आधुनिक बिजली रिएक्टर संयंत्रों के विकल्प के रूप में छोटे रिएक्टर

छोटे मॉड्यूलर रिएक्टर परमाणु ऊर्जा और रिएक्टर प्रौद्योगिकियों के विकास के लिए सबसे लोकप्रिय क्षेत्रों में से एक हैं।

70 वर्षों के अस्तित्व के लिए, परमाणु ऊर्जा रिएक्टरों ने बिजली उत्पादन के वैश्विक संतुलन में एक मजबूत स्थिति ले ली है। उनकी क्षमता कुछ मेगावाट से बढ़कर लगभग दो गीगावाट हो गई (हालांकि बड़ी परियोजनाएं थीं)।

एक आधुनिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र न केवल एक बिजली इकाई है जहां एक रिएक्टर इंस्टॉलेशन और एक टर्बोगेनेरेटर मौजूद हैं। यह कार्यशालाओं और उद्योगों का एक केंद्रित समूह है जो उचित स्तर पर ऐसी शक्तिशाली इकाई के संचालन को सुनिश्चित करने का काम करता है। इसके बारे में सोचें: किसी भी परमाणु ऊर्जा संयंत्र में न केवल बड़ी संख्या में सुरक्षा प्रणालियाँ होती हैं (जो, वैसे, अतिरेक के सिद्धांत का पालन करती हैं), बल्कि इन सुरक्षा प्रणालियों को सुनिश्चित करने और उनका समर्थन करने के लिए प्रणालियाँ भी हैं। मैं सामान्य ऑपरेशन के लिए सिस्टम की संख्या और विविधता के बारे में चुप हूं।

ऐसी सुविधाओं में कर्मियों की संख्या प्रति यूनिट लगभग 1,000 लोगों की औसत है। और अगर एनपीपी साइट पर अतिरिक्त उत्पादन सुविधाएं मौजूद हो सकती हैं, उदाहरण के लिए, एक आरडब्ल्यू रिप्रोसेसिंग कॉम्प्लेक्स, एक अलग खर्च ईंधन भंडारण सुविधा या यहां तक ​​कि एक अलवणीकरण स्टेशन भी, तो कर्मियों की संख्या केवल बढ़ेगी।


ब्रूस एनपीपी (कनाडा) - 6,232 मेगावाट (ई)। फोटो में भारी पानी के उत्पादन के लिए कार्यशाला को दिखाया गया है।

ऐसा लगता है कि यदि स्टेशन आर्थिक रूप से व्यवहार्य है और बड़ी मात्रा में बिजली उत्पन्न करता है, तो पकड़ क्या है?

बड़े औद्योगिक परिसरों के रूप में आधुनिक परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में महत्वपूर्ण कमियां हैं। सबसे पहले, इस तरह के एक परिसर के निर्माण के लिए यह एक बड़ी लागत है। उदाहरण के लिए, ओल्किलुओटो एनपीपी की बिजली इकाई नंबर 3 की निर्माण लागत 3 से 8.5 बिलियन डॉलर में बदल गई (यह इस तथ्य पर विचार करने योग्य है कि स्टेशन पर कुछ सहायक कार्यशालाएं और योग्य कर्मचारी पहले से मौजूद हैं)। तुलना के लिए, एलएचसी की लागत 6 बिलियन डॉलर थी।

ऐसे दिग्गजों के संचालन और रखरखाव के लिए न केवल एक संचालन संगठन की आवश्यकता होती है, बल्कि एक पर्यवेक्षक, संचालन और सुरक्षा का समर्थन करने के लिए बड़ी संख्या में संस्थान और अनुसंधान केंद्र भी होते हैं।

कम ऊर्जा खपत वाले देशों में, आधुनिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र आर्थिक रूप से नुकसानदेह होंगे। मुझे लगता है कि पाठक कल्पना कर सकते हैं कि परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के मालिकों को उनके उपयोगी जीवन के अंत के बाद कितनी लागत का इंतजार है, जब संयंत्र को परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में बिजली उत्पादन से कचरे को इकट्ठा करने, रीसायकल करने और पैक करने की आवश्यकता होती है। अनुभव से पता चला है कि बड़े परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का आम तौर पर क्षय करना काफी पिछड़ गया है।

एक और वास्तविकता

बड़े बिजली संयंत्रों के समानांतर, सैन्य कार्यक्रमों के लिए दर्जनों प्रतिष्ठानों को विकसित किया गया था, उदाहरण के लिए, पनडुब्बी रिएक्टर (190 मेगावाट तक) और अनुसंधान रिएक्टर। यह सब भविष्य में छोटे रिएक्टरों के विकास के लिए प्रेरणा देता है।

