VVER

Vývoj reaktorů VVER začal v Sovětském svazu přibližně v polovině 60. let 20. století. Prvním vývojovým typem byl VVER-440 typ 230. Bezpečnostní koncepce tohoto typu reaktoru byla na stejné úrovni jako západní běžně montované typy BWR. Největší projektová havárie, kterou měl tento typ reaktoru bezpečně zvládnout, byl pouze vznik trhliny o průměru 32 mm kdekoliv v primárním okruhu. Tato slabina byla kompenzována konzervativním návrhem, který riziko havárie minimalizoval (speciální tvar paliva, nižší zatížení všech komponent). V průběhu provozu byly tyto elektrárny modernizovány a jejich provoz zpřísněn. Přes známá rizika bylo postaveno 14 bloků elektráren s tímto reaktorem. Byly to: 3. a 4. blok JE Novovoroněž, 1. a 2. blok JE Kola, 4 bloky JE Greifswald, 4 bloky JE Kozloduj a jako poslední 2 bloky JE V-1 Jaslovské Bohunice. Většina těchto elektráren je již odstavena a k žádné havárii nedošlo i přesto, že JE Kozloduj absolvovala v roce 1977 zemětřesení o síle 7 stupňů. Bloky v Jaslovsko-Bohunické elektrárně V1 se nyní připravují k likvidaci, první blok byl odstaven v roce 2006 a druhý blok ukončil provoz v roce 2008. Posledními fungujícími bloky na bázi konceptu VVER 440 V230 je první dvojblok elektrárny Kola, druhý blok prvního dvojbloku v JE Novoroněž (zde se ale jedná i prototyp, ze kterého vznikl tento vývojový typ) a 2. blok arménské jaderné elektrárny nedaleko města Mecamoru. Obyvatelé v okolí Mecamoru mají strach o svoji budoucnost, neboť elektrárna se nachází v oblasti tektonických zlomů – mimochodem proto byl 1. blok v roce 1988 vyřazen z provozu, byl poškozen po silném zemětřesení. Druhý blok by měl být definitivně odstaven v roce 2036, ale to pouze za předpokladu, že se do té doby začne stavět nový blok, který jej nahradí. Dvojblok v JE Kola prošel značnými nákladnými modernizacemi a jeho provoz splňuje normy IAEA. Plánuje se nahradit ji novými VVER 640, protože elektrárna je významným zdrojem elektrické energie v murmanské oblasti.

Dalším vývojovým typem byl VVER-440 typ 213. Proti předchozímu typu byla výrazně zvýšena bezpečnost podle světových standardů. Při návrhu byla uvažována jako největší projektová havárie prasknutí hlavního potrubí primárního okruhu. Tento typ reaktoru ještě nemá plnohodnotnou tlakovou ochrannou obálku - kontejnment, ale je vybaven hermetickým boxem s barbotážním systémem, v němž by v případě havárie došlo ke kondenzaci vzniklé páry a snížení tlaku v ochranné obálce. V projektu jsou několikanásobné systémy nouzového dochlazování pro případ takové havárie.

Okamžité řízení výkonu samotného reaktoru probíhá současně dvojím způsobem – změnou množství paliva v aktivní zóně a změnou množství pohlcovače neutronů. V reaktoru jsou zvláštní kazety poháněné výkonnými elektromotory, kdy jejich spodní část je vyplněna palivem a horní část pohlcovačem neutronů. V případě nouzového odstavení kazety volným pádem spadnou až na dno kanálu (kde se nachází tlumič pádu), čímž dojde ke snížení množství paliva v aktivní zóně a zároveň k zastavení reakce pohlcením štěpných neutronů. Dlouhodobé řízení výkonu a zastavení reakce během výměny paliva, je zajištěno změnou koncentrace kyseliny trihydrogenborité s ¹⁰B ve vodě primárního okruhu. Jedná se současně i o možnost havarijního odstavení, které je ale mnohem pomalejší než pomocí řídicích kazet.

VVER-440 typ 213 je jeden z nejrozšířenějších typů tlakovodního reaktoru v Evropě. Nachází se např. v elektrárně Dukovany (2 dvoubloky - 4 reaktory), Mochovce (2 dvoubloky - 4 reaktory), Jaslovské Bohunice V2 (1 dvoublok- 2 reaktory), JE Loviisa (dva samostatné bloky s kontejnmentem), JE Paks a další. Stále jsou používány dvě turbíny na jeden výrobní blok. Stejného typu byly i plánované 4 bloky v druhé polovině východoněmecké jaderné elektrárny Greifswald (Lubmin, Nord), přičemž pouze první z nich byl v roce 1989 dostavěn a spuštěn do fáze fyzikálních testů. Další blok 6 byl pouze dostavěn a nikdy nespuštěn, u bloků 7 a 8 nebyly dokončeny ani stavební práce. V Německu odstavení této obrovské a celkem osmiblokové elektrárny vysvětlili tím, že bloky nejsou bezpečné a jejich úprava by stála mnoho financí - z dnešního hlediska šlo pouze o odstavení, vynucené politickým tlakem západního bloku, tzv. "desovětizace".

