Odborná konferencia Mladej generácie Slovenskej nukleárnej spoločnosti
Častá-Papiernička, 25.apríl 2014
PROJEKT SUSEN, UDRŽITELNÁ ENERGETIKA
Marek Mikloš
Centrum výzkumu Řež, s.r.o., Hlavní 130, 250 68 Řež
[email protected]
ABSTRAKT
Centrum výzkumu Řež, s.r.o., dceřiná společnost ÚJV Řež, a.s., společně se Západočeskou
univerzitou zahájila koncem roku 2011 projekt Udržitelná energetika (SUSEN – Sustainable
Energy). Hlavním cílem projektu je vybudování významného dvou-regionálního centra
výzkumu a vývoje v oblasti dlouhodobě udržitelné energetiky s úzkou vazbou na evropský
výzkumný prostor. Prostřednictvím rozšíření a modernizace výzkumné infrastruktury bude
vytvořeno špičkové pracoviště zaměřené především na klíčové segmenty jaderné energetiky.
Z hlediska časového rámce lze rozlišit dva základní strategické cíle projektu:
• Přispět výzkumnými a vývojovými aktivitami k zajištění bezpečného, spolehlivého a
dlouhodobě udržitelného provozu stávajících energetických zařízení, tj. zejména
jaderných elektráren typu GII a GIII, a to prostřednictvím prodloužení jejich životnosti
o 20 – 40 let. Cílem projektu je rovněž výzkum a vývoj nových technologií s vysokou
účinností v oblasti klasické energetiky. Konkrétní aplikace budou realizovány
bezprostředně po dokončení instalace potřebných technologií.
• Prostřednictvím generovaných výsledků výzkumu a vývoje přispět k plynulému
přechodu na jaderné reaktory nových generací, tzn. GIII+ a GIV. S nasazením těchto
tzv. pokročilých jaderných reaktorů v rámci ostrého provozu se počítá po roce 2030. V
rámci dlouhodobého horizontu je předmětem projektu také výzkum a vývoj
špičkových technologií a materiálů v oblasti termojaderné fúze.
Článek podává základní informace o cílech a výstupech projektu, jeho organizací, věcném a
časovém plánu, ale zejména současnému stavu prací na projektu.
1. ÚVOD
Česká republika se vstupem do EU zařadila mezi členské státy, které využívají cílené podpory
v rámci evropské regionální politiky. Pro období 2007–2013 jsou všechny regiony ČR (s
výjimkou hlavního města Prahy) zařazeny pod cíl Konvergence. V souladu s cíli evropské
regionální politiky je jednou z priorit ČR posílení konkurenceschopnosti státu a orientace na
znalostní ekonomiku.
Operační program Výzkum a vývoj pro inovace (dále jen „OP VaVpI“) je jedním z
významných operačních programů, které přispívají k naplnění uvedených cílů. Globálním
cílem OP VaVpI je posilování výzkumného, vývojového a inovačního potenciálu ČR, který
přispěje k růstu konkurenceschopnosti a k vytváření vysoce kvalifikovaných pracovních míst
tak, aby se regiony ČR staly významnými místy koncentrace těchto aktivit v Evropě.
Projekt Udržitelná energetika (SUStainable ENergy, SUSEN) je realizován jako regionální
centrum VaV v Prioritní ose 2 a jeho cílem je plnit funkci relevantního výzkumného partnera
pro spolupráci s aplikační sférou včetně navazování partnerství a spolupráce s významnými
výzkumnými evropskými centry. Jedná se o tzv. velký projekt (nad 50 mil. Euro), jehož
schválení náleží Evropské komisi.
-1-
Odborná konferencia Mladej generácie Slovenskej nukleárnej spoločnosti
Častá-Papiernička, 25.apríl 2014
Projektem SUSEN získala Česká republika, její výzkumná komunita a v neposlední řadě
Centrum výzkumu Řež s.r.o. a jeho partner, Západočeská univerzita v Plzni, možnost rozšířit
významné materiální a lidské kapacity pro energetický výzkum a vývoj.
