Marian NANIAS: Najvzdialenejšia jadrová elektráreň od civilizácie na svete

Náš historicky známy, mimoriadny technicky progresívny a úspešný Československý podnik „První Brnenská Strojírna“na JE Bilibino dodala špeciálne “na mieru” vyrobené tepelné turbíny s generátormi, ktoré bezproblémovo slúžia od samého začiatku až dodnes.

Málokto asi tuší že na tejto jadrovej elektrárni za polárnym kruhom, dodnes funguje časť hlavného technologického zariadenia z bývalého Československa.

V doline rieky Kolyma je Bilibinská oblasť, ďaleko za polárnym kruhom, ktorá administratívne patrí do Čukotského autonómneho okruhu. Podľa historických údajov, práve tu prebehlo prvé stretnutie ruských bádateľov, ktorí brodili ešte dovtedy neznámymi teritóriami s domácim obyvateľstvom – národom „Čukčov“.  Obrovské priestranstvá zostávali ešte dlho nedostatočne preskúmané, a najväčšie atrakcie vtedy boli jarmoky, kde si Čukčovia vymieňali tovar (hlavne kožušiny) za iné lacné ruské taľafatky, predstavujúce pre Čukčov civilizáciu.

Zmenilo sa to v polovici XX. storočia, keď v roku 1941 v rieke „Malyj Aňjuj“ našli kúsky zlata, a v roku 1955 už priamo plánovaná geologická rozviedka našla veľký zdroj roztrúseného zlata v doline rieky „Karaľvám“. Pochopiteľne, že dobývanie zlata navždy určilo osud regiónu.

Veľmi rýchlo začali budovať základnú infraštruktúru – vybudovali provizórnu cestu, postavili pristávaciu plochu pre lietadlá АН-2, a objavilo sa stanové mestečko a začali budovať ubikácie pre ľudí. V roku 1956 pomenovali miesto na počesť známeho sovietskeho geológa – Jurija BILIBINA, ktorý sa práve asi najviac zaslúžil o ťaženie zlata za Polárnym kruhom. Po určitom čase sa Bilibino stalo malým mestečkom, a v roku 1961 okresným centrom, a okres bol premenovaný na Bilibinský.

 

Nutné nové silné energetické centrum

V polovici šesťdesiatych rokov minulého storočia sa už v tejto oblasti začala naozaj aktívna ťažba zlata, kam sa sťahovali špecialisti a pracovníci. Bol to značný rozmach a k tomu všetkému bolo potrebné veľké množstvo elektrickej energie. Jeden z dôležitých dôvodov bola práve špecifická forma dobýjania zlata. Ako sme už spomenuli, zlato sa tu nachádza v roztrúsenej forme na povrchu, alebo tesne pod ním. Na jeho extrakciu (na rozdiel od nových zlatých baní napríklad „Kupol Gold Mine“, ktoré sú 300 km od Bilibina a prístupné len vrtuľníkom – 1,5 hodiny letu z Bilibina, kde je už používané chemické technológie), sú v pôvodnom dobýjaní tu používané obrovské vodné kanóny, ktoré striekajú vodu do zamrznutej zeminy a tým umožňujú aby bolo z nej zlato uvolňované mechanicky. Lenže tieto kanóny nepracujú stále, ráno ich pracovníci pustia, a večer zase odstavia. A teda, vážnym technickým problémom tu bolo (a stále je) aj to, že Čukotka je úplne mimo jednotného energetického systému bývalého ZSSR. Museli technicky vyriešiť aj základný energetický problém uzatvorenej izolovanej (ostrovnej) sústavy, kde si sústava sama musí regulovať nielen záťaž (teda koľko bude vyrobenej energie) ale aj samo-regulovať svoju vlastnú frekvenciu! Tento problém bežné obyvateľstvo bežných štátov (napríklad aj u nás) v súčasnosti vpodstate už vôbec nepozná a ani o ňom netuší (čo je veľmi dobre).

