V poradí už tretí koncept reaktora štvrtej generácie nesie názov vhodný skôr pre komiksového hrdinu. Super-kritickou vodou chladený reaktor, so svojím „super“ na začiatku, sa snaží evokovať kladné pocity a možno vzbudiť záujem o túto technológiu. Z pohľadu použitých prístupov a histórie je tento typ reaktora štvrtej generácie pravdepodobne najmenej „Super“. Netreba sa však zľaknúť zo začiatku trocha negatívnych informácií, pretože tým, že sa prebojoval medzi tých šesť vyvolených, určite v sebe skrýva potenciál, ktorý mu umožní zažiť si svojich päť minút slávy.
Z historického vývoja sú super-kritickou vodou chladené reaktory, tak povediac zakonzervované technológie. Mocnosti ako USA a Sovietsky zväz v 50-tych a 60-tych rokoch minulého storočia považovali tento typ reaktora za perspektívny, preto mu v tomto období venovali zvýšenú pozornosť. Z technologického hľadiska to najďalej dotiahol Sovietsky zväz, ktorý na svojom území postavil dve demonštračné jednotky, AMB-100 a AMB-200. S nástupom technológie tlakovodných a varných reaktorov sa však aj na tomto type reaktora vývoj pozastavil. Ten sa opätovne rozbehol len na pôde amerických univerzít. Čiastočne do programu vývoja technológií pre tento reaktor prispieva aj priemysel, pretože vysoká účinnosť a relatívne krátka dostupnosť nasadenia do reálnej prevádzky je stále lákavá.
V čom je teda tento typ reaktora „super“? Tento prívlastok získal na základe chladiaceho média, ktoré používa na prenos tepla vyrobeného v reaktore a na premenu tepelnej energie na elektrickú. V jednoduchosti môžeme povedať, že týmto médiom je voda, ale v skutočnosti nevieme rozlíšiť v akom skupenstve sa nachádza. Tým, že v reaktore sú nastavené podmienky nad kritickým bodom vody (nad 22 MPa a 374 °C), nie je možné ďalej rozlišovať medzi týmito dvoma skupenstvami.
Kritický bod vody tvorí hranicu kedy sa strácajú rozdiely medzi kvapalným a plynným skupenstvom. Obe skupenstvá majú rovnakú hustotu a teplo-technické vlastnosti, čím vytvárajú jednotné médium, ktorého názov sa stal aj základom označovania tohto typu reaktora: super-kritická voda.
Super-kritickou vodou chladený reaktor spája technológie a výhody tlakovodných a varných reaktorov s technológiou super-kritickej vody používanej v uhoľných elektrárňach. Pri použití jedno okruhovej varianty reaktora, kde nadkritická voda alebo jej parná časť je priamo privedená na turbínu, jadrová elektráreň dosahuje vysokú účinnosť premeny tepelnej energie na energiu elektrickú. Pre porovnanie, očakávaná účinnosť super-kritickou vodou chladeného reaktora by mala byť niekde okolo 50%, pričom na Slovensku jadrové elektrárne dosahujú účinnosť okolo 32%.
Z pohľadu bezpečnosti odpadajú niektoré negatívne vlastnosti oboch konceptov, tlakovodného aj varného reaktora. Použitie super-kritickej vody predchádza skokovým zmenám vo vlastnostiach chladiaceho média, keďže nenastáva zmena skupenstva v oblasti jadrového paliva, tak ako tomu je pri varnom reaktore. Zároveň jedno okruhová schéma reaktora redukuje množstvo komponentov, ako sú parogenerátory, odplyňovače, separátory vlhkosti, kondenzačné čerpadlá a iné zariadenia sekundárneho okruhu ľahkovodných reaktorov, čim sa redukujú investičné náklady až o 40 % a znižuje sa miera rizika poruchy.
Zaujímavosťou tohto konceptu je návrh a princíp funkcie palivového článku. Pri klasikom palive používanom v našich reaktoroch (VVER-440) sme zvyknutí, že chladiace médium (voda) prúdi cez palivový článok jedným smerom. V prípade super-kritického reaktora je však potrebné na dosiahnutie požadovaných fyzikálnych parametrov, aby chladiace médium (super-kritická voda) prúdilo v dvoch smeroch. Ochladená voda, v tomto prípade klasická voda ako ju poznáme, prichádza do reaktora prívodným potrubím, ktoré sa v reaktore rozvetvuje na dva smery. Časť vody tým pádom prúdi pri okraji reaktora a časť je odvedená cez palivovú oblasť smerom dole. Na dne reaktora sa oba prúdy spoja a pokračujú smerom hore cez oblasť paliva, kde sa postupným ohrevom stáva voda opäť super-kritická.
Medzi hlavné nedostatky super-kritickou vodou chladeného reaktora patria problémy so stabilitou prevádzky v okolí kritického bodu vody a korózia. Super-kritické kvapaliny patria vo všeobecnosti medzi veľmi dobré rozpúšťadlá, preto sa pri určitých druhoch materiálov správajú agresívne. Kombinácia vysokého prevádzkového tlaku a korózie kladie zvýšené požiadavky na použité materiály.
Tým, že sa jedná o priameho nasledovníka súčasných tlakovodných reaktorov, ostáva problém efektívneho využívania jadrového paliva. Súčasné tlakovodné reaktory využívajú len malú časť potenciálu, ktorý je ukrytý v jadrovom palive. Hoci existujú varianty super-kritickou vodou chladeného reaktora, ktoré sú priamo zamerané na lepšie využitie jadrového paliva, aj tak nedosahujú úroveň konceptov reaktorov, ktoré budú predstavené v nasledujúcich príspevkoch.
Na záver by som Vás už len chcel navnadiť na ďalšie pokračovania. Dnešným príspevkom sme sa dostali do polovice v tejto mini sérii o reaktoroch štvrtej generácie, kde boli do teraz predstavené koncepty, ktoré v tomto období patria ku okrajovým výskumným úlohám v Európe. Nasledovať však bude trilógia reaktorov, ktoré patria v Európe, ale aj vo svete medzi prioritné projekty.
ĎALŠIE PRÍSPEVKY O REAKTOROCH ŠTVRTEJ GENERÁCIE:
Jadrové elektrárne budúcnosti - Reaktor chladený roztavenými soľami
Budúcnosť jadrovej energetiky sa ukrýva vo vysokoteplotnom reaktore
