Polski Atom

Materiał informacyjny
opracowany przez Departament Energii Jądrowej
Ministerstwa Klimatu i Środowiska

1 kwietnia 2022 r.

I. Bieżące Wydarzenia w Energetyce Jądrowej na Świecie

1. Prowincje kanadyjskie wydają plan strategiczny dla SMR

Rządy prowincji Ontario, Saskatchewan, Nowego Brunszwiku i Alberty opublikowały wspólny plan strategiczny wyznaczający ścieżkę rozwoju i rozmieszczenia małych reaktorów modułowych (SMR). Plan opiera się na studium wykonalności opracowanym przez zakłady energetyczne w tych prowincjach w 2021 roku.

Prowincje współpracują ze sobą w celu wdrożenia SMR w Kanadzie na podstawie Memorandum of Understanding podpisanego przez Ontario, New Brunswick i Saskatchewan w grudniu 2019 r., do którego Alberta dołączyła w kwietniu 2021 r. Nowy raport, A Strategic Plan for the Deployment of Small Modular Reactors, jest efektem realizacji tego protokołu ustaleń.

W dokumencie SMR Feasibility Study stwierdzono, że rozwój SMR wesprze krajowe potrzeby energetyczne, ograniczy emisje gazów cieplarnianych i zapewni Kanadzie pozycję światowego lidera w zakresie czystych technologii i walki ze zmianami klimatu. Plan strategiczny identyfikuje kluczowe działania, aby umożliwić podjęcie ostatecznych decyzji o kontynuowaniu programu wdrażania SMR.

2. Sheffield Forgemasters ogłasza przełom w procesie spawania

Stosując spawanie wiązką elektronów (Electron Beam Welding, EBW), firma zespawała dwie sekcje zbiornika małego reaktora modułowego o grubości 200 mm i średnicy 3 metrów wykonanych ze stali klasy jądrowej, opisując to jako przełom w zastosowaniu przemysłowym w Wielkiej Brytanii tej technologii do spawania materiałów o grubych przekrojach.

Spoina o długości około 10 metrów została wykonana w 140 minut. Firma stwierdziła, że taka operacja normalnie zajmuje miesiące i obejmuje różne etapy badań nieniszczących oraz obróbkę cieplną.

Profesor Jesus Talamantes-Silva, dyrektor ds. badań, projektowania i technologii, powiedział: „Jest to najbardziej krytyczny kamień milowy w naszym projekcie uprzemysłowienia metody EBW i wyeliminowania wymogu użycie dużych komór próżniowych zwykle stosowanych w tej technologii. Wraz z naszymi partnerami z Cambridge Vacuum Engineering (CVE) jesteśmy pionierami technologii EBW z lokalną próżnią”.

Osiągnięcie dokonane przez Sheffield Forgemasters jest następstwem prac rozpoczętych w 2015 r. przy wsparciu agencji rządowej Innovate UK w celu ustanowienia podstaw naukowych dla technologii EBW z lokalną próżnią, które zakończyły się sukcesem, produkując spoiny o bardzo korzystnych właściwościach mechanicznych.

Proces EBW wykorzystuje lokalną próżnię i działo elektronowe o dużej mocy, które penetruje materiał zbiornika wiązką elektronów, aby jednocześnie stopić i połączyć dwa składniki, zamiast tworzyć wiele warstw drutu spawalniczego.

3. Plany przedłużenia pracy EJ Koeberg

Zespół dziesięciu ekspertów MAEA zakończył przegląd planów przedłużenia pracy dwóch bloków jądrowych w EJ Koeberg w RPA. Specjaliści skupili się głównie na aspektach niezbędnych do bezpiecznej długoterminowej eksploatacji (long term operation, LTO) obiektu - operator elektrowni Eskom chce przedłużyć ich eksploatację o 20 lat do 2045 roku, co da całkowity czas pracy 60 lat.

Misja przeglądowa Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej dotycząca aspektów bezpieczeństwa długoterminowej eksploatacji (SALTO) odbyła się w dniach 22-31 marca na wniosek Departamentu Zasobów Mineralnych i Energii Republiki Południowej Afryki i dokonała przeglądu przygotowania, organizacji i programów bezpieczeństwa elektrowni.

Szefem zespołu SALTO był Gabor Petofi, starszy oficer ds. bezpieczeństwa jądrowego w MAEA, który stwierdził, że zakład wyeliminował kilka odstępstw od norm bezpieczeństwa MAEA w działaniach związanych z zarządzaniem starzeniem się i przygotowaniem do zidentyfikowania bezpiecznego LTO, stwierdzonych podczas misji Pre-SALTO przeprowadzonej w 2019 roku.

