Wymagania i obszary projektów jądrowych na świecie jako baza do udziału polskich przedsiębiorstw w budowie elektrowni jądrowej w Polsce - komentarz dr hab. inż. Tomasza Piotrowskiego, prof. uczelni z Wydziału Inżynierii Lądowej Politechniki Warszawskiej
Jakie wymagania techniczne będą stawiane przedsiębiorstwom podwykonawczym branży budowlanej przy realizacji elektrowni jądrowej
Wymagania techniczne związane z branżą jądrową należy rozróżnić z uwagi na dwa podstawowe aspekty. Pierwszy z nich związany jest ze specyfiką wielkoskalowych elektrowni jądrowych, a drugi z tym, kto jest dostawca technologii – czy jest to amerykański Westinghouse, francuski EDF czy koreański KHNP.
Elektrownie jądrowe składają się z trzech podstawowych części: wyspy jądrowej gdzie znajduje się jest reaktor jądrowy i system obiegu pierwotnego, wyspy turbinowej z obiegiem wtórnym, gdzie wytwarzana jest energia elektryczna przy pomocy turbiny i generatora oraz pozostałe obiekty i systemy nie związane bezpośrednio z zespołem wytwórczym tzw. BoP, czyli Balance of Plant.
Rys.1. Wizualizacja głównych obiektów pierwszej polskiej elektrowni jądrowej - materiały informacyjne PEJ Sp. z o.o.
Rys.2. Rzut góry na elektrownię jądrową AP1000 z zaznaczonymi jej głównymi częściami i obiektami - opracowanie własne autora.
Najbardziej restrykcyjne wymagania są stawiane oczywiście dla wyspy jądrowej i są one najczęściej określone przez dostawcę technologii, choć są w tym pewne wyjątki. Na przykład w Finlandii, gdzie realizowana był projekt Olkulioto 3, tamtejszy dozór jądrowy zobowiązał dostawcę do uwzględnienia wielu lokalnych wymagań fińskich, w szczególności właśnie w branży budowlanej. To zapewniało bowiem udział fińskich przedsiębiorstw w budowie, czyli tzw. local content. Z kolei w Wielkiej Brytanii wymagana jest specjalna procedura Generic Design Assesment, której celem jest zapewnienie pewności, że proponowany projekt nadaje się do budowy, eksploatacji i wycofania z eksploatacji zgodnie ze standardami bezpieczeństwa, ochrony i ochrony środowiska wymaganymi w UK.
Dla strony wnioskującej oferuje to zmniejszenie niepewności i ryzyka projektu w odniesieniu do przypadków projektowania, bezpieczeństwa, ochrony i ochrony środowiska, aby umożliwić przyszłe licencjonowanie, wydawanie pozwoleń, budowę i działania regulacyjne. Dla reaktora UK EPR trwało to niespełna 10 lat, a dla realizowanego w Polsce na Pomorzu reaktora AP 1000 równo 10 lat - od 2007 roku i zakończyło się w marcu 2017 roku wydaniem Design Acceptance Confirmation (DAC) i Statement of Design Acceptability (SoDA), które są ważne przez kolejnych 10 lat tj. do 2027 roku. DAC i SoDA to jednak rezultat swego rodzaju procesu prekwalifikacji i nie gwarantują, że Office of Nuclear Regulation wyda pozwolenie na budowę elektrowni w oparciu o projekt reaktora jądrowego AP 1000 w konkretnym miejscu w Wielkiej Brytanii.
Podobnie jak w Polsce, proponowany operator musi bowiem uzyskać pozwolenie od organów regulacyjnych i rządu w formie licencji na lokalizację (decyzję lokalizacyjna wydawana w Polsce przez wojewodę) i zgodę na rozpoczęcie budowy związanej z energią jądrową (decyzja zasadnicza wydawana w Polsce przez odpowiedni resort), pozwolenie środowiskowe (decyzja o środowiskowych uwarunkowaniach wydawana w Polsce przez GDOŚ) i pozwolenie na budowę wydane przez tamtejszy Inspektorat Planowania (w Polsce przez wojewodę).
