Kis moduláris reaktor

A kis moduláris reaktoroknak (SMR-eknek) sok ugyanazon nukleáris tervezési elvük van, mint más típusú reaktoroknak, kicsi és nagy reaktor, termikus és gyors.

Kapcsolódó kifejezések:

Energetika
Hőcserélő
Atomerőmű
Könnyűvizes reaktorok
Nukleáris energia
Túlnyomásos vízreaktorok
Fejlődő országok
Reaktor tervezés

Letöltés PDF formátumban

Erről az oldalról

Kis moduláris reaktorok engedélyezése

11.5 Következtetés

Az SMR-ek ígéretet tesznek a sikeres kereskedelmi bevezetésre számos és sokféle globális piacon. Az SMR-ek fokozott biztonságot és biztonságot kínálnak minden alkalmazáshoz. A legtöbb energiaügyi és környezetvédelmi kormányzati politika támogatja ezt a tiszta energia alternatívát. Ezt az energia-alternatív és kereskedelmi ígéretet azonban fokozott és tájékozott licenceléssel kell előmozdítani, amely elismeri az SMR biztonsági tervezésének előnyeit, a gyártás minőségét, a csökkentett állami kockázatot és a telepítési rugalmasságot.

Ez a fejezet az USA NRC SMR engedélyezési folyamatain és döntésein alapuló stratégiát és keretet nyújt a hatékony és időben történő engedélyezés támogatásához. Javaslatokat kínál arra vonatkozóan, hogy miként lehet ezt az új reaktortechnológiát engedélyezni egy együttműködő nemzetközi keretben, ugyanakkor elismeri az egyes szuverén szabályozó hatóságok szabályozási felelősségét. A sikeres engedélyezési útvonalaknak együttműködőknek kell lenniük, az SMR tervezésének és gyártásának egységességén alapulva, ugyanakkor tükrözniük kell az egyes alkalmazásokhoz egyedülálló biztonsági és elhelyezési szempontokat. A továbbfejlesztett SMR-jellemzők egy új nukleáris engedélyezési paradigmát mutatnak be, amely a hagyományos szuverén szabályozó hatóságok felelősségét áthelyezi a jóváhagyott és engedélyezett SMR-tervek tanúsításának, valamint a kísérő gyártási, üzemeltetési és karbantartási folyamatok tanúsításának nemzetközi stratégiájára és keretrendszerére.

Az integrált túlnyomásos vízű reaktorok (iPWR) biztonsága

8.4.1

Az SMR-ek további funkciókat, biztonsági szinteket vagy korlátokat nyújthatnak a DID megközelítésben. Néhány SMR a következő DID-támogató funkciók közül egyet vagy többet implementált:

Magasabb tervezési nyomással ellátott tartály, amely további akadályt jelenthet, vagy legalább meghosszabbíthatja a radioaktivitás felszabadulásának idejét. Ezt elősegíti a kompaktabb reaktor- és elszigetelő kialakítás.

A konténer passzív hűtése, elkerülve annak meghibásodását a külső energiaellátás (LOOP) bizonyos eseteiben.

Teljesen föld alatti elhelyezés, amely javíthatja a radioaktivitás felszabadulását.

A jelentősen megnövekedett türelmi idő DID-nek is tekinthető, mivel ez szisztematikusabb és jobban szervezett evakuálást tesz lehetővé, ha minden korábbi akadály meghiúsul.

A kis moduláris reaktorok gazdasága és finanszírozása

10.2.3 A piaci kockázat ellenőrzése

A több SMR egyaránt képviseli a „moduláris” tervezési koncepciót és a „moduláris” befektetési modellt: több SMR kínálhatja a befektető számára a lépésenkénti belépést a nukleáris piacra. Mindaddig, amíg több SMR-t lépcsőzetes ütemezéssel telepítenek, a befektetőnek lehetősége van kibővíteni, elhalasztani vagy akár elhagyni a nukleáris projektet, a befektetési stratégiát kiigazítani a korai piaci lehetőségek megragadása vagy a piac váratlan visszaesésének elősegítése érdekében. A beruházás egymást követő lépéseket tartalmaz, többféle „go” vagy „not-to-go” döntéssel, amelyek lehetővé teszik a menedzsment számára, hogy reagáljon a piaci vagy a szabályozási környezet változásaira, vagy alkalmazkodjon a technológiai áttörésekhez. Egy moduláris befektetés, például több, szakaszos SMR kockázatkezelési képessége megnő a monolitikus LR-hez képest. Ez a rugalmasság a jövőbeli bizonytalansággal szemben a valós opcióelemzéssel mérhető és felhasználható a befektetési kockázatok kezelésére (Locatelli et al., 2012).

