Малките модулни реактори (SMR) споделят много от същите принципи на ядрено проектиране като другите типове реактори, малки и големи, топлинни и бързи.

преглед

Свързани термини:

  • Енергийно инженерство
  • Топлообменник
  • Атомна електроцентрала
  • Леки водни реактори
  • Ядрена енергия
  • Водни реактори под налягане
  • Развиващи се държави
  • Дизайн на реактора

Изтеглете като PDF

За тази страница

Лицензиране на малки модулни реактори (SMR)

11.5 Заключение

SMRs обещават успешно търговско внедряване на много и разнообразни световни пазари. SMR предлагат повишена безопасност, сигурност и гъвкавост за всички приложения. Повечето правителствени политики в областта на енергетиката и околната среда подкрепят тази алтернатива за чиста енергия. Това енергийно алтернативно и търговско обещание обаче трябва да бъде усъвършенствано чрез подобрено и информирано лицензиране, което признава предимствата на дизайна за безопасност на SMR, качеството на производството, намаления обществен риск и гъвкавостта на внедряване.

Тази глава предоставя стратегия и рамка, базирана на процесите и решенията за лицензиране на SMR на САЩ за NRC, за подпомагане на ефективно и навременно лицензиране. Той предлага препоръки за това как тази нова реакторна технология може да бъде лицензирана в международна рамка за сътрудничество, но все пак признава регулаторните отговорности на всеки суверенен регулаторен орган. Успешните пътища за лицензиране трябва да бъдат съвместни, основани на еднаквостта на SMR дизайна и производството, и все пак да отразяват съображенията за безопасност и разположение, които са уникални за всяко приложение. Подобрените характеристики на SMR представляват нова парадигма за лицензиране на ядрена енергия, която прехвърля традиционните отговорности на суверенния регулаторен орган към международна стратегия и рамка за сертифициране на одобрени и лицензирани SMR проекти и съпътстващи процеси на производство, експлоатация и поддръжка.

Безопасност на интегрални реактори с вода под налягане (iPWR)

8.4.1 НАПРАВИ

SMR могат да предоставят допълнителни функции, нива на безопасност или бариери в подхода DID. Някои SMR са внедрили една или повече от следните функции, поддържащи DID:

Ограничаване с по-високо проектно налягане, което може да осигури допълнителна бариера или поне да удължи времето за освобождаване на радиоактивността. Това се улеснява от по-компактния дизайн на реактора и контейнера.

Пасивно охлаждане на заграждението, избягвайки неговия отказ при определени сценарии на загуба на външна мощност (LOOP).

Напълно подземно разположение, потенциално подобряващо освобождаването на радиоактивност.

Значително увеличеният гратисен период може също да се разглежда като DID, тъй като може да позволи по-систематична и по-добре организирана евакуация, в случай че всички предишни бариери се провалят.

Икономика и финансиране на малки модулни реактори (SMR)

10.2.3 Контрол върху пазарния риск

Множество SMR представляват едновременно „модулна“ дизайнерска концепция и „модулен“ инвестиционен модел: множество SMR могат да предложат на инвеститора стъпка по стъпка навлизане на ядрения пазар. Докато множество SMR се използват с разпределен график, инвеститорът има възможност да разшири, отложи или дори да се откаже от ядрен проект, да коригира инвестиционната стратегия, за да улови ранните пазарни възможности или да ограничи пазарен неочакван спад. Инвестицията включва последователни стъпки с множество решения „отивам“ или „не се използва“, които позволяват на ръководството да реагира на промените на пазара или в регулаторната среда или да се адаптира към технологичните пробиви. Възможността за ограничаване на риска при модулна инвестиция, като например многократни, разпределени SMR, е подобрена в сравнение с монолитна LR. Тази гъвкавост спрямо бъдещата несигурност може да бъде измерена чрез анализ на реалните опции и да бъде използвана за посрещане на инвестиционните рискове (Locatelli et al., 2012).

