stringtranslate.com

Усовершенствованный газоохлаждаемый реактор

Электростанция AGR в Торнессе

Усовершенствованный газоохлаждаемый реактор ( AGR ) — это тип ядерного реактора , разработанный и эксплуатируемый в Соединенном Королевстве. Это второе поколение британских газоохлаждаемых реакторов , использующих графит в качестве замедлителя нейтронов и углекислый газ в качестве охладителя. Они являются основой атомного парка Великобритании с 1980-х годов.

AGR был разработан на основе реактора Magnox , конструкции реактора первого поколения Великобритании. Первая конструкция Magnox была оптимизирована для генерации плутония , [1] и по этой причине имела характеристики, которые не были самыми экономичными для выработки электроэнергии. Главной из них было требование работать на природном уране , для чего требовался охладитель с низким поперечным сечением нейтронов , в данном случае диоксид углерода , и эффективный замедлитель нейтронов , графит . Конструкция Magnox также работала при относительно низких температурах газа по сравнению с другими конструкциями для выработки электроэнергии, что приводило к менее эффективным условиям пара.

Конструкция AGR сохранила графитовый замедлитель Magnox и охладитель на основе углекислого газа, но увеличила рабочую температуру охлаждающего газа для улучшения условий пара. Они были сделаны идентичными таковым на угольной электростанции, что позволило использовать ту же конструкцию турбин и генерирующего оборудования. На начальных этапах проектирования было обнаружено, что необходимо 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 более высокому выгоранию 18 000 МВт т -дней на тонну топлива, что позволило реже производить дозаправку.

Прототип AGR был введен в эксплуатацию в Уиндскейле в 1962 году [2] , но первый коммерческий AGR не был запущен до 1976 года. Всего было построено четырнадцать реакторов AGR на шести площадках в период с 1976 по 1988 год. Все они сконфигурированы с двумя реакторами в одном здании, и каждый реактор имеет проектную выходную тепловую мощность 1500 МВт , приводящую в действие турбину -генератор мощностью 660 МВт . Различные станции AGR вырабатывают мощность в диапазоне от 555 МВт до 670 МВт, хотя некоторые из них работают на мощности ниже проектной из-за эксплуатационных ограничений. [3]

Проектирование СМА

Принципиальная схема усовершенствованного газоохлаждаемого реактора. Обратите внимание, что теплообменник находится внутри комбинированного корпуса высокого давления из сталежелезобетона и радиационного экрана.
  1. Зарядные трубки
  2. Управляющие стержни
  3. Графитовый замедлитель
  4. Топливные сборки
  5. Бетонный сосуд под давлением и радиационная защита
  6. Газовый циркуляционный насос
  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 обычных угольных электростанций , поэтому можно было использовать ту же конструкцию турбогенераторной установки. Средняя температура горячего теплоносителя, выходящего из активной зоны реактора, была спроектирована так, чтобы составлять 648 °C (1198 °F). Чтобы получить эти высокие температуры, но при этом обеспечить полезный срок службы графитового сердечника (графит реагирует с CO2 при высокой температуре), для охлаждения графита используется возвратный поток теплоносителя при более низкой температуре на выходе из котла 278 °C, гарантируя, что температуры графитового сердечника не будут слишком сильно отличаться от тех, которые наблюдаются на станции с магноксом . Температура и давление на выходе из пароперегревателя были спроектированы так, чтобы составлять 2485  фунтов на кв. дюйм (170 бар) и 543 °C.

Топливо представляет собой таблетки диоксида урана , обогащенные до 2,5–3,5 %, в трубках из нержавеющей стали. Первоначальная концепция проекта AGR заключалась в использовании оболочки на основе бериллия . Когда это оказалось неподходящим из-за хрупкого разрушения [4] , уровень обогащения топлива был повышен, чтобы обеспечить более высокие потери захвата нейтронов оболочки из нержавеющей стали . Это значительно увеличило стоимость энергии, вырабатываемой AGR. Теплоноситель из диоксида углерода циркулирует через активную зону, достигая 640 °C (1184 °F) и давления около 40 бар (580 фунтов на кв. дюйм), а затем проходит через блоки котла (парогенератора) за пределами активной зоны, но все еще внутри стального, армированного бетонного корпуса высокого давления. Управляющие стержни проникают в графитовый замедлитель, а вторичная система включает впрыск азота в охлаждающую жидкость для поглощения тепловых нейтронов с целью остановки процесса деления, если управляющие стержни не попадут в активную зону. Система третичного отключения, которая работает путем впрыскивания борных шариков в реактор, включена в случае, если реактор должен быть разгерметизирован при недостаточном опускании стержней управления. Это означало бы, что давление азота не может поддерживаться. [5] [6]

