Energetyka jądrowa w Korei Północnej – historia i przyszłość. Czy zachodnia technologia tam trafi?

Mówiąc o tematach związanych z energetyka jądrową, Koreańska Republika Ludowo-Demokratyczna kojarzy nam się głównie z bronią jądrową – w 2006 roku stała się ona częścią dosyć małego kręgu krajów posiadających własne głowice jądrowe, i kontynuuje dalszy rozwój technologii jądrowej dla celów wojskowych. Pomijanym tematem jest jednak cywilne wykorzystanie atomu w medycynie i przemyśle. Dzisiaj chciałbym opowiedzieć o porzuconych elektrowniach, w tym w technologii zachodniej, oraz o potencjalnej przyszłości energetyki jądrowej w Korei Północnej.

Korea Północna w dużej mierze opiera swoją energetykę na elektrowniach wodnych oraz na bardzo przestarzałych elektrowniach węglowych – pozostałe źródła odgrywają w ich systemie energetycznym bardzo małą rolę, jednak Północ już od dłuższego czasu jest zainteresowana zmianą tego status quo, w tym poprzez budowę elektrowni jądrowych.

Pierwszy reaktor badawczy

W 1965 roku uruchomiono w Nyongbyon reaktor badawczy typu IRT-2000, który dalej służy do produkcji radioizotopów dla medycyny. Koreańscy naukowcy zwiększyli moc reaktora do 8 MWt, jednakże od upadku ZSRR nie otrzymał jednak świeżego paliwa, więc pracuje dosyć rzadko. Mimo tego praca przy tym reaktorze pozwoliła Koreańczykom wyszkolić kadrę specjalistów, gotową do pracy nad bardziej skomplikowanymi projektami.

Pierwsza eksperymentalna jednostka energetyczna

W 1980 roku ruszyła budowa kolejnego reaktora jądrowego w Nyongbyon. Potocznie nazywany “Nyongbyon-1” lub “5-Megawatt Reactor” to jednostka wzorowana na brytyjskich reaktorach Magnox – reaktor chłodzony CO₂, moderowany grafitem, wykorzystujący uran naturalny jako paliwo. Moc termiczna reaktora to około 25 MW, zaś elektryczna to tylko 5 MW – oznacza to, że sprawność tej jednostki jest o wiele niższa niż późnych reaktorów Magnox, i jest zbliżona do pierwszych reaktorów w Calder Hall. Reaktor powstał głównie w celu produkcji plutonu dla celów wojskowych, szacunkowo po 6 kg rocznie, zaś wytwarzanie energii elektrycznej to cel drugorzędny. Elektrownia pracuje w kogeneracji, dostarczając ciepło do okolicznych domów.

Reaktor wykorzystuje uran wydobyty na terenie kilku kopalni w kraju i był kilkakrotnie wyłączany z eksploatacji i uruchamiany ponownie. W 2008 roku wyburzono jego chłodnię kominową, ale parę lat później jednostkę zmodyfikowano, i od chwili przywrócenia go do stanu użytecznego pracuje w otwartym układzie chłodzenia.

Tutaj możemy zobaczyć górną część reaktora, basen na wypalone paliwo, pokój kontrolny oraz schematy reaktora.

Nyongbyon 2

Wykorzystując doświadczenia z budowy i eksploatacji reaktora Nyongbyon 1, Koreańczycy zdecydowali się na budowę jego powiększonej wersji, Nyongbyon 2. Miał on osiągać moc elektryczną 50 MW i służyć zarówno jako reaktor produkcyjny, i jako reaktor energetyczny. Eksperci szacują, że reaktor produkowałby około 55 kg plutonu rocznie.

Dokładna data rozpoczęcia budowy nie jest znana, aczkolwiek jest szacowana na połowę lat 80-tych. Plac budowy w 1992 roku odwiedziła delegacja IAEA, której przedstawiono schematy elektrowni. Reaktor był bliski ukończenia i zgodnie z planem miał być oddany do eksploatacji w 1995 roku. Do tego czasu wyprodukowano już dużą część bloków grafitowych tworzących rdzeń oraz paliwa jądrowego, zbliżonego konstrukcją do tego dla Nyongbyon-1, aczkolwiek elementy paliwowe były o około 10% dłuższe.

