Zaawansowane technologie reaktorów jądrowych GE Hitachi

fot. GE Hitachi

W artykule scharakteryzowano najnowsze typy reaktorów jądrowych produkowanych przez GE Hitachi, w tym zaawansowany reaktor wodny wrzący ABWR, ekonomiczny uproszczony wodny reaktor wrzący ESBWR oraz zaawansowany reaktor PRISM. Stwierdzono, że energia jądrowa sprawdziła się w Europie jako bezpieczne, długoterminowe i stabilne źródło energii.

Stoimy dziś na progu nowej ery w dziedzinie cywilnej energii jądrowej. Przez ostatnie 55 lat energia jądrowa odegrała ważną rolę. Nie tylko przyczyniła się do zapewnienia czystszej atmosfery, ale również bezpieczeństwa dostaw energii po konkurencyjnej cenie. Ważne jest, aby powyższe cele w dalszym ciągu były realizowane dzięki zapewniającym bezpieczeństwo reaktorom jądrowym o uproszczonej konstrukcji – to dzięki nim nasza branża będzie w stanie nadążyć za popytem rynkowym na energię elektryczną pokrywającą stałe potrzeby, zwłaszcza w regionach rozwijających się lub objętych programami ochrony przed zmianami klimatu. Receptę na sukces tworzą:

• usprawnienie i optymalizacja systemów bezpieczeństwa elektrowni, ograniczających ryzyko awarii rdzenia do niespotykanie niskich poziomów,
• budowanie zaufania do nowych obiektów,
• wykorzystanie najbezpieczniejszej dostępnej technologii jako zabezpieczenia przed nieprzewidywalnymi zdarzeniami zewnętrznymi.

Reaktor jądrowy ABWR GE Hitachi Nuclear Energy (GEH) zapewnia jeszcze bardziej udoskonalony aktywny system bezpieczeństwa, który jest już z powodzeniem wykorzystywany. Z kolei systemy pasywne reaktora ESBWR GEH nie wymagają zasilania do uruchomienia ani do działania, wykorzystując siły naturalne takie jak grawitacja czy unoszenie się pary aby bezpiecznie chłodzić reaktor. Umożliwia to chłodzenie reaktora przez ponad siedem dni bez podejmowania żadnych dodatkowych działań czy podłączania zasilania na terenie obiektu lub poza nim, dzięki czemu reaktor będzie w stanie sprostać najcięższym wyzwaniom środowiskowym.

Od początków rozwoju komercyjnej energii jądrowej w Europie w latach 50., przez niemal połowę epoki elektryfikacji na starym kontynencie wykorzystywano cywilną energię jądrowych w celach pokojowych. Jądrowa energia elektryczna bezpiecznie i skutecznie zasila Europę od dziesięcioleci, nie generując niemal żadnych zanieczyszczeń czy emisji dwutlenku węgla. Elektrownie jądrowe zasilają dziesiątki milionów domów i przedsiębiorstw, wspierając okoliczne społeczności poprzez zapewnienie dziesiątek tysięcy miejsc pracy w całej Europie. Obecnie w Europie działa 139 elektrowni jądrowych, co odpowiada około jednej trzeciej światowej produkcji tego typu energii^*. Energia jądrowa sprawdziła się w Europie jako bezpieczne, długoterminowe i stabilne źródło energii, oferujące również Polsce możliwość dalszego zaspokojenia znacznej części popytu na energię.

Zaawansowane technologie reaktorów GE Hitachi 

Jaki jest najlepszy typ reaktora jądrowego, biorąc pod uwagę potrzeby i oczekiwania związane z nowymi obiektami? Wyboru typu reaktora należy dokonać uwzględniając następujące trzy czynniki: bezpieczeństwo, sprawność i ekonomikę. Tymi trzema wartościami kierują się GE i Hitachi od ponad 40 lat przy wdrażaniu i stałym udoskonalaniu technologii reaktorów wodnych wrzących (BWR).

Ogólnie mówiąc, reaktory BWR charakteryzują się mniejszymi rozmiarami w zestawieniu z ich mocą, mają mniej sprzętu wymagającego serwisowania oraz wymagają mniej pracowników do utrzymania ruchu. Niewielki rozmiar zawdzięczają względnie niewielkim ciśnieniom wykorzystywanym do generowania pary w reaktorach BWR. Reaktory BWR zaprojektowane i zbudowane przez GE były pierwszymi, sfinansowanymi ze środków prywatnych, komercyjnymi, mało- i wielkoskalowymi reaktorami jądrowymi. Reaktor BWR GE Vallecitos został uruchomiony w 1957 roku, a Dresden 1 w 1960 roku – 3 lata później. Reaktor drezdeński generował parę w reaktorze, ale ta przepływała następnie do podwyższonego zbiornika ciśnieniowego i drugiego zestawu generatorów pary przed odprowadzeniem do turbiny. Technologia BWR szybko odeszła od podwójnego układu parowego na rzecz bardziej wydajnego, bezpośredniego cyklu generowania pary, który obecnie jest wykorzystywany w reaktorach BWR.

Reaktor ABWR 

Zaawansowany reaktor wodny wrzący (ABWR) to następny rozdział w historii rozwoju technologii BWR. Reaktory ABWR osiągają najniższe wartości współczynników awaryjności rdzenia (CDF) spośród wszystkich typów reaktorów z aktywnymi systemami bezpieczeństwa, jakie są obecnie dostępne na rynku. Odnotowany najlepszy wynik w branży to 1/10 poziomu awaryjności poprzedniej generacji reaktorów BWR oraz około 1/100 awaryjności działających obecnie reaktorów wodnych ciśnieniowych (PWR). Jest to również obecnie jedyny działający reaktor trzeciej generacji na rynku światowym. Prace projektowe nad ABWR rozpoczęto w 1978 roku. Zespół międzynarodowych producentów i dostawców rozwiązań BWR rozwijał pod przewodnictwem GE nową generację zaawansowanych reaktorów, aby ograniczyć tak zwane „trzy D”, czyli odpowiedniki angielskich terminów: zanieczyszczenia (dirty), niebezpieczeństwa (dangerous) i wysoką dawkę promieniowania (high dose). W efekcie powstał reaktor BWR trzeciej generacji o mocy 1350 MWe, przedstawiony na rys. 1. Usprawnienia projektu i konstrukcji reaktora ABWR zapewniły niespotykane bezpieczeństwo obiektu, skuteczność zabezpieczeń i sprawność oraz ekonomikę.

Projekt ABWR licencjonowano na terenie Stanów Zjednoczonych, Japonii i Tajwanu – działają tam cztery obiekty, a cztery kolejne są w budowie. Pierwszy reaktor ABWR został zbudowany w terminie, a koszt jego budowy nie przekroczył budżetu. Budowa trwała 39 miesięcy – od wylania pierwszej warstwy betonu do załadunku paliwa.

Rys. Przekrój przez zaawansowany reaktor wodny wrzący (ABWR)

Niektóre z pionierskich usprawnień reaktora ABWR to: w pełni cyfrowy system ochrony reaktora (Reactor Protection System, RPS), trzyczęściowy układ awaryjnego chłodzenia reaktora (3 Division Emergency Core Cooling System, ECCS), obudowa bezpieczeństwa o uproszczonej konstrukcji z żelazobetonu (Reinforced Concrete Containment Vessel, RCCV), trzyczęściowy system zasilania (PG, PIP i system bezpieczeństwa), usprawniony system chłodzenia izolacji rdzenia reaktora (Reactor Core Isolation Cooling, RCIC), pasywny system dodawania wody (AC-Independent Water Addition, ACIWA), usprawnione systemy precyzyjnie sterujące położeniem prętów paliwowych (Fine Motion Control Rod Drives, FMCRDs), usprawnione pompy wewnętrzne (Reactor Internal Pumps, RIP) oraz korki topliwe do pasywnego zalewania niższej przestrzeni suchej wewnątrz obudowy zabezpieczającej (w przypadku poważnego wypadku).

Te usprawnienia zostały wprowadzone z powodzeniem i nie miały żadnego niekorzystnego wpływu na harmonogram budowy czterech realizowanych obecnie reaktorów ABWR.

* Publikacja Nuclear Power Reactors in Europe 2011, FORATOM.

Artykuł pochodzi z internetowego kwartalnika EkoAtom.