4. Demontaż reaktora na statku NS Savannah

Firmy EnergySolutions i Radiation Safety & Control Services (RSCS) utworzą spółkę joint venture w celu wycofania z eksploatacji pierwszego na świecie statku handlowego o napędzie jądrowym NS Savannah. Prace obejmą usunięcie reaktora jądrowego, aby statek mógł służyć jako muzeum.

NS Savannah o wyporności 22.000 ton – zarejestrowany w USA jako Narodowy Historyczny Zabytek – został oddany do eksploatacji w lipcu 1959 roku w celu promowania pokojowego wykorzystania energii jądrowej w ramach programu prezydenta Dwighta Eisenhowera „Atom dla pokoju”. Był wyposażony w reaktor o mocy 74 MWt dostarczający 16,4 MW mocy na śrubę napędową. W 1964 roku moc reaktora została zwiększona do 80 MWt. Reaktor wykorzystywał paliwo uranowe o stopniu wzbogacenia 4,2% i 4,6%.

Po zakończeniu misji osiem lat później statek został wycofany z eksploatacji, a paliwo usunięte z reaktora. Statek uznano za sukces techniczny, ale nieopłacalny ekonomicznie. NS Savannah jest obecnie zadokowany w Baltimore w stanie Maryland.

Inne wiadomości

Kyushu Electric Power Company ogłosiła, że budowa dodatkowych obiektów awaryjnych w blokach 3 i 4 elektrowni jądrowej Genkai w japońskiej prefekturze Saga nie zostanie ukończona w 2022 r., jak to pierwotnie planowano. Obiekty - w tym zbiorniki do przechowywania wody i pompy wtryskowe wody, filtrowane odpowietrzniki, butle z azotem, zapasowe generatory zasilające i awaryjne pomieszczenie kontrolne - są wymagane zgodnie ze zmienionymi przepisami bezpieczeństwa. Kyushu planuje, że blok 3 wznowi pracę w styczniu 2023 r., a blok 4 zostanie ponownie uruchomiony w następnym miesiącu.

Japońska Agencja Energii Atomowej planuje wysłać wypalone paliwo jądrowe z prototypowego prędkiego reaktora powielającego Monju do Francji począwszy od roku fiskalnego 2034, poinformowała Jiji Press. Plan został przedstawiony przez Masato Masaki, szefa biura badawczo-rozwojowego ministerstwa nauki, podczas internetowego spotkania z Hiroshi Sakuramoto, zastępcą gubernatora prefektury Fukui, gdzie znajduje się reaktor Monju. Oczekuje się, że proces wysyłki zostanie zakończony w roku fiskalnym 2037. Ostateczna decyzja w sprawie przeniesienia paliwa ma nastąpić po zbadaniu kosztów francuskiej firmy Orano zajmującej się cyklem paliwowym.

30 marca fiński Urząd ds. Bezpieczeństwa Radiacyjnego i Jądrowego (STUK) zatwierdził wniosek Teollisuuden Voima Oyj o zwiększenie mocy bloku 3 w elektrowni jądrowej Olkiluoto powyżej 30% mocy znamionowe. EPR o mocy 1600 MWe został uruchomiony przez TVO 21 grudnia ubiegłego roku, a 12 marca zsynchronizowany i włączony do sieci; od tego czasu trwają kolejne etapy rozruchu bloku. Poprzednia autoryzacja STUK dotyczyła zwiększenia mocy reaktora z 5% do 30%. Następnie TVO będzie potrzebowało zgody STUK, aby zwiększyć moc do ponad 60%.

Minister stanu Jitendra Singh poinformował wczoraj, że Indie spodziewają się importu 100 ton naturalnego uranu i 133 zestawów paliwa jądrowego w następnym roku finansowym (2022-2023). W tym roku finansowym nie planuje się importu. Singh powiedział, że „odpowiednie zapasy importowanego naturalnego uranu” są obecnie dostępne w indyjskim kompleksie paliw jądrowych, aby dostarczać paliwo do indyjskich reaktorów, które są objęte systemem zabezpieczeń MAEA.

Firma Framatome poinformowała, że niedawno wdrożyła pierwszą w branży technikę hermetyzacji, która przygotowuje uszkodzone pręty paliwowe do suchego przechowywania w osłonie pod wodą. W lutym metoda ta została wykorzystana do bezpiecznego spawania i uszczelniania uszkodzonych prętów paliwowych pod wodą w blokach 1 i 2 belgijskiej elektrowni jądrowej Doel. Proces - realizowany w basenie z wypalonym paliwem - obejmował zdalne odwadnianie i suszenie kapsuły gorącym gazem, zgrzewanie zaślepek końcowych oraz badanie ultradźwiękowe szwów spawalniczych. Firma twierdzi, że proces ten otacza wadliwe pręty paliwowe szczelną kapsułą stalową w stanie suchym, zapobiegając w ten sposób możliwemu wyciekowi paliwa lub substancji promieniotwórczych.