V současné době se dostavují další dva bloky ve slovenských Mochovcích, kde byla stavba utlumena v roce 1992 pro nedostatek financí. Ve finálním stavu bude tento komplex patřit k nejbezpečnějším blokům VVER 440 s reaktorem vývojového typu 213. Dokončení 3. bloku je plánováno na rok 2022.

Palivový cyklus reaktorů VVER-440 byl původně tříletý – to znamená, že každých dvanáct měsíců je vyměněna třetina paliva. Současný palivový cyklus (2015) s modernizovaným palivem je pětiletý a v reaktorech se mění každoročně pouhá jedna pětina kazet. Výrobní bloky s voroněžskými tlakovodními reaktory typu VVER-440 V 213 jsou však schopny zvládnout bezpečně větší výkon, než je jejich nominální (440 MWe). Výkon lze postupnými úpravami zvýšit až na 510 MWe, takovými úpravami prošla finská JE Loviisa. Tyto úpravy zahrnují zvýšení tepelného výkonu reaktoru z původních 1375 MWt na 1485 MWt (108 %) což bylo umožněno použitím novějšího paliva v kombinaci s lepším řídicím systémem a dalšími vylepšeními na sekundárním okruhu včetně turbosoustrojí, která jsou zodpovědná za zbývající nárůst o 5–7 % (500–510 MWe)[1][2]. K takovým úpravám došlo na mnoha elektrárnách (mj. i v Dukovanech) k optimalizaci vyšším obohacením paliva, lepším rozmístěním kazet a dalším zlepšením k prodloužení cyklu na 4, resp. 5 let. Dochází tak nejen k úspoře paliva, ale i ke zvýšení výkonu. Reaktory v Dukovanech tak nyní po úpravách vyrábí 510MWe. Celkový dosažitelný výkon Dukovanské elektrárny tak činí 2040 MWe.

Palivo do většiny bloků VVER v Evropě dodávají společnosti TVEL nebo Westinghouse Electric Company.

Nejpokročilejší verze reaktoru VVER-440. Šlo o výhradně exportní variantu tohoto reaktoru, která již zahrnovala plnohodnotný železobetonový kontejnment a další prvky pasivní i aktivní ochrany. Celkem bylo plánováno postavit tyto reaktory minimálně ve čtyřech lokalitách. Známé jsou Juragua (Kuba), Irák, Sýrie, a Sirte (Libye).

Porovnání šestiuhelníkové aktivní zóny s tlakovodním typem od Westinghouse

Zároveň se stavbou elektráren VVER-400 typ 213 probíhal v SSSR se zpožděním vývoj dalšího typu VVER-1000. První zkušební blok VVER 1000 typ V-187 se stal pátým blokem JE Novovoroněž. Podle zkušeností byly postaveny v SSSR 4 bloky pozměněného typu V-302. Tento typ byl již navržen včetně haly s plnohodnotným kontejnmentem. Maximální projektová havárie, kterou musí reaktor zvládnout bez vlivu na okolí, je prasknutí hlavního potrubí, spojené se zemětřesením a výpadkem vnějšího napájení. Má čtyři smyčky primárního okruhu a v sekundárním okruhu jediný turbogenerátor. Proti typu VVER-440 je výrazně vyšší namáhání aktivní zóny.

Vývoj pokračoval a následujícího typu V-320 je i JE Temelín. Celkový tepelný výkon reaktoru je 3000 MWt s hrubým výkonem 1000 MWe.

Typ V-320, tzv. "velká série" je současně zatím nejčastější typ nejen VVER-1000, ale všech provozovaných VVER bloků.[3] Z tohoto typu se dále odvíjí typ V-392B, který byl určen jako reaktor ve 3. a 4. bloku Chmelnické JE a 5. a 6. blok Balakovské JE. Dále vznikly V-320DD a V-320I (Zvýšení bezpečnosti v určitých oblastech, jako je například seismická bezpečnost).[4]

Okamžité řízení výkonu reaktoru typu VVER-1000 je oproti VVER-440 zařízeno pouze změnou množství pohlcovače neutronů v aktivní zóně. Pohlcovač neutronů má formu klastrů (souborů 18 řídicích tyčí). Klastry jsou poháněny krokovým elektrickým motorem. V případě havarijního odstavení spadnou volným pádem do aktivní zóny. Dlouhodobé řízení či zastavení reakce během výměny paliva je zajištěno změnou množství kyseliny trihydrogenborité s ¹⁰B.

Dalšími vývojovými typy reaktorů VVER jsou nově stavěné bloky v modifikacích VVER-1000 V-392 a VVER-1000 V-466. Podle posledních informací se tyto nové reaktory řadí do třetí, tudíž nejvyspělejší generace. Modifikace V-466B měla být použita pro nově stavěnou bulharskou elektrárnu Belene, určenou k překlenutí energetického nedostatku vzniklého po odstavení prvních čtyř bloků VVER 440 V-230 v Kozloduji. Podstatným rysem všech nových tlakovodních reaktorů je zjednodušení konstrukce, což vede v důsledku ke zvýšení jak pasivní tak aktivní bezpečnosti. Nové bloky mají zdokonalený kontejnment a vyšší objemy vody v primárním i sekundárním okruhu, což ještě dále snižuje riziko havárie s případným roztavením aktivní zóny.