2. CÍLE PROJEKTU
Cílem projektu SUSEN je přispět výzkumnými a vývojovými aktivitami k zajištění
bezpečného, spolehlivého a dlouhodobě udržitelného provozu stávajících energetických
zařízení, tj. zejména jaderných elektráren typu GII a GIII, a to prostřednictvím prodloužení
jejich životnosti o 20–40 let. Cílem projektu je rovněž výzkum a vývoj nových technologií s
vysokou účinností v oblasti klasické energetiky. Konkrétní aplikace budou realizovány
bezprostředně po dokončení instalace potřebných technologií.
Prostřednictvím generovaných výsledků výzkumu a vývoje přispěje projekt SUSEN k
plynulému přechodu na jaderné reaktory nových generací, tzn. GIII+ a GIV. S nasazením
těchto tzv. pokročilých jaderných reaktorů v rámci ostrého provozu se počítá po roce 2030. V
rámci dlouhodobého horizontu je předmětem projektu také výzkum a vývoj špičkových
technologií a materiálů v oblasti termojaderné fúze.
Projekt SUSEN zahrnuje také výstavbu výzkumné infrastruktury, která dlouhodobě zvýší
vědecký, výzkumný a vývojový potenciál České republiky v oblasti aplikovaného výzkumu v
energetice, převážně (ale neexkluzivně) jaderné. Prostřednictvím příjemce podpory,
společnosti Centrum výzkumu Řež s.r.o., člena skupiny ÚJV, nabídne řešení významných
úloh spojených s rozvojem udržitelné jaderné energetiky a poskytne pro společnosti
podnikající v oblasti aplikovaného výzkumu v energetice robustní a moderní výzkumnou
infrastrukturu.
Projekt bude řízen s důsledným respektováním pěti zásad:
1. Prostředky poskytnuté Evropskou unií představují unikátní a neopakovatelnou
příležitost k rozvoji výzkumné infrastruktury energetického výzkumu ČR. Musí být
investovány účelně, budovaná pracoviště musí odpovídat dnešnímu poznání stavu
technologií a strategických směrů jejich vývoje a být účelně využitelná i v
budoucnosti.
2. Jakákoli nakupovaná nebo vyvíjená technologie musí mít konkurenční výhodu ve své
technologické vyspělosti nejméně do roku 2016, u technologií s dlouhým životním
cyklem musí mít konkurenční výhodu špičkové technologie nejméně do roku 2020.
Provozovatel umožní infrastrukturu pronajímat jiným organizacím podle principů
Open Access (http://www.cvrez.cz/web/open-access).
3. Projekt bude úzkostlivě dbát na dodržení všech podmínek pro poskytnutí dotace,
zejména na dodržení zásad transparentnosti, rovného zacházení a zákazu diskriminace
v zadávacích řízeních veřejných zakázek pro projekt.
4. Projekt bude zaměřen k doplnění a rozšíření možností stávajících infrastruktur v ČR a
nebude cíleně rozšiřovat technologické prostředky v oblastech, které jsou efektivně
pokryty jinými infrastrukturami ČR.
5. Projekt bude cíleně vytvářet příležitosti pro uplatnění mladých specialistů a podmínky
pro jejich profesní rozvoj.
-2-
Odborná konferencia Mladej generácie Slovenskej nukleárnej spoločnosti
Častá-Papiernička, 25.apríl 2014
Cíle jsou směrovány zejména na:
a. Integraci českých VaV institucí do aplikovaného výzkumu v energetice
b. Dosahování aplikovatelných výsledků VaV v oblasti GIV a fúze
c. Podporu bezpečného provozu a prodlužování životnosti pro technologie GII & GIII
3. STRUKTURA A OBSAH PROJEKTU
Projekt je postaven na čtyřech základních pilířích, které představují následující výzkumné
programy členěné dále na výzkumné aktivity:
1. Technologické experimentální okruhy (TEO)
2. Strukturální a systémová diagnostika (SSD)
3. Jaderný palivový cyklus (JPC)
4. Materiálový výzkum (MAT)
Projekt je navržen komplexně, tj. od výzkumu vstupních nosičů energií (paliva), výzkumu
materiálů a komponent včetně diagnostiky při výrobě a výstavbě, diagnostiky provozu
energetických zařízení (predikce spolehlivého provozu a prodlužování životnosti) až po
likvidaci a bezpečné uložení nosičů energií.
