Jedrska elektrarna lahko zagotavlja prožno obratovanje

Besedilo: Samo Fürst

Jedrske elektrarne zagotavljajo nizkoogljično, zanesljivo in stabilno proizvodnjo električne energije v vseh pogojih, neodvisno od vremenskih razmer. So temelj elektroenergetskega sistema, zato praviloma ves čas delujejo na polni moči, da zagotavljajo čim večjo količino proizvedene električne energije. 

Takšno obratovanje je s stališča delovanja elektroenergetskega sistema optimalno tudi v okoljskem smislu, ker imajo jedrske elektrarne najmanjši vpliv na okolje. Poleg tega je obratovanje v pasu oziroma s polno močjo smiselno tudi iz ekonomskih razlogov: podobno kot na primer hidroelektrarne imajo tudi jedrske ob sicer visokih investicijskih stroških zelo nizke stroške obratovanja oziroma nizke variabilne stroške. Nasprotno imajo denimo plinske elektrarne visoke variabilne stroške, odvisne od visokih cen goriva, zato se zaradi višjih stroškov obratovanja uporabljajo kot vršne elektrarne, torej za pokrivanje konic porabe. Zaradi takšnih ekonomskih prednosti je obratovanje jedrskih elektrarn na polni moči zlasti značilno za sisteme z uravnoteženo strukturo zanesljivih virov in razmeroma majhnim deležem razpršenih in od vremenskih razmer odvisnih virov v energetskih mešanicah.

Jedrske elektrarne se prilagajajo razmeram v omrežju

Posledično je razširjeno zmotno prepričanje, da jedrske elektrarne niso sposobne drugačne proizvodnje, predvsem trapeznega obratovanja oziroma sledenja porabi, kar pomeni prilagajanje proizvodne moči glede na trenutno porabo v elektroenergetskem sistemu (EES).

Zdajšnje jedrske elektrarne II. generacije, vključno z Nuklearno elektrarno Krško (NEK), so zasnovane tako, da se lahko prilagajajo trenutnim razmeram v elektroenergetskem omrežju. NEK sodeluje pri regulaciji velikega obsega jalove energije (v območju od minus 150 megavoltamperov reaktivnosti do plus 250 megavoltamperov reaktivnosti) in tako pomeni pomembno podporno točko pri stabilizaciji kritičnih obratovalnih stanj in napetostnih razmer elektroenergetskega sistema v okviru evropske povezave ENTSO-E. Določeno fleksibilnost zagotavlja tudi velika vztrajnost rotirajoče mase turbine in generatorja, ki pomaga pri ohranjanju frekvence in ravnotežja moči v elektroenergetskem sistemu. NEK se razmeram v elektroenergetskem omrežju prilagaja tudi z načrtovanjem remonta v času visoke hidrologije.

Potrebe sodobnih elektroenergetskih sistemov: še več prožnosti

Razvoj sodobnih elektroenergetskih sistemov zahteva še večjo prilagodljivost proizvodnje vseh enot, priključenih v sistem (tako imenovano sledenje porabi), predvsem zaradi vključevanja razpršenih obnovljivih virov energije, ki so močno odvisni od vremenskih razmer.

Tehnično jedrske elektrarne lahko sledijo porabi v EES že desetletja (na primer v Franciji od leta 1970)[1]. Da to velja tudi v praksi, dokazujejo države, kjer uporabljajo več jedrskih elektrarn hkrati v večjih sistemih, med njimi sta na primer Francija in Nemčija, in je princip obratovanja jedrskih elektrarn sledil zahtevam elektroenergetskega sistema: elektrarne obratujejo tudi tako, da sledijo porabi, predvsem z večjimi spremembami moči čez dan. Obe državi to izvajata z jedrskimi elektrarnami II. generacije, medtem ko je III. generacija, ki se po svetu gradi danes, že v izhodišču zasnovana za ekonomsko optimalnejšo proizvodnjo s sledenjem porabi.

Izkušnje v Nemčiji kažejo, da zdajšnje jedrske elektrarne II. generacije obratujejo s spremembo moči do plus ali minus deset odstotkov na minuto, kar uvršča jedrske elektrarne med najodzivnejše tehnologije za prilagajanje moči. Francozi imajo hitrost spremembe regulatorno omejeno na pet odstotkov na minuto, vendar moč jedrskih elektrarn po navadi spreminjajo s hitrostjo tri odstotke na minuto v območju od 40 odstotkov do sto odstotkov polne moči. Francoski EDF ima v svojem portfelju v Franciji skoraj 65 odstotkov vse instalirane moči iz jedrskih elektrarn, kar pomeni dodaten razlog za prilagajanje proizvodnje jedrskih elektrarn porabi. Nemški reaktorji tipa konvoi so narejeni za 15 tisoč ciklov sprememb za dnevno prilagajanje moči od polne moči do 60 odstotkov in nazaj na polno moč (100–60–100 odstotkov) elektrarne oziroma sto tisoč ciklov za spremembo 100–80–100 odstotkov. V 40-letni življenjski dobi elektrarne to pomeni od enega cikla do sedem ciklov na dan. Posamezne enote izvajajo celo več ciklov prilagajanja moči znotraj enega dneva. Tako lahko ena sama jedrska elektrarna tipa konvoi z nazivno močjo 1400 MW kompenzira tudi do 560 MW nepredvidljivih nihanj v proizvodnji obnovljivih virov energije.