Dalším typem je VVER-1200, označovaný také jako AES-2006. První dva prototypové bloky typu VVER-1200/491 byly postaveny v lokalitě Leningrad II a prototypy typu VVER-1200/392M v Novovoroněžské elektrárně II. Hrubý výkon bloku je 1200 MWe (čistý výkon 1114 MWe, celkový tepelný výkon 3200 MWt)[5] při nákladech kolem 1200 $/kWe. Doba stavby je 4,5 roku (54 měsíců) a projektová doba provozu 60 let s možností 20letého prodloužení.[6]

Elektrárna má zvýšenou úroveň bezpečnosti, díky které se může řadit mezi bloky generace III+. Bylo toho dosaženo použitím nových pasivních bezpečnostních systémů, které jsou schopny fungovat bez dodávky silové elektřiny a bez zásahu obsluhy. Jde například o systém pasivního odvodu tepla z reaktoru přes parogenerátory, který slouží k dlouhodobému dochlazování aktivní zóny. Dále to je pasivní systém rekombinace vodíku, který zamezuje tomu, aby se v kontejnmentu vytvořila výbušná směs vodíku a vzduchu.[7] V případě, že selžou standardní systémy pro zastavení řetězové štěpné reakce, bude použit pasivní systém rychlého vstřikování kyseliny borité do primárního okruhu.[8] A pro případ selhání všech systémů a opatření se pod reaktorem nachází lapač taveniny, který pokud dojde k roztavení paliva a jeho protavení ven z reaktoru, tuto taveniny zachytí a zajistí její bezpečné dlouhodobé chlazení. Další důležitou součástí projektu elektrárny je dvojitý kontejnment, který zabraňuje úniku radioaktivních látek z reaktorového sálu a který chrání primární okruh před vnějšími riziky jako povodeň, tornádo, zemětřesení, exploze nebo pád letadla.[9]

Reaktor VVER-1200 byl jedním z uvažovaných reaktorů pro nové bloky v elektrárně Temelín a patří mezi uvažované technologie pro nové bloky v elektrárně Dukovany.

Z tohoto typu pak vznikl projekt konsorcia MIR.1200 (Modernised International Reactor) určený pro státy Evropské unie. Projekt MIR.1200 je vyvíjen českou společností Škoda JS společně s ruskými firmami Atomstrojexport a Gidropress, které spadají pod Rosatom. [10]

Reaktory VVER-1200 jsou používány v Rusku (jaderné elektrárny Leningradská II, Novovoroněžská II) i v zahraničí. Spustil se 1. blok Běloruské jaderné elektrárny v Bělorusku[11] a staví se v Turecku (JE Akkuyu) a v Bangladéši (JE Rooppur). Výstavba se připravuje v Maďarsku (JE Paks), v Egyptě (JE El-Dabaa), v Číně (JE Tchien-wan a Sü-ta-pao) a v Uzbekistánu.[12][13]

VVER-TOI (Tipovoj Optimizirovannyj Informatizirovannyj) označovaný také jako AES-2010 je typově optimalizovaný pokročilý projekt reaktoru VVER-1300/510 generace 3+ vycházející z typu VVER-1200/392M, který má optimalizovat vlastnosti těchto reaktorů. Plánovaný hrubý výkon je 1255 MWe a životnost 80 let. Důležitým faktorem by mělo být snížení nákladů na stavbu o 20 % oproti 1200/392M a zkrácení doby stavby na 40 měsíců. První dvojice reaktorů tohoto modelu je ve výstavbě v Kurské jaderné elektrárně II.

Tento projekt vznikl již v 80. letech jako reakce na vyšší bezpečnost a především ekonomičnost provozu. Jedná se typově o podobný reaktor s VVER-1000, jehož rozměry byly upraveny na hrubý výkon 1500 MWe. V 90. letech však byl tento projekt pozastaven a upřednostněna evoluce VVER-1000, tedy vznik VVER-1200. Práce na VVER-1500 byly obnoveny v roce 2001, ale opět zastaveny v roce 2006.[14]

Projekt reaktoru VVER-1800 pochází jako koncept z roku 1985 a měl být vylepšenou verzí VVER-1000 s vylepšenými aktivními i pasivními bezpečnostními prvky. Od roku 2006, kvůli federálnímu energetickému programu z let 2007 až 2015 a 2020, se s touto koncepcí znovu počítá. Koncept počítá s reaktorem se třemi smyčkami a hrubým výkonem 1800 MW.[15]

VVER-600 (V-498) je menší verzí reaktoru VVER-1200 o polovičním výkonu. Dvojice reaktorů tohoto typu je schválena pro použití v Kolské jaderné elektrárně okolo roku 2030.