Jaderné elektrárny nestačí poptávce. Ani tam, kde je umí stavět

Kolik jaderných reaktorů dnes po světě dodává energii do sítě? Může se to zdát neuvěřitelné, ale i tato přímočará otázka se stala v poslední době předmětem debaty. Což jen dokresluje skutečnost, že „jádro“ je stále předmětem vášnivých sporů a diskuzí.

Přitom nejde o příliš komplikované počty. Množství provozovaných bloků (tj. jednotlivých reaktorů) kolísá v posledních letech jen nepatrně. Každým rokem bývají do provozu totiž uváděny řádově jednotky reaktorů, jednotky jsou zase definitivně vyřazovány. S jednou výjimkou – v průběhu roku 2022 se počet „provozovaných“ reaktorů v seznamu Mezinárodní agentury pro atomovou energii změnil téměř o 30, až se ustálil na čísle 412, na kterém už panuje obecná shoda.

Příčina přitom leží už v roce 2011, kdy japonská vláda po katastrofické cunami rozhodla o zastavení provozu všech jaderných zdrojů. Mezinárodní agentura pro atomovou energii (IAEA) je dlouho označovala jako bloky „v provozu“, byť žádnou elektřinu nevyráběly. V průběhu roku 2022 ovšem metodiku změnila a 21 japonských reaktorů (a čtyři indické) je nyní v nové kategorii „přerušení provozu“.

Přesunutí těchto elektráren do nové tabulky nijak neovlivnilo fakt, že jaderná energetika dlouhodobě obrazně řečeno přešlapává na místě. Její podíl na celosvětové výrobě elektřiny se v posledním desetiletí pohyboval mezi 10 a 11 %, v roce 2022 poprvé po 40 letech klesl pod hranici 10 %. Maximum přitom bylo 17,5 % v roce 1996.

Pokles je ovšem pouze relativní. Není totiž způsoben tím, že by se v jaderných elektrárnách vyrábělo méně elektřiny. Je to spíše dáno tím, že množství jaderných zdrojů nijak neroste, lidská potřeba energie ovšem ano. To znamená, že jiné zdroje, a to nejen ty obnovitelné, ale i na fosilní paliva, vyrábějí v absolutních číslech podstatně více elektřiny než v předchozích letech a desetiletích.

Jaderná energetika na nárůst poptávky nedokázala ve světovém měřítku reagovat. Nečeká se také, že by se situace v brzké budoucnosti změnila. Různé scénáře vývoje energetiky do roku 2050 počítají s tím, že podíl jádra na výrobě elektřiny by se mohl v polovině tohoto století pohybovat mezi 7–9 %, a to i přesto, že reaktorů má podle všech odhadů přibývat. Spotřeba elektřiny podle odhadů dál poroste výraznějším tempem než nové elektrárny.

V současné době se staví 58 nových bloků. Odpovídá to tempu zhruba 7–9 nových bloků ročně, protože v průměru dnes výstavba bloků trvá mezi 7–9 lety. Zdaleka nejrychlejší je v tomto ohledu Čína, kde se reaktory daří uvádět do provozu během 5–6 let.

Naopak v evropském kontextu nejsou v posledních dekádách výjimkou doby výstavby přesahující 15 let. Třetí blok finské elektrárny Olkiluoto se stavěl od roku 2005 a do plného provozu vstoupila k 1. květnu 2023. Jiný reaktor stejného typu EPR vzniká ve francouzském Flamanville od roku 2007. Palivo by se mělo začít nakládat v roce 2024.

Světová flotila reaktorů se tedy obnovuje pouze pomalu a celkový výkon i počty reaktorů v podstatě stagnují. Průměrné stáří reaktorů mírně přesahuje 31 let, medián činí 36 let. Většina reaktorů je tedy spíše starších, ale protože žádný reaktor vyrábějící elektřinu není starší 54 let, průměr je tedy ještě relativně nízký.

Průměrný věk atomových elektráren bude v příštích letech nadále růst. Ve velké části světa totiž není trendem stavba nových reaktorů, ale „renovace“ těch stávajících. Obecně se počítá s tím, že prakticky všechny stávající reaktory budou pracovat o celá desetiletí déle, než se původně počítalo.

Prvním a také typickým příkladem výrazného prodloužení životnosti byly dva americké reaktory v elektrárně Turkey Point na Floridě. Těm americký regulační úřad NRC (Nuclear Regulatory Commission) před několika lety udělil povolení k prodloužení životnosti na 80 let místo původně plánovaných 60 let.