3.1 Program č. 1: Technologické experimentální okruhy
Cílem tohoto výzkumného programu je vybudovat velká experimentální zařízení umožňující
výzkum a vývoj v oblasti IV. generace jaderných reaktorů a fúzního reaktoru. Experimetální
data získaná na těchto zařízeních rozšíří stávající znalosti o vlastnostech materiálů a jejich
chování ve specifi ckých podmínkách a budou využita při vývoji daného typu reaktoru. V
těchto reaktorech je přenos tepla zprostředkován médii, o jejichž chování neexistuje dostatek
informací, a to především v oblasti jejich působení na konstrukční materiály,
termodynamických a termohydraulických vlastností, nejsou známy výrobní technologie,
neexistují potřebné komponenty atd.
Experimentální data získaná v těchto zařízeních rozšiřují stávající znalosti o chování
materiálů a komponent při parametrech prostředí. Budou využita pro zdokonalení
výpočetních kódů, databází vlastností látek apod. a jsou potřebná pro vývoj daného reaktoru.
V rámci tohoto programu budou studována tato média:
• superkritická voda; médium pro primární okruh superkritického lehkovodního reaktoru
(SCWR);
• helium; médium primárního okruhu (velmi) vysokoteplotního reaktoru (V/HTR);
• helium; médium pro chlazení první stěny fúzního reaktoru;
• superkritický oxid uhličitý – potenciální médium sekundárního okruhu pro přenos tepla z
primárního okruhu reaktoru GIV;
• eutektická slitina olovo-lithium (Pb-Li) – médium pro kontinuální tvorbu fúzního paliva
– tritia 3H.
3.2 Program č.2: Strukturální a systémová diagnostika
Výzkumný program je tematicky zaměřen na podporu prodlužování životnosti jaderných
elektráren současné generace (generace II. a III.), podporu výstavby a budoucího provozu
reaktorů nastávajících generací (generace IV. a fúze) a s tím související materiálové studie
vysoce ozářených vzorků.
-3-
Odborná konferencia Mladej generácie Slovenskej nukleárnej spoločnosti
Častá-Papiernička, 25.apríl 2014
Hlavní cíle
• Získání komplexního popisu degradace vlastností a životnosti konstrukčních materiálů
jaderných reaktorů po dlouhodobé provozní expozici.
• Návrh, optimalizace a osvojení výroby zkušebních těles pro výzkum vlastností materiálu.
• Vývoj nových postupů nedestruktivního zkoušení (NDE) feritických, austenitických a
heterogenních svarových spojů a komponent komplexní konfigurace a jejich certifikace
(NDE kvalifikace) s využitím zkušebních těles s umělými necelistvostmi a realistickými
simulacemi provozních trhlin a matematického modelování procesu měření a odezvy
indikací necelistvostí.
• Vývoj nového univerzálního hardware a software systému řízení manipulátorů pro
zkoušení svarů kritických uzlů primárního a sekundárního okruhu JE.
• Vývoj nových postupů ověření tepelné a radiační odolnosti a chování strukturních
materiálů a systémů v extrémních podmínkách těžkých havárií.
3.3 Program č.3: Jaderný palivový cyklus
Výzkumný program JPC je zaměřen na výzkum a vývoj (VaV) v oblasti tzv. zadního konce
jaderného palivového cyklu, do kterého patří především nakládání s radioaktivními odpady
(RAO) a použitým jaderným palivem. Ve svém poli působnosti pokrývá program JPC
všechny důležité oblasti od vývoje technologií pro nakládání s problematickými
radioaktivními odpady a technologií pro výraznou redukci objemu radioaktivních odpadů,
přes VaV v oboru geologického ukládání vysoceaktivních odpadů a použitého jaderného
paliva, až k vývoji vysokoteplotních separačních technologií transuranů a štěpných produktů.