तो यह क्या है? IAEA परिभाषा में, "छोटा" - 300 मेगावाट तक की विद्युत क्षमता वाले रिएक्टर, "मध्यम" - 700 मेगावाट तक। फिर भी, "एसएमआर" को अक्सर "छोटे मॉड्यूलर रिएक्टर" के लिए एक संक्षिप्त रूप के रूप में उपयोग किया जाता है, जिसका उद्देश्य धारावाहिक निर्माण के लिए होता है, इसके भारी कमरे और बाड़ों के साथ "परमाणु द्वीप" के जटिल डिजाइन के विकल्प के रूप में।

- छोटे मॉड्यूलर रिएक्टर - पौधों को एकीकृत प्रौद्योगिकियों (एक आवरण में पंपों के साथ (या बिना) और स्टीम जनरेटर के साथ रिएक्टर) का उपयोग करके विकसित किया गया है, जो पौधों पर निर्मित होने की योजना है, धारावाहिक उत्पादन के सभी आर्थिक लाभों का उपयोग करते हुए। वे एक दूसरे के स्वतंत्र रूप से या एक बड़े परिसर में मॉड्यूल के रूप में निर्मित किए जा सकते हैं, धीरे-धीरे आवश्यक शक्ति के अतिरिक्त के साथ।

छोटे रिएक्टर कहीं भी और कभी भी स्थित हो सकते हैं।


फ्लेक्सब्ले प्रोजेक्ट पानी के नीचे स्थित एक ऊर्जा मॉड्यूल है।



रूसी सैन्य विदेशी - अवधारणा।

अधिकांश एमएमपी, जब बड़े रिएक्टरों की तुलना में कम रखरखाव होते हैं। विशेष रूप से, ऐसे रिएक्टरों के डिजाइन ईंधन अधिभार (बड़ी बिजली इकाइयों में 2 से 10 साल बनाम 12-24 महीने तक) या पूरे जीवन चक्र के लिए सामान्य रूप से ईंधन बिछाने के बीच एक लंबे अंतराल का सुझाव देते हैं - इसके लिए समय-समय पर (10 या अधिक वर्षों में एक बार) आवश्यक है कॉम्पैक्ट रिएक्टर मॉड्यूल की जगह।

मुख्य लाभ:

1. रिएक्टर इंस्टॉलेशन की कम विशिष्ट शक्ति एक प्राथमिकता इसे ऊर्जा की तीव्रता (कम शक्ति - बंद होने के बाद कम अवशिष्ट गर्मी) के दृष्टिकोण से सुरक्षित बनाती है। बैकएंड के दृष्टिकोण से, संचित रेडियोधर्मी कचरे की अपेक्षाकृत कम मात्रा।
2. इस प्रकार की विद्युत इकाइयाँ आस-पास के ठंडे पानी की बड़ी मात्रा में आकर्षित करने की क्षमता पर कम निर्भर हैं। इस प्रकार, वे ग्रह के दूरस्थ कोनों (और न केवल ) में काम करने के लिए उत्कृष्ट हैं, उदाहरण के लिए, खनन के लिए ऊर्जा पैदा करना।
3. पर्याप्त संख्या में निष्क्रिय सुरक्षा प्रणालियों की उपस्थिति। एक अच्छे तरीके से (सिद्धांत रूप में), ये सिस्टम मुख्य आपातकालीन समस्या को हल करते हैं - दुर्घटना की स्थिति में अंतिम ताप उपभोक्ता का नुकसान। वास्तव में, सिस्टम निष्क्रिय होते हुए भी, उन्हें निरंतर पर्यवेक्षण और रखरखाव की आवश्यकता होती है। लेकिन यह एक सामान्य स्थिति में छोटे स्विचगियर की महान स्थिरता को पहचानने के लायक है - शक्ति का एक पूर्ण नुकसान।
4. तकनीकी रूप से जटिल निर्माण और स्थापना कार्यों को न्यूनतम करना, संभावित स्थान के क्षेत्रों की बारीकियों को ध्यान में रखना। सेवा की न्यूनतम राशि। आवश्यक फील्ड स्टाफ की संख्या कम करना।
5. इन बिजली इकाइयों के विघटन को काफी सरल बनाने की संभावना है।

कार्यान्वयन की एक करीबी संभावना वाले छोटे रिएक्टर (10 - 15 वर्ष) पोत रिएक्टरों के निम्न प्रकार के होते हैं: पीडब्ल्यूआर (दबावयुक्त पानी-दबाव), तेज न्यूट्रॉन रिएक्टर, या उच्च तापमान रिएक्टर (मुख्य रूप से गैस कूलेंट के साथ)।


