Drago Babič

Letos se bomo na referendumu odločali, ali bomo v Sloveniji gradili nove jedrske elektrarne. Javnost upravičeno pričakuje, da bo pred tem čim bolj podrobno seznanjena s problematiko take izgradnje, da bodo državljani na referendumu lahko kompetentno odločali. V seriji člankov bomo to problematiko predstavili na strokoven, vendar poljuden način s ciljem informirati čim širši krog državljanov. Željen je odziv bralcev, tako da bomo vedeli, ali ta cilj dosegamo.

Po podatkih IAEA v svetu trenutno obratuje 416 jedrskih elektrarn s skupno električno močjo (vse v tekstu navedene moči se nanašajo na električno moč) 375 GW, ki so v letu 2022 proizvedle 2.487 TWh električne energije, kar predstavlja 9,4% celotne svetovne proizvodnje elektrike. Največ jih obratuje v ZDA, 94, 56 v Franciji in na Kitajskem, 36 v Rusiji. Po deležu jedrske energije v skupni proizvodnji elektrike prednjači s 63% Francija, nato Slovaška z 59% ter Madžarska in Belgija s po 47%. V ZDA, ki ima največje število jedrskih elektrarn, je njihov delež 18%. V Sloveniji je z eno elektrarno ta delež 43% (upoštevana vsa proizvodnja NEK), z dvema bo ob bistveno večji skupni proizvodnji narasel na 63%.

Večina elektrarn je stara okoli 40 let, najstarejše obratujejo že 55 let. Prvotno so bile te elektrarne grajene za življenjsko dobo 40 let, vendar jim lastniki s posodobitvami  podaljšujejo obratovanje na 60 let, nekaterim (v Švici in ZDA) že čez to dobo. Novejše elektrarne imajo življenjsko dobo 60 let.

Začasno je zaustavljenih 25 jedrskih elektrarn, največ na Japonskem, 21, kjer jih po varnostnih posodobitvah zaradi nedavnega potresa in cunamija, postopoma vklapljajo v omrežje. Dokončno je v svetu prenehalo obratovati 210 elektrarn s skupno močjo 106 GW. Večinoma so to bile starejše, manjše elektrarne s tehnološko zastarelimi reaktorji, razen v Nemčiji, kjer so po politični odločitvi zaustavili 33  dobro delujočih elektrarn z močjo 26 GW, večina bi jih lahko obratovala še danes.

Že za nadomestitev obstoječe flote bo potrebno v naslednjih 25 letih zgraditi okoli 300 GW sodobnih jedrskih elektrarn, za doseganje podnebne nevtralnosti po zavezah COP 28, ki smo jih podpisali tudi mi, pa bo potrebno kapacitete jedrskih elektrarn  potrojiti. To pomeni izgradnjo za 1.000 GW novih jedrskih elektrarn do leta 2050, to je 40 GW letno, kar je zajeten podvig.

Po zastoju v izgradnji elektrarn pred 30 leti se je gradnja novih v zadnjih 14 letih pospešila, zgrajenih je bilo 83 jedrskih elektrarn z močjo 85 GW, v glavnem v Aziji. Še v gradnji je dodatnih 59 jedrskih elektrarn s skupno močjo 62 GW. Na zahodu se v Evropi gradijo le tri nove jedrske elektrarne, vse po francoski tehnologiji EPR 1600, v ZDA nobena več (dve sta bili pred kratkim končani), večina se jih gradi v Aziji in Rusiji, tudi v Afriki (Egipt 4). Daleč največ, 25 z močjo 26 GW, se gradi na Kitajskem.

Med različnimi tehnologijami jedrskih elektrarn prevladujejo lahkovodni tlačni reaktorji (označeni z angleško kratico PWR – pressurized light water moderated and cooled reactor), ki pri obratujočih elektrarnah dosegajo 78%-ni delež, pri novogradnjah celo 90%. Preostalih 10% zajemajo vrelni reaktorji s kratico BWR – boiling light water cooled and moderated reactor (2 na Japonskem), reaktorji na težko vodo PHWR – pressurized heavy water moderated and cooled reactor (2 v Indiji) ter hitri oplodni reaktorji  FBR – fast breeder reactor (4 v Rusiji, Indiji in na Kitajskem). Za prihodnost jedrske energije je pomemben tip FBR, ki med proizvodnjo elektrike omogoča predelavo iztrošenega goriva iz ostalih reaktorjev v novo gorivo, kar bo omogočilo desetkrat boljši izkoristek uranove rude in s tem zagotovilo dovolj goriva za predviden razvoj iz novih elektrarn. Na ta način  se bomo tudi znebili visoko radioaktivnih odpadkov, tako da globoko geološko shranjevanje visoko radioaktivnega odpadka v bodoče ne bo več potrebno, oziroma v manjši meri.

