Spouštění jaderné elektrárny Temelín (Česká energetika 2/01,pdf

Spouštění jaderné elektrárny Temelín
ALTERNATIVNÍ ENERGETIKA 2/2001
Ing. Jiří Fleischhans
V současné době dosáhl 1. blok jaderné elektrárny Temelín výkonu 75%. Proběhlo
už více než 16 měsíců od zahájení zavážky paliva do reaktoru. Je to moc, málo
anebo je to doba přiměřená? Na tuto otázku nelze odpovědět jednoduše a zejména
ne bez znalosti toho, co všechno se v průběhu uvádění jaderné elektrárny do
provozu musí udělat. Spouštění jaderné elektrárny je dlouhodobý proces, který
začíná velmi dlouho předtím, než je možno do reaktoru zavést první palivo a končí
rovněž velmi dlouho po zavezení paliva, které ke velmi silným psychologickým
momentem.
Jaderná elektrárna se zpravidla staví na "zelené louce". Její výstavba znamená
připravit staveniště, vybudovat energetické sítě a zázemí pro stavbaře a montážní
organizace. Je třeba v předstihu vybudovat vodní díla, která umožní zásobovat
elektrárnu vodou a přebytečnou vodu zase vypouštět (přehrada na Vltavě v
Hněvkovicích, odkud se voda čerpá do vodojemů elektrárny a přehrada Kořensko,
kde se přes malou peltonovu turbínu odpadní voda vypouští zpět do Vltavy). Na
staveništích se budují lokální zdroje tepla, úpravny vody, zdroje stlačeného vzduchu
a technických plynům rozvodny vyráběné elektřiny, dieselgenertorové stanice pro
zajištění energie pro potřeby stavby a po uvedení do provozu pro zjištění rezervního
napájení. Ve stejném období se stavějí základní budovy pro technologii,
nejviditelnější je soubor chladících věží, budova reaktoru a strojovna
turbogenerátorů. V technologických budovách se s dokončováním stavby montuje
technologické zařízení. Současně se stupňuje dozorná činnost Státního úřadu pro
jadernou bezpečnost a dalších dozorných orgánů, které sledují jakost prováděných
prací a soulad s projektem. Pro jaderná zařízení předepisuje Atomový zákon a jeho
prováděcí vyhlášky velmi pozorně, Jak se zkoušky velmi podrobně dokumentují a
vyhodnocují. Pro všechny zkoušky jsou zpracovány písemné programy, které před
realizací procházejí oponentním řízením dodavatele a investora. Programy zkoušek
zařízení, které má vliv na jadernou bezpečnost dále schvaluje SÚJB (a v některých
případech i další dozorné orgány, např. ITI, hasiči apod.). Programů spouštění pro
jeden blok je několik set a každý obsahuje celou řadu zkoušek. Schválením
programu však činnost dozoru nekončí, o každé zkoušce je vyhotoven protokol, který
je opět posuzován a schvalován.
Takto rozsáhlý komplex zkoušek je nutno nějakým způsobem strukturovat, rozdělit
do vzájemně provázených a na sebe navazujících bloků, které jsou specifikovány již
v úvodním projektu elektrárny.
1. Systémy, zajišťují potřeby zařízení staveniště.
2. Systémy zajišťující přívod elektrické energie pro vlastní spotřebu elektrárny.
3. Zkoušky a postupné uvedení do provozu zdrojů a skladů pomocných médií,
systém pro likvidaci a odvod odpadních látek z výrobního procesu.
Nejrozsáhlejším komplexem v tomto bloku je uvádění systémů
zajišťujícíchdodávku technologické vody, počínaje vodním dílem Hněvkovice,
zprovoznění vodojemů, chemické úpravny vody a vodního hospodářství
hlavního systému chlazení TG ( vodní hospodářství chladících věží).
4. Pomontážní čistící operace (PČO). Pomontážními čistícími operacemi je
uzavírána montážní činnost, jejich cílem je dočistění vnitřních povrchů
technologických systémů na požadovanou úroveň. Součástí PČO je i montáž
a demontáž nezbytných provizorií. Součástí PČO, kde je to nutné, je i
chemická úprava vnitřních povrchů, sušení a konzervace, pokud systémy
nezůstávají již zaplněny médii.
