ENERGETYKA, RYNEK ENERGII - CIRE.pl - energetyka zaczyna dzień od CIREEnergetyka jądrowa
Właścicielem portalu jest ARE S.A.
ARE S.A.

SZUKAJ:



PANEL LOGOWANIA

X
Portal CIRE.PL wykorzystuje mechanizm plików cookies. Jeśli nie chcesz, aby nasz serwer zapisywał na Twoim urządzeniu pliki cookies, zablokuj ich stosowanie w swojej przeglądarce. Szczegóły.


Rozwój mikroreaktorów modułowych w Kanadzie
25.11.2019r. 13:05

Pierwszy przykład zaawansowanej technologii ultra bezpiecznego mikroreaktora modułowego (MMR) firmy Ultra Safe zbliża się do urzeczywistnienia w Kanadzie. Dyrektor generalny, Francesco Venneri przedstawia projekt jednostki pilotażowej, która ma zostać zbudowana w Chalk River Laboratories w prowincji Ontario.
Firma Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC), z siedzibą w Seattle, przedstawiła propozycję budowy i eksploatacji wspólnie z partnerami Global First Power i Ontario Power Generation małego reaktora modułowego (SMR) z wykorzystaniem technologii MMR - reaktora wysokotemperaturowego chłodzonego gazem (HTR) o mocy termicznej 15 MWt. Konsorcjum to, jako pierwsze przeszło do etapu uzgodnień handlowych w ramach szczegółowego procesu przeglądu w ramach kanadyjskiego programu SMR, realizowanego przez Canadian Nuclear Laboratories w Chalk River.

Strategia USNC polega na dążeniu, aby energia jądrowa była wykorzystywana przez jak największą liczbę odbiorców w jak największej liczbie lokalizacji. W tym celu opracowano projekt reaktora MMR, który można będzie produkować masowo, przy jednoczesnym zwiększeniu bezpieczeństwa jądrowego i odporności na proliferację broni jądrowej. Masowa produkcja doprowadzi do redukcji kosztów instalacji.

Zwiększone bezpieczeństwo wymaga zastosowania ulepszonego paliwa

Poważne awarie jądrowe zdarzają się, gdy paliwo reaktora ulega uszkodzeniu. Dzieje się tak, gdy układ chłodzenia nie jest w stanie wystarczająco usuwać ciepła z rdzenia reaktora, a temperatura paliwa staje się zbyt wysoka. Paliwo może ulec zniszczeniu, stopić się, a nawet odparować, uwalniając promieniotwórcze produkty rozszczepienia.

Tradycyjne reaktory jądrowe działają przy bardzo dużej gęstości mocy i wykorzystują paliwo, które może stosunkowo łatwo ulec uszkodzeniu. Projektanci muszą opracowywać złożone i skomplikowane systemy bezpieczeństwa, aby zapobiec lub ograniczać możliwość stopienia paliwa. Systemy te mają na celu schłodzenie reaktora podczas awarii i zwykle obejmują skomplikowane sieci rurociągów, zbiorników wodnych i pomp, a także szczelną obudowę bezpieczeństwa. Te złożone i drogie konstrukcje dodatkowo zwiększają koszty budowy elektrowni.

W reaktorze MMR zaproponowanym przez USNC do budowy w Chalk River cel bezpieczeństwa we wszystkich okolicznościach jest osiągany poprzez zastosowanie wyjątkowo wytrzymałego paliwa i niskiej gęstości mocy, zamiast dodatkowych zewnętrznych środków bezpieczeństwa. Jest to podejście, które zapewnia, że reaktor sam nie może się uszkodzić. Mechanizm bezpieczeństwa zawarty jest w konstrukcji paliwa, zamiast stosowania skomplikowanych zewnętrznych systemów awaryjnych. Jest to podejście bezpieczniejsze i znacznie prostsze.

Budowa paliwa zaczyna się od cząsteczki paliwa uranowego o średnicy mniejszej niż 1 mm. Cząstka jest pokryta warstwami zaprojektowanymi jak małe zbiorniki ciśnieniowe. Warstwy te zatrzymują produkty rozszczepienia i zapewniają stabilność mechaniczną i chemiczną podczas napromieniania i zmian temperatury. Ten typ paliwa nazywany jest TRISO (ang. TRi-structural ISOtropic - izotropowe trójwarstwowe). Opracowane w latach 60-tych dla reaktorów chłodzonych gazem, TRISO było przedmiotem ciągłych prac rozwojowych, które uzyskiwały szerokie wsparcie ze strony Departamentu Energii (DOE) USA i krajowych laboratoriów w ramach prac nad zaawansowanymi reaktorami chłodzonymi gazem i w innych programach.

Przełomem dokonanym przez USNC jest zamknięcie cząstek TRISO w gęstej ceramicznej matrycy, zwanej paliwem w pełni ceramicznym z mikrokapsułkami (ang. fully ceramic microencapsulated - FCM). Matryca ceramiczna zapewnia wyjątkowo silną ochronę dla cząstek TRISO podczas produkcji energii oraz w trakcie wypadków i długotrwałego przechowywania.