बाएं से दाएं: 1 - वेस्टिंगहाउस एसएमआर। 2 - हीलियम एचटीएमआर -100। 3 - तेजी से PRISM।

चूंकि अधिकांश एमएमपी परियोजनाएं अवधारणा के स्तर पर हैं और भविष्य में महत्वपूर्ण आरएंडडी की आवश्यकता है, इसलिए मेरे कथन में विशिष्टता जोड़ने के लिए, मैं दो सबसे प्रासंगिक, तैयार-आधारित परियोजनाओं पर ध्यान केंद्रित करूंगा।

1) NuScale (NuScale Power Inc., USA)



NuScale प्लांट परियोजना, जिसे पहले MASLWR कहा जाता है, एक इकाई है जिसमें कम बिजली - 45 मेगावाट (e) पर दबावयुक्त पानी रिएक्टर होता है।

यह Idaho के राष्ट्रीय इंजीनियरिंग प्रयोगशाला और ओरेगन विश्वविद्यालय (यूएसए) द्वारा संयुक्त रूप से विकसित किया गया था। 2007 में, NuScale Power Inc. की स्थापना परियोजना के व्यवसायीकरण के लिए की गई थी। यह परियोजना 2000 से चल रही है। चूंकि यह एक मॉड्यूलर रिएक्टर है, ऐसे 12 मॉड्यूल साइट पर मानक के रूप में स्थापित हैं।


रिएक्टर बिल्डिंग। अनुभागीय दृश्य।

कोर, स्टीम जनरेटर और दबाव कम्पेसाटर एक ही पोत के भीतर स्थित हैं, कोई संचलन पंप नहीं हैं। केस का व्यास 2.9 मीटर और ऊंचाई 17.4 मीटर है।
सक्रिय क्षेत्र में ताप वाहक, ऊपर की ओर बढ़ता है, भाप जनरेटर में गर्मी छोड़ देता है, और निचले चैनलों के माध्यम से वापस लौटता है। प्राकृतिक परिसंचरण, हाँ।

कोर को ईंधन असेंबलियों से सुंदर नाम NuFuel-HTP2 के साथ तैयार किया गया है। वास्तव में, पश्चिमी PWR इकाइयों के लिए ईंधन असेंबलियों के डिजाइन में समान, डिजाइन। NRC के लिए तकनीकी असेंबली विनिर्देश यहाँ है । वे हर 24 महीने में पुनः लोड करने की योजना बनाते हैं।



NuScale रिएक्टर की ईंधन असेंबलियाँ। संयोग से, अरेवा का उत्पादन।




NuScale रिएक्टर कोर लोडिंग चार्ट।

इसी तरह की परियोजनाओं से मुख्य विशिष्ट विशेषता यह है कि रिएक्टर पोत अतिरिक्त रूप से स्टेनलेस स्टील से बने मोटी दीवार वाले धातु के बर्तन में रखा जाता है। पूरी संरचना पूल में है, पूरी तरह से पानी में डूबा हुआ है। अवशिष्ट गर्मी लंपटता प्रणाली में दो स्वतंत्र निष्क्रिय प्रणालियां होती हैं।


नियोजित और आपातकालीन ताप हटाने की प्रणाली।

2016 के अंत में, कंपनी ने अमेरिकी नियामक के साथ लाइसेंस के लिए एक आवेदन दायर किया। यह पहला यूएस SMR लाइसेंस एप्लिकेशन है। इस तथ्य का मतलब है कि इस स्तर पर परियोजना लगभग पूरी हो गई है, और एक बहुत ही वास्तविक, विपणन योग्य उत्पाद बनने की क्षमता है।

2) CAREM-25 (CNEA, अर्जेंटीना)

पाठक शायद इस देश को शीर्ष एमएमपी डेवलपर्स में देखने की उम्मीद नहीं करते थे, लेकिन अर्जेंटीना अब 25-मेगावॉट प्रदर्शन मॉड्यूलर रिएक्टर के संचालन के सबसे करीब है।

CAREM-25 PWR का एक अभिन्न प्रकार है, जिसका निर्माण 2014 में Atucha NPP के आसपास के क्षेत्र में शुरू हुआ था। यह सुखद आश्चर्य की बात है कि यह एक अर्जेंटीना तकनीक है, और 70% उपकरण और सामग्री स्थानीय निर्माताओं से प्राप्त करने की योजना है।

