Добавил:
okley
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Курсовой проект 5 кафедра (спецы 4 курс) / 177_Атомные электростанции с реакторами типа ВВЭР_PWR
.pdf
Приложение 2. Перспективные реакторы поколения IV. Направления развития
440
PEACER Proliferation-resistant
Environment-friendly Acci-
dent-tolerant Continuable
andEconomical Reactor
Seoul National
University
Свинец-висмут
эвтектический
расплав
Концепту-
альный про-
ект
Корей-
ская
Респуб-
лика
LFR
SEALER Swedish Advanced Lead
Reactor
LeadCold Свинец Концептуаль-
ный проект
Швеция LFR
СВБР-100 Свинцово-Висмутовый
Быстрый Реактор
AKMЭ Engineering Свинец-висмут
эвтектический
расплав
Проект Россия LFR
W-LFR Westinghouse Lead-cooled
Fast Reactor
Westinghouse
Electric Company
LLC
Свинец Концептуаль-
ный проект
США LFR
Окончание табл. П2.6
П2.3. Реакторы набыстрых нейтронах сосвинцовым теплоносителемLFR
441
Первоначальные опытно-конструкторские работы по LFR на Западе
были сосредоточены на двух реакторах бассейнового типа: SSTAR – Small
Secure Transportable Autonomous Reactor мощностью 20 МВт(э) в США,
и европейский свинцовый реактор на быстрых нейтронах (ELFR) мощно-
стью 600 МВт. Более того, предложение технологии для GIF, по-видимому,
возникло из двух экспериментальных конструкций: американской STAR
и японской LSPR, которые были со свинцовыми и свинцово-висмутовым
теплоносителем соответственно.
К 2014 году ведущими разработками стали российские СВБР-100
и БРЕСТ-300, европейский ALFRED (Advanced Lead Fast Reactor European
Demonstrator) мощностью 300 МВт и бельгийский MYRRHA, с акцентом
на исследования и разработки в области коррозии топлива и материалов.
С тех пор российская программа СВБР-100 была приостановлена вплоть
до возобновления работ в 2022 году. Основные усилия российских разработ-
чиков сосредоточились на опережающем развитии проекта БРЕСТ-ОД-300
(опытно-демонстрационная установка в рамках программы ПРОРЫВ).
В июне 2021 года началась заливка первого бетона для фундамента россий-
ского реактора и в начале 2024 года был начат монтаж реакторной установ-
ки на площадке Сибирского химического комбината (АО «СХК»). Пуск
БРЕСТ-ОД-300 запланирован на 2026 год.
В октябре 2015 года Westinghouse объявила, что представила проектное
предложение LFR для предстоящих инвестиций Министерства энергетики
в усовершенствованные концепции реакторов, которые будут продемон-
стрированы до 2035 года. Компания Westinghouse придерживается поэтап-
ного подхода, в соответствии с которым в ближайшее время будет построен
прототип реактора PLFR (Prototype Lead Cooled Fast Reactor) электрической
мощностью 300 МВт, который будет использоваться в течение нескольких
лет для демонстрации и совершенствования энергетических технологий
на базе быстрых реакторов HLMC.
В дальнейшем на базе демонстрационной стадии ожидается строитель-
ство первого коммерческого блока электрической мощностью 465 МВт, ко-
торый будет включать в себя ключевые решения для реактора PLFR, но будет
отличаться от него с точки зрения использования более совершенных кон-
струкционных материалов и топлива. В настоящее время проект находится
на стадии концептуальной разработки.
Westinghouse сотрудничает с ведущими американскими и зарубежными ор-
ганизациями в области разработки атомных электростанций: ENEA и Ansaldo
Nucleare в Италии, Исследовательским центром перспективного ядерного
производства, Национальной ядерной лабораторией, Манчестерским уни-
верситетом и Кембриджским университетом в Великобритании, а также
Fauske&Associates, Аргоннской национальной лабораторией, Национальной
лабораторией Ок-Ридж, Лос-Аламосской национальной лабораторией,
Университетом Нью-Мексико и Университетом Бригама Янга в США.
Приложение 2. Перспективные реакторы поколения IV. Направления развития
442
Проект ELSY или ELFR возглавляется компанией Ansaldo Nucleare
из Италии и финансируется Евратомом. Проект мощностью 600 МВт был
почти завершен в 2008 году, планировалось построить небольшую демон-
страционную установку, но с тех пор информации о проекте почти нет.
Похоже, что его заменил проект реактора ALFRED. Он работает на МОКС-
топливе (с актинидами или без них) при температуре 480 °C, а паропроиз-
водство происходит в восьми парогенераторах. Отвод тепла осуществляется
за счет естественной конвекции.
