stringtranslate.com

Усовершенствованный реактор с газовым охлаждением

Электростанция AGR в Торнессе

Усовершенствованный реактор с газовым охлаждением ( AGR ) — это тип ядерного реактора, спроектированный и эксплуатируемый в Соединенном Королевстве. Это второе поколение британских реакторов с газовым охлаждением , в которых в качестве замедлителя нейтронов используется графит , а в качестве теплоносителя — углекислый газ . Они составляют основу британского парка атомных электростанций с 1980-х годов.

AGR был разработан на основе реактора Magnox , конструкции реактора первого поколения в Великобритании. Первая конструкция Magnox была оптимизирована для производства плутония [ 1] и по этой причине имела характеристики, не самые экономичные для производства электроэнергии. Главным среди них было требование работать на природном уране , для чего требовался теплоноситель с низким нейтронным сечением , в данном случае углекислый газ , и эффективный замедлитель нейтронов - графит . Конструкция Magnox также работала при относительно низких температурах газа по сравнению с другими конструкциями, производящими электроэнергию, что приводило к менее эффективным условиям пара.

В конструкции AGR сохранен графитовый замедлитель и углекислый газ Magnox, но увеличена рабочая температура охлаждающего газа для улучшения условий пара. Они были сделаны идентичными установкам, работающим на угле, что позволяло использовать ту же конструкцию турбин и генерирующего оборудования. На начальных этапах проектирования было признано необходимым заменить оболочку твэла с бериллиевой на нержавеющую сталь . Однако сталь имеет более высокое нейтронное сечение , и это изменение потребовало использования обогащенного уранового топлива для компенсации. Это изменение привело к увеличению выгорания — 18 000 МВт- т -сут на тонну топлива, что позволило сократить частоту дозаправок.

Прототип AGR был введен в эксплуатацию в Виндскейле в 1962 году, [2] но первый коммерческий AGR не был введен в эксплуатацию до 1976 года. Всего в период с 1976 по 1988 год было построено четырнадцать реакторов AGR на шести площадках. Все они оснащены двумя Реакторы расположены в одном здании, и каждый реактор имеет проектную тепловую мощность 1500 МВт т, приводящую в движение турбогенераторную установку мощностью 660 МВт . Различные станции AGR производят мощность в диапазоне от 555 МВт до 670 МВт, хотя некоторые из них работают ниже проектной мощности из-за эксплуатационных ограничений. [3]

дизайн СМА

Принципиальная схема усовершенствованного реактора с газовым охлаждением. Обратите внимание, что теплообменник находится внутри сталежелезобетонного резервуара высокого давления и радиационной защиты.
  1. Зарядные трубки
  2. Стержни управления
  3. Графитовый замедлитель
  4. Топливные сборки
  5. Бетонный сосуд под давлением и радиационная защита
  6. Газовый циркулятор
  7. Вода
  8. Циркулятор воды
  9. Теплообменник
  10. Пар
Размер реактора AGR по сравнению с другими технологиями

AGR был спроектирован таким образом, чтобы конечные условия пара на запорном клапане котла были идентичны условиям на обычных угольных электростанциях, поэтому можно было использовать ту же конструкцию турбогенераторной установки. Средняя температура горячего теплоносителя, выходящего из активной зоны реактора, должна была составлять 648 ° C (1198 ° F). Чтобы получить такие высокие температуры и одновременно обеспечить полезный срок службы графитового сердечника (графит вступает в реакцию с CO 2 при высокой температуре), для охлаждения графита используется возвратный поток охлаждающей жидкости при более низкой температуре на выходе из котла, равной 278 °C, гарантируя, что Температура графитового ядра не слишком сильно отличается от температуры, наблюдаемой на станции Magnox . Температура и давление на выходе перегревателя были рассчитаны на 2485  фунтов на квадратный дюйм (170 бар) и 543 °C.