Novi jedrski reaktorji dodatno optimirani za ekonomično prožno obratovanje

Nova, III. generacija jedrskih elektrarn, med njimi so na primer EPR, AP1000, VVER-TOI, je dodatno optimizirana za večjo ekonomičnost obratovanja s sledenjem porabi. Združenje evropskih upravljavcev jedrskih elektrarn (EUR – European Utility Requirements) je sprejelo minimalne tehnične pogoje tudi za obratovanje novih reaktorjev v načinu sledenja porabi: proizvajalci novih reaktorjev morajo zagotoviti možnost proizvodnje s sledenjem porabi v razponu vsaj od polne moči (sto odstotkov) do minimalno 50 odstotkov moči reaktorja s hitrostjo spremembe tri odstotke na minuto. Dejansko dizajni elektrarne III. generacije omogočajo še hitrejše spremembe, in sicer pet odstotkov na minuto, kar pomeni od 55 do 85 megavatov na minuto v razponu do 550 megavatov za elektrarno AP1000 oziroma do 1.200 megavatov za elektrarno EPR. Dodatna zahteva je zmanjšanje moči elektrarne vse do njene minimalne moči (kar je po navadi od okoli 20 do okoli 50 odstotkov). Elektrarna mora biti sposobna izvesti dva cikla na dan (od polne moči do minimalne in nazaj na polno moč). Nove jedrske elektrarne morajo biti sposobne zagotavljati tudi sekundarno regulacijo v območju plus ali minus deset odstotkov polne moči reaktorja (od 110 do 180 megavatov) s hitrostjo en odstotek na minuto.

Jedrske elektrarne kljub tehničnim zmožnostim in novim zahtevam po prilagajanju elektroenergetskemu sistemu praviloma še vedno dosegajo visoko raven obratovalnih ur, kar izhaja predvsem iz njihove ekonomičnosti, hkrati pa ponujajo tudi nepogrešljive sistemske storitve za zagotavljanje stabilnosti elektroenergetskega sistema in prilagodljivo obratovanje.

Jedrska energija ter njena današnja in prihodnja vloga v Sloveniji in širši regiji

Tudi jedrska elektrarna v Krškem obratuje v pasu predvsem zaradi ekonomičnosti, pa tudi, ker to omogoča zelo dobra vpetost Slovenije v regionalni elektroenergetski sistem. Naša država ima namreč v primerjavi s sosednjimi razmeroma majhen elektroenergetski sistem, kar omogoča prodajo morebitne odvečne energije v širši regiji. A trend je nasproten: v Sloveniji in tudi v širši regiji v zadnjih letih elektrike vse bolj primanjkuje. V interesu slovenskih odjemalcev je, da doma proizvedeno energijo tukaj tudi porabimo, saj domača energija ni obremenjena s stroški čezmejnega prenosa.

Tudi za novo jedrsko elektrarno se predvideva, da bo namenjena predvsem domači porabi, saj že danes v Sloveniji na letni ravni primanjkuje 20 odstotkov električne energije. Z elektrifikacijo drugih sektorjev in z nadomeščanjem drugih virov z električno energijo se bo poraba elektrike še povečala, zato je pomembno, da to elektriko proizvedemo konkurenčno in do okolja prijazno. Nova jedrska elektrarna v Sloveniji tudi ne bi pomembneje spremenila elektroenergetskih razmer v jugovzhodni Evropi. Slovenija bi bila elektriko v primeru presežkov sposobna izvoziti, zaradi česar je iz ekonomskih razlogov utemeljeno pričakovati, da bi elektrarna lahko delovala v pasu.

Seveda pa moramo upoštevati tudi spremenjene razmere v elektroenergetskem sistemu Slovenije, predvsem v primeru intenzivnega razvoja stohastičnih obnovljivih virov energije. Morda bo to glavni razlog, da bo tudi nova jedrska elektrarna sodelovala s proizvodnjo na način sledenja porabi električne energije. Ne nazadnje zato, ker bo tak način za jedrske elektrarne bolj ekonomičen v primerjavi z drugimi razpoložljivimi viri, predvsem fosilnimi, ki imajo višje variabilne stroške.

Jedrska energija omogoča dejanski prehod v brezogljično družbo

Odločitve, kako bo delovala nova jedrska elektrarna, še ni mogoče oziroma ni smiselno sprejeti danes, ker je to odvisno predvsem od drugih dejavnikov na trgu oziroma od konkurenčnosti drugih virov, ki bodo na voljo. V vsakem primeru pa bo jedrska elektrarna tehnično že prilagojena za ekonomsko optimalnejšo proizvodnjo s sledenjem porabi, kar je danes standard za III. generacijo jedrskih elektrarn. Zdajšnje in nove jedrske elektrarne elektroenergetskemu sistemu vsekakor lahko zagotavljajo potrebno prožnost s spreminjanjem moči proizvodnje in prilagajanjem porabi. Ekonomska učinkovitost prilagajanja jedrskih elektrarn porabi je primerljiva z ekonomiko črpalnih hidroelektrarn in veliko cenejša ter bolj ekonomična kot uporaba baterij. Kombinacija nizkoogljičnih virov električne energije – jedrske in obnovljivih virov energije, vključno s hidroelektrarnami, torej ni optimalna le v okoljskem, temveč tudi v energetsko-tehnološkem in ekonomskem smislu. Predvsem pa omogoča dejanski prehod v brezogljično družbo, kar naj bi bil namen in končni cilj preobrazbe energetskih sistemov.