Что касается всей концепции LFR, то никаких системных договорен-
ностей в рамках GIF подписано не было. Совместные НИОКР проводятся
заинтересованными членами под эгидой временного руководящего коми-
тета с участием Японии и Евратома, к которому в 2011 году присоединилась
Россия.
Преимущества LFR:
• низкие тепловые нагрузки;
• первый контур при атмосферном давлении;
• работает без насосов за счет естественной циркуляции;
• свинец имеет высокую температуру кипения и хорошие защитные
свойства от излучения;
• короткий период полураспада ядерных отходов.
Недостатки LFR:
• длительное время первоначального расплавления в объеме первого
контура;
• теплоноситель должен всегда находиться в жидком состоянии, не до-
пускается его затвердевание (замораживание);
• накопление летучего изотопа
210
Po, который является сильным аль-
фа-эмиттером. Образование долгоживущего изотопа
205
Pb с периодом
полураспада 17,3 млн лет;
• высокие затраты при выводе из эксплуатации.
Основными потребностями исследований, по данным Академии наук
Китая, являются топливо и материалы.
Ниже приводятся данные о проектах, получивших наибольшее практи-
ческое развитие.
2.3.1.
--300
В рамках проекта «Прорыв» разработан энергоблок с реакторной уста-
новкой БРЕСТ-ОД-300 (Быстрый Реактор Естественной безопасности со
Свинцовым Теплоносителем Опытный Демонстрационный мощностью 300
МВт) с плотным нитридным топливом и высококипящим свинцовым тепло-
П2.3. Реакторы набыстрых нейтронах сосвинцовым теплоносителемLFR
443
носителем с целью формирования, внедрения и демонстрации инновацион-
ных безопасных технологий атомной энергетики на основе быстрых реакторов
и их замкнутого ядерного топливного цикла (рис. П2.10, табл. П2.7).
Реакторная установка БРЕСТ-ОД-300 рассматривается в качестве про-
тотипа будущих коммерческих быстрых реакторов типа БРЕСТ для атомной
энергетики, способных взять на себя большую часть роста выработки элек-
троэнергии.
Предполагается, что энергоблок будет эксплуатироваться в составе
опытно-демонстрационного энергетического комплекса (ОДЭК) с зам-
кнутым ядерным топливным циклом (ЗЯТЦ) на промышленной площадке.
Вторая важная цель – протестировать полный технологический цикл, в том
числе и технологии ЗЯТЦ.
Реакторная установка БРЕСТ-ОД-300 является ключевым инновацион-
ным решением в составе энергоблока. Особенностью реакторной установ-
ки является ее бассейновая конструкция с единым свинцовым контуром,
содержащим активную зону с отражателями и стержнями СУЗ, парогене-
раторы (ПГ), циркуляционные насосные агрегаты (ГЦНА), элементы си-
стемы перегрузки и аварийной защиты, систему очистки свинца и контроля
кислорода, а также другие вспомогательные компоненты, размещенные
в обшитой сталью центральной полости и четырех периферийных поло-
стях (количество полостей равно количеству контуров циркуляции свинцо-
вого теплоносителя) в металло-бетонном корпусе с системой охлаждения
(рис. П2.11, П2.12).
Принудительная циркуляция свинца в активной зоне обеспечивается
разницей, создаваемой насосами в уровнях «холодного» и «горячего» тепло-
носителя. Свинец, охлажденный в ПГ, подается насосами на верхний уро-
вень (под давлением) и далее, через кольцевую часть нисходящего потока
контура в центральной полости, на входное отверстие активной зоны, где
он нагревается по мере протекания вверх через активную зону. Далее сви-
нец поступает в ПГ и стекает вниз через трубное пространство, отдавая теп-
ло воде и пару второго контура, в камеры всасывания, оттуда поднимается
вверх на верхний свободный уровень. При выходе из насоса свинцовый те-
плоноситель контактирует с газовым контуром для разделения захваченного
свинцовым расплавом газа и пара (на случай разгерметизации трубопрово-
дов в ПГ).
Питательная вода второго контура, нагретая острым паром в смеситель-
ном нагревателе высокого давления до 340 °С, подается в каждый ПГ под
давлением 18,5 МПа. Это предотвращает снижение температуры свинцо-
вого теплоносителя ниже температуры плавления теплоносителя (327 °С)
в режимах пуска реактора и в аварийных ситуациях. Особенностью вто-
рого контура является то, что, в отличие от существующих более ранних
конструкций АЭС, он не выполняет функцию безопасности в отношении
аварийного отвода тепла активной зоны.
