HeFASTo - projekt rychlého plynem chlazeného modulárního reaktoru

HeFASTo je konceptem modulárního jaderného reaktoru založeného na technologii plynem chlazeného rychlého reaktoru (GFR). Aby mohl ekonomicky koexistovat s vodou chlazenými jadernými reaktory, využívajícími prověřené existující technologie, je konstruován jako vysokoteplotní — výstupní teplota z aktivní zóny dosáhne 900°C. Celkový tepelný výkon zařízení bude 200 MW. 

Cílí tak zároveň i na aplikaci v chemickém průmyslu a efektivní výrobu vodíku. Jeho zásadní výhodou proti oproti plynem chlazeným grafitovým reaktorům (které nabízí podobné teploty) je, že generuje minimum jaderného odpadu a umožňuje efektivní uzavření palivového cyklu, včetně využití plutonia z vodou chlazených reaktorů.

Design HeFASTo je založen především na maximální míře modularity a sázce na využití moderních materiálů. Naprostá většina komponent je designována ve formě typizovaných částí, u kterých se počítá s výrobou v továrně, v místě výstavby budou tyto moduly pouze sestaveny do požadované formace, což výrazně sníží investiční náklady.

Vysoká bezpečnost navrženého reaktoru je podpořena celou škálou inovativních pasivních bezpečnostních systémů, které fungují výhradně na základě fyzikálních jevů jako je např. gravitace nebo rozdíl tlaků.

S komerčním nasazením reaktoru se počítá hlavně v souvislosti s růstem poptávky po masové výrobě vodíku, a také s potřebou zpracování nahromaděného vyhořelého paliva z lehkovodních reaktorů, tedy výhledově po roce 2040. V současné době už probíhá vývoj reaktoru v rámci tzv. předkoncepční fáze, prostor pro vstup strategického investora se očekává po roce 2025.

 

Schéma - primární okruh

• Jaderná energie je v současné době stále jediným stabilně produkujícím nízkoemisním zdrojem energie, který lidstvo dokáže využívat.
• Díky rostoucí poptávce po ekologických zdrojích elektřiny a tepla se v příštích dekádách buď podaří vyřešit problematiku efektivního vysokokapacitního ukládání energie z obnovitelných zdrojů nebo přijde nová vlna rozvoje jaderné energetiky, s níž bude svázána i otázka množství dostupných světových zásob uranu.
• Nedělitelnou součástí této problematiky je i produkce vyhořelého jaderného paliva ve stávajících reaktorech s otevřeným palivovým cyklem. Jakkoliv nyní dominují jaderné energetice velké lehkovodní reaktory s otevřeným palivovým cyklem, umožnuje vývoj odolnějších materiálů a inovativních výrobních postupů oživit myšlenku použití rychlých reaktorů pro úplné uzavření palivového cyklu, nebo alespoň pro dlouhodobý provoz aktivních zón s poměrem spotřebovaného ku vytvořenému štěpitelnému materiálu blízkému jedné.

Jednou z technologií reaktorů, které do budoucna slibují přinést udržitelný, inherentně bezpečný a nízkoemisní zdroj energie, je koncept rychlého reaktoru chlazeného plynem (GFR – Gas-cooled Fast Reactor). Ten kombinuje výhody jaderných reaktorů s rychlým spektrem neutronů s vysokou výstupní teplotou chladiva známou z technologie (V)HTR (very high-temperature gas-cooled reactor). Nezanedbatelnou výhodou je na poměry rychlých reaktorů bezpečné a predikovatelné neutronické chování aktivní zóny.

HeFASTo je vývojovým projektem ÚJV Řež, a. s., který řeší divize Jaderná bezpečnost a spolehlivost. Za vlastní vývoj konceptu je konkrétně zodpovědná Skupina vývoje reaktorů GENIV.

Výzkum a vývoj technologie GFR v ÚJV Řež byl zahájen v roce 2010 v rámci interních rozvojových projektů. Po založení V4G4 CoE se Skupina úspěšně zapojila do prací na mezinárodním konceptu ALLEGRO, následovalo zapojení do několika národních i mezinárodních výzkumných projektů a taká spolupráce s CVŘ na definici cílů a uskutečnění unikátního experimentálního programu. Tyto aktivity nabraly na dynamice v roce 2018 spolu s vyhlášením programu  THÉTA Technologické Agentury ČR (TAČR). Jedním z jeho prioritních cílů je i výzkum GENIV reaktorů.

V současné době je ÚJV Řež  v  různé míře zapojena do 7 národních a 3 mezinárodních vývojových projektů, týkajících se GFR, navíc významnou část z těchto aktivit přímo vede.

• Nepřímý cyklus – modularita na sekundární straně
• Dvojitý kontejnment pro ochranu před únikem RA látek i vnějšími hrozbami
• Umístění částečně pod zemí – nadzemní část s výškou 18 m
• 5 let provozu bez nutnosti překládky paliva
• Plně pasivní bezpečnost splňující nejpřísnější požadavky

 

Celkové schéma reaktoru

 

 

2002           Začátek moderní éry vývoje GFR, projekty ETDR a ALLEGRO

2010           Začátek vývoje technologie GFR v ÚJV Řež, a.s.

2021           Začátek vývoje reaktoru HeFASTo na základě zkušeností s vývojem GFR v ÚJV Řež, a. s.

2025           Dokončení předkoncepčního návrhu včetně studie proveditelnosti, business plan, počátek hledání strategického partnera

2028           Pokračuje koncepční návrh, deadline pro získání strategického partnera, pokud má být dodržen harmonogram

2035           Dokončení basic design, začátek licenčního řízení

2040           Získání povolení k výstavbě, dokončený detailed design

Největší pozornost při výzkumu a vývoji reaktorů GFR musí být věnována těm oblastem, které jsou pro ně unikátní, a není tak možné ani částečně převzít již existující a ověřená řešení. S VHTR má GFR společné chladivo (He o stejné cílové výstupní teplotě i tlaku), proto je možné využít v HTR vyzkoušená řešení pro normální provoz, jako jsou těsnění, armatury a dmychadla.

V případě havarijních podmínek je ale chování obou systémů odlišné. HTR spoléhá na odvod tepla vedením a radiací do z vnějšku chlazené masy moderátoru, ale pro kompaktní zónu GFR je nutné dodat systémy udržení tlaku a cirkulace chladícího plynu. Návrh tohoto řešení tak, aby neomezoval ekonomiku provozu GFR, ale přitom poskytoval požadovanou bezpečnost, je jedním z hlavních cíl aktivit ÚJV.

Neutronický návrh aktivní zóny GFR je oproti sodíkem chlazeným rychlým reaktorům výrazně usnadněn absencí fázových přechodů v chladivu. Na druhou stranu kombinace vysokých teplot, tlaku a radiačního poškození klade vysoké nároky na materiály paliva a aktivní zóny. Zde byl vývoj dlouho zakonzervovaný, a demonstrátor ALLEGRO počítal s aktivní zónou z paliva stejného, jaké bylo použito v prvních rychlých reaktorech v 70. letech. Nicméně, po havárii JE Fukušima se ukázalo, že i tento vývoj může běžet být akcelerována díky celosvětovému úsilí vyvinout materiály aktivní zóny odolné v havarijních podmínkám (ATF – accident tolerant fuels), z kterého těží i GFR, zejména díky pokroku ve výrobě kompozitů z SiC.

Projekt HeFASTo je otevřen spolupráci pro subjekty v rámci České republiky i zahraničí.

Možnosti spolupráce jsou připraveny na několika úrovních, pro více informací prosím kontaktujte Petra Váchu.