AGR был спроектирован так, чтобы иметь высокую тепловую эффективность (соотношение вырабатываемой электроэнергии к вырабатываемому теплу) около 41%, что лучше, чем у современного реактора с водой под давлением (PWR) с типичной тепловым КПД 34%. [7] Это связано с более высокой температурой охлаждающей жидкости на выходе около 640 °C (1184 °F), практичной с газовым охлаждением, по сравнению с примерно 325 °C (617 °F) для PWR. Однако активная зона реактора должна быть больше для той же выходной мощности, а выгорание топлива 27 000 МВт(т) дней на тонну для топлива типа 2 и до 34 000 МВт(т) дней на тонну для надежного топлива при выгрузке ниже, чем 40 000 МВт(т) дней на тонну PWR, поэтому топливо используется менее эффективно, [8] противодействуя преимуществу тепловой эффективности.

Подобно реакторам Magnox, CANDU , IPHWR и RBMK , и в отличие от легководных реакторов , AGR спроектированы так, чтобы их можно было заправлять без предварительного отключения (см. Онлайн-заправка ). Такая загрузка под нагрузкой была важной частью экономического обоснования выбора AGR среди других типов реакторов и в 1965 году позволила Центральному совету по производству электроэнергии (CEGB) и правительству заявить, что AGR будет производить электроэнергию дешевле, чем лучшие угольные электростанции. Однако во время загрузки под нагрузкой на полной мощности возникли проблемы с вибрацией топливных сборок, поэтому в 1988 году загрузка под нагрузкой была приостановлена ​​до середины 1990-х годов, когда дальнейшие испытания привели к застреванию топливного стержня в активной зоне реактора. Теперь на AGR производится только загрузка при частичной нагрузке или при отключении.

Предварительно напряженный бетонный корпус высокого давления содержит активную зону реактора и котлы. Чтобы свести к минимуму количество проникновений в корпус (и, таким образом, уменьшить количество возможных мест прорыва), котлы имеют прямоточную конструкцию, где все кипение и перегрев осуществляются внутри трубок котла. Это требует использования сверхчистой воды для минимизации накопления солей в испарителе и последующих проблем с коррозией.

AGR должен был стать превосходной британской альтернативой американским проектам легководных реакторов. Он был представлен как развитие успешной в операционном (если не экономическом) плане конструкции Magnox и был выбран из множества конкурирующих британских альтернатив — охлаждаемого гелием сверхвысокотемпературного реактора , парогенерирующего тяжеловодного реактора и реактора на быстрых нейтронах , а также американских легководных реакторов под давлением и кипящих реакторов (PWR и BWR) и канадских проектов CANDU. CEGB провела подробную экономическую оценку конкурирующих проектов и пришла к выводу, что AGR, предложенный для Dungeness B, будет генерировать самую дешевую электроэнергию, дешевле, чем любой из конкурирующих проектов и лучших угольных станций.

История

Электростанция Dungeness B AGR, имеющая внешний вид, отличающийся от большинства AGR, вследствие использования нескольких строительных компаний

На проект AGR возлагались большие надежды. [9] Амбициозная программа строительства пяти двухреакторных станций: Dungeness B , Hinkley Point B , Hunterston B , Hartlepool и Heysham 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 различными крупными субподрядчиками. В результате первые три станции CEGB, хотя и имели одну и ту же концепцию дизайна и одинаковую конструкцию топливных стержней, были совершенно разными по детальному проектированию. Это также привело к тому, что трем консорциумам пришлось конкурировать за одно и то же ограниченное количество экспертов, к необходимости иметь уникальное (и очень сложное) обоснование безопасности для каждого проекта и к необходимости поддерживать в течение срока действия программы три (позже четыре) различных проекта реактора AGR.