Топливом служат таблетки диоксида урана , обогащенные до 2,5-3,5%, в трубках из нержавеющей стали. Первоначальная концепция конструкции AGR заключалась в использовании обшивки на основе бериллия . Когда это оказалось непригодным из-за хрупкого разрушения, [4] уровень обогащения топлива был повышен, чтобы учесть более высокие потери при захвате нейтронов оболочкой из нержавеющей стали . Это значительно увеличило стоимость электроэнергии, производимой СМА. Теплоноситель из углекислого газа циркулирует через активную зону, достигая температуры 640 °C (1184 °F) и давления около 40 бар (580 фунтов на квадратный дюйм), а затем проходит через агрегаты котла (парогенератора) за пределами активной зоны, но все еще внутри стальной футеровки. , железобетонный сосуд под давлением. Стержни управления проходят через графитовый замедлитель, а вторичная система включает впрыскивание азота в теплоноситель для поглощения тепловых нейтронов и остановки процесса деления, если стержни управления не смогут войти в активную зону. Система третичной остановки, которая работает путем введения в реактор шариков бора , включена на случай, если в реакторе придется сбросить давление при недостаточном опускании стержней управления. Это означало бы, что давление азота невозможно поддерживать. [5] [6]

AGR был спроектирован так, чтобы иметь высокий тепловой КПД (соотношение вырабатываемой электроэнергии и вырабатываемого тепла) около 41%, что лучше, чем у современного водо-водяного реактора (PWR) с типичным тепловым КПД 34%. [7] Это связано с более высокой температурой теплоносителя на выходе, составляющей около 640 °C (1184 °F), практической при газовом охлаждении, по сравнению с примерно 325 °C (617 °F) для PWR. Однако для той же выходной мощности активная зона реактора должна быть больше, а выгорание топлива, составляющее 27 000 МВт(тепл.) дней на тонну для топлива типа 2 и до 34 000 МВт(тепл.) дней на тонну для твердого топлива при выгрузке, ниже, чем 40 000 МВт(тепл.) дней на тонну реакторов PWR, поэтому топливо используется менее эффективно, [8] противодействуя преимуществу тепловой эффективности.

Как и реакторы Magnox, CANDU и РБМК , а также в отличие от легководных реакторов , СМА предназначены для дозаправки без предварительного отключения (см. Онлайн-дозаправка ). Эта дозаправка под нагрузкой была важной частью экономического обоснования выбора AGR перед другими типами реакторов и в 1965 году позволила Центральному управлению по производству электроэнергии (CEGB) и правительству заявить, что AGR будет производить электроэнергию дешевле, чем лучший уголь. - сгорели электростанции. Однако во время дозаправки под нагрузкой на полной мощности возникли проблемы с вибрацией ТВС, поэтому в 1988 году дозаправка на полную мощность была приостановлена ​​до середины 1990-х годов, когда дальнейшие испытания привели к застреванию твэла в активной зоне реактора. На СМА теперь осуществляется только дозаправка при частичной нагрузке или при остановке.

В резервуаре под давлением из предварительно напряженного бетона находится активная зона реактора и котлы. Чтобы свести к минимуму количество проникновений в резервуар (и, таким образом, уменьшить количество возможных мест нарушений), котлы имеют прямоточную конструкцию, в которой все кипение и перегрев осуществляются внутри труб котла. Это требует использования сверхчистой воды, чтобы свести к минимуму накопление солей в испарителе и последующие проблемы с коррозией.

AGR должен был стать превосходной британской альтернативой американским легководным реакторам. Он рекламировался как развитие успешной с эксплуатационной (если не с экономической) конструкции Magnox и был выбран из множества конкурирующих британских альтернатив - сверхвысокотемпературного реактора с гелиевым охлаждением , парогенерирующего тяжеловодного реактора и быстрого реактора-размножителя. - а также американские легководные реакторы с водой под давлением и кипящей водой (PWR и BWR) и канадские конструкции CANDU. CEGB провел детальную экономическую оценку конкурирующих проектов и пришел к выводу, что AGR, предложенный для Dungeness B, будет генерировать самую дешевую электроэнергию, более дешевую, чем любая из конкурирующих конструкций и лучшие угольные станции.

