Egyéb reaktortípusok
Atomerőművi technológiák Boros Ildikó BME NTI 2016.03.23.
A forralóvizes reaktor (BWR) • Egykörös atomerőművi kapcsolás – a turbinára jutó gőz az aktív zónában termelődik – a korszerű energetikai BWR-ekben nincs a PWR-eknél megszokott elkülönülő primer és szekunder kör, a primer körben alacsonyabb a nyomás (~6,9-7,2 MPa), a víz forráspontja ~285°C – alacsonyabb erőmű hatásfok (32-34%) – a reaktor úgy van megtervezve, hogy a zóna felső részében a kétfázisú hűtőközeg tömegének 12-15%-a gőz → alacsonyabb moderáltság, → alacsonyabb hasadási sűrűség, → alacsonyabb teljesítmény-sűrűség mint a zóna alsó részében.
2016.05.20.
AE Technológiák
2
BWR felépítése Forrás: NRC
Recirkulációs hurok – teljesítményszabályozás eszköze is 2016.05.20.
AE Technológiák
3
A BWR-ek fejlesztése • Dresden-1 (USA) – kétciklusú BWR: a reaktorban gőz termelődött, ez egy magasabban lévő gőzdob/gőzfejlesztőbe került, ahonnan a szekunder gőz ment a turbinára
• KRB (Gundremmingen, Németo.) – kétciklusú, a külső gőzdob helyett belső cseppleválasztó, gőzszárító
• Oyster Creek – már nincsenek gőzfejlesztők, direkt ciklus – 5 recirkulációs hurok, melyek a zónán belüli kényszeráramot biztosították
• Dresden-2 – belső sugárszivattyúk, ezzel együtt a külső recirkulációs hurkok számának csökkentése kettőre (ötről) – vezetékek, szivattyúk és szelepek számának csökkentése
2016.05.20.
AE Technológiák
4
Forralóvizes atomreaktor BWR-ek a „környéken”: Finnország: Olkilouto, Németország: Brunsbüttel Gundremmingen
(Permanent Shutdown) (A – Permanent Shutdown; B,
C – operational)
Isar-1 Svédország: Barseback (Permanent Shutdown)
(1, 2 – Permanent Shutdown)
Oyster Creek (USA) 2016.05.20.
AE Technológiák
5
BWR fűtőelemköteg • szabályozórúd és környezete (1-6) – egy szabályozó cella (fűtőelemmodul) a szabályozórúdból (7) és a négy mellette lévő fűtőelemkötegből (5x5-10x10, stb) áll. – BWR fűtőelemköteg palásttal rendelkező csatornában (6) – alulról bevezetett szabályozórudak – Kihúzott szabályozórúd esetén a helyét víz foglalja el, ami jelentős termikusneutron-fluxuscsúcsot eredményez („neutroncsapda”) • a szomszédos fűtőelemekben is megemeli a termikusneutron-fluxust. • Ezekben az elemekben alacsonyabb dúsítású (esetleg természetes) uránt alkalmaznak.
– Fűtőelem nélküli pozíciók kazettán belül: víz moderátor
2016.05.20.
AE Technológiák
6
BWR konténment • A legelterjedtebb a GE konténment sorozata: Mark I, II és III, és ezek altípusai – Szárazaknával (drywell) és nedvesaknával (wetwell/ suppression pool/suppression chamber) is rendelkeznek. – Mindegyik kialakítás célja a nyomáscsökkentés LOCA esetén. – A konténment fő feladata a reaktorból kijutó gőz kondenzációja és a primerkörből kijutó hasadási termékek visszatartása, hogy a telephelyen kívüli dózisterhelés ne érje el a hatósági szintet, illetve hogy hőnyelőt és vízforrást (betáplálási forrást) biztosítson adott biztonsági berendezéseknek.
2016.05.20.
AE Technológiák
7
Konténment keresztmetszet 1 Aktív zóna 2 Szabályozórudak 3 Recirkulációs szivattyú 4 Tápvízcsonkok 5 Frissgőz-vezeték 6 Reaktortartály 7 Konténment 8 Kondenzációs kamra (nedvesakna) 9 Bórsav-tartály 10 Hermetikus acélbevonat 11 Nehézbeton 12 Zsilip 13 Lefúvató / kondenzációs cső
2016.05.20.
AE Technológiák
8
MARK I konténment • A Fukushima Daiichi 1-5. blokk konténment típusa
2016.05.20.
AE Technológiák
9
MARK II Konténment
A Fukushima Daiichi 6. blokkjának konténment típusa
2016.05.20.
