A Duna alacsony vízállása és a nyári brutális felmelegedés ismét kényelmetlen kérdés elé állítja a szakembereket Magyarországon. Mi történik akkor, ha az ország villamosenergia-termelésének egyik legfontosabb pillére egyre nehezebben jut megfelelő mennyiségű és hőmérsékletű hűtővízhez? A paksi helyzet körüli aggodalmakat könnyű egyetlen riasztó mondattal leegyszerűsíteni, ha tovább apad a folyó, le kell állítani az atomerőművet. A valóság azonban ennél lényegesen összetettebb.
Az alacsony vízszint, a csökkenő vízhozam és a magas vízhőmérséklet három különböző műszaki és környezetvédelmi problémát jelent. Egyik sem vezet automatikusan leállításhoz, de mindegyiknek van olyan határértéke, amelyen túl már teljesítménycsökkentésre, rendkívüli intézkedésre vagy végső esetben egyes blokkok lekapcsolására lehet szükség.
Ez pedig nem kizárólag magyar sajátosság, Franciaországtól az Egyesült Államokon át az Egyesült Arab Emírségekig számos atomerőmű küzd a felmelegedő természetes vizek és a gyakoribb aszályok következményeivel.
De valóban folyó mellé kell-e építeni minden atomerőművet? Megoldható-e a hűtés tengervízzel, hűtőtornyokkal, tisztított szennyvízzel vagy akár levegővel? És melyik technológia kínálhat valóban klímaálló megoldást Paks és a jövő atomerőművei számára?
Ahhoz, hogy erre válaszoljunk, először azt kell megértenünk, miért kíván ennyi vizet egy atomerőmű, és pontosan mi történik, amikor a folyó már nem képes ugyanúgy hűteni, mint korábban.
Amikor egy folyó kritikus szint alá apad és felmelegszik, az atomerőmű körül nem egyszerűen csak „vízhiány” keletkezik. Három külön kérdés és felvetődik az üzemeltetése során, elér-e elegendő víz a szivattyúkhoz, képes-e a rendszer elvezetni az erőmű hulladékhőjét és a visszabocsátott víz nem melegíti-e túl a folyót? Ezért is félrevezető az a rövid válasz, hogy alacsony vízállásnál minden atomerőművet le kell állítani. Van, ahol teljesítményt csökkentenek, van, ahol hűtőtorony, tározó vagy tisztított szennyvíz segít és van olyan helyzet is, amikor valóban a turbinák leállítása az egyetlen szabályos és biztonságos döntés.
Miért kell ennyi víz egy atomerőműnek?
A reaktorban felszabaduló hőből gőz, abból villamos energia lesz, de a hő nagyjából kétharmadát a környezetnek kell átadni. A folyóból vagy tengerből érkező víz rendszerint nem a reaktort járja át, hanem a kondenzátor külön hűtőkörében csapatja le a turbinából kilépő gőzt. A nukleáris biztonsági hűtés és az üzemi kondenzátorhűtés tehát nem azonos, az két külön folyamat, bár ugyanaz a hőhullám vagy aszály mindkettő külső feltételeit próbára teheti.
Paks I. négy blokkja a Duna vizét használó, átfolyó rendszerű erőmű. Teljes terhelésnél a hűtővízigény nagyságrendileg 100 köbméter másodpercenként. A víz egyszer áthalad a kondenzátorokon, majd felmelegedve visszatér a folyóba. A módszer energetikailag hatékony, de nagy vízkivétellel jár és érzékeny a Duna vízhozama, szintjének és hőmérsékletének szempontjából.
Magyarországon a bebocsátási ponttól folyásirányban 500 méterre mért vízhőmérséklet főszabály szerint nem haladhatja meg a 30 Celsius-fokot. Forró, alacsony vizes időben gyakran ez a környezeti korlát jelent előbb problémát és nem az, hogy fizikailag az utolsó köbméter is eltűnne a mederből.
Franciaország sem alkalmaz egyfajta előírást minden folyójára
A francia tapasztalat különösen tanulságos. A Rhône, a Garonne vagy a Loire menti blokkoknál a hatósági engedélyek erőművenként és folyónként rögzítik a vízkivétel, a felmelegedés és a kibocsátási hőmérséklet határait. Hőhullámok idején az EDF (Électricité de France, Franciaország állami többségi tulajdonban lévő villamosenergia-ipari vállalata, egyben a francia atomerőművek üzemeltetője) több alkalommal visszaterhelte például a Bugey, a Golfech, a Saint-Alban vagy a Tricastin blokkjait.
