Klávesové zkratky na tomto webu - základní
Přeskočit hlavičku portálu

Koncepce reaktoru I2S-LWR

15. 05. 2014 14:31:39
V USA vzniká velice zajímavý projekt jaderného reaktoru, který si klade ambiciozní cíle. Jestli se několika univerzitám podaří spojenými silami těchto cílů dosáhnout, teprve uvidíme, nyní se podívejme na to, co mají v plánu. V první části jsme si řekli několik úvodních slov a trochu jsme si přiblížili, jaké palivo mají projektanti v úmyslu používat.

Tepelné výměníky

Výměníky tepla, které budou předávat teplo z primárního okruhu do sekundárního budou muset být kompaktní, protože budou umístěny uvnitř reaktorové nádoby. Tým projektantů zvažuje několik alternativ výměníků, které budou předávat tepelný výkon téměř 3000 MWt. Tou nejprosazovanější jsou modulární výměníky s mikrokanálky, které jsou schopny předat do sekundárního okruhu velké množství tepla vztaženého k objemu samotného výměníku. Právě poměr povrchu výměníku (kterým je dáno množství přenášeného tepla) ku jeho objemu je pro projektanty důležitý údaj, protože potřebují výměníky co nejmenší, aby nemuseli zvětšovat rozměry reaktorové nádoby.

lwr_fig_1.jpg

V reaktorové nádobě by se měly nacházet čtyři dvojice takovýchto modulárních výměníků s mikrokanálky. Každý výměník by měl být složen z deseti modulů, což by usnadnilo případnou budoucí údržbu výměníků. Modul by se skládal z navrstvených desek s vyleptanými kanálky, v nichž by proudila chladicí média, která by se v každém patře střídala. Na obrázku je naznačeno proudění chladicí vody primárního okruhu (červeně) a sekundárního okruhu (modře). (Zdroj: Neimagazine.com)

heat_exchanger.jpg

Rozkreslení desek s mikrokanálky, z nichž se má tepelný výměník pro nový reaktor skládat. (Zdroj: prezentace Integral Inherently Safe Light Water Reactor Concept, Bojan Petrovic)

Tyto tepelné výměníky jsou s úspěchem používány i v jiných průmyslových odvětvích, ale dosud nebyly použity jako parogenerátory v jaderných elektrárnách. Jejich použití pro dvoufázové prostředí (kapalná voda a pára) přináší náročné technické potíže, takže i koncepce I2S-LWR zůstává u jednofázových výměníků (voda je v tomto případě pouze kapalná). Teprve v kombinaci se čtyřmi separátory páry tvoří systém na vyvíjení páry, který je výkonově optimalizován na podobné hodnoty jako u současných klasických tlakovodních reaktorů.

lwr_fig_2_cz.jpg

Nákres separátoru páry v sekundárním okruhu. Sytá pára přicházející z tepelných výměníků prochází rozptylovačem, který má funkci škrticí trysky, takže dojde k prudkému snížení tlaku páry a ta se začne dělit na vodu, která klesá díky gravitaci dolů, a páru, která naopak stoupá vzhůru. V horní části separátoru je ještě síťovina sloužící k zachycení vodních kapiček. (Zdroj: Neimagazine.com)

Použití jednofázového tepelného výměníku a separátoru páry přináší několik výhod. Za prvé se tak projektanti vyvarují varu v sekundárním okruhu, což usnadňuje provoz a údržbu výměníků tepla a snížení množství přístrojů potřebných pro běžný provoz. Znamená to tedy zjednodušení konstrukce, vyšší bezpečnost a nižší náklady. Za druhé je možné tlak v sekundárním okruhu udržovat na hodnotě jen o něco málo nižší než je v primárním okruhu, což by snížilo ztrátu chladiva v primárním okruhu, pokud by došlo k prolomení stěn oddělujících primární okruh od sekundárního. Takto vysoká hodnota tlaku v sekundárním okruhu by byla u stávajících tlakovodních bloků neekonomická z důvodu vysokých nákladů na vysokotlaké potrubí vedoucí k turbousoustrojí. Použitím uvedených separátorů páry ale lze snížit délku vysokotlakého potrubí na minimum a tím snížit potřebné náklady.