5. Předkomplexní vyzkoušení (PKV) systémů primárního okruhu (PO) a
sekundárního okruhu (SO), včetně jejich ASŘTP a elektrického napájení v
rozsahu, potřebném pro provedení integrované hydrozkoušky (IHZ, viz odst.
7). Cílem PKV je provést všechny zkoušky jednotlivých systémů, které nejsou
podmíněny existencí neutronového toku v reaktoru, výskytem radioaktivních
látek, které nepotřebují vývin tepla v reaktoru a funkční proces jeho přeměny
na elektrický výkon. Komplex zkoušek vytváří podmínky pro to, aby všechny
zkoušené systémy byly připraveny na zkoušky, kde se prověřuje jejich
spolupráce - IHZ a zkouška a zkouška integrity kontejnmentu (ZIK, viz odst.
Provádějí se následující zkoušky:
o
o
o
o
o
zkoušky elektrosystémů napájení vlastní spotřeby včetně náhradních
zdrojů - bez návaznosti na technologická zařízení.
zkoušky systémů ASŘTP bez návaznosti na technologické systémy,
zkoušky s technologií v "revizní poloze" a provozní ověřování algoritmů
ovládání, kde je to možné
zkoušky jednotlivých technologických systémů a vzduchotechnických
systémů, včetně jejich elektronapájení a ASŘTP
ověřování mechanického chodu TG cizí parou z pomocné kotelny
(Vzhledem ke známým problémům s turbínou při spouštění jen několik
poznámek. TG o výkonu 1000MW na sytou páru je složitý a hlavně
doslova obrovský stroj. Skládý se z vysokotlakého dílu, tří nízkotlakých
dílů, elektrického generátoru a budiče, to vše na jedné ose. Délka
celého soustrojí dosahuje 65m. Technicky neexistují možnosti soustrojí
předem vyzkoušet jako celek, a ani jeho jednotlivé části nelze funkčně
vyzkoušet předem. Pouze jednotilivé rotory se ve výrobním závodě
vyvažují. Je to hlavně problém zdroje energie, ale i umístění apod. V
Temelíně se využilo možnosti pomocné kotelny na stavbě a podařilo
se, za velmi zjednodušených podmínek, uvést soustrojí na nominální
otáčky. I přes úspěšnost zkoušky na "cizí páru" se ukázalo, že reální
podmínky a zatížení jsou přece jen jiné. Probnémy s turbínou se
očekávaly a je známe, že prakticky všichni výrobci turbín těchto
rozměrů museli po uvedení bloku do provozu řešit podobné problémy).
idnetifikační měření turbonapájecího soustrojí cizí parou.
Zkouškami procházejí:
o
o
o
o
o
o
Technologické systémy v reaktorovně.
Systémy transportně technologické části (TTČ). Jsou to systémy, které
zajišťují manipulaci s čerstvým i vyhořelým palivem, tj. skladování
čerstvého paliva, jeho transport do výrobního bloku, zaváření do
reaktoru, přemisťování a kontrolu v průběhu výměny paliva, ukládání
vyhořelého paliva do skladovacích bazénů a po zhruba 10 letech
uložení do skladovacích nebo transportních kontejnerů.
Technologické systémy v budově aktivních pomocných provozů
(BAPP). V budově BAPP jsou soustředěny technologie přípravy
chemických roztoků, zejména kyseliny borité, jsou zde umístěny čistící
stanice různých druhů odpadních vod a systémy zpracování
radioaktivních odpadů.
Vzduchotechnické systémy v reaktorovém bloku a v BAPP.
Elektrické systémy.
Systémy ASŘTP a systémy provozní diagnostiky PO a SO.
