II Szkoła Energetyki Jądrowej
5.11.2009 Warszawa
II Szkoła Energetyki Jądrowej
5.11.2009 Warszawa
REAKTORY III GENERACJI
Dr inż. A. Strupczewski
Prof. dr hab. S. Chwaszczewski
Czemu renesans energetyki jądrowej?
Czemu renesans energetyki jądrowej?
Najkorzystniejsza dla zdrowia człowieka i środowiska – wynikiExternE
Opłacalna – wysiłki przemysłu jądrowego dały rezultaty Pomaga wyeliminować emisje gazów cieplarnianych Jest bezpieczna...
Nowe reaktory oferowane dla W. Brytanii i poddane ocenie
MAEA obejmują projekty III generacji (III+) • EPR
• AP 1000 • ES BWR • ACR 1000
Jak zabezpiecza się EJ przed uwolnieniami
radioaktywności przy ciężkich awariach?
Jak zabezpiecza się EJ przed uwolnieniami
radioaktywności przy ciężkich awariach?
Przy rozpatrywaniu ciężkiej awarii przyjmuje się jako założenie,że wskutek nieprzewidzianych uszkodzeń układów
bezpieczeństwa (gdybyśmy mogli je przewidzieć, to byśmy się przed nimi zabezpieczyli!) oraz błędów ludzkich doszło do
uszkodzenia i stopienia rdzenia.
Cel działań: ograniczenie rozprzestrzeniania produktów
rozszczepienia, po pierwsze przez obronę zbiornika reaktora
przed przetopieniem, a po drugie - przez obronę szczelności obudowy bezpieczeństwa
strategia obrony: w pierwszym etapie zmierza do jak
najszybszego obniżenia ciśnienia wewnątrz zbiornika by umożliwić zalanie rdzenia wodą z różnych źródeł o niskim ciśnieniu i zmniejszyć groźby w razie przetopienia zbiornika
Inny przykład EJ III generacji: Reaktor EPR, budowany w Finlandii i Francji. Obudowa wytrzymuje nawet działanie stopionego rdzenia
Co może spowodować zniszczenie obudowy
bezpieczeństwa?
Co może spowodować zniszczenie obudowy
bezpieczeństwa?
Wczesne zagrożenia przy poważnej awarii:
Obejście obudowy w razie rozerwania obiegu pierwotnego w
wytwornicy pary i awarii zaworów nadmiarowych po stronie wtórnej
Rozerwanie zbiornika reaktora pod wysokim ciśnieniem, które
powoduje gwałtowny wzrost ciśnienia i temperatury
Zapłon i wybuch wodoru wydzielonego z rdzenia
Zagrożenia długoterminowe
Brak możliwości odbioru ciepła z obudowy powoduje powolny
wzrost ciśnienia w obudowie
Przetopienie płyty fundamentowej reaktora (mniej groźne dzięki
Chłodzenie stopionego rdzenia i obudowy bezpieczeństwa
EPR. Faza długoterminowa
spray nozzles x x x x FL flow limiter CHRS
water level in case of water
injection into spreading compartment
(2x)
passive
spreading compartment
melt flooding via cooling device and lateral gap
in-containment refueling water storage tank
flooding device
Wymiennik ciepła w recyrkulacji zewnętrzej
Wtrysk wody do chwytacza rdzenia
Układ zraszania obudowy
Dwa rezerwowe podsystemy ze specjalnym ujściem ciepła
Elementy systemu położone poza obudową bezpieczeństwa znajdują się w szczelnych pomieszczeniach osłonowych
Chwytacz stopionego rdzenia w EPR
Chwytacz stopionego rdzenia w EPR
Ø Chwytacz rdzenia chroni
dno obudowy przed
przepaleniem. Zapewnia stabilizację stopionego rdzenia bez dodatkowych działań.
Obszar rozpływu stopionego rdzenia jest suchy w chwili wypływu rdzenia ze zbiornika. Pod wpływem siły ciężkości stopiony rdzeń wypływa ze zbiornika, przepala zawory i rozpływa się w chwytaczu rdzenia. Dzięki malej
szybkości wypływu nie dochodzi do eksplozji gazowej.
Elektrownia jądrowa z reaktorem EPR
Elektrownia jądrowa z reaktorem EPR
Układ chwytacza
stopionego rdzenia w EJ z EPR.