Hlavní charakteristiky I2S-LWR

Plánovaný výkon reaktoru je 1000 MWe a cílem projektantů je 35% účinnost při výrobě elektřiny, přičemž účinnost českých jaderných elektráren se pohybuje kolem 32 %. Zamýšlená konfigurace aktivní zóny je podobná jako v případě dvousmyčkových reaktorů společnosti Westinghouse, má v ní být 121 palivových kazet. Výraznou odlišností je fakt, že téměř veškerá zařízení a potrubí primárního okruhu jsou integrovaná do reaktorové nádoby, výjimkou jsou jen hlavní cirkulační čerpadla, která z reaktorové nádoby vystupují v její horní části. Uvnitř tlakové nádoby bude i osm tepelných výměníků, čtyři zařízení pro odebírání zbytkového tepla, pohony regulačních tyčí a kompenzátor objemu. Provozní tlak a teplota uvnitř tlakové nádoby je téměř shodná s hodnotami panujícími v současných tlakovodních reaktorech. Chladivo proudí ode dna tlakové nádoby skrze aktivní zónu, kde je ohříváno, a stoupá k oběhovým čerpadlům, která jej ženou směrem dolů přes výměníky tepla až na dno tlakové nádoby, kde znovu začíná svůj oběh.

lwr_fig_3_cz.jpg

Schéma uspořádání komponent do tlakové nádoby. (Zdroj: Neimagazine.com)

Jedna sada tepelných výměníků je součástí systému na vyvíjení páry, druhá slouží k odvodu zbytkového tepla. Obě sady jsou plně pasivní a představují redundantní a diverzifikovaný systém odvodu tepla, který je plně schopný provozu i za havarijních podmínek. Výměníky jsou umístěny v prostoru mezi stěnami tlakové nádoby a vnitřním otevřeným válcem, v němž se nachází např. aktivní zóna a regulační tyče.

lwr_fig_5_cz.jpg


Půdorysné znázornění pozic komponent uvnitř reaktorové nádoby. (Zdroj: Neimagazine.com)

Při projektování jaderného palivo byla pro získání výchozích údajů analyzována klasická tlakovodní palivová kazeta skládající se ze 17x17 palivových proutků tvořených peletekami oxidu uraničitého. Aby projektanti reaktoru I2S-LWR dosáhli v aktivní zóně vyšší hustoty výkonu vyvinuli palivové kazety s palivovými proutky uspořádanými do čtverce v počtu 19x19. Kromě změny jejich počtu ale došlo i k nahrazení samotného materiálu paliva jiným, kdy bude použit silicid uranu (U3Si2) s pokrytím FeCrAl. Nárůst počtu palivových proutků je vyvážen mírným zmenšením jejich průměru, což ve výsledku přináší zvětšení plochy pro přenos tepla z palivových pelet a zlepšuje strukturální odolnost. Předběžná realizační studie termohydraulických vlastností nového paliva potvrdila adekvátní nárůst tepelného výkonu. Aktivní zóna reaktoru I2S-LWR má být vysoká 3,66 metru.

Vědci provedli předběžnou studii zhodnocení realizovatelnosti navrhované podoby aktivní zóny, zaměřili se především na požadovaný stupeň obohacení paliva. Otázkou bylo zda při zvýšení hustoty výkonu v aktivní zóně bude stačit palivo obohacené na standardních zhruba 5 %, nebo bude nutné vyšší obohacení.

Dále proběhla pomocí softwaru NEXUS společnosti Westinghouse simulace různých možností přemisťování jaderného paliva v aktivní zóně během výměny části paliva za čerstvé. Po přihlédnutí k ekonomické studii se projektanti rozhodli, že vzhledem k současnému maximálnímu stupni obohacení paliva stanovenému na 5 % bude ekonomicky nejvýhodnější tříletý cyklus s výměnou třetiny paliva každých 12 měsíců. Pokud by bylo palivo obohaceno na 6,5 %, staly by se ekonomicky výhodné i výměny paliva po 18 a 24 měsících.

lwr_fig_6_cz.jpg

Nákresy dvou variant rozložení paliva. Vlevo je varianta s dvěma překládkami, tedy výměnou třetiny paliva za čerstvé, a vpravo s jednou překládkou, tj. výměnou poloviny paliva (Jak je z obrázku patrné, v obou případech bude jedna kazeta přesouvána vícekrát). Symbolem „Fd“ je označeno čerstvé palivo zavezené do reaktoru, „1X“ značí palivo, které bylo jednou překládáno, „2X“ dvakrát přemisťovanou palivovou kazetu a „3X“ třikrát přemisťovanou. (Zdroj: Neimagazine.com)

V dalším díle nás čeká bezpečnost reaktoru I2S-LWR a jeho možné vyhlídky do budoucnosti.

Zdroj: Neimagazine.com, Energy.gov, Ieee.org

Autor: Vladislav Větrovec | čtvrtek 15.5.2014 14:31 | karma článku: 14.58 | přečteno: 855x

Další články blogera

Vladislav Větrovec

Česko oblétá výstava o jaderném palivu

V posledních měsících se na několika místech Česka vystřídala zajímavá výstava, která pojímá jaderné palivo z úplně jiného pohledu, než jsme byli dosud zvyklí. Velice mě zaujala, tak jsem se Vám rozhodl tento pohled přiblížit.