AE Technológiák
10
BWR – konstrukciós sajátosságok Enyhén radioaktív gőz jut a Gépház, Krümmel atomerőmű turbinához -> beton árnyékolás Zárt köpenyű fűtőelem-kazetták (tömegáram szabályozása az instabilitások elkerülésére) Szabályozórudak bevezetése alulról Értékességük a gőztérben Árnyékolás kicsi lenne A tartály felső részében van a cseppleválasztó és a gőzszárító, ezért nem lehetséges a szabályozók átvezetése Nagy térfogatú reaktortartály (670 m³) Üzemzavari nyomáscsökkentés a konténmentben a kondenzációs kamra segítségével 2016.05.20.
AE Technológiák
11
A BWR-ek technológiai és biztonsági rendszerei Izolációs betáplálást biztosító rendszer (Isolation Condenser - IC) Feladata a reaktor lehűtése izolált állapot esetén, azaz végső hőnyelő és külső villamos-energia betáplálás elvesztésekor Nem csökkenti a hűtőközeg tartalmat • Kondenzátum passzív módon jut vissza a reaktorba
2016.05.20.
AE Technológiák
12
A BWR-ek technológiai és biztonsági rendszerei
Aktív zóna izolációs hűtő rendszere (Reactor Core Isolation Cooling System – RCIC)
2016.05.20.
AE Technológiák
Feladata: a hűtés biztosítása izoláció esetén A remanens hőfejlődés során keletkezett gőzt az RCIC turbinára vezetik, ami az RCIC szivattyút hajtja meg Az RCIC szivattyú juttat 13 be hűtővizet a hidegágba
A BWR-ek technológiai és biztonsági rendszerei Üzemzavari hűtőrendszerek (Emergency Core Cooling System ECCS) Két nagynyomású (High Pressure Coolant Injection HPCI és az Automatic Depressurization - ADS) és két kisnyomású (Low Pressure Coolant Injection és a Core Spray - CS) rendszer alkotja Az üzemzavari hűtővíz rendszerek kondenzátum tartályai 1900 és 2500 m3 kapacitással rendelkeznek 2016.05.20.
AE Technológiák
14
A BWR-ek technológiai és biztonsági rendszerei Remanenshő-elvonó rendszer (RHR) •
• •
•
A blokk leállását követően a rendszer nyomáscsökkentésével együtt hűtést végez Két független, térben elválasztott hurokból áll Recirkulációs hurkon keresztül kapcsolódik a primer körhöz és a zónához Hétféle különböző üzemmód: – – – – – –
2016.05.20.
Leállási hűtés és a reaktortartály felső részének a hűtése Nyomáscsökkentő medence hűtés Konténment spray üzemmód Gőzkondenzációs mód Tartalék hűtőközeget biztosító mód Pihentető medence hűtés mód
AE Technológiák
15
A BWR-ek technológiai és biztonsági rendszerei Szűrt leresztés (Hardened Venting System- HVS)
• Feladata megakadályozni a konténment nyomásnövekedését baleseti szituációban • Elvileg zónaolvadás esetén is lehetséges a nedves- ill. száraz aknából a légkörbe történő leeresztés 2016.05.20.
AE Technológiák
16
CANDU • CANada Deuterium Uranium Reactor • •
Fejlesztés: 50-es, 60-as években (AECL - Atomic Energy of Canada Limited, Hydro-Electric Power Commission of Ontario, Canadian General Electric) Jelentős kanadai uránkészletek hasznosítására fejlesztették (dúsítás ne legyen szükséges)
2016.05.20.
AE Technológiák
17
Moderátor anyagok Moderátor paraméterek Moderációs úthossz [cm] Neutronabszorpciós hatáskeresztmetszet [barn]
H2 O
D2O
Grafit
5.74
10.93
19.7
0.66
0.0026
0.0045
• Deutérium moderátor: üzemelés természetes uránnal is lehetséges • Különböző típusok: – Nehézvíz vagy könnyűvíz hűtőközeg – Nyomott csöves vagy nyomott tartályos
• CANDU: nehézvíz moderátoros, nehézvíz hűtésű, nyomott csöves reaktor
2016.05.20.
AE Technológiák
18
CANDU reaktorok Európában Unit
Country
Start of operation
Nominal power
Load factor
Cernavoda 1
Romania
December 1996
706 MWe
88,61%
Cernavoda 2
Romania
October 2007
706 MWe
94,89%
2016.05.20.