1) rdzeń reaktora, 2) zbiornik ciśnieniowy reaktora, 3) pokrywa przetapiana przez rdzeń, 4) dno tunelu przelewowego, 5) beton fundamentów obudowy bezpieczeństwa, 6) tunel przelewowy, 7) materiał ogniotrwały ZrO2, 8) chłodzenie wodne chwytacza, 9) warstwa powierzchniowa przeznaczona na wytopienie, 10) chwytacz rdzenia - basen dla stopionego rdzenia.
Układ obiegów reaktora EPR
projekt Francji i Niemiec
Układ obiegów reaktora EPR
projekt Francji i Niemiec
Wykrywanie przecieku zanim nastąpi rozerwanie rurociągu Obrona w głąb : w razie uszkodzenia jednego elementu wpływającego na bezpieczeństwo reaktora będą na jego miejsce inne elementy, które mogą w pełni zastąpić element uszkodzony
W razie przecieku do WP
reaktor EPR może obniżać ciśnienie w
obiegu pierwotnym poniżej ciśnienia w obiegu
Prostota i standardyzacja - reaktor AP 1000
Prostota i standardyzacja - reaktor AP 1000
Prostota i standaryzacja projektu poprzez:
Zmniejszenie liczby elementów składowych zaliczanych do
klasy bezpieczeństwa jądrowego
Zmniejszenie ilości i wielkości elementów dużych rozmiarów Wprowadzenie systemów bezpieczeństwa działających na
zasadzie pasywnej, bez potrzeby doprowadzania energii z zewnątrz,
Wprowadzenie systemu modułów, składanych na miejscu
budowy
Standaryzację elementów i systemów elektrowni
Zastosowanie wypróbowanych systemów i elementów
Ulepszenia we współpracy człowieka z systemem regulacji i
Wszystkie reaktory III generacji mogą
zapewnić małą częstość stopienia rdzenia
Wszystkie reaktory III generacji mogą
zapewnić małą częstość stopienia rdzenia
Ewolucyjne EJ osiągają bezpieczeństwo przez dodawanieciągów bezpieczeństwa:
4 ciągi wtrysku chłodzenia awaryjnego, usuwania ciepła
powyłączeniowego, chłodzenia obudowy bezpieczeństwa, 4 awaryjne generatory z silnikami diesla
Wzrost kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych. Pasywne EJ osiągają bezpieczeństwo przez redukcję
systemów bezpieczeństwa.
Nie ma pomp klasy bezpieczeństwa, wentylatorów,
generatorów z silnikami diesla, awaryjnego zasilania prądem zmiennym, mniej zaworów zakwalifikowano do klasy
bezpieczeństwa, bezpieczeństwo zapewniają siły przyrody
Redukcja wyposażenia zaliczanego do klasy
bezpieczeństwa jądrowego w EJ z AP 1000
Redukcja wyposażenia zaliczanego do klasy
Obszar zajmowany przez EJ z AP1000
Obszar zajmowany przez EJ z AP1000
Beton, m3 / stal konstrukcyjna ton Sizewell B: 520,000 / 65,000 Olkiluoto: 400,000 / 60,000 AP1000: <100,000 / <12,000
Reaktor AP 1000 - Zabezpieczenia na wypadek
ciężkiej awarii
Układ pasywnego zalewania rdzenia w AP 1000
Pasywne układy bezpieczeństwa. Nie ma w nich elementów czynnych (jak pompy, wentylatory lub generatory z
silnikami Diesla), a działanie tych systemów nie wymaga systemów pomocniczych zakwalifikowanych do systemów bezpieczeństwa (takich jak zasilanie prądem zmiennym, chłodzenie elementów SB, wentylacja itd
Obudowa
bezpieczeństwa
reaktora AP1000
Powłoka stalowa 4,45 cm, maks ciśnienie proj. 5,1 bar Sciana betonowa- osłona przed promieniowaniem. Rdzeń reaktora pozostaje zawsze pod wodą, zbiornik zalany wodą od zewnątrz jest chroniony przedprzegrzaniem
Obudowa zabezpiecza przed uwolnieniami na zewnątrz.
Zbiorniki wody wewnątrz obudowy zapewniają
zalanie zbiornika reaktora i chłodzenie go od zewnątrz
0.0001 0.00005 0.00001 0.0000003 0 0.00001 0.00002 0.00003 0.00004 0.00005 0.00006 0.00007 0.00008 0.00009 0.0001 1/ reak to ro-r o k Wym agania dozoru jądrow ego USA
Obecne EJ Wym agania
energetyki jądrow ej
Wskaźnik dla AP 1000 Częstość ciężkich aw arii w EJ
Częstotliwość ciężkich awarii z uszkodzeniem rdzenia
w USA i w AP 1000
U.S.: 25 nowych elektrowni jądrowych
zapowiedzianych, 6 już zakupionych
U.S.: 25 nowych elektrowni jądrowych
Postęp prac z reaktorami AP1000 w USA
Postęp prac z reaktorami AP1000 w USA
Vogtle 3 & 4 Prace na działce EJ rozpoczęto VC Summer 2 & 3
Trwa pryzgotowanie dziuałki EJ Levy County 1 & 2
Prace rozpoczęte, obecnie wstrzymane do chwili uzyskania
licencji.