Za našo uporabo v JEK2 bo primerna čim bolj preizkušena in zanesljiva tehnologija, to je tehnologija lahkovodnih tlačnih reaktorjev (PWR), po kateri deluje tudi obstoječi reaktor v Krškem. Za to tehnologijo je v svetu največ ponudnikov, ki imajo razvite in preizkušene jedrske elektrarne. Ti prihajajo iz Rusije, ZDA, Francije, Južne Koreje in Kitajske, v Kanadi, ki ima PHWR tehnologijo, še razmišljajo o prodaji, zaenkrat obnavljajo obstoječe reaktorje. Največji in najuspešnejši proizvajalec  je ruski Rosatom s 27 reaktorji v izgradnji oziroma izgrajenih pred kratkim po celem svetu, v glavnem tipa VVER 1200 z močjo 1,2 GW bruto. Francoski EDF (prej Areva) je v zadnjih letih zgradil oziroma še gradi 6 reaktorjev tipa EPR 1600 z močjo 1,6 GW bruto, ameriški Westinghouse je zgradil štiri reaktorje tipa AP 1000 z močjo 1,2 GW bruto na Kitajskem in dva v ZDA, na Kitajskem se gradi še sedem takih reaktorjev po licenci (CAP 1000). Korejski KHNP je pred kratkim zgradil oziroma še gradi 10 reaktorjev tipa APR 1400 moči 1,4 GW bruto (štiri v tujini). Kitajci so po lastni konstrukciji HPR 1000 zgradili 7 reaktorjev, še 12 jih gradijo.

Vsi ti proizvajalci, razen Kitajcev, so z novimi projekti aktivni tudi v Evropi. Rosatom bo gradil dva reaktorja na Madžarskem, EDF bo gradil v Angliji poleg dveh v Hinkley point C, ki sta v gradnji, še dva reaktorja v Angliji in do šest doma v Franciji, Westinghouse je podpisal pogodbe za izgradnjo treh na Poljskem in enega v Bolgariji. Edino KHNP zaenkrat ostaja pri ponudbah na Poljskem in Češkem, podpisane pogodbe za izgradnjo svojega tipa elektrarne v Evropi še nima.

Poseben primer so Kitajci, ki so v preteklosti kupovali reaktorje po vseh v svetu uveljavljenih tehnologijah in proučili katere so za njih najprimernejše. Tako so kasneje od nekaterih zahodnih proizvajalcev odkupovali licence za lastno proizvodnjo, v začetku za 2. generacijo reaktorjev od francoskih proizvajalcev (CPR 1000), v novejšem času za Westinghousov reaktor (CAP 1000), ki je reaktor 3. generacije z izboljšanimi varnostnimi sistemi. Ko so dobro preučili tuje tehnologije, se naučili kako jedrske elektrarne hitro in poceni graditi in ko so vzpostavili domače dobaviteljske verige, so na osnovi reaktorja CRP 1000 razvili svojo tehnologijo 3. generacije z izboljšanimi varnostnimi sistemi (Hualong 1 oz. HPR 1000 z močjo 1,2 GW bruto), po kateri sedaj doma gradijo največ reaktorjev. Te tudi prodajajo in ponujajo v tujino (v Pakistanu dva reaktorja). Tako sedaj na Kitajskem med 25 novogradnjami prevladuje domači HRP 1000, nato sledi Westinghousov licenčni CAP 1000 s 7, poleg teh gradijo še štiri Rosatomove reaktorje VVER 1200 V-491. Po ruski licenci gradijo še dva hitra oplodna reaktorja na Natrij kot hladilo (CFR600), pred kratkim so zgradili manjši visokotemperaturni plinski reaktor s helijem kot hladilom HTR-PM z električno močjo 200 MW in mali modularni reaktor ACP 100 z močjo 100 MW. Te tri tehnologije omenjam, ker bi v bodočnosti lahko bile zanimive za nas.

Za izbiro primernega reaktorja po tehničnih kriterijih je najbolj pomembna zanesljivost obratovanja določenega tipa reaktorja. To se meri z izkoristkom delovanja (operational factor), ki smo ga izračunali za 3 do 4 novejše reaktorje, ki redno obratujejo. Ti so za francoski EPR 1600 80,4 %, za Korejski APR 1400 80,5 %, za kitajski HPR 1000 85,7%, za Rosatomov reaktor V-491 86,3 % in za Westinghousov AP 1000 89 %.

