المفاعلات الصغيرة كبديل لمحطات مفاعلات الطاقة الحديثة

المفاعلات المعيارية الصغيرة هي واحدة من أكثر المناطق شعبية لتطوير الطاقة النووية وتقنيات المفاعلات.

على مدى 70 عامًا من الوجود ، اتخذت مفاعلات الطاقة النووية موقعًا قويًا في التوازن العالمي لإنتاج الكهرباء. زادت قدرتها من بضعة ميغاوات إلى ما يقرب من اثنين جيجاوات (على الرغم من وجود مشاريع أكبر).

إن محطة الطاقة النووية الحديثة ليست فقط وحدة طاقة حيث يوجد تركيب مفاعل ومولد تربيني. هذه مجموعة مركزة من ورش العمل والصناعات التي تعمل على ضمان تشغيل مثل هذه الوحدة القوية على المستوى المناسب. فكر في الأمر: في أي محطة للطاقة النووية ، لا يوجد فقط عدد كبير من أنظمة الأمان (التي ، بالمناسبة ، تطيع مبدأ التكرار) ، ولكن أيضًا أنظمة لضمان ودعم أنظمة الأمان هذه. أنا صامت عن عدد وتنوع الأنظمة للتشغيل العادي.

يبلغ متوسط ​​عدد العاملين في هذه المرافق حوالي 1000 شخص لكل وحدة. وإذا كان من الممكن وجود إنتاج إضافي في موقع NPP ، على سبيل المثال ، مجمع إعادة معالجة RW ، أو مرفق منفصل لتخزين الوقود المستهلك أو حتى محطة لتحلية المياه ، فإن عدد الأفراد سيزداد فقط.


بروس NPP (كندا) - 6232 ميجاوات (هـ). تظهر الصورة ورشة لإنتاج الماء الثقيل.

يبدو أنه إذا كانت المحطة قابلة للحياة اقتصاديًا وتولد كمية كبيرة من الكهرباء ، فما هو الصيد؟

محطات الطاقة النووية الحديثة ، مثل المجمعات الصناعية الكبيرة ، لها عيوب كبيرة. بادئ ذي بدء ، هذه تكلفة باهظة لبناء مثل هذا المجمع. على سبيل المثال ، تغيرت تكلفة بناء وحدة الطاقة رقم 3 في Olkiluoto NPP من 3 إلى 8.5 مليار دولار (تجدر الإشارة إلى حقيقة أن بعض الورش الداعمة والموظفين المؤهلين في المحطة موجودون بالفعل). وعلى سبيل المقارنة ، بلغت تكلفة المصادم LHC 6 مليارات دولار.

يتطلب تشغيل وصيانة مثل هذه الشركات العملاقة ليس فقط منظمة عاملة ، ولكن أيضًا مشرفًا وعددًا كبيرًا من المعاهد ومراكز البحث لدعم التشغيل والسلامة.

في البلدان ذات الاستهلاك المنخفض للطاقة ، ستكون محطات الطاقة النووية الحديثة غير مواتية اقتصاديًا. أعتقد أن القراء يمكنهم تخيل حجم التكاليف التي تنتظر أصحاب محطات الطاقة النووية بعد انتهاء عمرها الإنتاجي ، عندما يحتاج المصنع إلى تفكيك وإعادة تدوير وتعبئة النفايات الناتجة عن إنتاج الكهرباء في محطات الطاقة النووية. أظهرت التجربة أن تفكيك محطات الطاقة النووية الكبيرة عادة ما يكون متخلفًا عن الركب.

حقيقة أخرى

بالتوازي مع محطات الطاقة الكبيرة ، تم تطوير عشرات المنشآت للبرامج العسكرية ، على سبيل المثال ، مفاعلات غواصة (حتى 190 ميجاوات) ومفاعلات بحثية. كل هذا أعطى دفعة في المستقبل لتطوير مفاعلات صغيرة.

إذن ما هذا؟ في تعريف الوكالة الدولية للطاقة الذرية ، مفاعلات "صغيرة" بسعة كهربائية تصل إلى 300 ميجاوات ، "متوسطة" - حتى 700 ميجاوات. ومع ذلك ، غالبًا ما يتم استخدام "SMR" كاختصار لـ "المفاعل المعياري الصغير" ، والمخصص للبناء التسلسلي ، كبديل للتصميم المعقد لـ "الجزيرة الذرية" بغرفها الضخمة ومرفقاتها.

- المفاعلات المعيارية الصغيرة - المصانع التي تم تطويرها باستخدام تقنيات متكاملة (مفاعلات بمضخات (أو بدون) ومولدات بخارية في غلاف واحد) ، والتي من المقرر تصنيعها في المصانع باستخدام جميع المزايا الاقتصادية للإنتاج التسلسلي. يمكن بناؤها بشكل مستقل عن بعضها البعض أو في شكل وحدات في مجمع أكبر ، مع إضافة القوة تدريجيًا حسب الحاجة.

يمكن وضع المفاعلات الصغيرة في أي مكان وفي أي وقت.