इस परियोजना को कम खपत वाले क्षेत्रों में बिजली की आपूर्ति के लिए एक ऊर्जा स्रोत के रूप में विकसित किया गया था। यह एक विलवणीकरण संयंत्र के संचालन के लिए भी इस्तेमाल किया जा सकता है।


रिएक्टर पोत और बुनियादी सुरक्षा प्रणाली।

नियामक निकायों के कोर, हाइड्रोलिक एक्ट्यूएटर और बारह सीधे पाइप ऊर्ध्वाधर स्टीम जनरेटर (भाप की सुपरहिटिंग के साथ) एक आवास में स्थित हैं - मॉड्यूलरिटी के सभी कैनन के अनुसार। पहले सर्किट में - प्राकृतिक परिसंचरण। रिएक्टर पोत का व्यास 3.2 मीटर और ऊंचाई 11 मीटर है। कोर 61 हेक्स (!) ईंधन कैसेट से तैयार किया गया है।



एफए ईंधन रिएक्टर CAREM-25।

CAREM-25 में निष्क्रिय और सरल सक्रिय सुरक्षा प्रणालियाँ हैं। परियोजना बताती है कि एक गंभीर दुर्घटना में, ऑपरेटर की कार्रवाई के बिना और बाहरी बिजली की आपूर्ति के बिना कोर 36 घंटे तक बरकरार रहता है। अपेक्षित कोर क्षति दर (CPAP) 10E-07 रिएक्टर / वर्ष है।

दो स्वतंत्र प्रणालियों - सीपीएस छड़ और एक बोरान-पानी इंजेक्शन प्रणाली का उपयोग करके विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया बंद कर दी जाती है। सामान्य परिचालन स्थितियों के तहत, बोरान का उपयोग नहीं किया जाता है।

अवशिष्ट ऊर्जा निष्क्रिय PRHRS प्रणाली द्वारा हटा दी जाती है। यह एक तकनीकी कंडेनसर (आइसोलेशन कंडेनसर) के सिद्धांत पर काम करता है। PRHRS कैपेसिटर, पूल के शीर्ष पर स्थित होते हैं। सिस्टम 36 घंटे के लिए कोर से गर्मी हटाने प्रदान करता है।



प्रक्रिया कंडेनसर और पूल प्रणाली PRHRS।

ईआईएस कोर में पानी डालने के लिए परियोजना एक निष्क्रिय आपातकालीन प्रणाली भी प्रदान करती है यदि शरीर में दबाव 1.5 एमपीए के सेटपॉइंट से नीचे चला जाता है - इस दबाव में सुरक्षा डायफ्राम टूट जाता है और बोरेड पानी ईआईएस टैंक से शरीर में डाला जाता है। एक सरल तरीके से - ECCS की हाइड्रोलिक क्षमता।

पहला डाउनलोड 2018 के लिए निर्धारित है।

इस परियोजना के लिए बहुत सारे प्रश्न हैं। उदाहरण के लिए, 12 आंतरिक भाप जनरेटर की विश्वसनीयता, निरीक्षण और मरम्मत की संभावना।


और यह बाहर से बिजली इकाई के निर्माण की तरह दिखेगा।

निष्कर्ष के रूप में, यह ध्यान देने योग्य है कि छोटे रिएक्टर एक शांतिपूर्ण परमाणु के "मोटर को रिचार्ज" करेंगे और उद्योग को नई ताकत देंगे, और कम शक्ति, जिसका अर्थ है कम निर्माण समय, पीढ़ी की लागत को कम करेगा और अक्षय ऊर्जा स्रोतों की बढ़ती लोकप्रियता के खिलाफ लड़ाई होगी।

2016 के अंत में, 2020 के मध्य में छोटे रिएक्टरों के वाणिज्यिक संचालन शुरू करने के रणनीतिक उद्देश्य को लागू करने के लिए एक कंसोर्टियम बनाया गया था। इसमें निम्नलिखित कंपनियां शामिल हैं: अरेवा, बीचटेल, बीडब्ल्यूएक्सटी, डोमिनियन, ड्यूक एनर्जी, एनर्जी नॉर्थवेस्ट, फ्लोरर, होलटेक इंटरनेशनल, नूसेल पावर, ओंटारियो पावर जनरेशन, पीएसईजी, टीवीए और यूटा एसोसिएट म्यूनिसिपल पावर सिस्टम्स। जैसा कि आप देख सकते हैं, कई शक्तिशाली खिलाड़ी हैं।

इसलिए उज्ज्वल भविष्य के बारे में बात करना जल्दबाजी होगी, लेकिन सकारात्मक गतिशीलता अभी भी दिखाई दे रही है।