Fukushima-Daiichi na vlastné oči

Elektráreň má problémy #1 (Power Plant in Trouble #1)

V Japonsku, napriek tomu že je to jedna z popredných ekonomík sveta, je elektrická sieť tak povediac svetový unikát  - v krajine sú totižto dva vzájomne nekompatibilné štandardy - 100V 50Hz a 60Hz. Aby krajina nemala dve neprepojené elektrické siete, existuje niekoľko konvertorov, ktoré tieto dva systémy spájajú. Hoc v dnešnej dobe je mnoho spotrebičov dimenzovaných na prácu v širokom spektre štandardov, staršie zariadenia by kvôli potenciálnej unifikácii prestali fungovať.

Do roku 2011 bolo v Japonsku celkovo 54 jadrových reaktorov, ktoré produkovali približne 49 000 MW energie, čo predstavovalo asi tretinu energetickej produkcie krajiny. To je úctyhodné číslo, ale treba mať na pamäti, že Japonsko, hoc sa to rozlohou nezdá, má podľa posledného sčítania 126 milónov obyvateľov, čo je 87% populácie Ruska pri zlomku jeho rozlohy. A mimochodom, videli ste už Tokyo v noci?

Prakticky všetky jadrové elektrárne v Japonsku sú postavené na pobreží, najmä z dôvodu, že elektráreň potrebuje veľké množstvo vody na chladenie. Na tom by práve nebolo nič zlé, avšak vzhľadom na tektonickú aktivitu je to risk alebo kompromis - záleží na uhle pohľadu. Havária vo vnútrozemí by v krajine, kde je každý centimeter pôdy vzácny, napáchala možno väčšie škody než na pobreží. O tom už teraz môžeme len polemizovať - čo sa stalo, stalo sa...

(Fukushima-Daiichi v roku 2010, poradie reaktorov zľava 4, 3, 2, 1, 5, 6 / Fukuhshima-Daiichi in 2010, reactors from the left: 4, 3, 2, 1, 5 ,6 zdroj/source cryptome.org)

Fukushima-Daiichi sa nachádza na východnom pobreží najväčšieho Japonského ostrova Honšú v prefektúre Fukushima v mestečku Okuma. Nebola to práve malá elektráreň - vo svetovom meradle sa radila medzi 15 najväčších jadrových elektrární na svete. Disponovala šiestimi jednookruhovými varnými reaktormi (BWR - voda sa v reaktore premení na paru, ktorá priamo poháňa turbíny), ktoré boli uvedené do prevádzky postupne medzi rokmi 1967 až 1973 a predukovali dohromady okolo 4500MW energie. Pre porovnanie, v Jaslovských Bohuniaciach je súčasný inštalovaný výkon 1100MW na dvoch dvojokruhových tlakovodných reaktororoch sovietskeho typu VVER-440.

(Schéma reaktora BWR inštalovanom vo Fukushima-Daiichi: 1 - nádrž s vyhoreným palivom 2 - servisné poschodie 3 - betónová budova reaktora 4 - tlaková nádoba reaktora 5 - primárny obal reaktora 6 - vyrovnávacia nádrž (torus) / Schematics of BWR reactor installed in Fukushima-Daiichi: 1 - spent fuel pool 2 - reactor service floor 3 - concrete reactor building 4 - reactor pressure vessel 5 - primary containment drywell 6 - supression pond wetwell zdroj/source world-nuclear.org)