Rys.3. Przebieg czasowy procesu prekwalifikacji reaktorów (GDA Generic Design Assesment) jaki miał miejsce w Wielkiej Brytanii. Źródła: Piotrowski, T., Garbacz, A., Prochoń, P. (2017). Wytyczne wspomagające działania przedsiębiorstw krajowych w budownictwie elektrowni jądrowych. Konstrukcje z betonu w obiektach energetyki jądrowej/Concrete Structures in Nuclear Power Plants. Warszawa: Politechnika Warszawska Wydział Inżynierii Lądowej. ISBN 978-83-948948-0-1
Wymagania techniczne dla wyspy jądrowej i pozostałych obszarów
Należy wskazać, że w przypadku wyspy jądrowej to najczęściej wymagania wynikają z przepisów i wytycznych kraju dostawcy technologii – dla amerykańskiego projektu AP 1000 lub koreańskiego APR 1400 będą to zatem wymagania z USA, takie jak ACI, ASME, ASNI, ANS, czy ASTM, a dla projektu EPR 1600 wymagania francuskie, czyli RCC (Règles de conception et de construction). Jeśli chodzi o branżę budowlaną to bez wątpienia byłoby łatwiej adoptować w Polsce francuskie wymagania RCC-CW (Civil Works), które w dużej mierze są oparte na Eurokodach. Te europejskie normy budowlane są bowiem od wielu lat są stosowane w naszym kraju.
Sprawa jest bardziej skomplikowana w przypadku technologii amerykańskiej, w której konstrukcje budowlane budynku reaktora, obszarów o klasie 1, 2 i 3 budynku pomocniczego, a także pierwsza część wyspy turbinowej są zaprojektowane wg ACI 349-01 Code Requirements for Nuclear Safety Related Concrete Structures oraz NRC Regulatory Guide 1.142 Rev.2 Safety Realted Concrete Structures for Nuclear Power Plants (Other than Rector Vessels and Containments). Inne konstrukcje betonowe, w tym np. obszar klasy 4 budynku pomocniczego, budynek awaryjnych generatorów diesla, czy budynek przechowywania paliwa są zaprojektowane z podstawową amerykańską norma betonową ACI 318-99 Building Code Requirements for Structural Concrete).
Wymagania jakościowe stawiane przedsiębiorstwom podwykonawczym branży budowlanej przy realizacji elektrowni jądrowej
Wymagania techniczne to jednak tylko wierzchołek góry lodowej, gdyż pod powierzchnią jest jeszcze tzw. kultura bezpieczeństwa projektów jądrowych. Na bezpieczeństwo jądrowe składa się idea Safety and Security. To niezwykle ważny, jeśli nie najważniejszy aspekt realizacji budowy elektrowni jądrowych na całym świecie. U podstaw tego leży z jednej strony fakt, że ewentualny wypadek radiologiczny mógłby spowodować skutki dalece niewspółmierne do przyczyny, a z drugiej czysto pragmatyczne spojrzenie, że nawet najmniejsza awaria, niedociągnięcie czy problem generuje problemy i olbrzymie koszty dla całego przemysłu jądrowego na świecie. Tak było zarówno po awarii Three Mail Island, katastrofie w Czarnobylu, ale także uszkodzenia elektrowni Fukushima Daichi po ekstremalnej niespotykanej nigdy wcześniej fali tsunami. W związku z tym sektor jądrowy woli przewidywać i zapobiegać nieprzewidzianym zdarzeniom niż mierzyć się z nimi.
Wśród norm jakościowych w przemyśle jądrowym należy wymienić:
- IAEA GSR Part 2: Leadership and Management for Safety
- NSQ-100: Quality Standard for Nuclear Industry
- NQA-1: Quality Assurance Requirements for Nuclear Facility Applications
- PN-EN ISO 19443 Quality management systems - Specific requirements for the application of ISO 9001:2015 by organizations in the supply chain of the nuclear energy sector supplying products and services important to nuclear safety.