Станции AGR оказались сложными и трудными в строительстве. Печально известные плохие трудовые отношения того времени усугубили проблемы. Головная станция, Dungeness B, была заказана в 1965 году с целевой датой завершения в 1970 году. После проблем почти со всеми аспектами конструкции реактора, он, наконец, начал вырабатывать электроэнергию в 1983 году, с опозданием на 13 лет. [9]

Следующие проекты реакторов в Хинкли-Пойнт и Хантерстоне, заказанные через год или два, оказались значительно лучше проекта Дангенесса и действительно были введены в эксплуатацию раньше Дангенесса. Следующий проект AGR, построенный в Хейшеме 1 и Хартлпуле, стремился снизить общую стоимость проектирования за счет уменьшения площади станции и количества вспомогательных систем. Однако это привело к трудностям в строительстве.

Последние два AGR в Торнессе и Хейшеме 2 вернулись к модифицированной и «отлаженной» конструкции Хинкли с гораздо большим запасом сейсмостойкости и оказались наиболее успешными исполнителями флота. [10] Бывший экономический советник казначейства Дэвид Хендерсон описал программу AGR как одну из двух самых дорогостоящих ошибок проекта, спонсируемого британским правительством, вторая — «Конкорд» . [11]

Когда правительство начало приватизацию электроэнергетической отрасли в 1980-х годах, анализ затрат для потенциальных инвесторов показал, что истинные эксплуатационные расходы были скрыты в течение многих лет. Расходы на вывод из эксплуатации были особенно существенно недооценены. Эти неопределенности привели к тому, что ядерная энергетика была исключена из приватизации в то время. [9]

Малогабаритный прототип AGR в Селлафилде (Уиндскейл) был выведен из эксплуатации в 2010 году – ядро ​​и корпус высокого давления были выведены из эксплуатации, осталось только здание «Golf Ball». Этот проект также был исследованием того, что требуется для безопасного вывода из эксплуатации ядерного реактора.

В октябре 2016 года было объявлено, что супер-сочлененные регулирующие стержни будут установлены на Hunterston B и Hinkley Point B из-за опасений по поводу стабильности графитовых сердечников реакторов. В начале 2018 года в реакторе Hunterston B Reactor 3 во время планового отключения наблюдалась немного более высокая скорость образования новых трещин в корне шпоночного паза, чем прогнозировалось, и в мае 2018 года EDF объявила, что отключение будет продлено для дальнейшего исследования, анализа и моделирования. [12]

В 2018 году инспекции, заказанные ONR на Dungeness B, показали, что сейсмические ограничители, трубопроводы и резервуары для хранения были «корродированы до неприемлемого состояния», и это было бы состоянием, когда реактор работал. ONR классифицировало это как инцидент уровня 2 по Международной шкале ядерных событий . [13]

Существующие реакторы AGR

По состоянию на август 2022 года в Соединенном Королевстве насчитывается четыре атомные электростанции, каждая из которых имеет два действующих AGR, [14] все из которых принадлежат и эксплуатируются EDF Energy :

В 2005 году British Energy объявила о продлении срока службы станции Dungeness B на 10 лет, что позволит станции продолжать работу до 2018 года [15] , а в 2007 году объявила о продлении срока службы Hinkley Point B и Hunterston B на 5 лет до 2016 года [16] . Вопросы продления срока службы других AGR будут рассматриваться не менее чем за три года до запланированных дат их закрытия.

С 2006 года мощность Hinkley Point B и Hunterston B была ограничена примерно до 70% от нормальной мощности МВт из-за проблем с котлами, требующих работы при пониженных температурах котла. [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 The Guardian получила документы в соответствии с Законом о свободе информации 2000 года, 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, не остановив сначала реакторы. Позднее 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 «установленных законом отключений». [18]

Две электростанции с четырьмя AGR в Хейшеме

17 декабря 2010 года компания EDF Energy объявила о продлении срока службы электростанций Heysham 1 и Hartlepool на 5 лет, чтобы обеспечить дальнейшую генерацию до 2019 года. [19]

В феврале 2012 года EDF объявила, что ожидает продления срока службы на 7 лет в среднем по всем AGR, включая недавно продленные сроки службы Heysham 1 и Hartlepool. Эти продления срока службы подлежат детальному рассмотрению и утверждению и не включены в таблицу выше. [20] [21]