Kis moduláris reaktorok (SMR) nukleáris energia előállításához: bevezetés

1.2.2.3 Az üzemanyagciklus kompatibilitása a létesítményekkel és a stratégiával

A különböző hűtőfolyadék típusú SMR-k nagyon különböző tüzelőanyag-típusokat alkalmaznak. A vízhűtéses, valamint az ólom-bizmut hűtésű SMR-ek urán-dioxid (UO2) kerámia üzemanyagot használnak; a gázhűtéses SMR-k grafit és szilícium-karbiddal bevont UO2 részecskéket használnak grafit tömörítésekben vagy kavicsokban; a nátriummal hűtött reaktor fémes UZr-t használ kis aktinidekkel; és az ólomhűtéses SMR mononitrid vegyes üzemanyagot (UN-PuN) használ. A vízhűtéses SMR üzemanyag megegyezik az üzemelő üzemek és a jelenleg üzembe helyezett GEN III + üzemek üzemanyagával. Az összes folyékony-fém-hűtésű reaktor üzemanyag jelentősen meghaladja a jelenlegi vízhűtéses üzemanyag 5% -át.

Bár az Egyesült Államok nemzeti tárházát még nem azonosították, ezt a vízhűtéses SMR üzemanyagot a várhatóan befejezetlen amerikai politikával összhangban fogják kezelni. A Fort St. Vrain reaktorban használt gázhűtéses SMR üzemanyag egységnyi energiatermelésnél lényegesen nagyobb térfogatú, de térfogategységre vonatkoztatva alacsonyabb hőterhelésű, mint az LWR UO2 üzemanyag esetében. Ennek az üzemanyagnak a jellemzői eltérő átfogó ártalmatlanítási stratégiát követelnek meg, bár valószínűleg kompatibilis lenne a kerámia UO2-cirkóliával burkolt üzemanyag nemzeti tárolójának stratégiájával, mivel a tristrukturális izotrop típusú (TRISO) üzemanyag-részecskék jó akadályokat képeznek, amelyek kiváló hasadási termék-visszatartás.

A nátrium- és ólomhűtéses SMR reaktorok üzemanyaga kihasználja e gyors neutronspektrumú reaktorok eredendő ösztönzését az újrafeldolgozásra és újrafeldolgozásra. Ez az üzemanyagciklus újrafeldolgozó és üzemanyag-előállító létesítmények megépítését és üzemeltetését vonja maga után, miközben nagy valószínűséggel integrálódik néhány könnyűvízi flotta üzemanyagának újrafeldolgozásával is, mint alapanyagként a növekvő gyorsreaktor-flotta kezdeti betöltéséhez szükséges plutóniumhoz. A kiégett fűtőelemek végső soron ártalmatlanítását igénylő összetevők főleg jóval kisebb térfogatú hasadási termékek lesznek, mint a termikus spektrumú vízreaktorok kiégett fűtőelem-kötegei a megtermelt energia egyenértékű egységére számítva. A zárt üzemanyagcikluson alapuló gyors spektrumú SFR-ek telepítéséhez azonban az újrafeldolgozó és üzemanyag-előállító létesítmények jelentős bővítésére lenne szükség a meglévő LWR-flotta és az egyszeri üzemanyag-cikluson működő LWR SMR-ek igényeihez képest.