История

Электростанция Dungeness B AGR, внешний вид которой отличается от большинства AGR, что связано с использованием нескольких строительных компаний.

На конструкцию СМА возлагались большие надежды. [9] Амбициозная программа строительства пяти двухреакторных станций: Дандженесс Б , Хинкли Пойнт Б , Хантерстон Б , Хартлпул и Хейшем была быстро развернута, и с нетерпением ожидались экспортные заказы.

По политическим причинам CEGB было поручено распределить заказы «первого поколения» между тремя различными консорциумами «проектирования и строительства» и множеством крупных субподрядчиков. В результате первые три станции CEGB, хотя и имели одинаковую конструктивную концепцию и одинаковую конструкцию твэла, совершенно отличались в деталях. Это также привело к тому, что трем консорциумам пришлось конкурировать за одно и то же ограниченное число экспертов, необходимость для каждого проекта иметь уникальное (и очень сложное) обоснование безопасности и необходимость поддержки в течение всего срока действия программы трех (позже 4) различные конструкции реакторов САГ.

Станции СМА оказались сложными и трудными в строительстве. Еще больше проблем усугубляли общеизвестные плохие трудовые отношения того времени. Головная станция Dungeness B была заказана в 1965 году с запланированным сроком завершения в 1970 году. После проблем почти со всеми аспектами конструкции реактора она, наконец, начала вырабатывать электроэнергию в 1983 году, с опозданием на 13 лет. [9]

Следующие конструкции реакторов в Хинкли-Пойнт и Хантерстоне, заказанные год или два спустя, оказались значительно лучше, чем конструкция Дандженесса, и действительно были введены в эксплуатацию раньше, чем Дандженесс. Следующий проект AGR, построенный в Хейшеме 1 и Хартлпуле, был направлен на снижение общей стоимости проектирования за счет уменьшения занимаемой площади станции и количества вспомогательных систем. Однако это привело к трудностям в строительстве.

Последние два AGR в Торнессе и Хейшаме 2 вернулись к модифицированной и «отлаженной» конструкции Хинкли с гораздо большим сейсмическим запасом и оказались наиболее успешными в флоте. [10] Бывший экономический советник Казначейства Дэвид Хендерсон назвал программу AGR одной из двух наиболее дорогостоящих ошибок проекта, спонсируемого британским правительством, вторая — «Конкорд» . [11]

Когда в 1980-х годах правительство приступило к приватизации электроэнергетической отрасли , анализ затрат для потенциальных инвесторов показал, что истинные эксплуатационные затраты оставались неясными в течение многих лет. Затраты на вывод из эксплуатации были особенно существенно недооценены. Эта неопределенность привела к тому, что ядерная энергетика в то время была исключена из приватизации . [9]

Небольшой прототип AGR в Селлафилде (Виндскейл) был выведен из эксплуатации в 2010 году - активная зона и корпус под давлением выведены из эксплуатации, осталось видно только здание «Мяч для гольфа». Этот проект также представлял собой исследование того, что необходимо для безопасного вывода из эксплуатации ядерного реактора.

В октябре 2016 года было объявлено, что сверхшарнирные регулирующие стержни будут установлены в Хантерстоне Б и Хинкли-Пойнт Б из-за опасений по поводу стабильности графитовых активных зон реакторов . В начале 2018 года во время планового отключения на реакторе Хантерстон Б 3 наблюдался несколько более высокий уровень новых трещин в корне шпоночных канавок, чем предполагалось, и в мае 2018 года EDF объявила, что простой будет продлен для дальнейшего исследования, анализа и моделирования. [12]

В 2018 году проверки, проведенные ONR в Дандженессе B, показали, что сейсмические ограничители, трубопроводы и резервуары для хранения были «корродированы до неприемлемого состояния», и именно в таком состоянии они находились во время работы реактора. ONR классифицировал инцидент как инцидент второго уровня по Международной шкале ядерных событий . [13]