Wszystkie nakładają bardzo rygorystyczne wymagania dla wszystkich uczestników procesu realizacji obiektów jądrowych, począwszy od inwestora, przez projektanta i dostawcę technologii, generalnego wykonawcę, ale także dla tych niżej znajdujących w łańcuchu podwykonawców i poddostawców. To niestety także generuje istotne koszty ale i niekiedy konieczność wydłużenia realizacji projektu właśnie z uwagi na wcześnie zaobserwowane jakiekolwiek, nawet najmniejsze odchylenia od normy. Ale taki jest już przemysł jądrowy, który - nie boję się powiedzieć - jest najbezpieczniejszym przemysłem na świecie.
Rys.4. Okładki wymagań jakościowych stosowanych w projektach jądrowych: amerykański NQA-1 i europejski ENISO 19443 - opracowanie własne autora.
Obszary planowanych w Polsce oraz na rynkach światowych projektów jądrowych, w których uczestniczyły polskie przedsiębiorstwa w ostatnich 10 lat
Już w 2015 roku Ministerstwo Gospodarki kompleksowo przeanalizowało kompetencje polskiego przemysłu z uwagi na współpracę ze światowym sektorem jądrowym. Analiza ta była w późniejszych latach wielokrotnie aktualizowana, co sprawia, że administracja centralna posiada dość aktualny i kompleksowy obraz krajowego przemysłu celem podejmowania właściwych działań wspierających.
Wyniki tych analiz wskazują, że polski przemysł ma spore kompetencje do realizacji prac i dostaw w określonych obszarach projektu jądrowego. Najwięcej firm posiadających odpowiednie kompetencje i zainteresowanych udziałem z projektach to sektor budowlany, sektor elektryczny i automatyki oraz producentów urządzeń mechanicznych. Z uwagi na brak większych barier formalnych polskie firmy zarówno uczestniczą w różnych projektach sektora jądrowego – głównie na kontynencie europejskim (różna formuła: prace budowlano-montażowe, remonty, modernizacje EJ oraz dostawy komponentów) jak i nawet przejmują zagraniczne przedsiębiorstwa działające w obszarze jądrowym i skutecznie absorbują ich kompetencje jako podmiot przejmujący.
W ostatniej wersji wydanego przez Ministerstwo Klimatu i Środowiska katalogu Polish Industry for Nuclear Energy 2021 znajdują się aż 54 firmy z branży budowlanej, które uczestniczyły bądź mają kompetencje do udziału w projektach jądrowych w Polsce i na świecie. Zapewne po aktualizacji będzie ich jeszcze więcej.
Rys.5. Grafika z katalogu Polski Przemysła dla Energetyki Jądrowej opracowanego przez Ministerstwo Klimatu i Środowiska (ostatnia edycja 2021). Źródło: https://www.gov.pl/web/polski-atom/
Obszary projektów jądrowych, w których polskie przedsiębiorstwa mogą nabyć kompetencje dla realizacji prac w najbliższych 5 latach
Wydaje się, że na dziś wiele polskich firm ma kompetencje, które uprawniałyby je do realizacji najistotniejszych z punktu widzenia bezpieczeństwa jądrowego elementów i podzespołów przyszłej elektrowni jądrowej, która ma powstać w Polsce, ale stosunkowo niewiele z nich posiada ich potwierdzenia. Niezwykle istotnym utrudnieniem jest fakt, że wymagania jakie są i będą im stawiane w tracie realizacji wynikają z nie przepisów i regulacji krajowych i europejskich, ale amerykańskich, które w naszym kraju nie są powszechnie stosowane (z wyjątkiem znacznej w ostatnim czasie realizacji inwestycji wojskowych).
To sprawia, że wykazanie przed audytorami biegłości w realizacji usług czy dostaw zgodnie z tymi właśnie amerykańskimi wymaganiami jest w wielu przypadkach niemożliwe, gdyż polskie firmy po prostu takich zleceń nie mają. Należy mieć jednak nadzieję, że realizacja pierwszej polskiej elektrowni jądrowej w oparciu o amerykańskie standardy pozwoli polskim przedsiębiorstwom nabyć te kompetencje i zdobyć te certyfikaty, aby w przyszłości świadczyć swoje usługi i oferować materiały nie tylko w Polsce, ale i w innych krajach, gdzie realizowane są podobne projekty. Wydaje się, że branża budowlana jest tą, której lokalny udział będzie największy, bo trudno sobie wyobrazić, że tak ogromne masy materiałów budowlanych i tak liczne grupy pracowników budowlanych będą pochodzić wyłącznie z zagranicy.