Kis moduláris reaktorokat (SMR) alkalmazó hibrid energiarendszerek

13.1.2 Az SMR-ek főbb jellemzői

Az SMR-ek egyedülállóan alkalmasak szorosan összekapcsolt, integrált energia alkalmazásokra. Az SMR-k megkülönböztethetők viszonylag kicsi energiatermelésükkel (10–100 s MW-villamos) és kialakításukkal a benne rejlő, passzív biztonság érdekében. A növények több SMR egységet is beépíthetnének ezekre a termelési szintekre, így könnyebben méretezhetők, hogy kielégítsék a kimeneti áramok (pl. Villamos energia, a folyamatalkalmazás hőbevitele) specifikus végfelhasználói igényét, vagy maximalizálják az üzemi hőhatékonyságot. A kisebb egységenkénti méret nagyobb rugalmasságot kínál a befektetők számára (alacsonyabb kezdeti tőkekiadás), csökkenti a terhelés-kiegyenlítéssel járó költségeket, megkönnyíti a helymeghatározás és az integráció kihívásait, és fokozott működési rugalmasságot biztosít. Az SMR koncepciókba beépített, passzív biztonság az NHES rendszerbiztonsági, rugalmassági és környezeti gondozási céljait támogatja azáltal, hogy minimalizálja a tervezési alap negatív következményeinek (pl. Radiológiai kibocsátás) vagy a tervezési eseményen túli események lehetőségét.

A potenciális hibrid rendszerek bevált könnyű-vizes reaktor (LWR) technológiát vagy olyan fejlett reaktortechnológiákat használhatnak, amelyek magasabb hőmérsékleten működnek, és ennélfogva magasabb hőmérsékletű hőt szolgáltatnak nem elektromos alkalmazásokhoz. A jelenleg működő LWR-k a gigawatt (GW) nagyságrendű villamos energiát termelik. A meglévő LWR-k utólagos felszerelését egy nem elektromos kimeneti áram beillesztésére az NHES technológia lehetséges alkalmazásai között tartják számon. Ez a lehetőség lehetőséget kínálhat az olyan működő atomerőművek élettartamának meghosszabbítására, amelyek jelenleg tapasztalják az alacsony költségű földgáz által okozott verseny következményeit (potenciálisan az üzem leállását eredményezhetik az engedély lejárta előtt), és a támogatott megújuló energiatermelő források fokozottabb behatolását a hálózatba. A meglévő reaktorlétesítmények utólagos felszerelése azonban jelentős kihívásokat és akadályokat jelenthet a relicensing folyamatban, és a korlátozott üzemidő miatt ez nem lehet érdemes beruházás.

A jelenleg az NHES számára tervezett reaktortervek elsősorban az SMR kategóriába tartoznak (2).

Az SMR-üzemek sokasága végül több egységet tartalmazna. Egy ilyen megvalósításhoz fokozatosan további kapacitás adható, az egyes egységeket szakaszokban építve, ha szükséges a piaci kereslet növekedésének kielégítésére. Ezeket az egységeket az átfogó ellenőrzési stratégiától függően önállóan vagy csoportosan működtethetik. A moduláris beépítés javítja az egész projekt pénzügyi beruházási profilját, ahol az erőmű tulajdonosa választhatja, hogy először megépíti az alapvető erőművi egységeket (pl. Atomtermelés, energiaátalakító rendszer és villamosenergia-termelés) a bevétel létrehozása érdekében, míg a fennmaradó rész az erőmű elkészült, kiépítve a szükséges összekapcsolási pontokat és az ellenőrzési rendszer felépítését, hogy lehetővé tegye további termelési források (pl. megújuló energiarendszer vagy további nukleáris egységek) későbbi hozzáadását és hőenergia-alkalmazásokat.

A kis méretű, moduláris reaktorok lényegesen kisebb alkatrészeket tartalmaznak, mint a nagyüzemek, így gyárilag megépíthetők. A hagyományos, nagyszabású alapterhelésű atomerőművek nagy rendszerelemeit gyakran a helyszínen építik, és a külföldi beszállítókra támaszkodnak. Az SMR alkatrészgyárak felhasználhatnak egy hazai ellátási láncot, és nagyon közel helyezkedhetnek el a tervezett üzem helyéhez, vagy az alkatrészeket könnyen el lehet szállítani a tervezett üzem helyére. Akár elképzelhető egy jövőbeli hibrid rendszer bevezetése, amely egy hazai SMR alkatrészgyárat működtet.