No a to že Bilibino sa nachádza príliš ďaleko  od priemyselných centier, prístavov a hlavných diaľnic, spôsobovalo zase, že aj dodávky akýchkoľvek pohonných hmôt tam boli ťažké a mimoriadne ekonomicky nákladné.

To všetko viedlo k rozhodnutiu Rady ministrov ZSSR č. 744-279 (z 8. októbra 1965) o projektovaní, a č. 800-252 (z 29. júna 1965) o začatí výstavby novej jadrovej elektrárne – prvej v Arktíde a najsevernejšej v Rusku.

Samozrejme, aj v prípade jadrovej elektrárne je potrebné z času na čas dodávať palivo, ale na rozdiel od uhlia, ktoré by si vyžiadalo 200 tisíc ton uhlia ročne, jadrová elektráreň spotrebuje počas rovnakého obdobia iba asi 40 ton jadrového paliva. Najbližšie severné prístavy sú však aj tak vzdialené aspoň 300 či 550 km, pričom tam prakticky neexistujú žiadne (v našom ponímaní) cesty.

Aj keď ZSSR už v tom čase mala skúsenosti s projektovaním a prevádzkou malých jadrových zdrojov (čo je v dnešných dobách, takmer po pol storočí opať obrovským boomom vo svete), veď svoju prvú ASMM TEC-3 (autonomnaja stancia maloj moščnosti) spustili už v roku 1961, ako aj s demonštračnou ASMM ARBUS (Arktičeskaja Reaktornaja Bločnaja Ustanovka) v rokoch 1961-63, tento krát to bola to úplne nová úloha – po prvýkrát mala byť priemyselná jadrová elektráreň postavená mimo dostupných transportných cestných či námorných ciest, v extrémne krutých podmienkach Arktídy, a preto boli na ňu kladené najvyššie požiadavky na spoľahlivosť. Veď zima v tamojších podmienkach je 8 mesiacov v roku, kedy teploty často klesajú až do mínus 60 stupňov Celzia.

Jadrová elektráreň plná unikátnych riešení

 

Projektanti JE Bilibino vsadili na čo najjednoduchší dizajn – takže väčšina konštrukcií mohla byť vyrábaná v kľúčových priemyselných podnikoch aj ďaleko od regiónu.

Stavebný projekt JE mal byť zhotovený z kovových konštrukcií, ktoré by zabezpečili väčšiu pevnosť budov a zároveň by sústredili všetky technické štruktúry pod tú istú strechu, s cieľom zjednodušiť udržiavanie požadovanej teploty v priestoroch v krutom prostredí Arktídy. Ako spomínal hlavný inžinier projektu, Leonid Gurevič, “nikto z nás tam predtým nebol, a okolo tejto oblasti sa šírili najrozsiahlejšie fámy.” Experti však na mieste nenašli žiadnu konkrétnu exotiku, ale narazili na mnoho stavebných problémov. “V prvom rade sme hľadali vhodnú lokalitu, pretože terén je hornatý kde neexistovali bežne ploché miesta. Nakoniec bolo nájdené vhodné miesto asi tri kilometre od mesta Bilibino”.

Pri projektovaní JE žiadali konštruktéri (ATEP, Suchov) aby nedochádzalo k prehriatu pary (v tom čase spúšťali bloky na Belojarskej JE, kde mali s prehrievaním pary problémy). Táto požiadavka však tak rozzúrila (nám už známeho) akademika Dolležala, že sa odmietol ďalej podieľať na tomto projekte. Projekt bol preto daný inej konštrukčnej kancelárii „Energoblok“ Leningrad pod vedením hlavného projektanta Bogdanova. Zdrojom vody pre JE Bilibino, je vytvorená vodná nádrž v doline riečky Ponneurgen. Nedostatok vody, hlavne v zime donútil projektantov riešiť problém chladiva úplne netradične – a to uzatvoreným okruhom, a chladením technickej vody pomocou výmenníkov tepla systémom: voda-vzduch použitím patentu „Heller-Forgó“ v suchých chladiacich vežiach. Tieto boli vymyslené, vyrobené ako aj dodané Maďarským inštitútom „Hoterv“. Ich obrovskou výhodou je že nemajú prakticky žiadne straty (ako je odparovanie v bežných chladiacich vežiach) a doplňuje sa iba to čo unikne netesnosťami.