Современные реакторы AGR

По состоянию на август 2022 года в Соединенном Королевстве имеется четыре атомных электростанции с двумя действующими АГР на каждой, [14] все из которых принадлежат и управляются EDF Energy :

В 2005 году компания British Energy объявила о продлении срока эксплуатации станции Дандженесс Б на 10 лет, согласно которому станция будет продолжать работать до 2018 года, [15] а в 2007 году объявила о продлении срока эксплуатации станций Хинкли Пойнт Б и Хантерстон Б на 5 лет до 2016 года. [16] ] Продление срока действия других AGR будет рассматриваться как минимум за три года до запланированной даты их закрытия.

С 2006 года мощности Hinkley Point B и Hunterston B были ограничены примерно 70% нормальной выработки МВт из-за проблем, связанных с котлами, требующих их работы при пониженных температурах котлов. [16] В 2013 году мощность этих двух станций увеличилась примерно до 80% от нормальной мощности после некоторых модификаций станции. [17]

В 2006 году AGR попали в новости, когда в соответствии с Законом о свободе информации 2000 года газета The Guardian получила документы, в которых утверждалось, что British Energy не знала о масштабах растрескивания графитовых кирпичей в активных зонах своих реакторов. Также утверждалось, что British Energy не знала, почему произошло растрескивание, и что они не могли контролировать активные зоны без предварительного отключения реакторов. Позже British Energy опубликовала заявление, подтверждающее, что растрескивание графитовых кирпичей является известным симптомом обширной нейтронной бомбардировки и что они работают над решением проблемы мониторинга. Также они заявили, что реакторы проверяются каждые три года в рамках «нормативных простоев». [18]

Две электростанции с четырьмя СМА в Хейшеме.

17 декабря 2010 года EDF Energy объявила о продлении срока эксплуатации электростанций Хейшам 1 и Хартлпул на 5 лет, чтобы обеспечить возможность дальнейшей генерации до 2019 года. [19]

В феврале 2012 года EDF объявила, что ожидает продления срока службы в среднем на 7 лет для всех AGR, включая недавно продленный срок службы Heysham 1 и Hartlepool. Такое продление срока службы подлежит детальному рассмотрению и утверждению и не включено в таблицу выше. [20] [21]

4 декабря 2012 года EDF объявила, что Хинкли-Пойнт Б и Хантерстон Б были продлены на 7 лет, с 2016 по 2023 год. [22]

5 ноября 2013 года EDF объявила, что Хартлпулу продлили жизнь на 5 лет, с 2019 по 2024 год .

В 2013 году в ходе плановой проверки был обнаружен дефект в одном из восьми котлов реактора Хейшем А1. Реактор возобновил работу на более низком уровне мощности с отключенным котлом-капсулой до июня 2014 года, когда более детальные проверки подтвердили трещину в опоре котла. В качестве меры предосторожности Хейшам А2 и дочерняя станция Хартлпул также были закрыты на восьминедельную проверку. [24] [25]

В октябре 2014 года на реакторе Хантерстон Б была обнаружена трещина нового типа в графитовых кирпичах-замедлителях. Наличие трещины в корне шпоночного паза ранее предполагалось, но не наблюдалось. Существование трещин этого типа не оказывает немедленного влияния на безопасность реактора – однако, если количество трещин превысит пороговое значение, реактор будет выведен из эксплуатации, поскольку трещины не подлежат ремонту. [26] [27]

В январе 2015 года срок службы Dungeness B был продлен на десять лет с обновлением компьютерных систем диспетчерской и улучшенной защитой от наводнений, в результате чего дата закрытия отчетности была перенесена на 2028 год .