6. Zkouška integrity kontejnmentu . Touto zkouškou se potvrzuje projektový
předpoklad, že ani v případě maximální projektové nehody (to je úplné
roztržení hlavního cirkulačního potrubí) nedojde k nedovolenému úniku
radioaktivních látek do okolí, ZIK se skládá z několika podetap:
o
o
o
Lokální zkoušky těsnosti (LZT) jsou zkoušky těsnosti zařízení (potrubí,
armatur, kabelových průchodů pro osoby a materiál) na hranici
hermetické zóny. Tato místa nazýváme uzly hermetizace. Na nich se
určují velikosti dílčích úniků.
Kontrolní ZIK s vyhledáváním "hrubých" netěsností.
Kontrola napjatosti a stavu ochranné obálky.
Pak následuje vlastní zkouška, členěná do dvou částí.
o
o
Pevnostní zkouška integrity kontejnmentu vnitřním přetlakem,
odpovídajícím 1,15 násobku přetlaku při maximální projektové nehodě.
V této zkoušce se posuzuje napětí v betonu a v betonářské výztuži,
deformace předpjaté betonové konstrukce, tvar a velikost případných
povrchových trhlin v betonu a všechny případné trvalé deformace.
Tesňostní zkouška kontejnmentu při hodnotě přetlaku, která odpovídá
vnitřnímu přetlaku při maximální projektové nehodě. Kritériem
úspěšnosti zkoušky je hodnota úniku v % objemu kontejnmentu za
24hodin.
ZIK v Temelíně proběhl již na obou blocích, vždy více než rok před zavážkou
paliva. ZIK, jak jste viděli v předcházejícím textu, je velmi těžká zkouška, která
prověřuje nejen stavební část kontejnmentu, ale i těsnost všech
technologických průchodů jeho stěnami. Je velmi dobrým vysvědčením pro
stavbaře i technology, že obě zkoušky prokázaly vynikající výsledky těsnosti
při zkoušce plným předpokládaným přetlakem.
7. Integrovaná hydrozkouška. Cílem integrované hydrozkoušky je:
o
o
prokázat pevnost a těsnost systému primárního a sekundárního okruhu
(pevnostní a těsnostní zkoušky),
prověřit funkci všech systémů primární části a systémů sekundární
části, elektrozařízení a ASŘTP ve vazbě na reaktor a prověřit, že
reaktor a primární okruh je připraven k zavezení paliva.
Zkouška probíhá při parametrech blízkých provozním, tlak v PO 15,7 Mpa a
teplota mezi 260 a 280°C, bez existence neutronovéh o a tepelného výkonu
reaktoru. Ohřátí PO se dosahuje cirkulační prací hlavních cirkulačních
čerpadel (4×5,5MW). Ověřuje se správná činnost a spolupráce systémů a
soulad jejich charakteristik s projektem. To znamená ověření mechanických,
hydraulických, teplotních a dynamických vlastností:
o
o
o
o
o
o
o
reaktoru primárního okruhu
parogenerátorů
kompenzátoru objemu (má funkci vzdušníku uzavřené tlakové soustavy
primárního okruhu)
hydroakumulátorů, které zajišťují chlazení aktivní zóny reaktoru před
startem bezpečnostních systémů chlazení aktivní zóny
bezpečnostních systémů. Tyto systémy odvádějí teplo z aktivní zóny v
případech ztráty standardního chlazení v důsledku např. netěsnosti PO
až po prasknutí hlavního cirkulačního potrubí.
Náhradních zdrojů zajištěného napájení vlastní spotřeby. Reaktorový
blok má několik odstupňovaných systémů zajištěného napájení (záskok
ze sítě, dieselgenerátory, akumulátorové stanice se střídači pro
bezpauzový záskok)
Regulátorů, automatik a ochran.
8. Revize
Cílem revize je vyhodnotit stav zařízení po provedení IHZ, prověřit čistou
vnitřních částí a povrchů PO a sekundární strany parogenerátorů a provést
předprovozní kontroly jako výchozí stav pro porovnání s kontrolami za
provozu. Dalším cílem je připravit zařízení bloku k zahájení fyzikálního
spouštění. Jedním z důležitých úkolů je zabezpečit důsledné oddělení prvního,
spouštěného bloku od 2. Bloku, kde zatím pokračuje montáž a PKV. Jde nejen
o oddělení technologických systémů, ale i standardního systému fyzické
ochrany na prvním bloku.Zavádí se systém "kontrolovaného pásma" v
prostorech, kde mýže dojít k ozáření nebo kontaminaci pracovníků. Zavádí se
režim vstupu do ochranné obálky (kontejnmentu).