A náš historicky známy, mimoriadny technicky progresívny a úspešný Československý podnik „První Brnenská Strojírna“ zase na JE Bilibino dodala špeciálne “na mieru” vyrobené tepelné turbíny s generátormi, ktoré bezproblémovo slúžia od samého začiatku až dodnes.

Technické riešenie JE Bilibino

 

Jadrová elektráreň má štyri relatívne malé reaktorové bloky (z dôvodu ľahšieho manévrovania uzatvorenej izolovanej energetickej siete a neskolabovania siete pri výpadku bloku).

JE vyrába a dodáva elektrickú energiu a taktiež tepelnú energiu na vykurovanie mesta Bilibino.

Jadrové reaktory sú typu EGP-6 (ktoré neexistujú nikde inde na svete). Jadrový reaktor EGP-6 je vodno-grafitový heterogénny typ kanálového typu.

Reaktor EGP-6 je vlastne zvlášť upravená verzia reaktorov AMB-100 a -200, vyvinuté NIKIETom, pod dohľadom IPPE, ktoré boli skúšané a prevádzkované v JE Belojarsk (ktoré však mali nútenú cirkuláciu). Moderátorom je teda grafit, a chladivom je voda – nasýtená para, ktorá sa vytvára priamo v kanáloch reaktora.

Celkove je systém chladenia reaktorov je riešený unikátne na prirodzenej cirkulácii!

Každý reaktorový blok (reaktor) má šesť cirkulačných slučiek.

Samotná konštrukcia reaktora je riešená tak, že pracovné technologické kanály sú umiestnené v grafitovom bloku. Reaktor má valcovitý tvar s priemerom 6 m a výškou 5,25 m. Skladá sa hlavne z grafitových blokov a v hornej časti liatinových blokov štvorcového prierezu. Centrálna časť grafitového bloku má priemer 4,1 a výšku 3 m. To je v podstate aktívna zóna reaktora, kde je 333 zvislých rúr s otvormi s priemerom 88,6 mm po celej výške, v ktorých je umiestnených 273 pracovných kanálov a 60 kanálov riadiaceho (regulačného)  a havarijného systému. Reaktor je uzavretý vo valcovo-uzatvorenom kryte. Tlak v primárnom okruhu je 6,4 MPa, a teplota na výstupe z reaktora je 280 stupňov Celzia.

Konštrukcia jadrového paliva pre reaktory EGP-6 je riešená rúrkovými palivovými článkami s oceľovým obalom umiestnenými v grafitových „rukávoch“. Zavážka uránu do reaktora je 7,1 tony. Váha uránu v jednej palivovej kazete je 25 kg. Typ jadrového paliva je oxid uránu dispergovaný v horčíkovej matrici, a typ zavážaných kaziet do reaktorov je TKD-3.0, TKD-3,6, a TKTD-3,0 s obohatením uránu 235 – 3, a 3,6 percent. Počet kaziet havarijnej ochrany je 60, pričom materiál je použitá oceľ obohatená až na 2 percentá izotopom Bóru 10.

Dodávky nového jadrového paliva sú zabezpečované letecky. Mimochodom, keď sme už spomenuli leteckú dopravu. Ani tá tu nie je jednoduchá. Letieť na Bilibino je možné iba v prípade, že sú paralelne k nemu zabezpečené navyše dve ďalšie rezervné letiská, ktoré by mohli prijať lietadlo v prípade havarijného zhoršenia počasia. Pokiaľ by to tak nebolo, hrozí že lietadlo bude musieť pristáť „niekde“ v tajge či tundre ak vôbec pristane hladko, a otázka prežitia posádky potom nikdy nie je istá.