Stworzenie tej matrycy jest trudnym przedsięwzięciem, ponieważ temperatura topnienia ceramiki jest wyższa niż próg uszkodzenia cząsteczki TRISO. Wykorzystując wcześniejsze badania przeprowadzone w krajowych laboratoriach w USA, firma Ultra Safe opracowała i opatentowała technikę ceramicznego mikrokapsułowania cząstek TRISO metodą wytwarzania przyrostowego (addytywnego).

Normalne paliwo może pękać, uwalniając promieniotwórcze produkty rozszczepienia. Natomiast paliwo FCM jest wyjątkowo stabilne podczas napromieniowania i jest w stanie wytrzymać temperatury znacznie przekraczające wszystkie przewidywane warunki, jakie mogą zaistnieć podczas wypadków, skutecznie zapobiegając rozprzestrzenianiu się substancji promieniotwórczych.

Granulki (pastylki) paliwa FCM, ułożone w stosy, umieszczane są w blokach grafitowych. Grafit jest moderatorem spowalniającym neutrony, które wywołują reakcje rozszczepienia w paliwie. W tych blokach grafitowych znajdują się także kanały chłodzące, przez które przepływa hel odbierający ciepło wytwarzane w paliwie.

Rdzeń reaktora MMR składa się z około 200 takich bloków - zawierających w sumie około dwóch ton paliwa. Wbudowane otwory i kanały służą do rozmieszczenia prętów sterujących. Reaktor ma fizycznie małe rozmiary i bardzo niską gęstość mocy. Może wytrzymać wypadki bez konieczności instalowania systemów chłodzenia awaryjnego, ponieważ paliwo pozostaje nienaruszone i bezpieczne nawet w bardzo wysokich temperaturach. Rdzeń reaktora ma ujemne sprzężenie temperaturowe - wraz ze wzrostem temperatury jego reaktywność maleje. Jest to właściwość fizyczna rdzenia, wynikająca z jego zasady działania, która zapewnia, że wytwarzanie ciepła jest stabilne przez cały czas.

Odbiór ciepła

System energetyczny reaktora MMR jest podzielony na dwie części: moduł jądrowy i elektrownię sąsiadującą. Typowy system będzie składał się z dwóch reaktorów, każdy o mocy termicznej 15 MWt. Jedna pętla zawierająca stopione sole (azotki) sodu i potasu (40% KNO3 + 60% NaNO3) łączy oba reaktory. W przypadku lokalizacji wymagających większej ilości energii można będzie łączyć wiele reaktorów MMR.

Pręty kontrolne są wprowadzane od góry reaktora. Podstawową kontrolę produkcji energii zapewnia cyrkulator helu przepychający przez reaktor zimny hel, który usuwa ciepło z jego rdzenia.

Większą lub mniejszą moc można wytworzyć w stałej temperaturze, zmieniając przepływ helu przez cyrkulator. Reaktor stabilizuje się do bezpiecznej równowagi w każdych warunkach. Hel jest transportowany do i z reaktora za pomocą technologii rurek cieplnych (ciepłowodu) - przez dwuścienną rurkę z zimnym helem na zewnątrz i gorącym helem (630 ° C) z reaktora od wewnątrz.

Ciepło jest przenoszone z helu do stopionych soli za pomocą wymiennika ciepła, który znajduje się w zbiorniku poniżej cyrkulatora helu. Gorące stopione sole przemieszczają się przez granicę wyspy jądrowej do sąsiedniej instalacji, w której ciepło jest wykorzystywane bezpośrednio lub magazynowane.

Gorące stopione sole mogą być transportowane z wielu reaktorów do zbiornika ciepła, podobnie jak w skoncentrowanych elektrowniach słonecznych. Zgromadzone ciepło można wykorzystać do wytwarzania pary do produkcji energii elektrycznej za pomocą turbiny i generatora. Może być również wykorzystywane do ogrzewania procesowego i ciepłownictwa. Zużyta para jest przesyłana do chłodzonych powietrzem skraplaczy, a skroplona zimna woda wraca do generatora pary.

Po 20 latach zużyty rdzeń można usunąć i przechowywać w przechowalniku wypalonego paliwa. Jeśli elektrownia ma nadal działać, można zainstalować nową kasetę z rdzeniem.

Początkowe zastosowania rynkowe

Spośród krajów rozwiniętych Kanada ma największy obszar niezasiedlony, oferując doskonałą okazję do jego zagospodarowania w sposób przyjazny dla środowiska naturalnego. Zapotrzebowanie na energię wzrasta w górnictwie oraz w odległych lokalnych społecznościach znajdujących się poza siecią energetyczną i w ciągu najbliższych 10 lat spodziewany jest jego dynamiczny wzrost. Do 2030 r. w samym tylko regionie Kanady Północnej niezbędne będzie zainstalowanie 4-5 GW nowych mocy w 200 kopalniach i 280 odległych skupiskach ludzkich.

Energia elektryczna w Kanadzie Północnej wymaga niezawodności dostaw, bowiem trudne warunki środowiskowe oznaczają, że utrata mocy może zagrażać życiu. Społeczności mają wysokie zapotrzebowanie na energię dla celów mieszkaniowych i komercyjnych, a ciepło jest równie ważne jak energia elektryczna, szczególnie w zimie.