Úspěšné ukončení IHZ je důležitým mezníkem ve spuštění jaderného bloku.,
po něm je možno zahájit zavážení paliva. Atomový zákon rozděluje celý
proces spouštění jaderné elektrárny do dvou zásadních etap, jejichž hranicí je
právě okamžik zavezení je právě okamžik zavezení paliva. Před zavezením
paliva se etapa nazývá neaktivním vyzkoušením, po zavezení paliva mluvíme
o aktivním vyzkoušení. Zahájení aktivního vyzkoušení má ještě další závažné
aspekty. V tomto okamžiku začíná pojištění odpovědnosti provozovatele za
škody, které by mohly vzniknout při nehodách. Z tohoto důvodu se v tomto
okamžiku mění i způsob řízení spouštěcích prací, kde plná odpovědnost
přechází od generálního dodavatele na investora. Atomový zákon a jeho
prováděcí vyhlášky určují podmínky, za kterých může Státní úřad pro jadernou
bezpečnost (SÚJB) povolit jednotlivé spouštěcí činnosti. Povolení je vydáváno
k zahájení IHZ a k zahájení aktivního vyzkoušení. Při vydání Povolení SÚBJ
prověřuje, zda jsou splněny všechny zákonné požadavky a podmínky, které v
průběhu spouštění vydal. V Povolení SÚJB může stanovit dodatečné
podmínky a omezení pro další postup spouštění (např. postupné zvyšování
výkonu).
Zahájením zavážení paliva do reaktoru je zahájeno aktivní vyzkoušení. Aktivní
vyzkoušení se člení na :
o
o
o
fyzikální spouštění(9)
energetické spouštění (10)
zkušební provoz(11)
9. Fyzikální spouštění (FS)
Cílem fyzikálního spouštění je ověření neutronově fyzikálních charakteristik
aktivní zóny reaktoru včetně ověření správnosti zavezení paliva a symetrie
aktivní zóny. Prověřuje se soulad s výpočtovými hodnotami, soulad je i
potvrzením předpokladů, za kterých byly provedeny bezpečnostní rozbory.
Ověřuje se funkce měření neutronového toku, řízení reaktivity reaktoru pomocí
regulačních orgánů(61 souborů absorbčních klastrů), funkce systému rychlého
odstavení reaktoru a blokád ochranných bezpečnostních systémů. Vyzkouší
se funkce všech technologických měření a součinnost všech systémů
jaderného bloku při výkonu do 2% nominálního výkonu.
Fyzikální spouštění se realizuje ve dvou etapách:
o
o
Zavážka paliva s úřední kontrolou zavezených palivových souborů, po
které se uzavře a utěsní reaktor.
První dosažení samostatně se udržující štěpné reakce ( dosažení
kritičnosti reaktoru) a fyzikální zkoušky na nízkém výkonu.
Dosažením samostatně se udržující štěpné reakce je reaktor spuštěn.
Dochází k tomu při velmi nízkém výkonu, cca 0,001% nominálního výkonu.
Proces je kontrolován jednoduchým a neselhávajícím způsobem, využívajícím
toho, že s postupným přibližováním k okamžiku spuštění roste neutronový tok
v aktivní zóně a při dosažení kritičnosti by rostl velmi výrazně. Růst
neutronového toku je závislý na změně snižování koncentrace kyseliny borité
v chladivu.Vynášíme-li převrácenou hodnotu velikosti neutronového toku na
koncentraci, klesne závislost v okamžiku spuštění na nulu, navíc můžeme
stále kontrolovat, jak se k této hodnotě přiblížíme. Záznam z tohoto prvního
procesu je na historickém obr.č.1
Zkoušky na nízkém výkonu tvoří mimo jiné blok měření fyzikálních parametrů
aktivní zóny, určení charakteristiky skupin absorbčních klastrů, kalibrace
měření výkonu a určení tepelných bilancí a tepelných ztrát, termohydraulické
zkoušky PO. V průběhu FS a v jednotlivých výkonových podetapách
energetického spouštění se pak provádějí kalibrace měření výkonu reaktoru,
ověřování a cejchování vnitroreaktorových měření neutronového toku,
sledování radiační situace a sledování korekce vodochemického režimu.