Na zabezpečovanie dodávok tepla pre mestečko a podniky je použitý troj – okruhový systém, kde sa do ľudských bydlísk dostáva horúca voda až z tretieho – terciálneho okruhu s teplotou 65-70 stupňov Celzia. Jadrové bloky JE Bilibino, pracujúce v izolovanom energetickom systéme Čaun-Bilibino v autonómnej oblasti Čukotky a zabezpečujú do nej až 80% výroby elektrickej energie, reaktory sú projektované tak, že systematicky pracujú v režime premenlivého zaťaženia.

Dá sa povedať, že práve tento typ projektu sa ukázal ako pravdepodobne najúspešnejší zo všetkých sovietskych projektov malých blokov. Všetky štyri bloky JE Bilibino už v podstate úspešne ukončili svoju pôvodnú životnosť (30 rokov) a jej prevádzka bola predĺžená na ďalších 15 rokov.

Údernícka komsomolská stavba

V roku 1966 sa ústredný výbor Komsomolu zaviazal, že stavba JE Bilibino bude pod ich patronátom. Mladí ľudia začali dostávať na stavbu poukazy ako komsomolské poukážky. Jedna štvrť v meste Bilibino bola určená špeciálne pre mladých staviteľov, a v septembri toho istého roku tam už bolo postavených niekoľko desiatok montovaných domov. Výstavba vstúpila do aktívnej fázy v roku 1967, kedy začala výstavba hlavnej budovy a ďalších zariadení JE.  Hlavné montážne práce začali v roku 1969. Na stavbe pracovali odborníci z viac ako 50 podnikov ZSSR, ale aj krajín RVHP. Po dvoch rokoch tvrdej práce nakoniec spustili prvý reaktorový blok, a elektrická energia z JE Bilibino začala prúdiť do priľahlých osád a poháňať technologické zariadenia na dobýjanie zlata začiatkom roku 1974. Koncom roku nabehli druhý blok a o rok neskôr – tretí a do konca roku 1976 – posledný, štvrtý a JE začala vyrábať nielen elektrickú energiu, ale aj zabezpečovať pre okolité obyvateľstvo aj teplo. To čo predtým robilo niekoľko menších kotolní, teraz zabezpečuje centrálne elektráreň.

Niet ruže bez tŕňov

Aj na JE Bilibino sa vyskytlo niekoľko problémov. Prvé ťažkosti boli hlavne technicko-organizačné, veľmi špecifické, dokonca už pri spúšťaní blokov. Ale aj neskôr sa našlo pár ďalších problémov, napríklad:

– V roku 1991 došlo k nehode s poškodením vačšieho množstva trubiek v nádobe separátora;

– 10. júla 1991 došlo k úniku kvapalného rádioaktívneho odpadu počas prepravy do skladu (úroveň 3 stupnici INES);

– 20. septembra 1991 – boli opakované čiastočné úniky rádioaktívneho odpadu;

– 24. novembra 1995 – havarijné núdzové odstavenie a odpojenie blokov č. 1 a č. 2 zo siete v dôsledku úplnej straty vlastného napájania (úroveň 1 na stupnici INES); a

– 14. marca 1998 – nadmerná expozícia troch pracovníkov počas výmeny  jadrového paliva na 4. bloku (stupeň 3 na stupnici INES).

 

Vynikajúci riaditelia JE Bilibino

 

Na tomto unikátnom projekte pracovalo mnoho vydarených jadrových expertov, ale dovolím si spomenúť z nich aspoň dvoch.

Medzi riaditeľmi Bilibino bol aj napríklad Dr. Farit Timurovič Tuchvetov, (ktorého dizertačná práca bola práve v oblasti samoregulácie frekvencie izolovanej energetickej ústavy Bilibina), v súčasnosti  generálny riaditeľ celoruského jadrového výskumného inštitútu VNNIAES (F.T. Tuchvetov bol mimochodom v minulosti môj bývalý priamy nadriadený).

Druhým bol Michail Čudakov, v súčasnosti námestník generálneho riaditeľa MAAE (v minulosti môj kolega).