Elektrownia Jądrowa Taechon

Kolejnym krokiem w stronę nuklearyzacji koreańskiej energetyki była elektrownia Taechon, której budowa rozpoczęła się w 1989 roku, wyposażona w 200-megawatowy reaktor. Reaktor według niektórych źródeł miał być kopią Francuskiego reaktora G-2, jednakże osobiście niezbyt popieram tę tezę. G-2 był reaktorem UNGG, czyli francuskim odpowiednikiem reaktorów Magnox, jednakże pod wieloma względami ich konstrukcje się od siebie różniły. Przykładowo, wczesne UNGG, takie jak właśnie G-2 miały horyzontalne kanały paliwowe, zaś zdjęcia satelitarne wskazują na to, że reaktor w Taechon posiadałby raczej klasyczne dla Magnoxów pionowe ustawienie kanałów. Dodatkowo UNGG wykorzystują w koszulkach paliwowych zupełnie inny stop niż Magnoxy, a Korea Północna nie wydobywa na swoim terytorium cyrkonu potrzebnego do produkcji takich koszulek – najprawdopodobniej Taechon była po prostu finalną ewolucją koreańskich Magnoxów. 

Koreańczycy zapierają się, że zarówno Nyongbyon 2, jak i Taechon zostały w pełni zaprojektowane przez ich własnych inżynierów, i sami rozwiązali problemy, jakie napotkali przy eksploatacji Nyongbyon-1, przykładowo nierównomierny strumień neutronów, czy uszkodzenia koszulek paliwowych. Taechon, jako reaktor gazowo-grafitowy, wykorzystujący uran naturalny, dalej mógłby służyć jako reaktor produkcyjny, wytwarzając około 219 kg plutonu rocznie. Był on jednak budowany przede wszystkim jako reaktor energetyczny, na co wskazuje też duża odległość od zakładów, w których paliwo miało być przetwarzane. Plac budowy w 1992 roku odwiedził dyrektor IAEA, co zostało uwiecznione na bardzo złej jakości kasecie VHS. Reaktor zgodnie z planem miał być oddany do eksploatacji w 1996 roku. Bloków grafitowych oraz paliwa nigdy nie wyprodukowano.

Zawieszenie budowy

Budowa reaktorów Nyongbyon-2 i Taechon została zawieszona w 1994 roku, wyłączony został także reaktor Nyongbyon-1. Wynikało to z porozumienia między KRLD a USA wraz z innymi krajami i mimo wielu gróźb, budowy tej nie wznowiono – nie jest to już zresztą możliwe, ponieważ czas poważnie uszkodził konstrukcję obydwu nieskończonych bloków, i parafrazując jednego z Koreańskich inżynierów, „Taniej by było budować nowy reaktor od zera niż próbować dokończyć tę stertę gruzu i rdzy”. Jego zdanie podziela dyrektor Nyongbyon, Ri Hong Sop. Obecnie propaganda w Korei obwinia “zachodnich imperialistów” o braki energii elektrycznej w kraju, ponieważ wymusili oni wygaszenie programu reaktorów gazowo-grafitowych w zamian za coś, czego Korea nigdy nie dostała.

Elektrownia jądrowa Sinpo – południowokoreańska technologia na Północy

Co ciekawe, Zachód, chcąc zatrzymać koreański program reaktorów grafitowych, złożył KRLD propozycję. W zamian za wyłączenie wszystkich reaktorów i zaprzestanie testów rakiet balistycznych, Korea miała otrzymać nowoczesną, dwublokową elektrownię  jądrową w technologii południowokoreańskiej. Wybrano technologię PWR, ponieważ jest ona bardzo odporna na proliferację. Północ zgodziła się na ten układ i w 1999 roku podpisana została umowa na budowę elektrowni jądrowej niedaleko miasta Sinpo – w tym samym miejscu, które ledwo dekadę wcześniej wytypowano na budowę elektrowni w technologii radzieckiej, która z przyczyn ekonomicznych i upadku ZSRR nie powstała.

