji Vám za pozornost www.ujv.cz 10.12.2008