Малки модулни реактори (SMR) за производство на ядрена енергия: въведение

1.2.2.3 Съвместимост на горивния цикъл със съоръженията и стратегията

SMR на различните видове охлаждаща течност използват много различни видове гориво. Водно охладените, както и охладените с олово-бисмут SMR, използват керамично гориво с уран диоксид (UO2); газово охладените SMR използват графитни и силициево карбидни частици с покритие UO2 в графитни уплътнения или камъчета; реакторът с охлаждане на натрий използва метален UZr с незначителни актиниди; и SMR с охлаждане от олово използва смесено гориво с мононитрид (UN-PuN). Водоохлаждаемото SMR гориво е същото като това на работещите инсталации и на GEN III + инсталациите, които се разполагат в момента. Всички реакторни горива с охлаждане на течни метали ще имат обогатяване значително повече от 5% от настоящото гориво с водно охлаждане.

Въпреки че американското национално хранилище все още не е идентифицирано, с това охладено с вода SMR гориво ще се работи в съответствие с очакваната американска политика, която предстои да бъде финализирана. Газово охлажданото SMR гориво, същото като това, което се използва в реактора Fort St.Vrain, има значително по-голям обем на единица генерирана енергия, но по-ниско топлинно натоварване на единица обем от LWR UO2 гориво. Характеристиката на това гориво ще изисква различна цялостна стратегия за изхвърляне, въпреки че вероятно ще бъде съвместима със стратегията на националното хранилище за керамично покрито с UO2-циркалово гориво, тъй като частиците от триструктурния изотропен тип (TRISO) образуват добри бариери, които осигуряват отлично задържане на продукта на делене.

Горивото на SMR реактори с охлаждане на натрий и олово използва присъщия стимул на тези реактори с бърз неутронен спектър да претърпят преработка и рециклиране. Този горивен цикъл ще включва изграждане и експлоатация на съоръжения за преработка и производство на горива, като най-вероятно ще бъде интегриран и с преработка на някои горива от лек воден флот като суровина за плутония, необходим за първоначално зареждане на нарастващ флот от бързи реактори. Съставните части на отработеното гориво, които в крайна сметка се нуждаят от обезвреждане, ще бъдат предимно продукти на делене с много по-малък обем от сноповете отработено гориво от водни реактори с термален спектър на еквивалентна единица генерирана енергия. Разполагането на SFR на бърз спектър, базиран на затворения горивен цикъл, би изисквало значително разширяване на съоръженията за преработка и производство на гориво в сравнение с нуждите на съществуващия LWR флот и LWR SMRs, работещи на еднократния горивен цикъл.

Хибридни енергийни системи (HES), използващи малки модулни реактори (SMR)

13.1.2 Основни характеристики на SMR

SMR са уникално подходящи за тясно свързани, интегрирани енергийни приложения. SMR се отличават с относително малкото си производство на енергия (10s до 100 s от MW-електрически) и дизайн за присъща, пасивна безопасност. Растенията биха могли да включват множество SMR единици на тези производствени нива, така че да могат по-лесно да се оразмерят, за да отговорят на специфичното търсене на крайния потребител за изходните потоци (напр. Електричество, топлинна мощност за приложение на процеса) или да максимизират топлинната ефективност на централата. По-малкият размер на единица предлага по-голяма гъвкавост за инвеститорите (по-ниски първоначални капиталови разходи), намалява разходите, свързани с балансиране на натоварването, улеснява предизвикателствата за разположение и интеграция и осигурява повишена оперативна гъвкавост. Присъщата, пасивна безопасност, разработена в концепциите за SMR, подкрепя целите на NHES за безопасност на системата, устойчивост и управление на околната среда, като свежда до минимум потенциала за негативни последици (напр. Радиологично освобождаване) на проектна основа или извън събитие на базата на проекта.

Потенциалните хибридни системи биха могли да използват доказана технология за реактор с лека вода (LWR) или предложени модерни реакторни технологии, които да работят при по-висока температура и следователно да осигуряват топлина с по-висока температура за неелектрически приложения. Повечето работещи в момента LWR произвеждат от порядъка на гигавати (GW) електроенергия. Модернизацията на съществуващите LWR за включване на неелектрически изходен поток се разглежда сред потенциалните приложения на технологията NHES. Тази опция би могла да предложи възможност за удължаване на живота на действащите атомни електроцентрали, които в момента изпитват ефектите от конкуренцията от евтин природен газ (потенциално водещ до спиране на централата преди изтичане на лиценза) и увеличено проникване в мрежата от субсидирани източници на производство на възобновяема енергия. Преоборудването на съществуващо реакторно съоръжение обаче може да създаде значителни предизвикателства и препятствия в процеса на повторно лицензиране и може да не е полезна инвестиция предвид ограничения оставащ живот на централата.