Приложение 2. Перспективные реакторы поколения IV. Направления развития
444
Коллектор САОР
ГЦНА
ПарогенераторАктивная зонаКорпус
.2.10. Основные элементыРУ БРЕСТ-ОД-300
2.7. Технические характеристики РУ БРЕСТ-ОД-300
Тепловая мощность, МВт 700
Электрическая мощность, МВт 300
Паропроизводительность не менее, т/ч 1480
Теплоноситель первого контура Свинец
Давление газа над уровнем СТ:
– избыточное, МПа;
– максимальное, МПа
0,003–0,008
0,02
Средняя температура СТ на входе/выходе из активной зоны, °С 420/540
Средняя температура СТ на входе/выходе из парогенератора, °С 340/505
Количество петель 4
Число ТВС в активной зоне 169
Высота активной зоны, мм 1100
Загрузка топлива, т 20,6
Кампания топлива, лет 5
Максимальная/средняя глубина выгорания в выгружаемом
топливе, в процентах тяжелых атомов (т. а.)
9,0/5,5
П2.3. Реакторы набыстрых нейтронах сосвинцовым теплоносителемLFR
445
.2.12. КонструкцияРУ БРЕСТ-ОД-300 (вид сверху)
.2.11. КонструкцияРУ БРЕСТ-ОД-300 (вид сбоку).
1 – активная зона; 2 – блок корпусов; 3 – шахта реактора; 4 – трубопровод коллектора;
5 – корзина активной зоны; 6 – система расхолаживания; 7 – измерительная колонна; 8 –
внутриреакторная перегрузочная машина; 9 – парогенератор; 10 – верхнее перекрытие;
11 – электронасосный агрегат ГЦН-4000/2; 12 – блок парогенератора–ГЦН; 13 – фильтр
Приложение 2. Перспективные реакторы поколения IV. Направления развития
446
Энергетический реактор, реакторная установка и большинство их ком-
понентов являются инновационными и не имеют сопоставимых аналогов.
Выбор основных технических характеристик и конструкций установки
БРЕСТ-ОД-300, в том числе уровня мощности 700 МВт(т), специфической
схемы циркуляции свинцового теплоносителя, системы нормальной и ава-
рийной рециркуляции и т.д., был обусловлен не только необходимостью
продемонстрировать природные свойства безопасности данной реакторной
технологии, но и учетом требования к преемственности конструкций в ре-
акторных установках большей мощности, которые будут разрабатываться
в будущем. На текущий момент ведется разработка концептуального проек-
та РУ БРЕСТ-1200 мощностью 1200 МВт электрических.
2.3.2.
ALFRED
Демонстратор технологии LFR проект ALFRED (Advanced Lead Fast
Reactor European Demonstrator) мощностью около 300 МВт рассматривает-
ся как прелюдия к промышленному демонстрационному блоку мощностью
около 300–400 МВт. ALFRED будет использовать смешанное оксидное то-
пливо МОКС (Mixed-Oxide fuel – MOX) с примерно 17% плутония и спо-
собен перерабатывать вторичные актиниды в количестве около 1% сырья.
Строительство ALFRED может начаться в начале 2030-х годов.
В декабре 2013 года для строительства ALFRED был создан консорциум,
в который вошли Национальное агентство Италии по новым технологиям,
энергетике и окружающей среде (ENEA), Ansaldo Nucleare и Институт ядер-
ных исследований Румынии (Institutul de Cercetari Nucleare, ICN). Группа
будет известна как консорциум Fostering Alfred Construction (FALСON),
который будет расширен за счет участия других европейских организаций.
ALFRED планируется построить на предприятии ICN в Миовени, недалеко
от Питешти на юге Румынии, где работает завод по производству топлива
для двух действующих реакторов CANDU АЭС «Чернавода».
Реактор ALFRED изначально проектировался с повышенным запасом
прочности и его инженерный проект в настоящее время претерпевает зна-
чительные изменения, чтобы упростить конструкцию реактора и сделать
его масштабируемым. Международный консорциум FALCON, состоящий
из Ansaldo Nucleare, ENEA и RATEN-ICN, намерен к 2035–2040 годам пе-
реоборудовать реактор ALFRED в прототип конкурентоспособного ком-
мерческого реактора на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем
для малой атомной электростанции (МАЭС). Предложен поэтапный план
демонстрационной программы развития реактора ALFRED.