Kto będzie decydował jakie wymagania będą obowiązywały w Polsce i jakie rozwiązania będą optymalne z punktu widzenia polskiego interesu publicznego i polskiej gospodarki?
Wybór wymagań już częściowo się dokonał, gdyż wiemy, że na Pomorzu zostanie wybudowana elektrownia jądrowa w technologii amerykańskiej z trzema reaktorami AP 1000. Ta decyzja wiąże się z koniecznością podjęcia kolejnej równie istotnej. Czy przyjąć w pełni rozwiązania amerykańskie, czy jednak postawić w większym stopniu na ich dostosowanie do wymagań i przepisów lokalne, czyli polskie i europejskie. Czynnikami, które należy brać pod uwagę są m.in.: bezpieczeństwo, czas, koszt, wpływ na polską gospodarkę, transfer technologii i kompetencji. Ta decyzja musi być konsensusem wszystkich trzech podmiotów – resortu odpowiedzialnego za budowę elektrowni jądrowej w Polsce (dziś jest to Ministerstwo Przemysłu), dozoru jądrowego (PPA Państwowa Agencja Atomistyki) oraz inwestora (Polskie Elektrownie Jądrowe Sp. z o.o.).
Rys.6. Wizualizacja pierwszej polskiej elektrowni jądrowej z widocznymi trzema reaktorami AP 1000 - materiały informacyjne PEJ Sp. z o.o.
Jeśli chodzi o bezpieczeństwo to, jak było napisane wcześniej - tu nie ma drogi na skróty. Musi być ono bezwzględnie zapewnione, a zatem oparcie się w pełni na wytycznych amerykańskich, które były podstawą dla NRC Nuclear Regulatory Comission do wydania licencji (Design Certification) na reaktor AP 1000, będzie bez wątpienia dobrym rozwiązaniem. To jest też najprostsze dla dozoru jądrowego, który będzie musi tylko sprawdzić, czy rzeczywiście projekt spełnia wymagania opisane w regulacjach amerykańskich. Taki wybór nie będzie też tworzył żadnych dodatkowych kosztów i opóźnień wynikających z procesu dostosowawczego wymagań amerykańskich do lokalnej specyfiki projektu.
Należy jednak się zastanowić, czy w globalnym rozrachunku będzie taniej. Niekoniecznie, bowiem brak lokalnych dostawców materiałów i usług może prowadzić do konieczności zamówienia materiałów i zatrudnienia specjalistów z zagranicy - najpewniej z USA, którzy bez wątpienia będą drożsi. Oczywiście jest też perspektywa importu z Azji, ale takie rozwiązanie z pewnością nie będzie budowało tzw. local contentu, a po drugie nasze krajowe doświadczenia ze współpracy np. z Chinami wskazują, że są to projekty nie pozbawione ryzyka. Jeśli chcemy postawić bezwzględnie na dostosowanie realizacji projektu do wszystkich lokalnych wymagań musimy mieć świadomość, że będzie to generowało dodatkowe koszty, spowoduje przesunięcie rozpoczęcia projektu o czas potrzebny na analizy porównawcze i być może uzyskanie aktualizacji licencji i zdejmie z dostawcy technologii pełną odpowiedzialność za wykonanie bezpiecznego projektu o odpowiedniej jakości, w założonym czasie i budżecie.
Niniejsza wypowiedź powstała w związku ze współpracą z Izbą Gospodarczą Energetyki i Ochrony Środowiska IGEOS wykonującej zamówienie Ministerstwa Przemysłu pn. „Realizacja szkoleń dla polskiego przemysłu pod kątem wykonywania prac dla energetyki jądrowej” BDG-wzp-260/1/2024/DL.