4 декабря 2012 года EDF объявила, что срок эксплуатации Hinkley Point B и Hunterston B продлен на 7 лет, с 2016 по 2023 год. [22]

5 ноября 2013 года EDF объявила, что Хартлпулу продлили срок службы на 5 лет, с 2019 по 2024 год. [23]

В 2013 году в ходе регулярной проверки был обнаружен дефект в одном из восьми котлов-поддонов реактора Heysham A1. Реактор возобновил работу на более низком уровне мощности с отключенным котлом-поддоном до июня 2014 года, когда более детальные проверки подтвердили наличие трещины в позвоночнике котла. В качестве меры предосторожности Heysham A2 и родственная станция Hartlepool также были закрыты на восьминедельную проверку. [24] [25]

В октябре 2014 года в реакторе Hunterston B был обнаружен новый тип трещины в графитовых замедлительных кирпичах. Эта трещина в корне шпоночного паза ранее была теоретически предположена, но не наблюдалась. Существование этого типа трещины 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 модернизацией компьютерных систем диспетчерской и улучшением защиты от наводнений, что перенесло дату закрытия бухгалтерской отчетности на 2028 год. [28]

В феврале 2016 года EDF продлила срок службы четырех из восьми своих атомных электростанций в Великобритании. Срок службы Heysham 1 и Hartlepool был продлен на пять лет до 2024 года, в то время как даты закрытия Heysham 2 и Torness были отодвинуты на семь лет до 2030 года. [29]

7 июня 2021 года EDF объявила, что Dungeness B, который был в длительном простое с сентября 2018 года, перейдет в фазу выгрузки топлива с немедленным вступлением в силу. [30]

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

7 января 2022 года реактор Hunterston B 4 был остановлен в последний раз, положив конец производству после почти 47 лет. Реактор 3 перешел на стадию выгрузки топлива в ноябре 2021 года. [32]