Oba reaktory elektrárny jsou v komerčním provozu od počátku 70. let, konkrétně od roku 1972 (reaktor 3) a 1973 (reaktor 4). Jde o dva tlakovodní reaktory od firmy Westinghouse (tlakovodní reaktory máme i v Česku a jsou nejběžnějším typem tohoto zařízení a tvoří zhruba dvě třetiny všech reaktorů). Společnost FPL (Florida Power & Light) požádala o prodloužení současného povolení na provozování do let 2032 na začátku roku 2018, souhlasné stanovisko dostala v prosinci 2019. Reaktory by tedy měly být provozovány do let 2052 a 2053.

Podobnou cestou se už vydali i další provozovatelé. Povolení k provozu po dobu 80 let mělo k polovině roku 2023 ve Spojených státech šest bloků a další společnosti s takovým krokem počítají. Už v současnosti se alespoň teoreticky hovoří i o možnosti prodloužení provozu některých bloků na 100 let.

I v českém prostředí je trend obdobný. Minimální životnost reaktorů v Dukovanech byla 30 let. Protože bloky jsou v provozu od poloviny 80. let, už tedy v tomto ohledu pracují „nad plán“. Pokud vše půjde podle plánu provozovatele, měly by fungovat ještě další zhruba dvě desítky let, zhruba do poloviny 40. let. Na rozdíl od USA se ovšem povolení k provozu u nás dává maximálně pouze na 10 let dopředu.

O tom, jestli se to stane, rozhodne tedy Státní úřad pro jadernou bezpečnost až v poměrně vzdálené budoucnosti. Delší životnost než 60 let se u původně sovětských reaktorů VVER z čistě technických důvodů nepředpokládá, na rozdíl třeba od těch ve floridském Turkey Point.

Spojené státy přitom provozují největší jadernou flotilu. V zemi je v provozu 92 reaktorů, které pokrývají spotřebu elektřiny z necelé pětiny. Jejich průměrné stáří je přitom téměř 42 let a (jak jsme už říkali) tato hodnota se bude nepochybně nadále zvyšovat.

Je to dáno několika faktory. V USA panuje díky rozvoji domácí těžby z břidlic, tedy z nového typu nalezišť, v posledním desetiletí velmi příznivá situace na trhu se zemním plynem, který je dlouhodobě o polovinu levnější než v Evropě. Navíc stavba nových reaktorů je v americkém prostředí podobně pomalá a problematická jako v Evropě. Jádro prostě nedokáže konkurovat cenou.

Podobná situace byla i v další tradiční jaderné velmoci, tedy ve Francii. Ta během 70. a především 80. let dokázala vybudovat v rekordním čase velkou flotilu reaktorů založených na americkém designu, ale vlastními silami. V posledních letech tak jaderné reaktory pokrývaly až 70 % francouzské výroby. (V kritickém roce 2022 to v důsledku zanedbané údržby bylo ovšem jen necelých 63 %.)

Ovšem poslední reaktor byl připojen k síti v roce 1999 a průměrný věk francouzských bloků je přes 37 let. Staví se jediný nový reaktor, už zmíněný Flamanville 3, ten patří ovšem spíše mezi odstrašující příklady. Pokud vše vyjde podle plánu, bude se stavět zhruba čtyřikrát déle a za čtyřikrát vyšší cenu, než se původně předpokládalo.

Stejně tak existují země, kde je jádro mladým a rychle se rozvíjejícím odvětvím. V Číně tvoří pouze zhruba 5 % celkové výroby elektřiny, v zemi je ovšem v provozu 57 reaktorů s průměrným stářím pouhých 9,2 roku. Ve stavbě je dalších 22, což je zhruba 40 procent všech nově stavěných reaktorů na světě, a tedy bezkonkurenčně nejvíc na světě.

A protože se i velké reaktory daří v Číně obecně zprovozňovat obvykle podle plánu, nebo jen s malým zpožděním, každý rok bude přibývat několik dalších bloků. Plány počítají s 6–8 novými bloky ročně i v příštích desetiletích.

I tak jde ovšem o běh na velmi dlouhou trať. Přestože Čína předstihla Francii a provozuje už druhou největší flotilu reaktorů na světě, ani zdaleka to nestačí na nahrazení nejdůležitějšího tamního zdroje pro výrobu elektřiny, tedy uhlí. Nejenže více než polovinu výroby elektřiny zajišťuje právě uhlí, uhelné zdroje se stále také staví rychlejším tempem než jaderné (viz například zajímavou mapu čínského energetického systému od Baker Institute).