Katastrofa, ktorá sa stala vo Fukushime, sa v mnohom líši od udalosti v Černobyle (reportáž z Černobyľu a Zóny si môžte prečítať TU). Kým na Ukrajine (ZSSR) došlo vyslovene k ignorácii pokynov pri testovaní bezpečnostných systémov reaktora v kombinácii s určitými konštrukčnými nedostatkami (napr. operátori nevedeli zistiť, že sa im reaktor lokálne prehrieva), vo Fukushime sa ľudský faktor prejavil ešte dávno pred nehodou - nedostatočná prevencia voči prírodným živlom a ignorovanie bezpečnostných doporučení v tomto ohľade, jedno z ktorých si v roku 2008 dokonca vypracovalo samotné TEPCO, no jeho závery ignorovalo. V dokuemnte Why Fukushima Was Preventable  je spomínaná aj ignorácia zo strany Japonského úradu pre jadrovú energiu (NISA) voči bezpečnostným opatreniam nielen na Fukushime. Napr. v roku 1999 došlo k zaplaveniu francúzskej jadrovej elektrárne v Blayais, po ktorom sa v Európe začali posliňovať bezpečnostné opatrenia proti živlom, no v Japonsku, hoci sa o tejto nehode vedelo, NISA nekonala. Samotný prírodný živel (tsunami) bol už len spúšťačom, po ktorom sa prejavili dôsledky predošlých zlyhaní či pasivity kompetentných. Z iného uhla pohľadu, Černobyľ bol v podstate jeden výbuch, no nehoda v Japonsku bola postpný sled udalostí, ktoré mali za následok kontamináciu širokého okolia pevniny a zamorenie morskej vody nielen v okolí Japonska. Je tiež zaujímavé, že celá nehoda sa točí okolo vody - dostala (a v podstate aj stále dostáva) sa hlavne tam, kde by byť nemala a chýbala tam, kde mala byť v prvom rade. Určitým šťastím v nešťastí bol fakt, že reaktor 4 bol v čase nehody bez paliva a reaktory 5 a 6 boli odstavené, v prevádzke boli len prvé tri.

11. marca 14:46 zasiahlo elektráreň už spomínané zemetrasenie (nachádza sa 160km od epicentra), ktoré, napriek tomu že prevyšovalo maximálnu úroveň otrasov na ktoré bola elektráreň dimenzovaná, nenapáchalo na samotnom zariadení väčšie škody. Došlo k tzv. SCRAM-u - bezpečnostný systém elektrárne automaticky spustil núdzové odstavenie reaktorov a absorbčné regulačné tyče boli spustené do reaktora, aby spomalili štiepnu reakciu. Reaktor sa však nedá len tak vypnúť - aj po zasunutí týchto tyčí stále produkuje možstvo tepla, ktoré je treba odvádzať. A to nielen zo samotného reaktora, ale aj z vyhorených palivových tyčí, ktoré sú uložené v hornej časti reaktora a ponorené do vody.

Hlavným problémom bezprostredne po zemetrasení (tsunami ešte neudrela) však bolo prerušenie elektrického vedenia s okolitým svetom, a vzhľadom na to, že reaktor bol odstavený, vodné čerpadlá nemali zdroj energie, preto nabehli záložné dieselagregáty. Situácia sa zdala stabilizovaná...

(zásah elektrárne vlnou tsunami / power plant hit by a tsunami wave)

O 40 minút neskôr však prišla pohroma. Na elektráreň postavenú na pobreží sa privalilo 7 väčších vĺn tsunami, pričom výška najväčšej bola až 15m. Bariéra, ktorá chránila elektráreň pred tsunami, však mala iba 5,7 metra (ďalšia konštrukčná chyba). Moment, kedy bola elektráreň zasiahnutá tsunami, bol dokonca zachytený na videu vyššie. Hneď na to sa prejavila ďalší pomerne zásadný nedostatok v návrhu elektrárne, keďže dieselagregáty sa nachádzali na spodných poschodiach budov reaktorov a boli okamžite zaplavené, až na jediný v reaktore 6, ktorý sa podarilo prepojiť aspoň s reaktorom 5 a chladiť tak vyhorelé palivo (ako bolo spomenuté, reaktory 4, 5 a 6 mali odstávku). Posledný záložný systém, ktorý ostal pracovať, bol batériovo-parný systém, ktorý, ako sa neskôr TEPCO ako prevádzkovateľ elektrárne priznal, nebol spustený a ani testovaný posledných 40 rokov. Tento systém vydržal v prevádzke asi 30 hodín.

Už v prvý večer dochádza k poruchám s chladením na reaktore č. 1 a je vyhlásený stav ohrozenia, nariadená bola prvá evakuácia z okolia 3km od elektrárne. Na druhý deň, 12. marca 2011, aj tento posledný záložný systém prestáva pracovať a začínajú prvé problémy...