مشروع Flexblue هو وحدة طاقة تقع تحت الماء.



الغريبة العسكرية الروسية - المفهوم.

معظم MMPs ، عند مقارنتها بالمفاعلات الكبيرة ، منخفضة الصيانة. على وجه الخصوص ، تشير تصميمات هذه المفاعلات إلى فترة أطول بين حمولة الوقود الزائدة (من 2 إلى 10 سنوات مقابل 12-24 شهرًا في وحدات الطاقة الكبيرة) أو وضع الوقود بشكل عام طوال دورة الحياة بأكملها - لهذا من الضروري إجراء دوري (مرة كل 10 سنوات أو أكثر) استبدال وحدة المفاعل المضغوط.

الفوائد الرئيسية:

1. إن الطاقة النوعية المنخفضة لتركيب المفاعل تجعله أكثر أمانًا من وجهة نظر كثافة الطاقة (طاقة أقل - حرارة أقل متبقية بعد الإغلاق). من وجهة نظر الخلفية ، كميات منخفضة نسبيا من النفايات المشعة المتراكمة.
2. وحدات الطاقة من هذا النوع أقل اعتمادًا على القدرة على سحب كميات كبيرة من مياه التبريد القريبة. وبالتالي ، فهي ممتازة للعمل في الزوايا النائية للكوكب (وليس فقط ) ، على سبيل المثال ، توليد الطاقة للتعدين.
3. وجود عدد كاف من أنظمة السلامة السلبية. بطريقة جيدة (من الناحية النظرية) ، تحل هذه الأنظمة مشكلة الطوارئ الرئيسية - فقدان المستهلك النهائي للحرارة في حالة وقوع حادث. في الواقع ، على الرغم من أن الأنظمة سلبية ، إلا أنها تحتاج أيضًا إلى الإشراف والصيانة المستمرة. لكن من الجدير الاعتراف بالاستقرار الأكبر لمفاتيح التبديل الصغيرة إلى وضع نموذجي - فقد كامل لإمدادات الطاقة.
4. التقليل من أعمال البناء والتركيب المعقدة تقنيًا ، مع مراعاة تفاصيل مناطق الموقع المحتمل. الحد الأدنى من الخدمة. تخفيض عدد الموظفين الميدانيين المطلوبين.
5. إمكانية تبسيط تفكيك وحدات الطاقة بشكل كبير.

تنتمي المفاعلات الصغيرة التي لها احتمال كبير للتنفيذ (10 - 15 سنة) إلى الأنواع التالية من مفاعلات الأوعية: PWR (مضغوط بالماء المضغوط) ، أو مفاعلات نيوترونية سريعة ، أو مفاعلات درجة حرارة عالية (بشكل رئيسي مع مبرد غاز).


من اليسار إلى اليمين: 1 - Westinghouse SMR. 2- الهيليوم HTMR-100. 3 - سرعة PRISM.

نظرًا لأن معظم مشاريع MMP على مستوى المفهوم وتتطلب R&D كبيرًا في المستقبل ، من أجل إضافة خصوصية إلى روايتي ، سأركز على اثنين من أكثر المشاريع الجاهزة ذات الصلة صلة بالموضوع.

1) NuScale (NuScale Power Inc. ، الولايات المتحدة الأمريكية)



مشروع NuScale Plant ، الذي كان يُطلق عليه سابقًا MASLWR ، عبارة عن وحدة بها مفاعل ماء مضغوط بطاقة منخفضة - 45 ميجاوات (هـ).

تم تطويره بشكل مشترك من قبل مختبر الهندسة الوطني في ولاية أيداهو وجامعة ولاية أوريغون (الولايات المتحدة الأمريكية). في عام 2007 ، تأسست شركة NuScale Power Inc. لتسويق المشروع. المشروع قيد التطوير منذ عام 2000. نظرًا لأن هذا مفاعل معياري ، يتم تثبيت 12 وحدة من هذه الوحدات كمعيار قياسي في الموقع.


بناء المفاعل. منظر مقطعي.

يقع القلب ومولدات البخار ومعوض الضغط داخل نفس الوعاء ، ولا توجد مضخات تداول. يبلغ قطر العلبة 2.9 متر وارتفاعها 17.4 متر.
يتحرك حامل الحرارة ، الذي يسخن في المنطقة النشطة ، إلى الأعلى ، وينبعث الحرارة في مولد البخار ، ويعود مرة أخرى عبر قنوات التخفيض. تداول طبيعي ، نعم.

القلب مستمد من تجميعات الوقود بالاسم الجميل NuFuel-HTP2. في الواقع ، على غرار التصميم لتجميعات الوقود لوحدات PWR الغربية ، التصميم. مواصفات التجميع الفني لـ NRC هنا . يخططون لإعادة التحميل كل 24 شهرًا.



تجميعات الوقود لمفاعل NuScale. بالمناسبة ، إنتاج أريفا.




مخطط تحميل قلب مفاعل NuScale.

