Témata
Zdroj: FS ČVUT v Praze

160 let strojařského vzdělávání v Praze: Jaderné technologie pro energetickou budoucnost

Energetická bezpečnost a trvale udržitelný rozvoj jsou v současnosti jedněmi z klíčových výzev, kterým Česká republika čelí. Jaderné technologie se ukazují jako důležitý element v dosažení těchto cílů. Již nyní hraje jaderná energie v energetické bilanci České republiky významnou roli. Poskytuje stabilní a spolehlivý zdroj energie, který je nezávislý na geopolitických rizicích spojených s dovozem fosilních paliv.

Tento článek je součástí seriálu:
160 let strojařského vzdělávání v Praze
Díly
Reklama

Jaderné elektrárny Temelín a Dukovany pokrývají významnou část spotřeby elektrické energie v ČR, čímž přispívají k energetické nezávislosti a stabilitě dodávek. Rozvoj jaderné energetiky je dlouhodobě součástí Státní energetické koncepce České republiky, a proto v současné době probíhá debata ohledně výstavby nových jaderných reaktorů. Národní akční plán rozvoje jaderné energetiky stanovuje strategické cíle a opatření, zaměřuje se na bezpečnost, spolehlivost a udržitelnost provozu jaderných elektráren, na modernizaci stávajících zařízení a přípravu nových jaderných bloků. Součástí plánu je také podpora výzkumu a vývoje, včetně nových technologií a zlepšení jaderné bezpečnosti.

Vzdělávání pro jadernou energetiku

Pro úspěšný rozvoj jaderné energetiky v budoucnosti je klíčové vychovávat kvalitní nové odborníky. Fakulta strojní Českého vysokého učení technického v Praze (ČVUT v Praze) se dlouhodobě věnuje výuce a výzkumu v oblasti jaderných energetických zařízení, zejména z pohledu jejich projektování a konstrukce. Ústav energetiky Fakulty strojní ČVUT v Praze nabízí studijní program Jaderná a energetická zařízení, který studentům poskytuje komplexní vzdělání v tomto oboru. Cílem studijního programu je příprava špičkových odborníků pro výzkum, vývoj i praxi, uplatnitelných ve všech oblastech jaderné energetiky. Absolventi tohoto oboru se stávají odborníky, kteří budou přispívat k rozvoji a bezpečnému provozu jaderných technologií, a tím přispějí k zajištění udržitelné, klimaticky neutrální energetické budoucnosti České republiky.

K podpoře celospolečenské diskuze o jaderné energetice spoluorganizuje Ústav energetiky již 17 let Letní školu jaderného inženýrství, která je zaměřena na networking studentů i absolventů s experty v oboru. Letní škola jaderného inženýrství je tradiční každoroční týdenní akce pořádaná na počátku září pod záštitou České nukleární společnosti, a je určena studentům, kteří se zajímají o problematiku budoucího rozvoje jaderné energetiky. Letní školy se již několik ročníků pravidelně účastní i studenti společensko-vědních oborů, a naplňují tak jeden z hlavních cílů akce, jímž je výměna paradigmat a perspektiv na problematiku mírového využití jaderné energie. Týdenní program, odehrávající se zpravidla v jižních Čechách, sestává z tematicky zaměřených přednášek z praxe i teorie, netradičních jaderných témat nebo třeba exkurze na simulátor jaderné elektrárny Temelín (více na webu lsji.cz).

Návštěva jaderné elektrárny Temelín. (Zdroj: FS ČVUT v Praze)

Laboratorní vybavení

Nedílnou součástí kvalitního výzkumu a vzdělávání je experimentální činnost. Pro tento účel disponuje ústav kvalitně vybavenými laboratořemi, kde probíhá výzkum, zaměřený především na oblasti, které jsou spojené s provozem současných tlakovodních reaktorů, nebo jevy doprovázející havarijní stavy těchto zařízení. V posledních letech se výzkumná činnost také čím dál více zaměřuje na hydrodynamiku a přestup tepla ve fúzních reaktorech, kde jsou předpokládané tepelné toky o jeden až dva řády vyšší než u současných jaderných reaktorů. Praktické experimentální úlohy jsou zároveň nezastupitelné v samotné výuce budoucích absolventů, kteří si při nich osvojují dovednosti v metodách sběru a následné analýzy dat, a využívají technologické vybavení laboratoře pro řadu demonstračních experimentů přímo spojených s výukou. Jedním z příkladů může být zmenšený termohydraulický model primárního okruhu tlakovodního reaktoru, u něhož si studenti zkoušejí různé přechodové děje i havarijního charakteru, problematiku měření a regulace či různé odezvy na zásah operátora. Dalšími experimenty, kterými je výuka obohacena, jsou zařízení určená ke studiu krize přestupu tepla, zaplavování aktivní zóny reaktoru v případě těžké havárie LOCA (Loss of Coolant Accident neboli ztráta chladiva), dvoufázového proudění a řady dalších.