П2.3. Реакторы набыстрых нейтронах сосвинцовым теплоносителемLFR
447
Температура теплоносителя на выходе из активной зоны будет посте-
пенно повышаться с каждым последующим этапом от уровня, достигнутого
на исследовательском объекте, до уровня, необходимого для промышлен-
ных установок.
На рис. П2.13 представлена конструкция РУ ALFRED и контуры цирку-
ляции теплоносителя в первом контуре. Основные параметры РУ ALFRED
приведены в табл. П2.8.
Однако в ЕС не хватает облучательных установок для проведения ква-
лификационных испытаний в реакторе предлагаемых усовершенствований
применительно к изменившимся условиям эксплуатации. Потеря времени
препятствует выходу на коммерческий рынок технологии реакторов на бы-
стрых нейтронах со свинцовым теплоносителем. Это обстоятельство послу-
ГЦН
ТВС
ПГ
Шахта реактора
К
орпус реактора
ГЦН
ТВС
ПГ
Шахта реактора
Корпус реактора
ПГ
ГЦН
Активная
зона
.2.13. КонструкцияРУ ALFRED (проект LEADER) иконтуры циркуляции
теплоносителя впервом контуре
Приложение 2. Перспективные реакторы поколения IV. Направления развития
448
жило поводом для перепроектирования активной зоны ALFRED (табл. П2.9)
для проведения квалификационных испытаний по предлагаемым усовер-
шенствованиям на текущем этапе, а также для внедрения успешно испытан-
ных усовершенствований на последующих этапах. В итоге проект LEADER
был переименован в проект FALCON. Основные изменения коснулись кон-
фигурации и состава активной зоны реакторной установки.
2.9. Ключевые изменения восновных параметрахРУ ALFRED
( LEADER)
( FALCON)
Массовый расход свинца, кг/с 25 694 17 174
Скорость потока, м/с 1,368 1,278
Шаг решетки твэлов вТВС, мм 13,86 13,60
Активная длина топливного
стержня, см
60 81
В результате перепроектирования ТВС конфигурация активной зоны
реактора варианта FALCON включает в себя 134 шестигранных ТВС, 12 ре-
гулирующих стержней СУЗ, 4 стержня аварийной защиты и один специаль-
ный канал для экспериментов по облучению в реакторе.
ТВС окружены 102 каналами отражателя и биозащиты со стержнями-
вытеснителями, которые образуют два концентрических кольца: внутрен-
нее кольцо каналов отражает нейтроны в активную зону, а внешнее кольцо
каналов поглотителя обеспечивает радиационную защиту внутреннего про-
странства корпуса реактора.
2.8. Основные параметры реактора ALFRED
Тепловая мощность, МВт 300
Массовый расход теплоносителя, кг/с 25 984
Температура теплоносителя навыходе ПГ, °С 400
Температура теплоносителя навыходе активной зоны, °С 480
Температура бассейна вовремя холодного останова, °С 380
Массовый расход питательной воды, кг/с 192
Температура воды навходе вПГ, °С 335
Температура пара навыходе ПГ, °С 450
Давление ПГ, бар 180
П2.3. Реакторы набыстрых нейтронах сосвинцовым теплоносителемLFR
449
Активная зона реактора находится во внутреннем корпусе, который мо-
жет быть извлечен после извлечения всех ТВС.
Каждая шестиугольная ТВС состоит из 126 топливных стержней. В ка-
честве топлива выбрано МОКС-топливо, концентрация плутония в центре
активной зоны (56 ТВС) составила 20,5 мас.%, а содержание плутония в то-
пливе на периферии (78 ТВС) — 26,2%. В центре активной зоны есть тесто-
вая часть для экспериментов по облучению.
Активная зона имеет систему управления защитой из 12 регулирующих
стержней (поглотитель — карбид бора) в периферийной части активной
зоны и 4 защитных устройства (стержни аварийной защиты). Защитные
устройства (стержни аварийной защиты) представляют собой диверсифици-
рованную и резервированную систему остановки реактора с двумя альтерна-
тивными независимыми методами введения высокообогащенного карбида
бора в активную зону с помощью выталкивающей силы. Система защитных
устройств является пассивной и запускается в случае отказа системы регули-
рующих стержней или сигнала срабатывания аварийной защиты.
Весь контур циркуляции свинцового теплоносителя (рис. П2.14) раз-
мещен в стальном корпусе, благодаря чему активная зона и подключен-
ные к ней трубопроводы остаются погруженными в свинец в случае выхода
.2.14. Вариант компоновки реактора ALFRED проекта FALCON
Соседние файлы в папке Курсовой проект 5 кафедра (спецы 4 курс)