Obecnie w USA trwają dyskusje mające doprowadzić do
skrystalizowania polityki władz federalnych w zakresie powstrzymania zmian klimatycznych i ustabilizowania warunków na rynku
finansowym-EJ z AP1000
EJ z AP1000
Obszar zajmowany przez AP 1000 w
porównaniu z EJ Sizewell B
Obszar zajmowany przez AP 1000 w
porównaniu z EJ Sizewell B
1. Obudowa bezp. 2. Sterownia, 3. Budynek układów pomocniczych, 4. Przechowalnik paliwa, 5. Maszynownia, 6. Unieszkodliwianie odpadów. 7. Sterownia rezerwowa, 8. Silniki diesla,9. Zbiornik zapasu paliwa, 10. Rezerwowe ostateczne ujście ciepła,
11. Pompownia wody chlodzącej,
12- Anex, 13. Chłodnia kominowa wody technicznej
ESBWR – ekonomiczny uproszczony
reaktor z wodą wrzącą
na bazie ABWR (zaczęły prace w 1996 i 1997 r)
Zbiornik ES BWR z rdzeniem i kominem konwekcyjnym-pasywne bezp. Bez pomp w obiegu pierw. Pasywne zalewanie rdzenia - po rozerwaniu obiegu pierw. nie dochodzi do
osuszenia rdzenia
-Wzmocnienie
ścian obiegów pomocniczych.
Reaktor ACR 1000 – udoskonalona wersja reaktora CANDU 6
Najnowsza EJ CANDU 6 - 740 MWe - w Qinshan, Chiny, w 2002 r.
Układów obiegów w reaktorze ACR 1000
1 Kolektory parowe, 2 Stabilizator ciśnienia 3 Wytwornice pary, 4 Pompy obiegowe 5 Kolektory, 6 Kalandria, 7 Paliwo, 8 Pompy moderatora, 9 Wymienniki ciepła
moderatora 10 Maszyny przeładunku paliwa
Reaktory CANDU 6 osiągają bardzo wysokie współczynniki obciążenia
Wielka zaleta CANDU - system wymiany paliwa podczas pracy reaktora. Pozwala to utrzymywać stały profil mocy w rdzeniu, zrównoważone
wypalenie paliwa, stałą efektywność systemu wyłączania reaktora, umożliwia wymianę paliwa uszkodzonego podczas pracy. Zapewnia to
utrzymanie niskich skażeń radioaktywnych w obiegu pierwotnym i obniżenie dawek otrzymywanych przez pracowników.
Czas budowy ACR –700: 36 miesięcy
Konstrukcja reaktora zapewnia dodatkowe pasywne ujścia ciepła,
redukujące skutki ciężkich awarii i spełnia wymagania MAEA
odnośnie cech bezpieczeństwa nowych reaktorów energ.
.Układy bezpieczeństwa rozmieszczone w 4 budynkach wokoło budynku reaktora
Podsumowanie: bezpieczeństwo zapewniane
przez nowe EJ III generacji
Podsumowanie: bezpieczeństwo zapewniane
przez nowe EJ III generacji
W analizach ciężkich awarii analizuje się wszystkie, nawet pozornie najbardziej nieprawdopodobne kombinacje uszkodzeń i błędów człowieka, a przede wszystkim możliwości uszkodzeń wielu elementów z powodu wspólnej przyczyny.
W konsekwencji dochodzimy do scenariuszy ze stopieniem rdzenia i towarzyszącymi mu poważnymi następstwami. Stopienie rdzenia nie oznacza jednak wydzielenia produktów rozszczepienia poza
elektrownię.
Tajemnica sukcesu - skuteczność obudowy bezpieczeństwa
Przepisy UDJ: częstotliwość dużych uwolnień z obudowy winna być co najmniej 10 razy mniejsza niż częstotliwość stopienia rdzenia.
Nowoczesne EJ dysponują już układami zapewniającymi, że nawet po ciężkiej awarii produkty rozszczepienia pozostaną wewnątrz obudowy. Nowe EJ: skutki awarii praktycznie nie wykraczają poza teren EJ.