Školní model primárního okruhu tlakovodního reaktoru. (Zdroj: FS ČVUT v Praze)

Výzkumné aktivity

V oblasti jaderné energetiky je Ústav energetiky ČVUT v Praze významným centrem vědeckého výzkumu. Mezi hlavní oblasti výzkumu patří jaderná bezpečnost, termohydraulické analýzy (chlazení aktivní zóny, proudění a přestup tepla v komponentách jaderných elektráren, simulace v CFD apod.), návrh nových jaderných systémů, v současnosti velice aktuální téma malých modulárních reaktorů nebo analýzy rizik pro jaderná zařízení. Významnou oblastí výzkumu je i jaderná fúze. Důraz je kladen také na nové technologie, jako je virtuální realita nebo využití umělé inteligence.

Reklama
Reklama
Reklama

Virtuální jaderná elektrárna

Začlenění virtuální reality do výuky i praxe (např. pro zjednodušení údržby nebo projektování změn) je pro budoucnost velice důležité. Po počátečních nesnázích a hledání cest k efektivnímu využití virtuálního prostředí nabývá tato oblast v posledních letech na dynamice. V rámci našich aktivit nyní disponujeme kompletním modelem primárního okruhu zahrnujícím modely reaktoru, parogenerátorů, hlavních cirkulačních čerpadel, kompenzátoru objemu, pojistných ventilů atd. Modely jsou vytvářeny buď v klasických CAD programech, nebo v modelovacím nástroji Blender, který je vhodnější pro přímý export modelů pro virtuální realitu. Jako vývojové prostředí byl po několika změnách využit herní engine Godot. Využití open source nástrojů jako Blender a Godot nám navíc nesvazuje ruce případnými licenčními omezeními. Model je vyvíjen pro brýle virtuální reality Meta (dříve Oculus) Quest 2, a zároveň jako tradiční 3D aplikace pro PC. S rostoucím zájmem o fúzní energetiku se v průběhu času též zrodil sesterský projekt, jehož náplní je vytvoření virtuálního modelu reaktoru typu tokamak, který bude srdcem první demonstrační fúzní elektrárny DEMO. Výstupy našich aktivit jsou zdarma ke stažení na internetových stránkách projektu.

Model parogenerátoru PGV1000 z projektu Cenelín. (Zdroj: FS ČVUT v Praze)

Pokročilé jaderné reaktory

Kromě výzkumu pro současné tlakovodní reaktory se zaměřujeme též na reaktory IV. generace. V rámci evropských projektů SafeG a Treasure se věnujeme vývoji plynem chlazeného rychlého jaderného reaktoru (GFR), který je považován za jednu ze šesti nejperspektivnějších pokročilých jaderných technologií. Vyniká svou všestranností, kombinuje vysoké výstupní teploty s možností uzavření palivového cyklu, což umožňuje velmi efektivní a udržitelnou výrobu elektřiny a průmyslového tepla nahrazující spalování fosilních paliv. Náplní projektu je mimo jiné studium, modelování a numerické simulace základních bezpečnostních parametrů aktivní zóny, kompatibilita konstrukčních materiálů a komponentů s chladivy, spolehlivost pasivních systémů odvodu zbytkového tepla po odstavení, návrh lapače taveniny a instrumentace pro bezpečnost, inspekce a údržbu.

Malé modulární reaktory

Dalším významným trendem jaderné energetiky současnosti jsou malé modulární reaktory (SMR – small modular reactor). Tyto reaktory nabízejí alternativu k tradičním velkým jaderným elektrárnám. Malé modulární reaktory jsou navrženy od výkonu několika jednotek megawattů (označovány jako mikroreaktory) po nižší stovky megawattů. Klíčovými aspekty SMR jsou modularita, flexibilita a škálovatelnost. SMR lze snadno přizpůsobit různým potřebám a požadavkům na výrobu energie, což je činí ideálními pro menší regiony a průmyslové aplikace. Díky pokročilým bezpečnostním systémům a menší velikosti mají SMR nižší riziko havárie a jsou navrženy tak, aby minimalizovaly následky jakýchkoli technických problémů. SMR mohou být vyráběny v továrnách a sestavovány na místě, což zkracuje dobu výstavby a snižuje rizika zpoždění výstavby ve srovnání s tradičními velkými reaktory.

