Urán – spoľahlivý zdroj pre výrobu elektriny
Tlačový servis / 08. 06. 2010, 00:00
Vedci a ekonómovia sa zhodujú, že význam elektrickej energie v budúcnosti porastie. Napriek tomu, že klasický princíp výroby elektrickej energie má už takmer 150 rokov, tak sa od svojich počiatkov výrazne nezmenil. Či už je palivovým zdrojom uhlie, zemný plyn alebo jadrové palivo, energia uvoľňujúca sa z paliva zohrieva vodu na horúcu paru, ktorá pod tlakom poháňa turbínu a generátor, a tak mení získanú tepelnú energiu na elektrickú. Účinnosť tejto premeny je približne tretinová. Efektívne využitie vyprodukovanej tepelnej energie je už roky výzvou pre vedcov a konštruktérov energetických zariadení.
Tepelné a paroplynové elektrárne spaľujú množstvo primárnych surovín, preto sú na výrobu elektrickej energie z uhlia či zemného plynu nevyhnutné kontinuálne dodávky paliva alebo jeho veľké zásoby. Naopak, jadrové elektrárne využívajú vysoko koncentrovanú energiu jadrového paliva, ktoré je potrebné kompletne vymeniť iba raz za 3 až 5 rokov, takže pri jeho aktívnom využívaní nehrozí nijaká obdoba plynovej či ropnej krízy.
Na konci svetlo
Zdroj: Palivová spoločnosť TVEL
Obr.: Cyklus výroby jadrového paliva v Rusku
Žltá – Ťažba uránovej rudy
Fialová – Závody, ktoré sú súčasťou Palivovej spoločnosti TVEL a podieľajú sa na výrobe komponentov a palivových kaziet v rámci produkčného cyklu
Zelená – Recyklácia a uskladnenie jadrového paliva ostatnými spoločnosťami, ktoré sú súčasťou výrobného cyklu
Cesta k jadrovému palivu sa začína ťažbou uránovej rudy, ktorá sa používa na výrobu elektrickej energie takmer vo všetkých existujúcich jadrových reaktoroch po celom svete. Hoci sa ruda v nízkych koncentráciách bežne vyskytuje v horninách a morskej vode, len malá časť je nám dostupná pre klasickú ťažbu a ďalšie spracovanie.
Ešte aj v súčasnosti sa často vyskytujú obavy z produkcie jadrového paliva a súvisiacej rádioaktivity. Je potrebné uvedomiť si, že rádioaktivita je prirodzený jav, ktorý sprevádza ľudstvo od nepamäti. Stupeň rádioaktivity vyťaženého uránu je zanedbateľný a neohrozuje zdravie človeka. Pri zachovaní všetkých bezpečnostných opatrení určených medzinárodnými štandardmi je celý proces výroby jadrového paliva od ťažby uránu až po výrobu palivových kaziet úplne bezpečný.
Vyťažená uránová ruda prechádza viacerými fyzikálno-chemickými procesmi, až sa z nej získa tzv. žltý koláč, ktorý tvorí zlúčenina vo forme oxidu uránu, U3O8. Koláč sa ďalej pretvára až na uránový kov vo forme keramického dioxidu uraničitého, UO2, ktorý sa lisuje do valcovitých tabliet a plní do palivových tyčí. Tyče usporiadané do šesťuholníka, či štvorca tvoria hotovú palivovú kazetu.
Zdroj: Slugeň, Vladimír, Analýza prednej a zadnej časti jadrového palivového cyklu, Bratislava, November 2009
V slovenských jadrových elektrárňach sa napríklad používa šesťuholníkové modernizované jadrové palivo typu Gd-II a vyhorievajúcim absorbátorom vo forme Gd2O3, dodávané ruskou palivovou spoločnosťou TVEL pre reaktory typu VVER. Umožňuje zvýšiť ekonomickú efektivitu vďaka väčšej hĺbke vyhorenia paliva a dlhším až 5 ročným cyklom.
Čerstvé palivové kazety sú prevezené z uzla čerstvého paliva do reaktora, kde plnia svoju úlohu počas troch až piatich rokov v závislosti od typu reaktora. Počas tohto obdobia sa určité množstvo atómov štiepi a energia získaná zo štiepnej reakcie sa využíva na výrobu tepelnej a následne elektrickej energie.
Uskladnenie vyhoreného paliva
Aj keď je vyhorené palivo na pohľad rovnaké ako to čerstvé, po vytiahnutí z reaktora emituje ešte stále vysoký stupeň radiácie. Vyhorené jadrové palivo produkuje i naďalej významné množstvo tepla z rádioaktívneho rozpadu štiepnych produktov. Preto sú použité palivové kazety ešte niekoľko rokov skladované v bazéne vyhoreného paliva pri reaktore, ponorené niekoľko metrov pod hladinou vody. Voda poskytuje dostatočnú ochranu proti žiareniu a tiež zabezpečuje dobrý odvod vyprodukovaného tepla.
Ochladené palivo je následne uložené do kontajnerov a odvezené na ďalšie spracovanie a recykláciu, či uloženie. Vyhorené palivo je transportované po ceste, železnici alebo mori do dočasného skladu a následne do recyklačných, prípadne spracovateľských závodov. Transportné kontajnery pre vyhoreté jadrové palivo musia spĺňať bezpečnostné kritériá aj v prípade ťažkej havárie alebo požiaru. Ich dizajn je konštrukčne dobre prepracovaný a technicky overený.
Svetoví odborníci sa zhodujú, že pre definitívne uloženie rádioaktívneho odpadu sú vhodné jedine úložné priestory budované v hlbinných geologických úložiskách. Tento prístup je v mnohých krajinách ako je Švédsko, Švajčiarsko, Fínsko, či Francúzsko už rozpracovaný, doložený bezpečnostnými rozbormi a výsledkami skúšok v podzemných laboratóriách. Napríklad podzemné laboratórium v lokalite Bure (severo-východné Francúzsko) potvrdilo vhodnosť tejto lokality na výstavbu rozsiahleho hlbinného úložiska v hĺbke cca 500 m žulovej skaly.
Úvahy o vybudovaní hlbinného úložiska na území Slovenska sú aktuálne, nakoľko Slovensko ako producent vysokoaktívneho rádioaktívneho odpadu je povinné zabezpečiť i jeho trvalé uloženie. Keďže vybudovanie úložiska je finančne pomerne náročné, pre Slovensko sa zdá byť najvhodnejšie zapojiť sa do medzinárodnej spolupráce a poučiť sa zo stratégie nakladania s jadrovým odpadom Ruska, Francúzska, Švédska, či Fínska. Tieto štáty majú bohatú históriu a rozsiahly výskumný program orientovaný na mierové využívanie jadrovej energie v Európe.
Obr.: Predstava hlbinného geologického úložiska rádioaktívnych odpadov
Zdroj: Slugeň a kol.: Jadrovo-energetické zariadenia. Skriptum FEI STU, 2004