AE Technológiák
19
CANDU-6 • 700 MW névleges teljesítmény • 11 blokk üzemel világszerte (1983-2007) • Összesen 34 Candu blokk
2016.05.20.
AE Technológiák
20
CANDU • Nyomott csöves (nyomott reaktortartály nélkül) • D2O moderátor és hűtőközeg • Szeparált hűtő és moderátor rendszer – Hűtés: ~ 100bar, 300oC – Moderátor: ~1 bar, <80oC
• Üzem közbeni átrakás lehetséges! • Természetes urán használata -> kis reaktivitástartalék a zónában > nem kell bóros szabályozás
2016.05.20.
AE Technológiák
21
CANDU zóna
2016.05.20.
AE Technológiák
22
CANDU zóna
Heavy water moderator in the calandria
Shielding pool arund the calandria
2016.05.20.
AE Technológiák
23
CANDU üzemanyag kezelés • Üzem közbeni átrakás: két átrakógép segítségével • Neutrongazdag zóna – Különböző üzemanyagok használata: natU, enyhén dúsított U (0.8-1.2%), MOX, RU (recovered uranium) – PWR kiégett üzemanyag kémiai reprocesszálás nélkül felhasználható! 2016.05.20.
AE Technológiák
24
CANDU hűtőrendszer • 2-hurkos primer kör, 4 GF
2016.05.20.
AE Technológiák
25
CANDU biztonság • Reaktivitás-szabályozás: könnyűvíz-rekeszekkel, szabályozó rudakkal, neutronmérgekkel • Két független leállító rendszer • Pozitív üregegyüttható! • Kis reaktivitás-tartalék • Alacsony dúsítás – Az üzemanyag nem válhat kritikussá levegőn vagy könnyűvízben
2016.05.20.
AE Technológiák
26
CANDU
CANDU leállító rendszerek Forrás: AECL
2016.05.20.
AE Technológiák
27
RBMK - Nagy teljesítményű, csatorna típusú reaktor
1 Urán üzemanyag 2 Hűtőcső 3 Grafit moderátor 4 Szabályozórúd 5 Védőgáz 6 Víz/gőz AE Technológiák
7 Cseppleválasztó/gőzdob 8 Gőz a turbinához 9 Gőzturbina 10 Generátor 11 Kondenzátor 12 Hűtővíz szivattyú #14 / 28
13 Hőelvezetés 14 Tápvíz szivattyú 15 Tápvíz előmelegítő 16 Tápvíz 17 Víz visszafolyás
18 Keringtető szivattyú 19 Vízelosztó tartály 20 Acélköpeny 21 Betonárnyékolás 22 Reaktorépület 2016.05.20.
RBMK reaktorok a világban • Üzemelő blokkok – 11 RBMK + – 4 EGP-6 („mini RBMK” Bilibino atomerőmű)
Típus
Blokkok száma
Össz MW(e)
BWR
84
78 122
FBR
2
580
GCR
15
8040
LWGR
15
10 219
PHWR
48
23 961
PWR
270
249 621
Összesen:
434
370 543
• Építés alatt álló blokkok: 0
PRIS database. Last update on 2013-09-09 (http://www.iaea.org/PRIS/home.aspx) 2016.05.20.
AE Technológiák
29
RBMK
2016.05.20. 30
AE Technológiák
RBMK • RBMK – BWR összevetés
2016.05.20.
AE Technológiák
31
Zóna és üzemanyag
2016.05.20.
AE Technológiák
32
Zóna és üzemanyag
2016.05.20.
AE Technológiák
33
A PWR és az RBMK közötti fizikai különbségek Moderátor anyagok jellemzői termikus úthossz [cm]
H2O
D2O
Grafit
5,74
10,93
19,7
neutronabszorpciós 0,66 hatáskeresztmetszet [barn]
0,0026 0,0045
víz
urán
víz
urán
víz
urán víz víz
grafit
urán víz víz
víz
urán
víz
urán
víz
urán víz víz
grafit
urán víz víz
Nyomott vizes reaktor
AE Technológiák
Csernobili típusú reaktor
#14 / 34
2016.05.20.
RBMK biztonsági hiányosságok • Pozitív üregegyüttható! • Nagy térfogatú reaktorzóna – Instabilitások, egyenlőtlenségek – Xenon-lengés
• Bonyolult szabályozás (több mint 200 szabályozórúd) • Konténment hiánya • Tervezési alap problémái (jelentősebb hűtőközegvesztésre nincs méretezve) 2016.05.20.
AE Technológiák
35