 

Posledné roky elektrárne

Napriek tomu, že prevádzka JE Bilibino je výrazne drahšia ako prevádzka iných jadrových elektrární, je pre Čukotku najspoľahlivejším a najvýkonnejším zdrojom energie. V posledných rokoch došlo síce k výraznému poklesu zaťaženia v dôsledku zatvorenia mnohých miestnych podnikov a čiastočnému obmedzeniu dobýjania zlata. V 70. rokoch sa uvažovalo o rozšírení JE, ale neskôr bola táto koncepcia pozmenená. Politické zmeny a dopad na hospodársku politiku v ZSSR a neskôr v Rusku mal vplyv aj na JE. Z predošlej úrovne využívania blokov na úrovni 85 percent to padlo v 80. rokoch na slabých cca 35 percent v r. 1995. Ďalšie malé elektrárne spojené v systéme mali tiež problémy. Na severo-západe v „Zelenom Myse“, bola plávajúca vodná elektráreň „Polárna žiara-1“, ale tú už odstavili. A druhá Čaunská elektráreň na severo-východe v prístave Pevek je v podstate už na hranici únosnosti „zodrania“ zariadenia.

Odstavovanie všetkých štyroch reaktorových blokov jadrovej elektrárne Bilibino je už naplánované, a malo by začať už veľmi skoro – už od budúceho mesiaca – decembra 2018 až do decembra 2021. Treba si však uvedomiť, (čo je medzi odborníkmi známou skutočnosťou), že vyradenie objektov ako je jadrová elektráreň je veľmi dlhé. Podľa platných noriem, zákonov, pravidiel a nariadení v jadrovej energetike je jadrová elektráreň v skutočnosti odstavená až potom, ako bude vyvezené jadrové palivo z elektrárne.

Dalo by sa teda povedať, že čakajú na priplávanie novej  plávajúcej JE „Akademik Lomonosov“.

Tu by možno bolo vhodné doplniť posledné novinky:

Podľa posledných informácií (30. novembra 2018) od námestníka generálneho riaditeľa Rosenergoatomu pána Pavla Ipatova, na novo budovanej plavajúcej JE Lomonosov úspešne pokračujú komplexné testy, a už oba jadrové reaktory dosiahli počas fyzikálneho spúšťania “kritickosť”.

Povedal doslovne, že “Tepelné a fyzikálne testy boli vykonané. V súčasnosti sa pripravujeme na spustenie turbínových zariadení, ktoré sa v týchto zariadeniach budú používať. Preto musíme uskutočniť fázu interdisciplinárneho testovania.”

Počas testu budú bloky pracovať až na 110% menovitého výkonu. Ale súčasne sa do siete nebude dodávať elektrická energia – do Murmansku bude dodané špeciálne zariadenie, ktoré umožní takéto odskúšanie turbogenerátorov s viac ako nominálnym výkonom.

“Okrem testov zostáva vykonať aj dokovanie lode: úplne ju vytiahneme z vody a vykonáme kontrolu jej spodnej časti. Po tom, niekedy v máji až júli, dokončíme konečné nátery.”dodal Pavel Ipatov.

Medzitým pokračuje aj výstavba pobrežnej infraštruktúry v prístave Pevek. V poslednej dobe bola dodaná posledná dávka stavebných materiálov. Bezpečnosť plávajúcej jadrovej elektrárne pomôže zabezpečovať aj Ministerstvo pre mimoriadne situácie RF.

Alexander Chupriyan, prvý námestník ministra, uviedol, že v Peveku bude vybudovaná a vytvorená špecializovaná protipožiarna stanica. Jej pravdepodobní vedúci sa už zúčastnili na stretnutí o problematike protipožiarnej ochrany plávajúcej jadrovej elektrárne Akademik Lomonosov, ktorá bola organizovaná v Murmansku. Špeciálna protipožiarna jednotka bude sformovaná ku koncu roka 2019.

 

+++++++

(Marian Nanias je jadrový inžinier ktorý prežil celý svoj profesionálny život v jadrovej energetike na rôznych pracovných postoch, od prevádzkovania jadrovej elektrárne až po ovplyvnovanie energetickej politiky na úrovni EU. Článok pôvodne vyšiel na blogoch SME)