1 августа 2022 года реактор 3 на АЭС Хинкли-Пойнт B был остановлен, реактор 4 был остановлен 6 июля 2022 года. [33]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Гилберт, Ричард Дж.; Кан, Эдвард П. (18 января 2007 г.). Международные сравнения регулирования электроэнергетики. Cambridge University Press. стр. 47. ISBN 9780521030779. Получено 6 октября 2017 г.
  2. ↑ История усовершенствованного газоохлаждаемого реактора Windscale. Архивировано 1 октября 2011 г. в Wayback Machine , Sellafield Ltd.
  3. ^ Джон Брайерс, Саймон Эшмид (17 февраля 2016 г.). «Подготовка к будущим работам по выгрузке и выводу из эксплуатации усовершенствованных газоохлаждаемых реакторов компании EDF Energy в Великобритании» (PDF) . PREDEC 2016. Агентство по ядерной энергии ОЭСР . Получено 18 августа 2017 г.
  4. ^ Мюррей, П. (1981). «Разработки в области оксидного топлива в Харвелле». Журнал ядерных материалов . 100 (1–3): 67–71. Bibcode : 1981JNuM..100...67M. doi : 10.1016/0022-3115(81)90521-3.
  5. ^ Нонбель, Эрик (ноябрь 1996 г.). Описание усовершенствованного газоохлаждаемого реактора (AGR) (PDF) (Отчет). Nordic Nuclear Safety Research. NKS/RAK2(96)TR-C2. Архивировано из оригинала (PDF) 2022-06-09 . Получено 2019-01-02 .[ нужна страница ]
  6. ^ "Nuclear_Graphite_Course-B - Graphite Core Design AGR and Others" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 17 июля 2011 г.[ необходима полная цитата ]
  7. ^ Шультис, Дж. Кеннет; Фоу, 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) . Ядерная энергия - будущий климат (Технический отчет). 1 июня 1999 г. Архивировано из оригинала 28 декабря 2004 г.
  9. ^ abc Оуэн, Джеффри (7 марта 2016 г.). "Обзор книги: 'Падение и подъем ядерной энергетики в Британии'". Financial Times . Архивировано из оригинала 2022-12-10 . Получено 16 марта 2016 г. .
  10. ^ SH Wearne, RH Bird (декабрь 2016 г.). "UK Experience of Consortia Engineering for Nuclear Power Stations" (PDF) . Dalton Nuclear Institute, University of Manchester . Архивировано из оригинала (PDF) 26 марта 2017 г. . Получено 25 марта 2017 г. .
  11. ^ Хендерсон, Дэвид (21 июня 2013 г.). «Чем больше вещей меняются...» Nuclear Engineering International . Получено 23 июля 2021 г.
  12. ^ "Новые трещины задерживают перезапуск реактора Hunterston B". World Nuclear News . 3 мая 2018 г. Получено 6 мая 2018 г.
  13. ^ "Dungeness B Corrosion rated at INES level 2". Nuclear Engineering International. 24 января 2019 г. Получено 30 января 2019 г.
  14. ^ "Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии: ядерные энергетические реакторы". База данных PRIS . Международное агентство по атомной энергии. 22 мая 2010 г. Архивировано из оригинала 28 июня 2011 г. Получено 22 мая 2010 г.
  15. ^ "10-летнее продление срока службы атомной электростанции Dungeness B". British Energy . 15 сентября 2005 г. Архивировано из оригинала 22 марта 2006 г. Получено 19 июня 2008 г. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  16. ^ ab "Продление срока службы электростанций Hinkley Point B и Hunterston B". British Energy . 11 декабря 2007 г. Архивировано из оригинала 1 октября 2018 г. Получено 19 июня 2008 г. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  17. ^ "Hinkley Point B и Hunterston B возвращаются к 80% нагрузке". Nuclear Engineering International. 1 июля 2013 г. Получено 2 июля 2013 г.
  18. ^ "Опасения по поводу трещины в реакторе преуменьшены". BBC News . 5 июня 2006 г.
  19. ^ "EDF продлит срок службы британских атомных электростанций". Yahoo. Associated Press. 17 декабря 2010 г. Получено 11 апреля 2011 г.[ постоянная мертвая ссылка ‍ ]
  20. ^ "EDF планирует продление срока службы для британских AGR". Nuclear Engineering International. 20 февраля 2012 г. Архивировано из оригинала 13 октября 2013 г. Получено 16 мая 2012 г.
  21. ^ "Doosan Babcock подписывает сделку EDF о расширении атомных электростанций". BBC News . 19 февраля 2014 г. Получено 23 июля 2021 г.
  22. ^ "EDF продлевает срок службы двух атомных электростанций" . The Independent . 4 декабря 2012 г. Архивировано из оригинала 2012-12-08 . Получено 14 августа 2013 г.
  23. ^ "Электростанция Хартлпул останется открытой до 2024 года". BBC News . 5 ноября 2013 г. Получено 23 июля 2021 г.
  24. ^ "EDF Energy закрывает Heysham A1&2 и Hartlepool для проверки котлов-поддонов". Nuclear Engineering International. 11 августа 2014 г. Получено 14 августа 2014 г.
  25. ^ "Регулятор Великобритании поддерживает EDF Energy в проверке реакторов". World Nuclear News . 13 августа 2014 г. Получено 14 августа 2014 г.
  26. ^ Брумби, Роб (6 октября 2014 г.). «Новые трещины в реакторе Хантерстона». BBC News . Получено 23 июля 2021 г. .
  27. ^ «Опасения по поводу безопасности растрескивания внутри реактора в Шотландии сохраняются: эксперт по ядерной безопасности». РИА Новости . 7 октября 2014 г. Получено 10 октября 2014 г.
  28. ^ "Атомная электростанция Великобритании получает десятилетнее продление". World Nuclear News . 20 января 2015 г. Получено 21 января 2015 г.
  29. ^ Moylan, John (16 февраля 2016 г.). «EDF сохранит четыре атомные электростанции в Великобритании открытыми на годы дольше». BBC News . Получено 23 июля 2021 г.
  30. ^ "EDF решает перевести Dungeness B в фазу выгрузки топлива". EDF Energy . 7 июня 2021 г. Получено 7 июня 2021 г.
  31. ^ "Проведены обзоры срока службы AGR". EDF Energy . 15 декабря 2021 г. Получено 7 января 2022 г.
  32. ^ "Нулевая генерация электроэнергии заканчивается в Хантерстоне B". EDF Energy . 7 января 2022 г. Получено 12 января 2022 г.
  33. ^ "Новый рассвет, когда Hinkley Point B завершает генерацию". EDF Energy . 1 августа 2022 г. Получено 29 января 2023 г.

Внешние ссылки