Jak udržet jaderné elektrárny 80 let v chodu? Pomoci mají nové technologie, včetně 3D tisku

Rozsáhlé digitální aplikace a modely, on-line diagnostika a řízení, umělá inteligence, automatizované kontroly, robotické technologie, 3D tisk nebo nové metody oprav a renovací materiálu. I tato opatření mají využít k plánovanému využívání tuzemských jaderných elektráren po celkovou dobu 80 let. Využívání špičkových technologií je jedním ze základů dlouhodobého bezpečného a efektivního provozu ČEZ v Dukovanech a Temelíně. Každý rok v souvislosti s dlouhodobým provozem zavádí ČEZ více než 20 technologických novinek.

Útlum výroby elektřiny v uhelných elektrárnách, rozvoj datových center a umělé inteligence, elektrifikace dopravy nebo modernizace průmyslu. I kvůli tomuto výhledu dál roste význam stabilních bezemisních zdrojů, zahrnujících jak připravované nové jaderné zdroje, tak i dlouhodobý provoz stávajících jaderných elektráren Dukovany a Temelín. U nich teď ČEZ oznámil záměr provozovat je až 80 let.

„Až osmdesátiletý provoz jaderných elektráren není jednorázové rozhodnutí. Je to výsledek dlouhodobé práce založené na pravidelném hodnocení stavu zařízení, rozsáhlých modernizačních programech a zajištění plnění bezpečnostních požadavků. Součástí celého příběhu jsou přitom nové technologie, které aplikujeme nebo si sami vyvíjíme,“ uvedl člen představenstva a ředitel divize jaderná energetika Bohdan Zronek.

V průměru počítá společnost ČEZ s každoroční investicí do jaderných elektráren ve výši 10–12 miliard korun. Ty jsou mj. zaměřeny na obnovu technologických celků, modernizaci řídicích systémů, diagnostiky nebo posilování bezpečnostních prvků, včetně nákladů na vývoj a pořízení jaderného paliva. Už v minulých letech se přitom díky modernizacím zařízení podařilo bezpečně zvýšit výkon obou českých jaderných elektráren. České jaderné zdroje mají dnes o cca 500 MW vyšší výkon než v době svého uvedení do provozu.

Zronek na úterním setkání s novináři uvedl, že zprávu je třeba zasadit do širšího kontextu. „Reagujeme na to, jak se vyvíjí předpokládaná spotřeba ve světě, aktuálně se předpokládá růst spotřeby někde mezi třemi a čtyřmi procenty, spíše ke čtyřem procentům. Velká část toho je o Číně, ale růst spotřeby se předpokládá všude. Jde o ekvivalent 130 temelínských bloků. Celý trend dekarbonizace je v podstatě převlečená elektrifikace. My na to reagujeme, zvýšili jsme výkon dukovanských bloků, prodloužili jsme palivové cykly jak v Dukovanech, tak v Temelíně, ale také využíváme různá drobná opatření, která nám umožňují zefektivnit výrobu,“ vysvětlil Zronek s tím, že cílem je výroba nad 32 terawatthodin ročně.

„Nejde to úplně automaticky, je třeba se dívat, jak vypadají bezpečnostní požadavky na chod elektráren. My jsme se dostali na úroveň 3, jsme schopni řešit extrémní podmínky, mrazy či vedra, jsme schopni se o sebe postarat, pokud budeme odstřiženi od okolního světa. Přicházejí možnosti mnohem lépe řídit provoz a výrobu,“ uvedl Zronek.

Mezi příklady inovací nových technologií v českých jaderných elektrárnách Zronek zmínil světově unikátní digitalizaci údržby a provozu, kdy se ČEZu podle jeho slov podařilo vytvořit komplextní systém a v podstatě se zbavit papíru.

Zásadní inovací jsou tzv. „3D dvojčata jaderných bloků, která slouží k plánování různých prací. Exekutivní manažer IT jaderné divize Miroslav Choura uvedl, že první pokus o podobný model proběhl už v 90. letech. „Od roku 2019 se přikročilo k technologii laser-scanu, 3D model vytváříme maximálně vlastními silami, ale kde nám chybí ruce, tak si pomáháme dceřinnými společnostmi, jako je Škoda Jaderné strojírenství,“ řekl Choura.