Egyes, az ellátásbiztonság szempontjából indokolt esetekben a nukleáris hatóság időben korlátozott eltérést is engedélyezhetett, környezeti megfigyelés mellett. Máskor a teljesítménycsökkentés vagy a leállás maradt. Vagyis nincs európai „automata kapcsoló”, a műszaki kialakítás, a helyi ökológia és az aktuális villamosenergia-rendszer együtt dönti el a választ.
Az Egyesült Államokban is volt példa folyóvíz-melegedés miatti visszaterhelésre, például a Tennessee folyó mellett működő Browns Ferry erőműnél. A tengeri telephelyek kevésbé tartanak a folyók apadásától, a brit Sizewell B vagy az Egyesült Arab Emírségek Barakah erőműve tengervizet használ a végső hőelvezetéshez.
A tenger azonban nem korlátlan ingyenhűtő. A melegedő parti víz rontja a kondenzátor hatásfokát, ráadásul a só korróziót okoz, az algák és kagylók eltömődést, a vízkivétel és a hőkibocsátás pedig tengeri élőlényekre közvetlenül is hatással lehet.
Négy technológia, négyféle kompromisszum
Az átfolyó hűtés sok vizet vesz ki, de annak túlnyomó részét vissza is adja. Az amerikai NREL szakirodalmi felmérésében az atomerőművi átfolyó rendszerek tipikus vízkivétele 95–227 köbméter volt megawattóránként, miközben a fogyasztás – főként párolgás – csupán 0,4–1,5 köbméter. A hűtőtornyos rendszereknél a megfelelő tartományok 3–10, illetve 2,3–3 köbméter körül alakultak. A két fogalom tehát nem felcserélhető, amit az erőmű kivesz, azt nem feltétlenül fogyasztja el.
A zárt, hűtőtornyos rendszer ugyanazt a vizet keringeti. Vízfelvétele az átfolyó hűtésénél egy-két nagyságrenddel kisebb lehet, viszont többet fogyaszt el párolgással, sok energiát használ fel a szivattyúkhoz és ventilátorokhoz, nagyon költséges, valamint kánikulában romlik a teljesítménye. Sok belvízi atomerőmű, például a cseh Temelín, ilyen rendszerrel működik. A hűtőtó vagy mesterséges tározó időbeli puffert ad, de ez nagy területet foglal el, párolog és maga is felmelegedhet.
A legérdekesebb ellenpélda az arizonai Palo Verde. A sivatagban álló erőmű nem folyóra vagy tengerre támaszkodik, hanem Phoenix térségének tisztított kommunális szennyvizét veszi át, továbbkezeli, majd hűtőtornyokban használja. Az üzemeltető adata szerint évente mintegy 20 milliárd gallon, vagyis körülbelül 76 millió köbméter szennyvizet hasznosít. Ez műszakilag bizonyított megoldás, de hosszú távú városi vízhasználati szerződést, komoly vízkezelést és a szennyeződések, sók folyamatos ellenőrzését igényli.
A száraz, levegős hűtés szinte megszüntetheti a kondenzátor vízigényét, óriási radiátorok és ventilátorok adják át a hőt a levegőnek. Nagy atomerőműveknél mégis ritka, mert éppen forró napokon a leggyengébb, növeli a beruházási költséget és csökkenti a nettó villamos teljesítményt. A hibrid nedves–száraz rendszer reálisabb, mert normál időben takarékos, a legmelegebb órákban pedig korlátozott vízhasználattal őrzi a hatásfokot.
Mi lenne ma a legjobb megoldás?
Nincs minden telephelyre érvényes egyedül üdvözítő megoldás. Tengerparton a korszerű, ökológiailag gondosan kialakított tengervizes hűtés, a vízhiányosabb belső területen a hűtőtornyos, lehetőleg tisztított szennyvízzel vagy biztonságos tározóval megtámogatott rendszer. Szélsőségesen száraz vidéken pedig a hibrid hűtés kínálhat jó egyensúlyt. A sótalanított ivóvíz tömeges elpárologtatása általában pazarlóbb, mint a nyers tengervíz közvetlen hőcseréje vagy a szennyvíz újrahasznosítása.
Paks szempontjából ezért nem lehet egyetlen technológiai csodafegyver kiépítése a megoldás. A klímaálló stratégia több rétegű, jobb hidrológiai és hőmérsékleti előrejelzésből, alacsony vízszinten is üzembiztos vízkivételből, hűtőtornyos vagy hibrid tartalék lehetőségének vizsgálatából, a blokkok rugalmas visszaterheléséből és szigorú ökológiai mérésből.
Az atomerőművek nem szükségképpen válnak működésképtelenné a melegedő világban. De a jövő erőműve már nem tekintheti a folyót kimeríthetetlen műszaki alkotórésznek.