В феврале 2016 года EDF продлила срок службы четырех из восьми своих атомных электростанций в Великобритании. Срок службы Хейшема-1 и Хартлпула был продлен на пять лет до 2024 года, а сроки закрытия Хейшема-2 и Торнесса были перенесены на семь лет, до 2030 года. [29]

7 июня 2021 года EDF объявила, что Dungeness B, который с сентября 2018 года находился в длительном отключении, немедленно перейдет к этапу выгрузки топлива. [30]

15 декабря 2021 года EDF объявила, что Heysham 2 и Torness, как ожидается, закроются в марте 2028 года. [31]

7 января 2022 года реактор № 4 Хантерстона Б был остановлен в последний раз, и производство было прекращено почти через 47 лет. Реактор 3 перешел на этап выгрузки топлива в ноябре 2021 года. [32]

1 августа 2022 года был остановлен реактор 3 Хинкли-Пойнт Б, реактор 4 — 6 июля 2022 года. [33]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Гилберт, Ричард Дж.; Кан, Эдвард П. (18 января 2007 г.). Международные сравнения регулирования электроэнергетики. Издательство Кембриджского университета. п. 47. ИСБН 9780521030779. Проверено 6 октября 2017 г.
  2. ^ История усовершенствованного реактора с газовым охлаждением Windscale. Архивировано 1 октября 2011 года в Wayback Machine , Sellafield Ltd.
  3. ↑ Джон Брайерс, Саймон Эшмид (17 февраля 2016 г.). «Подготовка к будущим работам по выгрузке топлива и выводу из эксплуатации британского парка усовершенствованных газоохлаждаемых реакторов EDF Energy» (PDF) . ПРЕДЕК 2016 . Агентство по ядерной энергии ОЭСР . Проверено 18 августа 2017 г.
  4. ^ Мюррей, П. (1981). «Разработки в области оксидного топлива в Харвелле». Журнал ядерных материалов . 100 (1–3): 67–71. Бибкод : 1981JNuM..100...67M. дои : 10.1016/0022-3115(81)90521-3.
  5. ^ Нонбел, Эрик (ноябрь 1996 г.). Описание усовершенствованного реактора с газовым охлаждением (AGR) (PDF) (Отчет). Северные исследования ядерной безопасности. НКС/РАК2(96)ТР-С2. Архивировано из оригинала (PDF) 9 июня 2022 г. Проверено 2 января 2019 г.[ нужна страница ]
  6. ^ "Nuclear_Graphite_Course-B - Проектирование графитового сердечника AGR и другие" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 17 июля 2011 года.[ нужна полная цитата ]
  7. ^ Шультис, Дж. Кеннет; Фао, Ричард Э. (2002). Основы ядерной науки и техники . Марсель Деккер. ISBN 0-8247-0834-2.[ нужна страница ]
  8. ^ Приложение 6: Типичные проектные и эксплуатационные данные для действующих в настоящее время реакторов (PDF) . Атомная энергетика – климат будущего (Технический отчет). 1 июня 1999 года. Архивировано из оригинала 28 декабря 2004 года.
  9. ↑ abc Оуэн, Джеффри (7 марта 2016 г.). «Рецензия на книгу: «Падение и подъем ядерной энергетики в Великобритании»». Файнэншл Таймс . Архивировано из оригинала 10 декабря 2022 г. Проверено 16 марта 2016 г.
  10. ^ SH Wearne, RH Bird (декабрь 2016 г.). «Опыт Великобритании в области проектирования консорциумов для атомных электростанций» (PDF) . Ядерный институт Далтона, Манчестерский университет . Архивировано из оригинала (PDF) 26 марта 2017 года . Проверено 25 марта 2017 г.
  11. ↑ Хендерсон, Дэвид (21 июня 2013 г.). «Чем больше вещей меняются…» Nuclear Engineering International . Проверено 23 июля 2021 г.
  12. ^ «Новые трещины задерживают перезапуск реактора Хантерстон Б» . Мировые ядерные новости . 3 мая 2018 года . Проверено 6 мая 2018 г.