Dodal ale, že se nemění princip, že konečné rozhodnutí a odpovědnost nese kvalifikovaný odborník. „Nové technologie jsou nástrojem podpory lidí, nikoli jejich náhradou,“ uvedl Choura s tím, že to platí i v případě umělé inteligence. Ta pomáhá operátorům například optimalizovat nastavení pomocných systémů nebo vyhodnocovat provozní data a výsledky kontrol.

Významnou roli při zajištění bezpečného provozu hrají i pokročilé metody diagnostiky a kontroly zařízení. České jaderné elektrárny využívají digitální rentgeny, špičkové ultrazvukové metody, automatizované vyhodnocování dat nebo specializované robotické systémy.

„Tyto nástroje nám umožňují s mimořádnou přesností sledovat stav zařízení, včetně tlakových nádob reaktorů, potrubních systémů, parogenerátorů a dalších bezpečnostně významných komponent. Díky tomu můžeme plánovat dlouhodobý provoz i potřebnou údržbu nebo modernizace,“ doplňuje ředitel útvaru kvalita jaderné divize Zdeněk Čančura.

Velkým posunem prochází rovněž oblast svařování. Moderní automatizované systémy dokážou pracovat nepřetržitě po mnoho hodin a zajišťují vysokou kvalitu i opakovatelnost výsledků. Současně se do praxe zavádějí nové metody a materiály povrchových úprav a oprav materiálů, například metoda Cold Spray nebo moderní laserové svařování nebo čištění zařízení.

Na setkání s novináři hovořil například o manipulátoru, který kontroluje tlakové nádoby reaktorů, jež během provozu elektrárny nejdou vyměnit. „U tlakových nádob reaktoru sledujeme životnost, máme technologii žíhání, která může vrátit původní vlastnosti materiálů tlakových nádob a bez problémů je pak můžeme používat těch 80 let. Bez správných lidí, kteří je umí používat, jsou vám ale technologie k ničemu. Dalším důležitým a obtížně vyměnitelným prvkem jsou parogenerátory,“ poukázal Čančura. „Máme spoustu metod pro zkvalitnění materiálu, například Laser Shock Peening, který umožňuje zpevnit materiál a z tahového napětí udělat tlakové,“ dodal.

Stále větší význam získává také moderní 3D tisk náhradních dílů a komponent. České jaderné elektrárny dnes využívají 3D tisk nejen pro výrobu pomocných přípravků, ale i náhradních dílů včetně kovových součástí. Díky tomu lze pružně reagovat na potřeby provozu a zajistit položky, které již například nejsou běžně dostupné na trhu. Podle Čančury totiž občas některé komponenty nejsou k dispozici u původního výrobce, někdy dokonce nejsou k dostání vůbec.

Bohdan Zronek dodal, že dlouhodobý provoz jaderných elektráren znamená vysoce komplexní proces. „Vždy je největší prioritou bezpečnost. Nasazení nových technologií může trvat roky, nám se ale daří nové technologie implementovat v řádu měsíců. Musíme rozvíjet i naše lidi. To, co stačilo umět a zvládat před několika lety, už dnes nestačí. Budujeme know-how u sebe doma, využíváme úplně nové kompetence a servis si nemusíme kupovat z vnějšího světa. Držíme know-how, takže nejsme závislí na tom, že nám někdo něco prodá a za kolik,“ uzavřel Zronek.

Jaderné elektrárny Skupiny ČEZ v uplynulých letech postupně přešly na prodloužené palivové kampaně. V Dukovanech je od roku 2024 standardem šestnáctiměsíční palivová kampaň, kdy provoz bloků mezi odstávkami trvá čtrnáct měsíců a následuje více než měsíční odstávka. Přechod na delší, konkrétně osmnáctiměsíční palivovou kampaň, letos dokončí i Temelín. V jeho případě to znamená šestnáct měsíců provozu a přibližně dva měsíce odstávky. Druhý blok temelínské elektrárny v tomto režimu už pracuje, první blok do konečné fáze delší palivové kampaně přejde na podzim letošního roku. Cílem těchto změn je zvýšení celkové výroby elektřiny, efektivnější využití jaderného paliva a nižší zatížení technologie díky stabilitě provozních parametrů.

Od začátku roku elektrárny Dukovany a Temelín vyrobily 19,5 terawatthodin elektřiny. Jde o zdroje, které v České republice produkují největší množství čisté elektrické energie a podílí se tak výraznou měrou na bezemisní výrobě Skupiny ČEZ. Ročně se díky jaderným elektrárnám nevypustí do ovzduší přibližně dvě desítky milionů tun CO2.