W konsorcjum mającym budować elektrownię – KEDO, udział mieli nie tylko Południowi Koreańczycy, USA czy Japonia, ale nawet Czechy i Polska. Elektrownia miała mieć aż 2 GW, dosyć dużo  jak na koreański system energetyczny, i do 2003 roku już około 30% projektu było gotowe. Elektrownia miała wykorzystywać reaktory Korean Standard Nuclear Power Plant, znane od 2005 roku jako OPR-1000. Elektrownia jądrowa miała bazować na jednostkach Ulchin 3 i 4, z pewnymi modyfikacjami poprawiającymi bezpieczeństwo i niezawodność obiektu. 

Niestety w wyniku konfliktu politycznego wokół projektu w USA, łamania zasad umowy przez Północ i przez brak środków, budowę zawieszono, i oficjalnie porzucono w 2006 roku. Można by powiedzieć, że w ten sposób zbudowano w Korei Północnej coś w stylu naszego Żarnowca. W ten sposób Korea Północna pozostała bez PWRów ani reaktorów grafitowych – nie licząc Nyongbyon-1, który reaktywowali. Nie oznacza to jednak, że Korea Północna kompletnie porzuciła plany wykorzystania technologii lekko-wodnej do produkcji energii elektrycznej.

• Zobacz również: Jak nie magazynować odpadów radioaktywnych? Historia i przyszłość Centrum Szkolenia Załóg Atomowych Łodzi Podwodnych w miejscowości Paldiski

Nyongbyon 3

Nyongbyon 3, powszechnie zwany „ELWR” lub po prostu „30 MW reactor” to reaktor będący obecnie w stanie rozruchu, konstrukcji w pełni własnej. Jest to mały PWR, więc nie jest to jednostka wybitnie nadająca się do produkcji plutonu do broni jądrowej, świetnie zaś nadająca się do produkcji energii elektrycznej. Jej moc cieplna to 100 MWt i wykorzystuje około 4 ton nisko wzbogaconego uranu. Uran jest wzbogacany w Nyongbyon i sama placówka jest według zachodnich ekspertów bardzo nowoczesna i czysta. 2000 nowoczesnych wirówek, o wiele bardziej zaawansowanych od wirówek P-1 oferowanych na czarnym rynku przez siatkę A. Q. Khana, wzbogaca około 2 ton uranu rocznie.

Reaktor był zaprojektowany przez zespół młodych inżynierów z pomocą starszych ekspertów, mających doświadczenie przy projektowaniu i eksploatacji reaktorów gazowych. Przy projektowaniu reaktora nie pracowali inżynierowie z niedokończonej elektrowni Sinpo, jednakże główny inżynier Yu wskazywał na możliwość ich zatrudnienia, kiedy reaktor będzie oddany do eksploatacji. Nowy reaktor w Nyongbyon, według dyrektora ośrodka, ma zapewnić pracę dla wieloletnich pracowników zakładu, którzy nie mogli rozwinąć skrzydeł jako operatorzy Nyongbyon 2 oraz Taechon. Najnowsze zdjęcia satelitarne wskazują na to, że reaktor przechodzi już gorące testy, na co wskazuje między innymi widoczna w podczerwieni ciepła woda wracająca do rzeki, oraz topniejący śnieg na budynkach elektrowni.