  13. ^ «Коррозия Dungeness B соответствует уровню 2 INES» . Международная ядерная инженерия. 24 января 2019 года . Проверено 30 января 2019 г.
  14. ^ «Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии: Атомные энергетические реакторы». База данных ПРИС . Международное агентство по атомной энергии. 22 мая 2010 года. Архивировано из оригинала 28 июня 2011 года . Проверено 22 мая 2010 г.
  15. ^ «Продление срока службы на атомной электростанции Дандженесс Б на 10 лет» . Британская энергия . 15 сентября 2005 г. Архивировано из оригинала 22 марта 2006 г. Проверено 19 июня 2008 г. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  16. ^ ab «Продление срока службы электростанций Хинкли-Пойнт Б и Хантерстон Б» . Британская энергия . 11 декабря 2007 г. Архивировано из оригинала 1 октября 2018 г. Проверено 19 июня 2008 г. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  17. ^ «Хинкли-Пойнт Б и Хантерстон Б возвращаются к загрузке 80%» . Международная ядерная инженерия. 1 июля 2013 года . Проверено 2 июля 2013 г.
  18. ^ "Опасения по поводу трещины в реакторе преуменьшены" . Новости BBC . 5 июня 2006 г.
  19. ^ «EDF продлит срок службы британских атомных электростанций» . Яху. Ассошиэйтед Пресс. 17 декабря 2010 года . Проверено 11 апреля 2011 г.[ постоянная мертвая ссылка ]
  20. ^ «EDF планирует продлить срок службы британских AGR» . Международная ядерная инженерия. 20 февраля 2012 года. Архивировано из оригинала 13 октября 2013 года . Проверено 16 мая 2012 г.
  21. ^ «Doosan Babcock подписывает соглашение с EDF о расширении атомных станций» . Новости BBC . 19 февраля 2014 года . Проверено 23 июля 2021 г.
  22. ^ "EDF продлевает срок службы двух атомных электростанций" . Независимый . 4 декабря 2012 г. Архивировано из оригинала 8 декабря 2012 г. Проверено 14 августа 2013 г.
  23. ^ «Электростанция Хартлпул останется открытой до 2024 года» . Новости BBC . 5 ноября 2013 года . Проверено 23 июля 2021 г.
  24. ^ «EDF Energy закрывает Heysham A1&2 и Hartlepool для проверки котлов в капсулах» . Международная ядерная инженерия. 11 августа 2014 года . Проверено 14 августа 2014 г.
  25. ^ «Регулятор Великобритании поддерживает EDF Energy в проверках реактора» . Мировые ядерные новости . 13 августа 2014 года . Проверено 14 августа 2014 г.
  26. ↑ Брумби, Роб (6 октября 2014 г.). «Новые трещины в реакторе Хантерстона». Новости BBC . Проверено 23 июля 2021 г.
  27. ^ «Сохраняются опасения по поводу безопасности взлома внутри реактора в Шотландии: эксперт по ядерной безопасности» . РИА Новости . 7 октября 2014 года . Проверено 10 октября 2014 г.
  28. ^ «Атомная электростанция в Великобритании продлевается на десять лет» . Мировые ядерные новости . 20 января 2015 года . Проверено 21 января 2015 г.
  29. ↑ Мойлан, Джон (16 февраля 2016 г.). «EDF оставит открытыми четыре атомные электростанции в Великобритании еще на несколько лет» . Новости BBC . Проверено 23 июля 2021 г.
  30. ^ «EDF решает перевести Dungeness B на этап выгрузки топлива» . ЭДФ Энергия . 7 июня 2021 г. Проверено 7 июня 2021 г.
  31. ^ «Проведены обзоры срока службы AGR» . ЭДФ Энергия . 15 декабря 2021 г. Проверено 7 января 2022 г.
  32. ^ «Выработка электроэнергии с нулевым выбросом углерода заканчивается в Хантерстоне Б» . ЭДФ Энергия . 7 января 2022 г. Проверено 12 января 2022 г.
  33. ^ «Новый рассвет, когда Хинкли-Пойнт Б завершает поколение» . ЭДФ Энергия . 1 августа 2022 г. Проверено 29 января 2023 г.

Внешние ссылки