A moduláris felépítés alternatív működési forgatókönyveket és integrált rendszerirányítási stratégiákat is lehetővé tesz, mint ami lehetséges lenne egy hibrid rendszer esetében, amely egyetlen nagyszabású atomerőművet tartalmaz. Egy több egységből álló üzemben, amelyben mindegyik egység szerény mennyiségű hőenergiát szolgáltat, a bemeneti egységek egy részét el lehet különíteni egy adott kimeneti alkalmazáshoz. Ezután más egységeket lehet kijelölni „lengőüzemekként”, amelyek szükség esetén a kimenetet váltják az alkalmazások között a vevői igény, a gazdasági tényezők, a szükséges karbantartási vagy üzemanyagtöltési tevékenységek stb.

Egy vagy több nukleáris egységet tartalmazó SMR-erőmű elhelyezése lényegesen rugalmasabb, mint a hagyományos nagyüzemek. Az SMR-ek elhelyezésének lehetősége a sűrűn lakott régiókban (a csökkent kizárási zóna miatt) lehetőséget nyújt az üzem telepítésére a végső vásárlóhoz közelebb. Az USA becsült elérhetőségét (alkalmasságát) a kisüzemi vagy hagyományos nagyüzemi atomerőművekhez a 13.4.3. Szakasz tárgyalja. Hibrid megvalósításban a rugalmasság elhelyezése azt jelenti, hogy az ipari hőfelhasználó alkalmazást ezen lakossági központok közelében is elhelyezik. Azáltal, hogy nem villamosenergia-termékeket (hő, vegyi anyagok stb.) Állítanak elő a felhasználási hely közelében, a tervezett létesítmény gazdasági vonzereje növekszik, és a piac mérete megnő (különösen, mivel az öregedő szénerőművek cserét igényelnek).

Az intelligens hálózatok lehetővé tehetik a kisebb bemeneti források, például az SMR-ek megvalósítását azáltal, hogy a terhelés dinamikáját helyi szinten egyensúlyozzák, nem pedig a hagyományos, nagy méretű atomerőművek által megkövetelt nagyságrendben. Ebben az esetben az SMR-üzemeket más (nem hálózatos) alrendszer-követelmények alapján lehetne elhelyezni. Elhelyezés lehet a folyamat alapanyagának közelében (pl. Szén, földgáz, biomassza), a végfelhasználó közelében (pl. Helyi közösség vagy kereskedelmi ipar), vagy a kapcsolt megújuló inputforrás közelében. Az ilyen elhelyezés csökkentené mind a villamos energia, mind a hőenergia szállítási távolságait, ezáltal minimalizálva az átviteli veszteségeket. Ennélfogva az SMR-ek működési rugalmasságot kínálnak a termelési lehetőségek széles skálájának bevezetésével, valamint egyszerűsített kapcsolással a megújuló forrásokhoz és több technológiai alkalmazáshoz, mint a nagyszabású nukleáris megvalósításokhoz.

Többféle telepítési lehetőség képzelhető el a nukleáris hibrid energiarendszerek esetében, különösen azokban, amelyek kis moduláris reaktorokat használnak. A korai megvalósítások villamos energiát és hőenergiát nyújthatnak független ipari megvalósításokhoz anélkül, hogy csatlakoznának a fő elektromos hálózathoz, lehetővé téve a rendszer optimalizálását csak a belső energiaigények alapján, amelyek valószínűleg kiszámíthatóbbak, mint a hálózat külső igényei. Alternatív megoldásként egy korai hibrid energiapark villamos energiát és hőt nyújthatna olyan kicsi, távoli közösségek számára, amelyek jelenleg a régióba be kell vezetniük a dízelenergiát. A későbbi megvalósítások integrálhatják a hibrid rendszert közvetlenül a nagyméretű hálózatba, miközben a hő- és elektromos energiaforrásokat belsőleg kezelik, hogy megfeleljenek a hálózati igényeknek és maximalizálják a gazdasági megtérülést. A lehetséges hibrid rendszerarchitektúrák szempontjait ebben a fejezetben tárgyaljuk. A potenciális vevő sajátos igényei (kívánt áruk) és a tervezett helyszínen található erőforrások segítenek az optimális energiarendszer kialakításában.