Hiszpańska Rada Bezpieczeństwa Jądrowego zatwierdziła plan zarządzania wypalonym paliwem przedłożony przez właściciela Nuclenor dla zamkniętej elektrowni jądrowej Garoña. Dokument określa strategię, działania i kamienie milowe w zakresie gospodarowania zużytym paliwem, które aktualnie znajduje się w basenie na terenie zakładu, a także zawiera strategię i środki przewidziane do zapewnienia w krótkim i średnim okresie zgodności ze wszystkimi funkcjami bezpieczeństwa mającymi zastosowanie do zamkniętej elektrowni, zarówno w obecnej sytuacji, jak i po rozpoczęciu jej demontażu. Zgodnie z hiszpańskimi przepisami plan musi zostać zatwierdzony przed przyznaniem zezwoleń na przeniesienie własności obiektu i wstępny demontaż.

II. Opinie, komentarze

Wielkie wyzwanie dla ANS: Zamknięcie jądrowego cyklu paliwowego

15.02.2022, Komitet Wykonawczy ANS FCWMD

Wydaje się, że zaledwie wczoraj były Prezes Amerykańskiego Towarzystwa Nukleonicznego (American Nuclear Society, ANS) Andy Klein ogłosił dziewięć wielkich wyzwań, którymi ANS powinno się zająć, aby istniejące i powstające technologie jądrowe przyniosły korzyści obecnym i przyszłym pokoleniom. Oddział Cyklu Paliwowego i Gospodarki Odpadami (FCWMD) natychmiast zaczął stawiać czoła wielkiemu wyzwaniu, jakim jest zamknięcie jądrowego cyklu paliwowego, sponsorując cykliczne sesje panelowe na ten temat na kolejnych spotkaniach ANS.

Od czasu ogłoszenia tej inicjatywy przez prezesa Kleina na dorocznym spotkaniu ANS w 2017 r. oddział zorganizował cztery sesje panelowe i kilka innych sesji wspierających na temat zamykania jądrowego cyklu paliwowego. Ostatnia sesja panelowa oddziału, „Zamykanie cyklu paliwowego za pomocą małych modułowych zakładów przetwarzania”, odbyła się podczas wirtualnego dorocznego spotkania ANS w 2021 r., a nagranie jest dostępne dla zarejestrowanych uczestników.

Tematy omawiane na tych sesjach panelowych obejmują opcje zamknięcia cyklu paliwowego; federalna, komercyjna lub hybrydowa własność zakładów przerobu; wykorzystanie małych modułowych urządzeń do ponownego przetwarzania w celu zamknięcia cyklu paliwowego; oraz względy ekonomiczne dotyczące ponownego przerobu odpadów promieniotwórczych.

Znaczenie: Dlaczego zamknięcie jądrowego cyklu paliwowego jest tak ważne i czym różni się od tego, co robią obecnie Stany Zjednoczone? Obecnie Stany Zjednoczone stosują otwarty jądrowy cykl paliwowy, w którym uran jest pozyskiwany z rudy uranu jako U3O8, przekształcany w UF6 i wzbogacany do 3–5% w uran-235 przed przetworzeniem go na paliwo jądrowe. Paliwo to jest napromieniowane w reaktorze jądrowym w celu wytworzenia wolnej od emisji energii elektrycznej i następnie odprowadzane do basenu wypalonego paliwa po 18 do 24 miesiącach przebywania w reaktorze. Obecnie napromieniowane lub zużyte paliwo, zwane paliwem wypalonym (spent), jest uważane za wysokoaktywny odpad promieniotwórczy i po odpowiednim czasie chłodzenia jest umieszczane w suchych przechowalnikach w kształcie beczek (dry cask) jako środek tymczasowy, aż do czasu zbudowania stałego głębokiego składowiska geologicznego.

Zwolennicy utrzymania otwartego cyklu paliwowego często powołują się na obecne niskie koszty i duże zapasy uranu oraz potencjał korzystnej ekonomii i mniejsze ryzyko proliferacji przy otwartym cyklu paliwowym w porównaniu z zamkniętym cyklem paliwowym.

Duży zapas: Główną wadą korzystania z otwartego cyklu paliwowego jest to, że doprowadził on do zgromadzenia bardzo dużego zapasu – około 86 000 ton metrycznych – wypalonego paliwa, przechowywanego w dziesiątkach miejsc w USA, oczekującego na składowanie geologiczne. Jest to więcej niż 70 000 ton możliwości składowania w proponowanym składowisku geologicznym Yucca Mountain, co oznacza, że co najmniej jedno dodatkowe składowisko byłoby wymagane do przechowywania wypalonego paliwa w kraju.