Poleg zanesljivosti obratovanja je pomemben čas izgradnje, ki nam pove, ali je tehnologija racionalno načrtovana in kakšna je usposobljenost graditeljev, kar oboje zelo vpliva na končno ceno. Zanimivo je, da je bil čas izgradnje za iste reaktorje na Kitajskem krajši od tistih v Evropi in ZDA. Tako se je gradil en EPR 1600 na Finskem 18 let, drugi evropejski v Flamannvilu v Franciji se gradi že 17 let, pa še ne obratuje (naj bi ga zagnali letos), na Kitajskem pa so zgradili dva taka reaktorja v 9 letih. Pri Westinghousovem AP 1000 je manj razlik, v ZDA sta se dva gradila 10 let (dva so opustili med gradnjo zaradi zamud in podražitev), na Kitajskem so postavili štiri v povprečno 9 letih. Korejski reaktor APR 1400 so Korejci gradili v tujini 9 let, doma 10 let. Tudi pri Rosatomovih reaktorjih je presenetljiva hitrost gradnje na Kitajskem. Tam so zgradili zadnje tri v povprečno petih letih, v Rusiji pa je to trajalo 8 do 10 let. Tudi pri lastni konstrukciji HPR 1000 so Kitajci hitri, zgradijo ga v 6 letih.

Tretji tehnični kriterij je razvitost oziroma lastna proizvodnja sestavnih delov, predvsem za jedrski otok, ki zajema varnostni hram z reaktorjem, črpalkami primarnega kroga, paro razvijalci in ostalo tehnično in varnostno opremo primarnega kroga. Ostali del elektrarne (turbina in generator, hladilni sistem, transformatorji) je isti kot pri klasičnih termo elektrarnah, za kar obstaja več proizvajalcev in dobavljivost ni problematična.

Zelo zahteven je postopek izgradnje obrata 3. generacije. S proizvodnjo opreme je običajno povezana sposobnost montaže te opreme, ki jo izvajajo proizvajalčevi pooblaščeni monterji. Pri jedrskih elektrarnah je zaradi povečanih varnostnih zahtev (neprebojni in plinotesni varnostni hram, visoka protipotresna varnost, procesni varnostni sistemi) gradbena izvedba tehnično zahtevna, zato draga, lahko tudi povzroča zamude pri izgradnji in s tem podražitve. Ravno zamude pri izgradnji, nastale zaradi neusklajenosti izdelave načrtov, nato opreme in same gradnje, oziroma neustrezne usposobljenosti izvajalcev, so glavni razlog za zamude in podražitve pri projektih v Evropi in ZDA v zadnjih letih.

Če povzamemo, so v zadnjih letih po svetu največ reaktorjev po lastni tehnologiji prodali in zgradili (ali še gradijo) Rusi z Rosatomom (VVER), 27, nato Kitajci z lastnim načrtom Hualong 1 (HPR 1000) 19, nato ameriški Westinghouse (skupaj s kitajsko licenco) 13 reaktorjev, sledi korejski KHNP z desetimi, nato francoski EDF s šestimi.      

Po zanesljivosti obratovanja prednjači Westinghousov AP 1000, kar pove, da je načrt dober, nato kitajski HPR 1000, nekoliko zaostajata korejski AP 1400 in evropski EDF 1600.

Pri hitrosti izgradnje Evropejci in Američani zaostajajo za Kitajci in Korejci, kar je predvsem posledica prekinitve kontinuirane izgradnje in izgube kadrov v času, ko je bila jedrska energija na zahodu v nemilosti in propaganda »zelenega prehoda« z obnovljivimi viri na višku.  Zato so glede hitrosti izgradnje v prednosti Kitajci, nato Korejci, sledi Westinghouse, močno zaostaja EDF.

Glede kompletnosti v proizvodnji opreme imajo vsi ponudniki, razen Westinghousa, zaključene proizvodne verige sestavnih delov, v glavnem v okviru matičnih firm. Westinghouse zaenkrat ad hoc, v odvisnosti od projekta, sestavlja proizvodne verige. Zato je ponekod, kjer je prisotna domača težka kovinska industrija, možno večje sodelovanje domačih ponudnikov sestavnih delov, kot na primer na Poljskem in na Češkem. Kjer to ni možno, Westinghouse išče kooperacijo s Korejskimi proizvajalci opreme, kot denimo v Bolgariji.

Za učinkovito izgradnjo je ključna usposobljenost investitorja, da izvaja kvalitetno vodenje, koordiniranje in nadzor celotnega procesa izgradnje. Tam, kjer je to zagotovljeno, so časi izgradnje krajši in končna cena obrata blizu načrtovani. Iz podatkov o izgradnjah obratov po celem svetu lahko sklepamo, da imajo Kitajci najbolje organizirano izvedbo gradnje jedrskih elektrarn. Zato  je običajno cena izgradnje za projekte na Kitajskem okoli 3 mio/MW, čas od prve lopate na gradbišču do rednega obratovanja pa do 6 let. V Evropi in ZDA bomo zelo zadovoljni, če bo končna cena dvakrat višja in čas izgradnje ne bo daljši od 8 let.

Vendar o teh stvareh podrobneje v naslednjih člankih.