Miejsca zamieszkiwane i zagospodarowywane przez ludność są zbyt odległe, aby można je było podłączyć do sieci (ang. off-grid) i są obecnie zasilane przy użyciu paliw kopalnych, których transport jest drogi i szkodliwy dla lokalnego środowiska naturalnego. Prąd elektryczny generowany jest głównie za pomocą starzejącej się floty generatorów diesla, zwykle jednostek w klasie 1-5 MWe. Olej napędowy jest dostarczany cysternami kołowymi lub statkami - gdy warunki są sprzyjające, i samolotami - gdy nie są. W rezultacie ceny znacznie się wahają i są wysokie. W 2014 roku wynosiły od 50 ¢ do 100 ¢ / kWh (typowy koszt w USA to 10 ¢ / kWh). W górnictwie obniża to rentowność i powstrzymuje jego dalszy rozwój. Koszt energii może stanowić około połowy całego budżetu danego projektu wydobywczego.

Wydobycie surowców trwa 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu, przy niewielkich sezonowych wahaniach zużycia energii. Potrzeby energetyczne obejmują wentylację, ogrzewanie i chłodzenie, kruszenie i mielenie urobku, jego wytop oraz napęd urządzeń wiertniczych, podnośników, przenośników, czerpaków, ciężkich i lekkich pojazdów transportowe, cyklonów, suszarni, pomp i innego sprzętu pomocniczego. Obciążenia mogą gwałtownie się wahać, a generatory prądu muszą odpowiadać i nadążać za zmianami zapotrzebowania na prąd.

Podobne rynki bez dostępu do sieci występują w Afryce, na Bliskim Wschodzie i w Azji Południowo-Wschodniej.

Inne przypadki użycia mikroreaktorów jądrowych obejmują instalacje i obiekty wymagające ekstremalnej niezawodności i niezależności od sieci, takie jak centra informatyczne, węzły łączności, lotniska lub bazy wojskowe.

Po sprawdzeniu koncepcji USNC w Chalk River, reaktory MMR będą instalowane w kopalniach i odległych skupiskach ludności w Kanadzie Północnej, które nie mają obecnie dostępu do sieci energetycznej. Niezawodna, bezemisyjna energia i ciepło procesowe z MMR to ekonomiczne i ekologiczne rozwiązanie ich problemów energetycznych.

Następne kroki

USNC i jej partnerzy złożyli wniosek o zezwolenie na rozpoczęcie przygotowań lokalizacji w Chalk River. Proces, który rozpoczyna się na trzy lata przed uruchomieniem reaktora, obejmuje analizę danych środowiskowych i prowadzenie konsultacji ze społecznościami lokalnymi. Decyzja licencyjna Kanadyjskiej Komisji Bezpieczeństwa Jądrowego (CNSC) może zostać podjęta w 2022 r., a budowa obiektu jądrowego rozpocznie się wkrótce potem.

Istnieje również potencjał dla wdrażania reaktorów MMR poza Kanadą. W 2018 r. firma USNC została zaproszona przez brytyjski Departament Biznesu, Strategii Energetycznej i Przemysłowej (BEIS) do udziału w projekcie wykonalności i rozwoju zaawansowanego reaktora modułowego (Advanced Modular Reactor - AMR). Projekt koncentruje się na zastosowaniu MMR, jako systemu kogeneracji jądrowej do zastosowań wielofunkcyjnych, w tym do produkcji wodoru, który Wielka Brytania rozważa, jako zamiennik gazu ziemnego. Technologia USNC znajduje się obecnie w trakcie oceny możliwości jej pomocy w osiągnięciu celów zerowej emisji dwutlenku węgla w Wielkiej Brytanii.
NEInt
, CIRE.PL

KOMENTARZE ( 2 )


Autor: zgryźliwy 25.11.2019r. 18:47
Że bezpieczne - pełna zgoda, że duoblok - pełna zgoda. Ale turbina stosowna do tej mocy jest tak mała, że nie ma... pełna treść komentarza
ODPOWIEDZ ZGŁOŚ DO MODERACJI

Autor: asudhiuhdiuh 26.11.2019r. 00:22
dobra, konkrety - kiedy będzie?
ODPOWIEDZ ZGŁOŚ DO MODERACJI
Dodaj nowy Komentarze ( 2 )

DODAJ KOMENTARZ
Redakcja portalu CIRE informuje, że publikowane komentarze są prywatnymi opiniami użytkowników portalu CIRE. Redakcja portalu CIRE nie ponosi odpowiedzialności za ich treść.

Przesłanie komentarza oznacza akceptację Regulaminu umieszczania komentarzy do informacji i materiałów publikowanych w portalu CIRE.PL
Ewentualne opóźnienie w pojawianiu się wpisanych komentarzy wynika z technicznych uwarunkowań funkcjonowania portalu. szczegóły...

Podpis:


Poinformuj mnie o nowych komentarzach w tym temacie




cire
©2002-2019
Agencja Rynku Energii S.A.
mobilne cire
IT BCE