Проектите на реактори, които понастоящем се разглеждат за NHES, основно попадат в категорията SMR (2).

Много от концепциите за SMR инсталации в крайна сметка ще включват множество единици. За такава реализация може да се добавя допълнителен капацитет постепенно, като отделни блокове се изграждат на етапи, както е необходимо, за да се отговори на растежа на търсенето на пазара. Тези единици могат да работят самостоятелно или съвместно като група в зависимост от всеобхватната стратегия за управление. Модулното изграждане подобрява финансовия инвестиционен профил на цялостния проект, където собственикът на централата може да избере първо да изгради основните централи (например ядрено производство, система за преобразуване на енергия и производство на електрическа енергия), за да установи поток от приходи, докато останалата част от централата е завършена, изградена в необходимите точки за взаимно свързване и структура на системата за управление, за да позволи по-късно добавяне на допълнителни източници на производство (например система от възобновяеми енергийни източници или допълнителни ядрени блокове) и приложения за топлинна енергия.

Малките модулни реактори включват значително по-малки компоненти от големите инсталации, така че те могат да бъдат фабрично построени. Големи системни компоненти за традиционни, мащабни ядрени централи с основно натоварване често се изграждат на място и разчитат на чуждестранни доставчици. SMR фабриките за компоненти биха могли да използват вътрешна верига за доставки и биха могли да бъдат разположени много близо до планираната площадка на завода или компонентите могат лесно да бъдат транспортирани до предвиденото място на завода. Може дори да се предвиди бъдещо внедряване на хибридна система, захранваща местна фабрика за SMR компоненти.

Модулната конструкция също така позволява алтернативни оперативни сценарии и интегрирани стратегии за управление на системата, отколкото би било възможно за хибридна система, която включва една мащабна ядрена централа. В инсталация с няколко блока, в която всеки от тези блокове осигурява умерено количество вложена топлинна енергия, някои от входните единици могат да бъдат посветени на конкретно приложение на изхода. След това други единици биха могли да бъдат обозначени като „люлеещи се инсталации“, които превключват продукцията между приложенията според необходимостта въз основа на търсенето на клиенти, икономическите фактори, необходимата дейност по поддръжка или зареждане с гориво и т.н.

Местоположението на SMR централа с един или повече ядрени блока е значително по-гъвкаво от традиционните големи инсталации. Възможността за локализиране на SMR в гъсто населени региони (поради намалената зона на изключване) въвежда възможността за разполагане на централата по-близо до крайния клиент. Очакваната наличност (годност) на земята за дребно в сравнение с традиционните мащабни атомни централи е обсъдена в раздел 13.4.3. В хибридно изпълнение, гъвкавостта на разположението се превръща в разположение на приложението за промишлено използване на топлина в близост и до тези населени места. Чрез производство на неелектрически продукти (топлинна енергия, химикали и др.) Близо до точката на използване, икономическата привлекателност на планираното съоръжение се увеличава и размерът на пазара се увеличава (особено тъй като застаряващите въглищни инсталации се нуждаят от подмяна).

Интелигентните мрежи биха могли да позволят прилагането на по-малки източници на вход, като SMR, чрез балансиране на динамиката на натоварване в местен мащаб, а не в голям мащаб, изискван от традиционните, големи мащабни атомни централи. В този случай SMR инсталациите биха могли да бъдат разположени въз основа на други изисквания на подсистемата (извън мрежата). Местоположението може да бъде в близост до суровинния ресурс на процеса (например въглища, природен газ, биомаса), близо до крайния потребител (например местна общност или търговска индустрия) или близо до свързания възобновяем източник на входящи ресурси. Такова разположение би намалило транспортните разстояния както за електрическа, така и за топлинна енергия, като по този начин ще сведе до минимум загубите при пренос. Следователно SMR предлагат оперативна гъвкавост, като въвеждат широк спектър от производствени възможности и опростено свързване към възобновяеми източници и към повече приложения на процеси, отколкото широкомащабни ядрени внедрения.