Atomenergia

Kis moduláris reaktorok

A kisméretű moduláris reaktorok a nukleáris vállalatok körében népszerű fogalommá váltak, mivel új termékek és piacok megtalálásáért küzdenek. Kereskedelmi sikert azonban még nem értek el. Az ötlet nem új. A katonai hajókban és tengeralattjárókban használt reaktortípusok alapvetően kis moduláris egységek, bár az általános követelmények itt eltérnek a kereskedelmi erőművekre vonatkozó követelményektől.

A kereskedelmi célú kisreaktor-koncepciót részben azért fejlesztették ki, hogy megpróbálja kielégíteni a kis hálózatok nukleáris opciójának biztosításához szükséges feltételeket, különösen a fejlődő országokban. A szabványosított, kis méret gazdaságos eszközt jelent az atomenergia biztosítására, míg a moduláris formátum azt jelenti, hogy a kapacitás növelhető, ha növekszik a kereslet további modulok telepítésével az erőmű telephelyén.

A kis moduláris reaktorok bármely nukleáris technológián alapulhatnak, beleértve a vízhűtéses reaktorokat, a gázhűtéses reaktorokat és néhány újszerű negyedik generációs koncepciót. A lassú és a gyors neutron technológiák egyaránt adaptálhatók a kis méret igényeinek kielégítésére. Általában 300 MW vagy annál kisebb termelési kapacitásként definiálják őket, és felhasználhatók hő- és villamosenergia-termelésre is. A tervek várhatóan egyszerűek lesznek, sok passzív biztonsági funkcióval. Ezenkívül a legtöbb alkatrészt képesnek kell lennie gyárban megépíteni, majd a helyszínre szállítani, így az építkezés költségei sokkal alacsonyabbak és az építkezés ütemezése rövidebb.

A kis reaktorok számos szokatlan tulajdonságot kínálhatnak. Például kis méretük azt jelenti, hogy a föld alatt helyezhetők el, ahol megvédik őket a külső hatások, például a repülőgép lezuhanása által okozott balesetektől, és belső baleset esetén elszigetelik őket, hogy a sugárzás ne kerüljön a környezetbe. Egy másik javaslat az olyan „akkumulátoros” reaktorok építése, amelyek elegendő nukleáris üzemanyagot tartalmaznak ahhoz, hogy 10–20 évig üzemképtelenek legyenek tankolás nélkül.

Az ilyen kis kapacitású reaktorok iránti érdeklődés az atomerőmű fejlesztésének kezdeti napjaira vezethető vissza, de kevesen épültek, csak kísérleti egységként. Kis számban működnek ma. Az egyik legrégebbi az orosz EGP-6, grafit moderált, vízhűtéses kivitelen alapuló hő- és villamosreaktor, amelynek teljesítménye 62 MWth, elektromos teljesítménye pedig 11 MW teljesítmény. Ezen egységek közül négy, amelyek lényegében az RBMK reaktor kicsinyített változatai, 1976 óta működnek a szibériai Bilibinóban.

A CNP-300 nevű kis kínai PWR reaktor két példája jelenleg üzemben van, egy Pakisztánban, egy másik Kínában. A termelő kapacitás 320 MW. Indiában eközben a kanadai Candu PHWR számos kis változata működik. Ezek közül a legkorábbi 1984-ben állt üzembe 170 MW termelési kapacitással. Az újabb verziók teljesítménye 220 MW.

A legfontosabb új kis moduláris reaktor fejlesztése két 105 MW magas hőmérsékletű gázhűtéses reaktor megépítése Kínában. Ezek egy kavicságyas reaktor tervezésén alapulnak, amely hasadó tüzelőanyagot használ grafitgömbökbe ágyazva. Az üzemanyag 8,5% -ra dúsul. A magot héliummal hűtik, amely 750 ° C-on lép ki a magból, és 566 ° C-on gőzt ad fel.

További 10 vagy több kisméretű moduláris reaktor tervei világszerte előrehaladott fejlődési szakaszba érkeztek. Ezek közül sok kicsi PWR reaktor, de a gyors neutron reaktoroknak is vannak kisebb változatai. A legtöbb kutatás az Egyesült Államokban, Oroszországban és Kínában zajlik, egy projekt Dél-Koreában zajlik.