30.10.2015 v 17:31 | Karma článku: 8.77 | Přečteno: 296 | Diskuse

Vladislav Větrovec

Novovoroněž II: Jak by mohly vypadat nové bloky v ČR

S mezinárodní skupinou novinářů jsem se dostal na staveniště nové části Novovoroněžské jaderné elektrárny. Jde o podobný projekt, který byl nabízen ve zrušeném tendru na rozšíření Temelína. Pojďme si jej trochu přiblížit.

7.7.2015 v 15:24 | Karma článku: 14.08 | Přečteno: 867 | Diskuse

Vladislav Větrovec

Atomexpo 2015 bylo ve znamení rozvoje jaderných elektráren a prodlužování jejich života

Ač některé země od jádra ustupují, mnohé další jej nadále rozvíjejí. Že zdaleka nejde o přežitek, nýbrž o obor s důležitou budoucností, ukázal veletrh Atomexpo 2015. Odborníci zde předávali zkušenosti zájemcům o rozvoj jádra.

29.6.2015 v 15:50 | Karma článku: 10.18 | Přečteno: 300 | Diskuse

Vladislav Větrovec

Jaderné ledoborce získají posilu - tři nové ledoborce LK-60 (část druhá)

Pokračování textu k příležitosti zahájení výstavby druhého ledoborce třídy LK-60, které se po dokončení stanou největšími a nejvýkonnějšími ledoborci na světě, jak jadernými, tak všeobecně.

30.5.2015 v 10:00 | Karma článku: 13.82 | Přečteno: 513 | Diskuse

Další články z rubriky Věda

Dana Tenzler

Těžba nerostů na asteroidech – sen nebo realita?

Pod pojmem asteroid si jistě většina z nás vybaví hrozivého obra, schopného jedním úderem vyhladit většinu naší civilizace. Některé asteroidy by ale mohly být opakem. Mohly by se zasloužit o náš blahobyt. (délka blogu 5 min.)

21.9.2017 v 8:00 | Karma článku: 17.85 | Přečteno: 347 | Diskuse

Marián Kapolka

Polemiky o evolúcii.- 4. „Šialene dlhý“ vek Zeme ako dôsledok ďalších metód

Po rozbore metódy rádioaktívneho uhlíka pristúpime k ďalším dvom metódam - draslík-argón a urán-olovo, na stanovovanie veku od miliónov až po miliardy rokov. Preskúmame polemiku okolo datovania hory Sv.Heleny.

20.9.2017 v 17:14 | Karma článku: 6.48 | Přečteno: 169 | Diskuse

Marián Kapolka

Polemiky o evolúcii. – 3. Problémy a pochybnosti o rádiouhlíkovej metóde

V predchádzajúcom článku sme stručne zopakovali a zhodnotili metódu rádioaktívneho uhlíka pri určovaní veku v geochronológii. Aké sú teda konkrétne pochybnosti o tejto metóde?

19.9.2017 v 21:13 | Karma článku: 7.67 | Přečteno: 252 |

Marián Kapolka

Polemiky o evolúcii. – 2. Geochronológia a metóda rádioaktívneho uhlíka

Geochronológia - stratigrafia a rádiometrické metódy sú jedným z pilierov evolucionizmu. Aké sú ich predpoklady, problémy a obmedzenia? Aké sú konkrétne pochybnosti o metóde rádioaktívneho uhlíka C-14.

19.9.2017 v 19:43 | Karma článku: 5.71 | Přečteno: 124 |

Marián Kapolka

Polemiky o evolúcii.- 1. Vedci sú veľmi skeptickí

Hlavné body polemiky svetonázorov. O čom sa diskutuje? Sú nejaké závery z polemík? Články z novej série nájdete v rubrike: Polemiky o evolúcii.

19.9.2017 v 17:12 | Karma článku: 8.59 | Přečteno: 215 |
Počet článků 32 Celková karma 0.00 Průměrná čtenost 1294
Jsem studentem matematiky na Fakultě jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT. V poslední době jsem začal spolupracovat se serverem Atominfo.cz, pro nějž překládám z angličtiny zprávy ze zpravodajských serverů. Jednotlivé zprávy se týkají především jaderné energetiky a jaderné medicíny. Když jsem vstoupil do světa zpravodajství, cítil jsem potřebu vyjadřovat se k aktuální situaci.


Najdete na iDNES.cz

mobilní verze
© 1999–2017 MAFRA, a. s., a dodavatelé Profimedia, Reuters, ČTK, AP. Jakékoliv užití obsahu včetně převzetí, šíření či dalšího zpřístupňování článků a fotografií je bez souhlasu MAFRA, a. s., zakázáno. Provozovatelem serveru iDNES.cz je MAFRA, a. s., se sídlem
Karla Engliše 519/11, 150 00 Praha 5, IČ: 45313351, zapsaná v obchodním rejstříku vedeném Městským soudem v Praze, oddíl B, vložka 1328. Vydavatelství MAFRA, a. s., je členem koncernu AGROFERT.