EN

Japan has a rather unique electric grid - it consists of two mutually incompatible systems. One part of the country has 100V 50Hz in their sockets, whereas the other part has 60Hz. In order not to have two independent grids, there are several converter stations where these two networks join. Although many modern appliances are able to operate in a wide range of electric standards, older devices would cease to function if it had been for an unification.

Until 2011, there were 54 nuclear reactors operating in Japan, producing 49 000MW of electric power, which is about one third of country's production. It's quite a huge amount, but bear in mind that Japan has a population of 126 million people, which is 87% of Russia, although on a very small piece of land. By the way, have You seen Tokyo at night?

Almost all nuclear power plants in Japan are situated on the coastline, mostly because they utilize a lot of water for cooling. That is logical, but probably not so much in a country with such high tectonic activity as Japan. It's either a risk or a trade-off - an accident in a country, where every inch of soil is valuable, would probably have wider consequences than an accident on the shore. This is something we can only speculate about now - what has happened, happened...

Fukushima-Daiichi is located on the eastern coast of the largest Japanese island Honshu, in Fukushima prefecture near a town of Okuma. In terms of size and power it was by no means a small plant - six BWRs (boiling water reactors) producing 4500MW of power made the plant into the world's top 15. The plant's reactors were commissioned between 1967 and 1973.

The disaster that has happened in Fukushima is in many ways different from what happened in Chernobyl. In the Ukraine (or USSR back then), the biggest mistake was ignoring procedures while testing safety systems of the reactor in combination with several design flaws (for example the operators had no idea that the reactor is overheating locally). In Fukushima, the human factor failed long before the accident - insufficient prevention against natural disasters and ignoring safety recommendations in this matter. For example, TEPCO as a plant operator requested a safety survey about the plant, results of which just ignored. Document Why Fukushima Was Preventable says that not only TEPCO was to blame, but also NISA - Nuclear and Industry Safety Agency in Japan, which ignored to see safety problems of the plant and also failed to observe what was going on in the rest of the world. In 1999, French NPP in Blayais was inundated, which resulted in safety check-ups all around Europe and improvements increasing prevention against natural disasters were implemented. But in Japan, neither TEPCO nor NISA did something, although all Japanese plants are located in areas where flooding is a possibility. The tsunami was only a trigger that showed all the previous failures and ignorance. From a different perspective, Chernobyl was a single explosion whereas Fukushima was a series of accidents that resulted in spreading of radioactive substances into the air and water. It's also interesting to note that the accident was all about water - in got where it was not supposed to be and it was missing in the places where it should have been. Luckily, only reactors 1-3 were fully operational during the accident, reactor 4 had fuel unloaded and reactors 5 and 6 were in cold shutdown.

The power plant was hit by the earthquake at approximately 14:46, which occurred 160km in the sea. Despite being stronger than design specifications of the plant, the damage to the plant itself was insignifficant. Automated emergency system initialized so-called SCRAM - emergency reactor shutdown, when all the control rods are inserted into the reactor core to slow down the fissure reaction. But it does not stop the reaction completely, cooling still needs to be provided in order to dissipate the heat not only from the reactor core, but also from the spent fuel pool.

The biggest problem at that time (the tsunami had not arrived yet) was broken connection to the power grid. Water pumps had no power, so the emergency diesel generator kicked-in and provided power for the water circulation apparatus. Situation seemed stable...

But 40 minutes later, the disaster came. The power plant was hit by 7 huge tsunami waves, the largest being 15 meters high. The barrier, that was supposed to hold these waves off the plant, was only 5.7m tall. The moment when one of the tsunamis hit the power plant can be seen in the video above. Because the diesel generators were located in the lower parts of the reactor buildings, water disabled all except one in reactor 6, which was later used to cool spent fuel in both reactor 5 and 6. The very last backup system, that was able to operate, was steam-battery system, which hadn't been tested for the past 40 years. Despite that, it kept operating for around 30 hours.

Problems arise in the evening on the very first day - reactor 1 cooling malfunctions and a state of emergency is declared, people from 3km vicinity are evacuated. The next day, even that last steam-battery system stops working and the reactors are no longer being cooled. First serious problems arise...