Opakují se bloky měření fyzikálních parametrů aktivní zóny.
10. Energetické spouštění(ES)
Energetické spouštění probíhá v jednotlivých výkonových podetapách,
omezených maximálními výkony5,12,30,45,55,75,90 a 100% nominálního
výkonu.
Cílem energetického spouštění je:
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
uvést do plného provozu sekundární část bloku.
Ověřit provoz bloku v ustálených provozních režimech a postupně se
zvyšujících výkonových hladinách a v těchto režimech ověřit stabilitu
bloku v parametrech, předepsaných projektem.
Prověřit nestacionární provozní režimy bloku- najíždění, odstavování,
udržování v horké rezervě a dochlazování.
Seřídit hlavní regulátory bloku - regulátor reaktoru v regulaci výkonu,
tlaku v hlavním parním kolektoru (HPK), střední teploty v PO a v režimu
ruční regulace, turbíny v regulaci tlaku v HPK, výkonu, otáček, v
ostrovním provozu a v režimu ruční regulace.
Ověřit funkce limitačního systému bloku. Limitační systém přizpůsobuje
výkonu reaktoru možnostem odvodu tepla a zasahuje při překročení
hodnot některých parametrů.
Ověřit chování bloku jako regulované soustavy v dynamických
normálních i abnormálních režimech. Jde zejména o výpadky
důležitých zařízení jako jsou hlavní cirkulační čerpadla, hlavní napájecí
čerpadla, turbína, kondenzátní čerpadla a čerpadla cirkulační chladící
vody, dále odpojení generátoru a ztráty napájení.
Opakují se bloky měření, uvedené na konci FS..
Prokázat bezpečnost a spolehlivost bloku.
Specifickou zkouškou je zkouška odvodu tepla z reaktoru přirozenou
cirkulací po výpadku všech hlavních cirkulačních čerpadel
Závěrečnou zkouškou energetického spouštění je 144 hodinový
průkazný chod.V jeho průběhu musí všechna zařízení pracovat
spolehlivě a bezchybně
11. Zkušební provoz
Po ukončení energetického spouštění je blok předán provozovateli, který
zajišťuje poslední fázi spouštění, zkušební provoz, v trvání jeden rok.
Vraťme se k původní otázce. Je 16 měsíců od zahájení zavážení paliva, od
zahájení aktivního vyzkoušení do dosažení úrovně 75% výkonu mnoho, nebo
málo? I nyní je odpověď obtížná. Existují elektrárny, např. poslední
tisícmegawattové bloky v Rusku, kde celé fyzikální a energetické spouštění
proběhlo za necelých 5 měsíců. Byla to ale elektrárna se sériovým
standardním blokem, mnohokrát opakovaný projekt. Existují i elektrárny,
podobně s opakovanými projekty, kde spuštění trvalo déle.Uvážíme-li, že
temelínský první blok je vlastně prvním typovým blokem, s realizovanou velmi
rozsáhlou modernizací technologického zařízení, novou aktivní zónou a zcela
zásadně změněným řídícím a ochranným systémem, dovolím si tvrdit, že
dosavadní doba trvání spouštění je přiměřená. Co je ale důležité, že i přes
počáteční problémy s turbínou, které se zřejmě podle výsledků zkoušek na
55% podařilo odstranit, pracuje turbína i jaderná část naprosto spolehlivě, a že
ochranný systém v těch málo případech, kdy to bylo nutné, vždy spolehlivě a
bezproblémově uvedl blok do bezpečného stavu.