V rámci výzkumného programu JPC bude vybudována unikátní laboratoř pro experimentální
studium chování materiálu, tzv. Coria, vznikajícího při roztavení aktivní zóny jaderného
reaktoru a laboratoř SIMS pro studium vlivu zadního konce jaderně-palivového cyklu na
životní prostředí a účely záruk v jaderných materiálech.
Hlavní cíle
• Výzkum a vývoj nových materiálů a principů pro efektivnější a bezpečnější ukládání
RAO
• Vývoj pokročilých technologií a technologických postupů pro zneškodňování RAO a
minimalizaci jejich objemu
• Vývoj nových technologií palivového cyklu jaderných reaktorů nových generací
založených na fluoridových technologiích
• Vytvoření vědecko-technické základny pro podporu výstavby hlubinného úložiště v ČR
• Vývoj nových metod detekce velmi nízkých aktivit dlouhodobých radionuklidů ve velmi
malých objemech vzorků
• Získání souboru poznatků o chování Coria pro účely zvýšení bezpečnosti jaderných
reaktorů v posthavarijních stavech
3.4 Program č.4: Materiálový výzkum
Materiálový výzkum je jedním ze čtyř výzkumných programů, které tvoří obsahovou náplň
projektu SUSEN – Udržitelná energetika. Je primárně zaměřen na výzkum materiálů pro
jadernou energetiku, ale předpokládá se zapojení i v oblastech klasické energetiky a nových
nekonvenčních postupů získávání energie. Program je zacílen na studium mezních stavů
nových progresivních materiálů, resp. dílů a uzlů z nich vyrobených. Činnost pracoviště bude
-4-
Odborná konferencia Mladej generácie Slovenskej nukleárnej spoločnosti
Častá-Papiernička, 25.apríl 2014
probíhat v oblasti základního výzkumu vlastností konstrukčních materiálů, výsledky budou
přímo aplikovatelné v energetickém průmyslu.
Ve spolupráci se ZČU v Plzni bude nové pracoviště hrát významnou roli při výchově nových
materiálových odborníků. Fakulta strojní – Katedra materiálu a strojírenské metalurgie – bude
v programu participovat v oblasti svařování. Při řešení konkrétních úkolů bude využívána
spolupráce v rámci diplomových a doktorských prací. Pozornost bude cíleně zaměřena na
práci zahraničních doktorandů s tím, že na jejich stáže budou získávány prostředky z
programů ES.
Hlavní cíle
• podpora vývoje feritických a martenzitických ocelí s potenciálem aplikace do 650 °C pro
neaktivní okruhy jaderných reaktorů GIV a komponenty parních turbín se
superkritickými parametry páry
• podpora vývoje materiálů na bázi austenitických ocelí a vysoce legovaných niklových
slitin, odolných v agresivních prostředích za vysokých teplot a tlaků, pro výrobu
komponent jaderných a klasických elektráren s ultra superkritickými bloky.
• dokumentace vlivu degradačních mechanismů na vlastnosti konstrukčních materiálů pro
komponenty vyšších generací jaderných reaktorů (GIII+,GIV) v neaktivních okruzích.
• vývoj nových technologií tavného svařování pro jadernou i klasickou energetikou (ve
spolupráci s partnerem – katedrou materiálu ZČU)
PODĚKOVÁNÍ
Tato práce vznikla za finanční podpory projektu SUSEN CZ.1.05/2.1.00/03.0108, který je
realizován v rámci Evropského fondu regionálního rozvoje (ERDF).
POUŽITÁ LITERATURA
[1]
[2]
http://cvrez.cz
http://susen2020.cz
-5-
Download

- 1 - PROJEKT SUSEN, UDRŽITELNÁ ENERGETIKA Marek