Co więcej, około 96 procent zużytego paliwa stanowi albo materiał rozszczepialny, albo materiał paliworodny, który można przetworzyć na nowe paliwo, co oznacza, że marnuje się bardzo dużo potencjalnej energii. Utylizacja zużytego paliwa jest podobna do kupowania ryzy (500 arkuszy) papieru, zużycia 20 arkuszy i wyrzucenia reszty. Zamykanie jądrowego cyklu paliwowego rozwiązuje te problemy poprzez chemiczne oddzielenie (tj. ponowne przetwarzanie) i recykling użytecznych pierwiastków (np. uranu i plutonu) obecnych w wypalonym paliwie, przy jednoczesnym umieszczeniu w stałym składowisku tylko najbardziej promieniotwórczych składników. Takie podejście, które jest obecnie stosowane we Francji, pozwala na bardzo duże zmniejszenie objętości i radiotoksyczności odpadów wymagających trwałej utylizacji.

Nadszedł czas: Stany Zjednoczone mają teraz doskonałą okazję, aby w końcu zamknąć cykl paliwowy ze względu na pojawienie się zaawansowanych prędkich reaktorów, które mogą maksymalnie zużywać materiały rozszczepialne. Badanie opcji cyklu paliwowego z 2014 r. sponsorowane przez Departament Energii potwierdza to twierdzenie. Badanie wykazało, że w porównaniu z obecnym otwartym cyklem paliwowym, trzy najbardziej obiecujące cykle paliwowe, które mogą zmaksymalizować wykorzystanie zasobów i zmniejszyć ilość odpadów wymagających utylizacji geologicznej, obejmowały zamknięcie jądrowego cyklu paliwowego poprzez ciągły recykling aktynowców w reaktorach prędkich. Co więcej, postępy w separacji chemicznej, technologiach zabezpieczeń i technikach budowlanych mogą potencjalnie umożliwić ekonomiczną budowę nowoczesnych obiektów przetwarzania paliwa jądrowego, które utrzymają lub poprawią istniejące zabezpieczenia, łagodząc obawy dotyczące kosztów i proliferacji.

Niezależnie od tego, czy Stany Zjednoczone nadal będą stosować otwarty, czy przyjmą zamknięty cykl paliwowy, konieczne jest zbudowanie stałego składowiska. Stany Zjednoczone poświęciły wiele lat na utworzenie i udzielenie licencji repozytorium Yucca Mountain, zanim projekt został porzucony w 2010 roku z powodu wyzwań politycznych.

Na horyzoncie: Chociaż lokalizacja ostatecznego składowiska geologicznego stanowiła raczej wyzwanie polityczne niż wyzwanie techniczne, na horyzoncie widać przebłyski światła. W dniu 30 listopada 2021 r. Departament Energii rozpoczął program poszukiwania lokalizacji oparty na zgodzie, prosząc o wkład do budowy skonsolidowanego tymczasowego magazynu wypalonego paliwa. Podczas gdy centralny tymczasowy magazyn nie stanowi ostatecznego składowiska, to wiele osób sądzi, że zgromadzenie wypalonego paliwa w jednym lub dwóch scentralizowanych magazynach, a nie pozostawianie go w dziesiątkach lokalizacji przy reaktorach, jest ważnym krokiem w kierunku stałego ostatecznego składowania. Ponadto rośnie zainteresowanie innymi opcjami, jak np. składowanie w głębokich odwiertach.

Zamknięty jądrowy cykl paliwowy obejmujący stałe składowisko w głębokich formacjach geologicznych stanowi idealne rozwiązanie, które umożliwia krajowi maksymalizację wykorzystania zasobów, minimalizację odpadów oraz bezpieczne przechowywanie niewielkich pozostałości wysokoaktywnych odpadów promieniotwórczych.

Zobaczymy, jak Stany Zjednoczone zamkną cykl paliwowy i jak będzie wyglądało ostateczne rozwiązanie w zakresie utylizacji odpadów promieniotwórczych. W międzyczasie ANS FCWMD będzie nadal organizować sesje papierowe, sesje panelowe i seminaria internetowe na temat zamykania jądrowego cyklu paliwowego oraz tymczasowego i stałego składowania, aby na bieżąco zapoznawać społeczność jądrową z najnowszymi osiągnięciami w tych obszarach i ułatwiać dzielenie się nowymi pomysłami.

 

Opracowano w DEJ na podstawie: WNA, ANS, MAEA