Reklama

Jednou z překážek pro aplikaci malých modulárních reaktorů je legislativní prostředí. V projektu Aplikace pravděpodobnostního hodnocení bezpečnosti (PSA) u malých modulárních reaktorů v činnosti dozorného orgánu v ČR je hlavním cílem podpořit dozorný orgán (SÚJB) při vytváření legislativního rámce pro hodnocení bezpečnosti těchto reaktorů v oblasti PSA.

Jaderná fúze

Jednou z největších výzev současné vědy je výzkum jaderné fúze, která představuje potenciální revoluční zdroj energie. Již dnes je možné postavit fúzní elektrárnu, která by však nebyla konkurenceschopná, protože dosud byla v popředí fúzního výzkumu fyzika a technologie elektrárny nebyly zatím optimalizovány. To je dnes úkol pro strojaře a technology. Očekává se, že první fúzní elektrárny se začnou stavět po roce 2040 a do provozu by měly být uvedeny v letech 2050–2060. Výzkum, vývoj a výuka technologie fúzních elektráren se proto stává nezbytnou součástí studia.

Virtuální model reaktoru typu tokamak. (Zdroj: FS ČVUT v Praze)

Budoucnost jaderné energetiky

Jaderná energetika se jeví jako klíčová v kontextu očekávaného nárůstu čistých energetických zdrojů. S postupným odstavováním uhelných elektráren, které výrazně přispívají k emisím skleníkových plynů, se jaderné elektrárny stávají stále důležitějšími pro zajištění stabilních a bezemisních zdrojů energie. Očekává se také významný nárůst jejich podílu, který bude nezbytný nejen pro kompenzaci výpadku kapacity z uzavíraných uhelných elektráren, ale také pro podporu případného rozvoje elektromobility. Ústav energetiky Fakulty strojní ČVUT v Praze nabízí vynikající příležitost pro ty, kteří se chtějí stát součástí tohoto dynamického a perspektivního odvětví. Studium na Fakultě strojní ČVUT v Praze poskytuje nejen potřebné znalosti a dovednosti, ale také otevřené dveře k atraktivním kariérním příležitostem v oblasti energetiky.

Vydání #7,8
Kód článku: 240717
Datum: 26. 06. 2024
Rubrika: Servis / Technické školství
Související články
160 let strojařského vzdělávání v Praze: Bezuhlíková perspektiva budoucnosti

Dekarbonizace energetiky a průmyslu ve vazbě na Green Deal 2050 je v současnosti jedním z hlavních celospolečenských a politických témat. Ta ve výsledku určují směr technologického vývoje, vědy a výzkumu.

Elektromobilita pro energetickou nezávislost

Téměř veškeré hlavní fosilní zdroje energie planety – ropa nebo uhlí, se nacházejí v nějak problematických oblastech, ať už místem, nebo politicky, či ekonomicky, a závislost na nich je snadno zneužitelná. Proto je snaha o energetickou samostatnost tak strategicky důležitá pro celou Evropu.

Kompozitní materiály z přírodních zdrojů

Veřejnost se stále více snaží být environmentálně odpovědnou. Ani napříč odvětvími průmyslu tomu není jinak. V oblasti kompozitních materiálů můžeme v posledních letech sledovat stále častější tendence využívat přírodní materiály jako náhradu konvenčních syntetických produktů. Roste poptávka po vláknech na rostlinné bázi (například vláknech ze lnu, konopí nebo sisalu) a tyto materiály získávají významný podíl na celkové produkci kompozitních výrobků.

Související články
Inženýrská akademie ČR - Energie pro udržitelný život

Inženýrská akademie ČR je organizace sdružující lidi se společným zájmem – podporovat výzkum, vzdělávání a inovace. Najdeme zde špičkové odborníky z různých oborů. V našem seriálu dáváme slovo těm z nich, jejichž oblasti působnosti mohou být pro naše čtenáře zvlášť zajímavé.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
S uranem v podpalubí

V březnovém vydání MM Průmyslového spektra jsme publikovali článek pod názvem Jaderné ledoborce pro Severní cestu. Jelikož tento text vzbudil zájem řady čtenářů, rozhodli jsme se na toto téma připravit další podrobnější příspěvek.