السمة المميزة الرئيسية للمشاريع المماثلة هي أن وعاء المفاعل يتم وضعه أيضًا في وعاء معدني سميك الجدران مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ. الهيكل كله في حوض السباحة ، مغمور بالكامل في الماء. يتكون نظام تبديد الحرارة المتبقي من نظامين منفعلين مستقلين.


أنظمة إزالة الحرارة المخططة والطارئة.

في نهاية عام 2016 ، قدمت الشركة طلبًا للحصول على ترخيص مع المنظم الأمريكي. هذا هو أول تطبيق ترخيص SMR في الولايات المتحدة. هذه الحقيقة تعني أنه في هذه المرحلة يكاد يكون المشروع قد اكتمل ، ولديه القدرة على أن يصبح منتجًا حقيقيًا وقابلًا للتسويق.

2) CAREM-25 (CNEA ، الأرجنتين)

ربما لم يتوقع القارئ رؤية هذا البلد في أفضل مطوري MMP ، لكن الأرجنتين هي الآن الأقرب من تشغيل مفاعل نموذجي بقدرة 25 ميجاوات.

CAREM-25 هو نوع لا يتجزأ من PWR ، بدأ بناءه في عام 2014 بالقرب من Atucha NPP. من المثير للدهشة أن هذه تقنية أرجنتينية ، ومن المقرر أن يتم استلام 70 ٪ من المعدات والمواد من الشركات المصنعة المحلية.

تم تطوير المشروع كمصدر للطاقة لإمدادات الطاقة للمناطق ذات الاستهلاك المنخفض. يمكن استخدامه أيضًا لتشغيل محطة تحلية المياه.


وعاء المفاعل وأنظمة السلامة الأساسية.

يقع المحرك الأساسي والهيدروليكي للهيئات التنظيمية ، واثني عشر مولدات بخارية عمودية للأنابيب المستقيمة (مع ارتفاع درجة حرارة البخار) في مبيت واحد - وفقًا لجميع شرائع الوحدات النمطية. في الدائرة الأولى - الدورة الطبيعية. يبلغ قطر وعاء المفاعل 3.2 متر وارتفاع 11 متر. يتكون القلب من 61 علبة وقود سداسية عشرية (!).



مفاعل الوقود FA CAREM-25.

يحتوي CAREM-25 على أنظمة أمان نشطة سلبية وبسيطة. ينص المشروع على أنه في حالة وقوع حادث شديد ، يظل القلب سليمًا لمدة 36 ساعة دون إجراء من المشغل وبدون مصدر طاقة خارجي. معدل الضرر الأساسي المتوقع (CPAP) هو مفاعل 10E-07 / سنة.

يتم إيقاف تفاعل سلسلة الانشطار باستخدام نظامين مستقلين - قضبان CPS ونظام حقن ماء البورون. في ظل ظروف التشغيل العادية ، لا يتم استخدام البورون.

تتم إزالة الطاقة المتبقية من خلال نظام PRHRS السلبي. يعمل على مبدأ المكثف التكنولوجي (مكثف العزل). توجد مكثفات PRHRS في حوض السباحة في الجزء العلوي من الاحتواء. يوفر النظام إزالة الحرارة من القلب لمدة 36 ساعة.



مكثف العملية ونظام تجمع PRHRS.

يوفر المشروع أيضًا نظامًا طارئًا سلبيًا لصب الماء في قلب EIS إذا انخفض الضغط في الجسم إلى ما دون نقطة 1.5 ميجا باسكال - عند هذا الضغط ينكسر حاجز الأمان ويتم سكب الماء الممل في الجسم من خزان EIS. بطريقة بسيطة - القدرة الهيدروليكية لل ECCS.

من المقرر أن يتم التنزيل الأول في 2018.

هناك الكثير من الأسئلة لهذا المشروع. على سبيل المثال ، موثوقية 12 مولدات بخارية داخلية ، وإمكانية الفحص والإصلاح.


وسيبدو بناء وحدة الطاقة من الخارج.

في الختام ، تجدر الإشارة إلى أن المفاعلات الصغيرة سوف "تعيد شحن محرك" ذرة سلمية وتعطي الصناعة قوة جديدة ، وطاقة أقل ، مما يعني وقت بناء أقصر ، سيقلل من تكلفة التوليد ومحاربة الشعبية المتزايدة لمصادر الطاقة المتجددة.

في نهاية عام 2016 ، تم إنشاء كونسورتيوم لتنفيذ الهدف الاستراتيجي لبدء التشغيل التجاري للمفاعلات الصغيرة في منتصف 2020s. وهي تشمل الشركات التالية: AREVA و Bechtel و BWXT و Dominion و Duke Energy و Energy Northwest و Fluor و Holtec International و NuScale Power و Ontario Power Generation و PSEG و TVA و Utah Associated Power Systems Systems Systems. كما ترون ، هناك العديد من اللاعبين الأقوياء.

لذا فمن السابق لأوانه الحديث عن مستقبل مشرق ، لكن الديناميكيات الإيجابية لا تزال مرئية.