V posledních dvou letech jich přibývalo několikrát rychleji než jaderných zdrojů: zatímco země uvedla do provozu jaderné bloky o celkovém výkonu 6 GW, uhelných bylo spuštěno o celkovém výkonu 46 GW. Z toho také plyne, že většina uhelných bloků je stále „mladých“ a budou fungovat ještě dalších dekádu či dvě.

Čína se tedy i přes intenzivní jaderný program své závislosti na uhlí v příštích desetiletích bude zbavovat jen pomalu. I přesto, že na rozdíl třeba od evropských zemí má se stavbou reaktorů nedávné praktické zkušenosti a už ukázala, že je umí stavět minimálně rychle. Jak je to s dodržováním rozpočtu, přesně nevíme, podrobné údaje nejsou k dispozici. Protože zpoždění jsou ovšem hlavním zdrojem růstu nákladů, dá se i v tomto ohledu předpokládat, že ani tady nemají čínské stavby zásadní problém.

Stavba velkých projektů veřejného zájmu v Číně probíhá ovšem prakticky ve všech odvětvích rychleji a levněji než v USA či Evropě. Nelze se tedy rozhodně spolehnout na to, že bude jednoduché čínský harmonogram napodobit v podmínkách západních demokracií. Nevíme to mimo jiné i proto, že Čína – na rozdíl například od Ruska – svou jadernou technologii zatím neexportuje.

S potížemi má pomoci – alespoň tedy na papíře – technologie stavby „modulárních“ reaktorů. Tento název jednoduše znamená jen to, že reaktor se nesestavuje na místě, kde má fungovat. Místo toho většina práce proběhne ve výrobním závodu a na místo stavby se vozí větší celky – moduly. Výroba tak může v dané továrně probíhat v sériích, a tedy efektivněji a v některých ohledech levněji.

Tímto způsobem lze pochopitelně stavět i velké reaktory s výkony kolem 1 GW a výše (tedy temelínské). Obvykle se ovšem mluví o „malých modulárních reaktorech“, anglickou zkratkou SMR. Jde o terminus technicus, protože „malý“ podle mezinárodní klasifikace znamená s výkonem pod 300 MW.

Taková malá zařízení sestávají pak pochopitelně z menšího počtu modulů. Některá má tvořit de facto jediná velká „nádoba“, která obsahuje všechny klíčové součásti. V podobných případech musí jít z pochopitelných důvodů o poměrně malé reaktory s menším výkonem – v nejmenších případech vlastně s výkonem odpovídajícím několika procentům výkonu temelínských reaktorů, tedy s výkonem „jen“ desítek MW.

Malé reaktory se v posledních letech těší stále větší pozornosti. Mezinárodní agentura pro atomovou energii v loňském roce registrovala 80 konkrétních návrhů malých modulárních reaktorů. Prakticky všechny existují pouze virtuálně, nikoliv fyzicky.

„V tuto chvíli neexistují dobré, k realizaci připravené projekty,“ komentuje současnou situaci šéfka Státního ústavu pro jadernou bezpečnost Dana Drábová. Podle jejího odhadu bude ještě několik let trvat, než se situace změní. „Stavět by se mohly reálně i v našich končinách, možná na přelomu této a příští dekády,“ odhaduje. Připomíná ale, že bude záležet na tom, kolik práce se na této problematice v příštích letech odvede.

Což bude pochopitelně záležet do značné míry na tom, jaké budou možné výhody a šance na úspěch. Hlavními benefity by přitom měl být výrazně jednodušší a rychlejší proces stavby a také menší velikost reaktorů. Nejde o obří projekty, u kterých hrozí v případě zpoždění astronomický nárůst rozpočtu. Investoři by se jich neměli tak obávat, protože jde prostě o jednodušší a předvídatelnější akci.

Na druhou stranu, nikdo soudný neslibuje, že by malé modulární reaktory měly být levnější než velké při porovnání ceny za jednotku výkonu. Podle odhadů může být cena SMR poloviční, ale i násobně nižší než cena velkých elektráren. Stejně jako jejich výkon. Protože ale konceptů SMR je tolik, není je možné jen tak jednoduše srovnat.

Rozhodně se ovšem také mohou prodražit. Zajímavý je v tomto ohledu případ „plovoucí elektrárny“ Akademik Lomonosov. Jedná se o plavidlo se dvěma malými reaktory o výkonu 30 MW, které se po moři dotáhne do oblasti, kde je zapotřebí zdroj energie. Tam se pak zakotví a vyrábí elektřinu (a případně i teplo, pokud je zapotřebí). Kýl této „energetické bárky“ byl položen v roce 2007, dokončena byla až v roce 2019. Takže není divu, že cena se zvýšila proti původnímu plánu zhruba šestinásobně.