Могат да се предвидят множество възможности за внедряване на ядрени хибридни енергийни системи, особено тези, които използват малки модулни реактори. Ранните внедрения могат да осигурят електричество и топлинна енергия за независими индустриални внедрения, без намерение да се свързват към основната електрическа мрежа, което позволява системата да бъде оптимизирана въз основа само на вътрешни енергийни нужди, които вероятно са по-предсказуеми от външното търсене от мрежата. Алтернативно, ранният хибриден енергиен парк може да осигури електричество и топлина на малки отдалечени общности, които в момента разчитат на дизелова енергия, която трябва да бъде пренесена в региона. По-късните внедрения могат да интегрират хибридната система директно в мащабната мрежа, като същевременно вътрешно управляват топлинните и електрическите енергийни ресурси, за да отговорят на търсенето в мрежата и да максимизират икономическата възвръщаемост. Съображения за потенциални архитектури на хибридна система са обсъдени в тази глава. Специфичните нужди (желани стоки) на потенциален клиент и ресурси, разположени на планираната площадка, ще помогнат при проектирането на оптимална енергийна система.

Ядрената енергия

Малки модулни реактори

Малките модулни реактори се превърнаха в популярна концепция за атомните компании, тъй като те се борят да намерят нови продукти и пазари. Те обаче все още не са постигнали търговски успех. Идеята не е нова. Видовете реактори, които се използват във военни кораби и подводници, са по същество малки модулни блокове, въпреки че общите изисквания тук са различни от тези за търговски енергиен реактор.

Концепцията за търговски малък реактор е разработена отчасти, за да се опита да отговори на предполагаемата нужда да се осигури ядрена възможност за малки мрежи, особено в развиващите се страни. Стандартизираният малък размер има за цел да осигури икономично средство за осигуряване на ядрена енергия, докато модулният формат означава, че капацитетът може да бъде добавен при нарастване на търсенето чрез инсталиране на допълнителни модули на площадката на централата.

Малките модулни реактори могат да се основават на всяка от ядрените технологии, включително реактори с водно охлаждане, реактори с газово охлаждане и някои от новите концепции от четвърто поколение. Както бавните, така и бързите неутронни технологии могат да бъдат адаптирани да отговарят на нуждите на малък размер. Те обикновено се определят като 300 MW или по-малко в производствената мощност и могат да се използват както за производство на топлинна енергия, така и за производство на енергия. Очаква се проектите да бъдат прости с много функции за пасивна безопасност. В допълнение, повечето от компонентите трябва да могат да бъдат вградени във фабрика и след това транспортирани до обекта, което прави разходите за строителство много по-ниски и графика на строителството по-кратък.

Малките реактори могат да предложат няколко необичайни характеристики. Например, малкият им размер означава, че те могат да бъдат разположени под земята, където биха били защитени от аварии, причинени от външни въздействия като самолетна катастрофа, и изолирани в случай на вътрешна авария, така че радиацията да не се отделя в околната среда. Друго предложение е да се построят реактори от типа „батерии“, които съдържат достатъчно ядрено гориво, за да работят 10–20 години без зареждане с гориво.

Интересът към тези реактори с малък капацитет може да бъде проследен още в ранните дни на развитието на ядрената енергетика, но малко от тях са построени, освен като експериментални блокове. Днес функционират малък брой. Един от най-старите е руският EGP-6, топлинен и енергиен реактор, базиран на графитен модерен дизайн с водно охлаждане, който има мощност 62 MWth и електрическа мощност от 11 MW мощност. Четири от тези блокове, които по същество са умалени версии на реактора RBMK, работят от 1976 г. в Билибино в Сибир.

В момента се експлоатират два примера за малък китайски PWR реактор, наречен CNP-300, един в Пакистан и втори в Китай. Производствената мощност е 320 MW. Междувременно в Индия работят редица малки версии на канадската PHWR на Candu. Най-ранният от тях е влязъл в експлоатация през 1984 г. с генерираща мощност 170 MW. По-новите версии имат мощност от 220 MW.

Най-важната нова малка модулна разработка на реактор е изграждането на два високотемпературни газово охлаждани реактора с мощност 105 MW в Китай. Те се основават на конструкция на реактор с камъчета, която използва делящо се гориво, вградено в графитни сфери. Горивото е обогатено до 8,5%. Сърцевината се охлажда с помощта на хелий, който излиза от сърцевината при 750 ° C и се използва за повишаване на парата при 566 ° C.

Проектите за още 10 или повече малки модулни реактори са достигнали напреднал етап на развитие по целия свят. Много от тях са малки PWR реактори, но има и малки версии на реактори с бързи неутрони. Повечето изследвания се провеждат в САЩ, Русия и Китай, като един проект е в Южна Корея.