Bezpieczeństwo jądrowe

Istnieją jednak obawy, jeśli chodzi o bezpieczeństwo elektrowni – Siegfried Hecker, który wiele razy odwiedzał Nyongbyon, wyraził opinię, że beton używany do budowy budynku zabezpieczającego definitywnie nie spełnia norm dla projektów jądrowych. Niepewne jest też, czy Koreańczycy samodzielnie będą w stanie poprawnie wykuć zbiornik ciśnieniowy, czy zespawać rury w sposób gwarantujący bezpieczną pracę reaktora. Fakt, że za projekt odpowiedzialny jest zespół młodych inżynierów odciętych od dekad lat doświadczenia ich zagranicznych kolegów, definitywnie nie poprawia sytuacji.

Budowa reaktora rozpoczęła się, zanim wybrano materiał, z jakiego będą wykonane koszulki paliwowe. Najprawdopodobniej będą one stalowe, co będzie wymagać nieco wyższego wzbogacenia paliwa, a nie z zircalloyu, przez fakt, że nie potwierdzono do tej pory wydobycia cyrkonu w KRLD. Rzeka Kuryong jest też dosyć niepewnym źródłem wody chłodzącej, więc osobiście nie byłbym w szoku, jeśli za parę lat dojdzie do niespodziewanej budowy chłodni kominowych – Koreańczycy mają już jednak doświadczenie w przyspieszonej rekonfiguracji obiegu chłodzącego.

Czy Korea Północna chce zachodniej technologii?

Niemniej jednak, według Heckera, Korea Północna jest szczerze zainteresowana pokojowym wykorzystaniem reaktorów lekko-wodnych w energetyce, i jak wspominał Dyrektor Ri, ELWR w Nyongbyon ma być jednostką eksperymentalną, dzięki której za jakiś czas zdobędą doświadczenie, które pozwoli im budować wielkoskalowe elektrownie z reaktorami PWR. Biorąc pod uwagę tragiczną sytuację przemysłu energetycznego w kraju, wydaje się to dosyć sensownym podejściem. Dla zachodu jednak ważne by było zapewnienie, że program ten nie skręci w złą stronę – i pod względem bezpieczeństwa, i pod względem potencjalnej rekonfiguracji wirówek na produkcję uranu wysoko wzbogaconego do celów militarnych.

Rozsądnym rozwiązaniem, które zresztą proponowali inżynierowie z Nyongbyon, byłoby na przykład zapewnienie dostaw wzbogaconego paliwa z zagranicy, oraz odbiór zużytego paliwa. Tym samym KRLD nie będzie miało wymówki na wzbogacanie uranu na swoim terytorium, ani nie będzie miało możliwości separacji plutonu ze zużytego paliwa, eliminując ryzyko proliferacji. Finalnie, pomysły takie jak ten, czy powrót do idei zbudowania Koreańczykom elektrowni w zagranicznej technologii, to już temat polityczny, a nie natury technicznej, i obecna sytuacja geopolityczna i problemy wewnętrzne w Korei Północnej nie wróżą poprawy sytuacji. Jeśli północnokoreański przemysł jądrowy dalej będzie odizolowany od reszty świata, na cywilny program jądrowy czeka jeszcze wiele opóźnień, błędów, oraz bolesnych lekcji.

Źródła

[1] Siegfried S. Hecker - Can the North Korean nuclear crisis be resolved?
[2] Chaim Braun, Siegfried Hecker, Chris Lawrence, Panos Papadiamantis - North Korean Nuclear Facilities After the Agreed Framework
[3] Siegfried S. Hecker - What I Found in North Korea
[4] Siegfried S. Hecker, Sean C. Lee, and Chaim Braun - North Korea’s Choice: Bombs over Electricity
[5] Siegfried S. Hecker - A Return Trip to North Korea’s Yongbyon Nuclear Complex
[6] 38north.org
[7] nti.org
[8] Haggard, S., & Cheung, T. M. (2021). North Korea’s nuclear and missile programs: Foreign absorption and domestic innovation. Journal of Strategic Studies, 44(6), 802–829.
[9] kedo.org
[10] YouTube - kaseta IAEA
[11] Google Earth

Materiał został przygotowany przez Koło Naukowe Energetyków Jądrowych URANIUM, AGH.
Antoni Korgul