Vezměme rozum do hrsti a bojujme

Pavel Sobotka, zakladatel a ředitel firmy Frentech Aerospace. Základy technických a technologických schopností získal v Tesle Brno, kde pracoval 27 let. Již tehdy byl přesvědčen, že přesná mechanika bude stále atraktivním oborem, jelikož se podílí absolutně na všem, co používáme. Brýle, zdravotnická technika, auta, letadla, kosmické rakety, obranný průmysl, tiskařina, výroba mikročipů, počítačů a mnoho dalšího.

Přínos vědců pro českou ekonomiku

Výzkumná a vědecká pracoviště jsou častými nositeli průlomových objevů a řešení. Jejich přínos pro konkurenceschopnost firem a národních ekonomik je neoddiskutovatelný. Jak si vede v této oblasti Akademie věd ČR, jak spolupracuje s průmyslovou sférou a kde vidí svou přidanou hodnotu? Na toto téma jsme diskutovali s předsedkyní AV ČR profesorkou Evou Zažímalovou.

Progres v navyšování podílu na trhu

Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.

Výzkumné a vývojové technologie v Řeži jsou příležitostí pro český výzkum a prům

Centrum výzkumu Řež s.r.o. (CVŘ) je výzkumná organizace, která navazuje na tradici jaderného výzkumu v řežském údolí a rozšiřuje jej do oblastí nových technologií ve sféře základního i aplikovaného, tzv. předkomerčního výzkumu. Je provozovatelem dvou výzkumných reaktorů a celé řady technologií pro výzkum a vývoj v jaderné oblasti.

160 let strojařského vzdělávání v Praze: Tištěné implantáty i oční endoskop

Moderní lékařství se neustále vyvíjí a stále více se spoléhá na inovativní materiály, diagnostické metody a technologie z jiných oborů. Proces zavádění nových materiálů a diagnostických metod v oblasti lékařství je zároveň nemyslitelný bez dlouhodobé spolupráce mezi výrobci a výzkumnými institucemi.

Řezné nástroje pro moderní výrobu

Trendy v obrábění kladou stále vyšší nároky i na řezné nástroje. K hlavním požadavkům na nástroje patří zejména vysoký výkon a produktivita, dlouhá doba použití, stabilita výrobní kvality, celková hospodárnost, přesnost práce, schopnost zpracování specifických materiálů, určitá forma chytrosti a konektivity a v neposlední řadě i udržitelnost při použití. Vývoj nástrojů je výrazně progresivní a vzniká tak mnoho nových technických řešení.

Aktuální trendy v oboru obráběcích strojů

Obor obráběcích strojů prochází velkými změnami, které pravděpodobně nejsou na první pohled tak zřetelné. Požadavky na stroje se mění v důsledku postupných proměn světa okolo nás a výrobci strojů na to reagují, aby si zajistili potřebnou konkurenceschopnost.

Reflexe EMO Milano 2015

Italské výstaviště Fieramilano se první říjnový týden stalo středem pozornosti strojařů především evropské provenience. Po šesti letech, kdy vrcholila hospodářská krize, se prestižní veletrh EMO vrátil do italského průmyslového regionu s „budovatelským“ mottem: Let’s build the future. Na ploše 120 000 m2 ve dvanácti výstavních halách se prezentovalo přes 1 600 vystavovatelů, z toho na 500 tuzemských. Podle závěrečné zprávy navštívilo akci přes 155 tisíc návštěvníků (145 tis. EMO Hannover 2013), polovina ze zahraničí. (Pozn. V neděli před zahájením EMO navštívilo vedlejší Expo přes 260 tisíc návštěvníků. Z České republiky do Milána vycestovalo 2 160 strojařů (2 300 na EMO Hannover 2013). Každý z návštěvníků si domů patrně odvezl svůj osobní rekord v nachozených kilometrech po výstavišti.

Výrobní stroje a komponenty na VŠ

V nynějším vydání jsme o strukturovanou prezentaci požádali ústavy zaměřené na výrobní stroje a komponenty. Naši nabídku vyslyšela pracoviště na strojních fakultách v Praze a Ostravě.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit