1., 2., 3., 4. generációs atomerımővek

Átírás

1 1., 2., 3., 4. generációs atomerımővek Reaktorgenerációk Dr. Aszódi Attila igazgató, BME Nukleáris Technikai Intézet elnök, MTA Energetikai Bizottság Budapest, február 12. ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 1 I.: 1970-es évek elıtt, természetes uránnal mőködı reaktorok. II.: A 70-es évektıl kifejlesztett könnyővizes reaktortípusok, jelenleg is alkalmazzuk ıket. Zömük ra tölti ki tervezett élettartamát. III.: A jelenlegi reaktortípusok optimalizálása biztonsági és gazdaságossági szempontok szerint. Jelenleg készek a kereskedelmi forgalomra. IV.: Jelenleg fejlesztés alatt, 6 fı típus vizsgálata nemzetközi projektekben. Céljuk fenntartható energiaforrás biztosítása (villamos- és hıtermelés, tengervíz sótalanítás), illetve a hidrogéntermelés. ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 2 EBR (Experimental Breeder Reactor) 1951-ben helyezték üzembe, a világ elsı reaktora, amivel áramot termeltek, de nem atomerımő! Gyorsreaktor, üa.: 94%-os dúsítottságú urán, hőtık.: folyékony Na-K. P th =1400 kw, P e =200 kw. A National Reactor Testing Station egy épületének világítását látták el vele. Elsı generációs atomerımővek július 27: Az Obnyinszki Atomerımő hálózatra kapcsolódik. Késıbbi RBMK-k atyja, grafitmoderálású, csöves, forralóvizes típus. Nettó 1 MW elektromos telj. (6-5 MW) ben állították le! ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 3 ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 4

2 Elsı generációs atomerımővek Az 50-es, 60-as évek prototípus atomerımővi reaktorai Viszonylag kis egységteljesítmény (<250 MW) Kis darabszámú szériák, inkább prototípus (kivétel: Magnox) Biztonsági hiányosságok Többnyire természetes urán üzemanyag Egzotikus reaktortípusok is (FBR pl. Fermi I., GCR pl. Magnox, HWGCR pl. Monts D'Arree, SGHWR Winfrith) A Winfrith SGHWR leszerelése ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 5 Elsı generációs atomerımővek Elsı generációs atomerımővek Shippingport az USA elsı kereskedelmi atomerımőve 60 MW elektromos teljesítmény Nyomottvizes reaktorral (PWR) között üzemelt ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 6 Reaktorgenerációk Oldbury és Wylfa: ez a két elsı generációs blokk üzemel a világon (Nagy-Britannia) Magnox: szén-dioxid gáz hőtéső, grafitmoderátoros reaktorok (GCR), természetes urán üzemanyaggal Az elsı Magnox-ot (Calder Hall) 1956-ban indították, és 2003-ban állt le MWe teljesítmény Wylfa ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 7 I.: 1970-es évek elıtt, természetes uránnal mőködı reaktorok. II.: A 70-es évektıl kifejlesztett könnyővizes reaktortípusok, jelenleg is alkalmazzuk ıket. Zömük ra tölti ki tervezett élettartamát. III.: A jelenlegi reaktortípusok optimalizálása biztonsági és gazdaságossági szempontok szerint. Jelenleg készek a kereskedelmi forgalomra. IV.: Jelenleg fejlesztés alatt, 6 fı típus vizsgálata nemzetközi projektekben. Céljuk fenntartható energiaforrás biztosítása (villamos- és hıtermelés, tengervíz sótalanítás), illetve a hidrogéntermelés. ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 8

3 Második generációs atomerımővek Második generációs atomerımővek A jelenleg üzemelı blokkok nagy része Kereskedelmi forgalomban kapható, nagy darabszámú szériák Fıleg könnyővizes blokktípusok (a jelenleg üzemelık kb. 88%-a) ill. nehézvizes reaktorok Type No. of Units Total MW(e) BWR FBR GCR LWGR PHWR PWR Total: ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 9 Reaktorgenerációk Elsı generációs reaktorokból továbbfejlesztve Csak a biztonságos, gazdaságos típusokat tartották meg (kivéve pl. RBMK) Egzotikus típusok erısen továbbfejlesztve ismét megjelennek (FBR, gázhőtéső, stb.) Bizonyos sztenderdizálás már megfigyelhetı, de a blokkok még számos egyedi paraméterrel rendelkeznek Példa: paksi atomerımő reaktortartályok (ötvözet változása) ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 10 Harmadik generációs atomerımővek I.: 1970-es évek elıtt, természetes uránnal mőködı reaktorok. II.: A 70-es évektıl kifejlesztett könnyővizes reaktortípusok, jelenleg is alkalmazzuk ıket. Zömük ra tölti ki tervezett élettartamát. III.: A jelenlegi reaktortípusok optimalizálása biztonsági és gazdaságossági szempontok szerint. Jelenleg készek a kereskedelmi forgalomra. IV.: Jelenleg fejlesztés alatt, 6 fı típus vizsgálata nemzetközi projektekben. Céljuk fenntartható energiaforrás biztosítása (villamos- és hıtermelés, tengervíz sótalanítás), illetve a hidrogéntermelés. ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 11 Jelenleg piacra kerülı típusok, a második generációs erımővek továbbfejlesztett változatai. Továbbfejlesztés irányai: Gazdasági versenyképesség elérése elsısorban létesítési költségek csökkentése. Egyszerősítés, sztenderdizálás, moduláris blokkok, nagy méret, rövidebb építési idı stb. Nagyobb biztonság balesetek valószínőségét és következményeit is csökkenteni kell. Aktív és passzív biztonsági rendszerek fejlesztése. Non-proliferációs célok megvalósítása mőszaki vagy adminisztrációs eszközökkel ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 12

4 Harmadik generációs atomerımővek Fejlesztés a második generációs típusokhoz képest: evolúciós és innovatív reaktortípusok Evolúciós reaktortípusok: Továbbfejlesztett típus, létezı terv alapján, kis-közepes módosításokkal, igazolt koncepciók alapján. Mérnöki és tesztelési feladatokat igényel Innovatív reaktortípusok: Továbbfejlesztett típus, radikális újításokkal a tervezésben. Alapvetı K+F, megvalósíthatósági tanulmányok, prototípus/demonstrációs reaktor építése szükséges NAÜ osztályozás: Large-size designs: 700 MW(e) and larger Medium-size designs: MW(e) Small-size designs: below 300 MW(e). ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 13 Harmadik generációs atomerımővek Gazdasági versenyképesség elérése: költségek és építési idı csökkentése szükséges! Eszközök: Nagyságrendi megtakarítások Nagyobb blokkméret esetén a fajlagos elıállítási költség alacsonyabb Villamosenergia-rendszer, hálózat figyelembevétele, szabályozási problémák Racionalizált építési módszerek Építési idı csökkentése Építési idı alatt bevétel nélküli befektetés Optimálási folyamat: késıbbi idıveszteség nélkül Telephelyi munkák helyett lehetıség szerint elıre gyártott vagy moduláris berendezések alkalmazása Elızetes mőszaki tervezés és engedélyezés Megfelelı tervezés (pl. elrendezés optimalizálása számítógépes modellezéssel, mőszerek egyszerősítése) ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 15 Harmadik generációs atomerımővek Gazdasági versenyképesség elérése Atomerımő: villamosenergia-elıállítás költsége 45-75%-a az építés. Szénnél ugyanez 25-60%, földgáznál 15-40%. Kevésbé érzékeny az üzemanyag-ár változására Nagy építési költség miatt igen tıkeigényes, hosszú távú megtérüléssel kell számolni Tıkeerıs beruházók kellenek Szükség van megfelelı szabályozásra, hosszú távú garanciákra Teljes üzemanyagciklus költségét figyelembe kell venni Költségeket jelentısen csökkentheti a kapcsolt termelés (távhı, hidrogén, tengervíz sótalanítás) ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 14 Harmadik generációs atomerımővek Gazdasági versenyképesség elérése: költségek és építési idı csökkentése szükséges! Eszközök: Sztenderdizálás és sorozatgyártás Fejlesztési, engedélyezési, gyártási költségek szétosztása több azonos típusú blokk között Több blokkos telephelyek Két ugyanolyan blokk egy telephelyen: kb. 15%-kal alacsonyabb építési költség (munkaerı, engedélyezés, közös létesítmények) Hatékony beszerzés és szerzıdések Költség- és minıség-ellenırzés Hatékony projektmenedzsment Szoros együttmőködés a releváns szabályozó hatóságokkal Helyi vállalatok/munkaerı bevonása Hatsági munka racionalizálása ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 16

5 Harmadik generációs atomerımővek Gazdasági versenyképesség elérése: költségek és építési idı csökkentése szükséges! Eszközök: Modularizáció elıre gyártott elemek használata ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 17 Az EPR egy 3. generációs blokk Nyomottvizes reaktorral szerelt Termikus teljesítmény: 4200/4500 MW Elektromos teljesítmény: ~1600 MW Hatásfok: 36-37% Dupla falú hermetikus védıépület, nagy utasszállító repülıgép rázuhanására méretezve Biztonsági filozófia Megakadályozni a telephelyen kívüli következményeket Javítani a balesetek megelızését szolgáló rendszereket. Egyszerősítés, fizikai szeparáció, emberi hibák lehetıségének csökkentése. Zónasérülés valószínősége 10-6 / év, de a zónasérülés sem jelent nagy kibocsátást Súlyos balesetek esetén csökkenteni a következmények súlyosságát. Módszerek: konténment hőtése, zónaolvadék felfogása és hőtése, talapzat hőtése alulról ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 18 Biztonsági filozófia: megakadályozni a telephelyen kívüli következményeket Javítani a balesetek megelızését szolgáló rendszereket. Módszerek: egyszerősítés, fizikai szeparáció, emberi hibák lehetıségének csökkentése. Súlyos balesetek esetén csökkenteni a következmények súlyosságát. Módszerek: konténment hőtése, zónaolvadék felfogása és hőtése, talapzat hőtése alulról Duplafalú konténment külsı és belsı sérülések ellen (szellızı és szőrıberendezésekkel), konténmenten belül H2- rekombinátorokkal Zónaolvadék felfogására és szétterítésére szolgáló terület Végsı konténment hı elszállító rendszer (spray rendszer) ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 19 IRWST (Incontainment Refuelling Water Storage Tank): üzemzavari hőtırendszer ellátása, zónaolvadás esetén olvadék hőtése 4-szeres redundancia a fı biztonsági rendszereknél, fizikai szeparáció (pl. repülıgéprázuhanás vagy tőz esetére) ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 20

6 Finnország Olkiluoto 1-4 Olkiluoto-3, az elsı EPR 2002 május: a finn parlament 107:92 arányban jóváhagyja az 5. blokk létesítését szept.: kihirdetik a nemzetközi tendert MW-ra október: TVO kiválasztja a telephelyet (Olkiluoto) december - döntés: az AREVA-Siemens konzorcium építheti a finn EPR-t (1600 MW, 60 év tervezett üzemidı) 2004 február: megkezdıdtek a földmunkák áprilisában megkezdıdött a beton alaplemez készítés Épül az 5. finn blokk, Olkiluoto-3 (EPR-1600) április 25.: A TVO beadta az OL-4-re vonatkozó engedélykérelmet a parlament és a kormány elé Loviisaba is új nukleáris blokkot terveznek ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 21 Olkiluoto-3 építés néhány fotója ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 22 Olkiluoto-3 építés néhány fotója ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 23 Forrás: Forrás: ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 24

7 Olkiluoto-3 építés néhány fotója Olkiluoto-3 építés néhány fotója Forrás: ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 25 Flamanville (Franciaország), a 2. EPR Forrás: ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 26 Atomsztrojekszport VVER-2006 VVER-1000 RP B-320 VVER-1000 RP B VVER-1000 RP B-466 NPP-2006 RP B-491-gyel 4 sorozatgyártásban Módosított tervezés nagyobb biztonság és jobb költség / teljesítmény arány 2 Módosított tervezés európai és nemzetközi követelmények figyelembevétele (EUR és YVL) Módosított tervezés európai és nemzetközi követelmények figyelembevétele Hálózatra csatlakozás tervezett dátuma: május Atomerımővek Oroszországban, Ukrajnában, Bulgáriában és Csehországban Tianwan atomerımő, Kína Pályázat a finn 5. blokkra, a Shanmen és 1 Yangjiang kínai atomerımővekre ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 27 ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 28

8 Atomsztrojekszport VVER-1200/491 Kettıs konténment Szeizmikus terhelés Tervezési vízszintes maximális gyorsulás: 0,12 g Szél terhelés A biztonsági rendszerek 30 m/s szélsebességre vannak tervezve, telephelyi sajátosságok alapján módosítható. (3-as fokozatú forgószélnek megfelelı) Repülıgép becsapódás Tervezési alap: repülıgép becsapódása (megfelel egy 5,7 tonnás, 100 m/s sebességő lövedéknek) Külsı robbanás Tervezési alap: külsı robbanás nyomáshulláma (30 kpa 1 s-ig) Hó és jég terhelés Tervezési alap: extrém hóterhelés (4,9 kpa) Típus, biztonság VVER-1000/428 Reaktor, K /3000 típusú turbina. 3,3x10-6 /reaktorév zónaolvadási gyakoriság. Szivárgásérzékelık minden fıvízköri vezetéken, csonkzónában. Az FKSZ hőtı- és kenırendszerének közege olajról vízre lett cserélve. Redundáns biztonsági rendszerek háromszorozás helyett négyszerezve kerültek beépítésre. (4 független rendszer.) Zónaolvadék-csapda, zónaolvadék hőtı, A konténmentben hidrogénkezelı rendszer. ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 29 Tianwan atomerımő, Kína ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 30 Tianwan atomerımő, Kína ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 31 ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 32

9 Tianwan atomerımő, Kína Tianwan atomerımő, Kína Hálózatra kapcsolódás: 1. blokk: blokk: ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 33 Tianwan atomerımő, Kína ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 34 Szimulátor központ, vezénylı ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 35 ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 36

10 Mitsubishi APWR Reaktor 1500 MWe nagy teljesítmény Neutron reflektor SH SH Mérnöki biztonsági rendszerek ACC RV 3 ACC SH SH Egyszerősített elrendezés 4 mechanikus alrendszerrel 4 Konténmenten belüli RWSP (pihentetı medence) Továbbfejlesztett hidroakkumulátor APWR Gőzfejlesztő Nagy teljesítményő szeparátor Kompakt méretezés, növelt kapavitás 2 Irányítástechnika Digitális szabályozó és védelmi rendszerek RWSP Turbina 54 inches lapátok Integrált kisnyomású turbina rotorok Kompakt konzol ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 37 ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 38 Mitsubishi - APWR Továbbfejlesztett építési módszerek csökkentett építési idı, jobb építési minıség Nagy teherbírású daru (nehéz komponensek beemelése, telephelyi összeszerelés csökkentése) 2 3 Konténment felsı rész 4 Mitsubishi APWR Vezénylıterem 70-es évek 80-as évek Fejlesztések TMI után Emberi tényezı szisztematikus vizsgálata 2000 Emberközpontú tervezés új technológiákkal Könnyő áttekinthetıség 3 az üzemeltetı személyzetnek Ellenırzı és üzemeltetı rendszerek koncentrálása kompakt konzolon 4 Digitális irányítástechnika 2 Nagy kijelzı 1 1 Blokkügyeletes konzol Kompakt operátor konzol ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 39 ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 40

11 AP1000 Westinghouse AP1000 Nyomottvizes reaktorral (PWR), kéthurkos, 1117 MWe Passzív biztonsági rendszerek (dízel generátorra nincs szükség!) NRC 2005-ben hagyta jóvá a típustervet PSA szerint CDF=5,09*10-7 / reaktorév Moduláris szerkezet (szállítás vasúton vagy hajóval) Építési idı: 36 hónap 18 hónapos kampány 60 év tervezett üzemidı AP1000 ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 41 Passzív biztonsági rendszerek: üzemzavart követıen 72 órán át nincs szükség operátori beavatkozásra Passzív Zónahőtı Rendszer (PXS) Passzív Konténment Hőtı Rendszer (PCS) Vezénylıterem vészhelyzeti használhatósági rendszere (VES) - 11 ember 72 órára! Konténment izoláció AP1000 ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 43 ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 42 Súlyos baleset kezelési koncepció: megelızni a reaktortartály meghibásodást zónaolvadás esetén AP1000 ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 44

12 AP1000 További gyártók a piacon General Electric - Hitachi (USA - Japán): GE ESBWR AREVA & Mitsubishi ATMEA1 AECL (Kanada): ACR-1000 Új atomerımővi blokk építése esetén a környezeti hatástanulmány elkészítésétıl számítva minimum év szükséges az üzembe lépésig! Magyarországon 2020 elıtt nem tud új atomerımővi blokk belépni, de az elıkészítı munkákat már most el kell kezdeni! ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 45 Reaktorgenerációk I.: 1970-es évek elıtt, természetes uránnal mőködı reaktorok. II.: A 70-es évektıl kifejlesztett könnyővizes reaktortípusok, jelenleg is alkalmazzuk ıket. Zömük ra tölti ki tervezett élettartamát. III.: A jelenlegi reaktortípusok optimalizálása biztonsági és gazdaságossági szempontok szerint. Jelenleg készek a kereskedelmi forgalomra. IV.: Jelenleg fejlesztés alatt, 6 fı típus vizsgálata nemzetközi projektekben. Céljuk fenntartható energiaforrás biztosítása (villamos- és hıtermelés, tengervíz sótalanítás), illetve a hidrogéntermelés. ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 47 ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 46 Üzemanyagciklusok és fenntarthatóság Elırejelzések a mostani áramtermelés mellett (1): Legtöbb hulladék, bár még így is kevesebb, mint más energiaforrásoké. A hulladék mennyisége is limitálja ezt az opciót: néhány évtizeden belül több végleges tároló építése szükséges. Ez a források legkedvezıtlenebb kihasználása, a jövı század közepére a becsült forrásokat is kihasználjuk. ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 48

13 Üzemanyagciklusok és fenntarthatóság Elırejelzések a mostani áramtermelés mellett: Zárt üzemanyagciklus (2-4): Jelentıs mértékben csökken a hulladék mennyisége. Transzmutáló berendezések használatával a hulladék mennyisége egy nagyságrenddel csökkenthetı. A hulladékfrakciókat elkülönítetten lehet kezelni. Nagy kihívás a költségek csökkentése. Fokozottabb veszély a proliferáció. ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI Szuperkritikus vízhőtéső reaktorok Supercritical-Water-Cooled Reactor -- SCWR Hőtıközeg: könnyővíz. Üzemanyag: Hasonló a PWR üzemanyaghoz. Hımérséklet és nyomás a kritikus pont felett: >374 C, >22 MPa, nincsen forráskrízis; gızleválasztók, gızszárítók, gızfejlesztık feleslegesek. Termikus és gyors reaktor is. Jó hatásfok: 44% ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 50 Alapfogalmak Szuperkritikus folyadék Vízre: T C =373,95 C p C =220,64 bar Szuperkritikus fluidum Meredek anyagjellemzı változás a pszeudokritikus hımérséklet szők környezetében Alapfogalmak SCWR (HPLWR) Mőszaki nehézségek, nyitott kérdések: Extrém magas nyomás, magas hımérséklet anyagtechnológiai kérdések (szerkezeti anyagok); DHT (Deteoration Heat Trasfer) jelenség, a tömegáram fluxushoz képest relative magas hıfluxusok esetén a hıátadási tényezı eloszlás elfajulása Szerepe? p=240 bar; T pc (p)=381 C p=310,3 bar; T pc (p)=404,44 C ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 51 ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 52

14 Alapfogalmak Az atomerımővi alkalmazás elınyei Az európai koncepció A HPLWR kazetta geometria Szendvics szerkezető fal. A koncepció elınye: a magas izobár fajhı csúcs miatt magasabb hőtıközeg entalpia növekedés azonos hőtıközeg tömegáram több hıt tud elvonni kevesebb hőtıközeg szükséges azonos blokkteljesítménynél és így kisebb szivattyúk, kisebb belsı átmérıjő primerköri csövek; ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 53 Az európai koncepció A HPLWR aktív zóna elrendezése T in h b = Tout Tin c p T out dt Helikális huzal távtartók. ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI Ólomhőtéső gyorsreaktorok Három huzamú aktív zóna. Három huzamú aktív zóna elvi vázlata. ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 55 Lead-Cooled Fast Reactor -- LFR Hőtıközeg: Pb-Bi, vagy Pb Üzemanyag: U/Pu fém, vagy nitrid, zárt üzemanyagciklus! Termikus teljesítmény: MW Hőtık hımérséklete: C Elektromos áram és ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 56

15 2. Ólomhőtéső gyorsreaktorok Tapasztalat: Szovjetunió, Alfa osztályú atom-tengeralattjárók BREST reaktorok (Oroszország, 600 MWe teljesítmény, tervezés alatt a BREST-1200) Ólom: nagyon jó hıvezetı, alacsony olvadáspont, magas forráspont Igen nagy felhajtóerı hat a hőtıközegbe merített testekre Megszilárdulása elkerülendı Erısen korrozív Többféle koncepció: kismérető moduláris (USA, 20 év kampányhossz, MWe, nagymérető reaktor (EU, 600 MWe) ELSY: European Lead Cooled System, 600 MWe ELSY paraméterei (2008 október) Villamos teljesítmény 630 MWe Erımő hatásfok 42 % Primer hőtıközeg Tiszta ólom Primerkör Kompakt, medence típusú Primer hőtıközeg cirkulációja (üzemi) Kényszerített Primerköri nyomásesés (üzem közben) ~ 1,5 bar Aktív zóna belépı hımérséklet ~ 400 C Aktív zóna kilépı hımérséklet ~ 480 C Üzemanyag MOX and nitridek (aktinidákkal vagy azok nélkül) Üzemanyag burkolat anyaga T91 (Fe-Al ötvözető köpennyel bevonva) Üzemanyag burkolat max. hımérséklet ~ 550 C Reaktortartály Ausztenites rozsdamentes magassága ~ 9 m acél, függesztett, Gızfejlesztık 8 db, a reaktortartályba integrálva Szekunder kör Víz túlhevített gız 180 bar, 450 C Primerköri szivattyúk 8 db, mechanikus Tartálybeli komponensek Eltávolíthatóak ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI Ólomhőtéső gyorsreaktorok ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI Ólomhőtéső gyorsreaktorok Gızfejlesztıbe integrált szivattyú. Spirál alakú hıcserélı a reaktortartályban A szivattyú és a hıcserélı kivehetı a reaktortartályból (könnyebb karbantartás). A főtıelem-kazetták felsı szerkezetbe vannak rögzítve a felhajtóerı által. ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 59 8 spirális hıcserélı ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 60

16 2. Ólomhőtéső gyorsreaktorok Gızfejlesztı törésének következtében felmerülı problémák minimalizálása ELSY üzemzavari hőtırendszerekh Független, redundáns hurkok Reaktortartály hőtırendszer levegıvel (RVACS) 4 Közvetlen vizes hőtırendszer (W-DRC) 4 kondenzátor a fıgız körön.. 1. Tápvíz és gız kollektorok a tartályon kívül 2. Tápvíz-oldalon Venturi-csı és biztonsági szelep RVACS W-DRC ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 61 ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI Nátrium hőtéső gyorsreaktorok Sodium-Cooled Fast Reactor -- SFR Üzemanyag: U/Pu fém vagy oxid tartalmú só, zárt üzemanyagciklus! Termikus teljesítmény: MW Hőtıközeg-hımérséklet: C Nyomás alacsony: 1 bar körüli Jó konverziós tényezı akár 1,3! ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 63 Fıként Franciaország fejleszti Phenix (Franciaország, 1961) Superphenix (Franciaország, 1976) ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 64

17 Nátrium: heves égési reakció vízzel, magas hımérsékleten, ezért három hőtıkörös megoldás szükséges A három hőtıkör miatt nagyobb beruházási költségek Jelenleg háromféle koncepció: hurok típusú, medence típusú, kismérető moduláris Medence típus Hurok típus ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 65 ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 66 Hurok típusú Medence típusú Kismérető moduláris Villamos telj MWe 600 MWe 50 MWe Hıteljesítmény 3570 MWe 1525 MWe 125 MWe Erımő hatásfok 42 % 42 % 38 % Zóna kilépı T 550 C 545 C 510 C Zóna belépı T 395 C 370 C 355 C Gız T 503 C 495 C 480 C Gız nyomás 167 bar 165 bar 200 bar Kampány hossza Aktív zóna átmérı Aktív zóna magasság 2 év 1,5 év 30 év 5,1 m 3,5 m 1,75 m 1 m 0,8 m 1 m ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI Olvadt sós reaktorok Molten Salt Reactor -- MSR Hőtıközeg és üzemanyag: U/Pufluorid tartalmú sóolvadék, Th fertilis anyaggal, zárt üzemanyagciklus! Elektromos teljesítmény: 1000 MW Hőtıközeg hımérséklet: C Sóolvadék gıze nagyon alacsony nyomású. Elektromos áram és hidrogéntermelés egyaránt. Jó konverziós tényezı. Alkalmas aktinidák átalakítására, transzmutációra. ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 68

18 Sóolvadékos reaktor Molten Salt Reactor Experiment ( ) 10 MW (8 MW) 70,7% 7 LiF - 16% BeF 2-13% ThF 4-0,3% UF 4 (mol%) 93% U-235 Belépési hımérséklet: 635 C Kilépési hımérséklet: 663 C Molten Salt Breeder Reactor 2250 MWth, 1000 MWe 71,7% 7 LiF - 16% BeF 2-13% ThF 4-0,3% UF 4 (mol%) tenyésztési tényezı: 1,065 Sóolvadékos reaktor Homogén, egyterő koncepció Névleges paraméterek: 2500 MWth, 1000 MWe kg/s Belépési hımérséklet: 620 C Kilépési hımérséklet: 720 C Sóolvadék összetétele (primer): 66% LiF - 34% BeF 2 (mol %) Háromkörös szekunder: 92% NaBF 4-8% NaF (mol%) tercier: víz/vízgız ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 69 ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 70 Sóolvadékos reaktor Többrégiós sóolvadékos reaktor és szubkritikus rendszer (BME NTI szabadalom: Csom, Aszódi, Szieberth, Fehér) Reaktor Gyorsítóval hajtott szubkritikus rendszer 5. Gázhőtéső gyorsreaktorok Gas-Cooled Fast Reactor -- GFR Hőtıközeg: He gáz Üzemanyag: UPuC/SiC, zárt üzemanyagciklus! Termikus teljesítmény: 600 MW Hőtıközeg hımérséklet: C Magas hımérséklet: jó hatásfokkal elektromos áram, vagy hidrogéngáz termelése, hatásfok: 48% ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 71 ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 72

19 6. Nagyon magas hımérséklető reaktor Very-High-Temperature Reactor VHTR A HTGR továbbfejlesztése. Gázhőtéső reaktor akár közel 1000 C-os hımérséklető hőtıközeggel. Elektromos áram és hidrogéntermelés. Hatásfok 50% felett. Elıd: magas hımérséklető tóriumos reaktor (THTR) ETE, Budapest, február 12. Dr. ASZÓDI Attila, BME NTI 73