Pequenos reatores modulares são uma das áreas mais populares para o desenvolvimento de energia nuclear e tecnologias de reatores.
Por 70 anos de existência, os reatores de energia nuclear assumiram uma posição forte no balanço global da produção de eletricidade. Sua capacidade aumentou de alguns megawatts para quase dois gigawatts (embora houvesse projetos maiores).
Uma usina nuclear moderna não é apenas uma unidade de energia onde estão presentes uma instalação de reator e um turbogerador. Este é um cluster focado de oficinas e indústrias que servem para garantir a operação de uma unidade tão poderosa no nível adequado. Pense nisso: em qualquer usina nuclear, não há apenas um grande número de sistemas de segurança (que, a propósito, obedecem ao princípio de redundância), mas também sistemas para garantir e apoiar esses sistemas de segurança. Fico em silêncio quanto ao número e variedade de sistemas para operação normal.
O número de funcionários nessas instalações calcula a média de 1.000 pessoas por unidade. E se instalações de produção adicionais puderem estar presentes no local da NPP, por exemplo, um complexo de reprocessamento de RW, uma instalação separada de armazenamento de combustível irradiado ou mesmo uma estação de dessalinização, o número de pessoas aumentará apenas.
NPP de Bruce (Canadá) - 6.232 MW (e). A foto mostra a oficina para a produção de água pesada.Parece que se a estação é economicamente viável e gera uma grande quantidade de eletricidade, qual é o problema?
As usinas nucleares modernas, como grandes complexos industriais, têm desvantagens significativas. Primeiro de tudo, esse é um custo enorme para a construção de um complexo assim. Por exemplo, o custo de construção da unidade de energia nº 3 da central nuclear de Olkiluoto passou de 3 para 8,5 bilhões de dólares (vale a pena considerar o fato de que já existem algumas oficinas de apoio e pessoal qualificado na estação). Para comparação, o custo do
LHC totalizou 6 bilhões de dólares.
A operação e manutenção de tais gigantes requer não apenas uma organização operacional, mas também um supervisor, um grande número de institutos e centros de pesquisa para apoiar a operação e a segurança.
Em países com baixo consumo de energia, as modernas usinas nucleares serão economicamente desvantajosas. Penso que os leitores podem imaginar quanto custam os proprietários de usinas nucleares após o fim de sua vida útil, quando a usina precisa desmontar, reciclar e embalar os resíduos da produção de eletricidade em usinas nucleares. A experiência mostrou que o descomissionamento de grandes usinas nucleares geralmente fica para trás.
Outra realidade
Paralelamente às grandes usinas, foram desenvolvidas dezenas de instalações para programas militares, por exemplo, reatores submarinos (até 190 MW) e reatores de pesquisa. Tudo isso deu um impulso no futuro para o desenvolvimento de pequenos reatores.
Então o que é isso? Na definição da AIEA, “pequeno” - reatores com capacidade elétrica de até 300 MW, “médio” - até 700 MW. No entanto, "SMR" é mais frequentemente usado como um acrônimo para "pequeno reator modular", destinado à construção em série, como uma alternativa ao projeto complexo da "ilha atômica", com suas salas e gabinetes volumosos.
- reatores modulares pequenos - usinas desenvolvidas com tecnologias integradas (reatores com bombas (ou sem) e geradores de vapor em um único invólucro), que devem ser fabricadas nas usinas, aproveitando todas as vantagens econômicas da produção em série. Eles podem ser construídos independentemente um do outro ou na forma de módulos em um complexo maior, com a adição de energia gradualmente, conforme necessário.
Pequenos reatores podem ser localizados em qualquer lugar e a qualquer hora.
O projeto Flexblue é um módulo de energia localizado sob a água.
Exótico militar russo - conceito.A maioria das MMPs, quando comparadas aos grandes reatores, são de baixa manutenção. Em particular, os projetos desses reatores sugerem um intervalo mais longo entre sobrecargas de combustível (de 2 a 10 anos versus 12-24 meses em grandes unidades de energia) ou deposição de combustível em geral durante todo o ciclo de vida - para isso é necessário periodicamente (uma vez a cada 10 ou mais anos) substituindo o módulo do reator compacto.
Principais benefícios:
- A menor potência específica da instalação do reator a priori o torna mais seguro do ponto de vista da intensidade de energia (menor potência - menos liberação de calor residual após o desligamento). Do ponto de vista do back-end, quantidades relativamente baixas de resíduos radioativos acumulados.
- As unidades de energia desse tipo são menos dependentes da capacidade de captar grandes quantidades de água de resfriamento nas proximidades. Assim, eles são excelentes para trabalhar em cantos remotos do planeta (e não apenas ), por exemplo, gerando energia para a mineração.
- A presença de um número suficiente de sistemas de segurança passiva. De uma maneira boa (em teoria), esses sistemas resolvem o principal problema de emergência - a perda do consumidor final de calor em caso de acidente. De fato, embora os sistemas sejam passivos, eles também precisam de supervisão e manutenção constantes. Mas vale a pena reconhecer a maior estabilidade de pequenos quadros de distribuição em uma situação típica - uma perda completa da fonte de alimentação.
- Minimização de obras de construção e instalação tecnicamente complexas, levando em consideração as especificidades das regiões de possível localização. Quantidade mínima de serviço. Reduzindo o número de funcionários de campo necessários.
- A possibilidade de simplificar significativamente o descomissionamento dessas unidades de energia.
Pequenos reatores com uma perspectiva aproximada de implementação (10 - 15 anos) pertencem aos seguintes tipos de reatores de vasos: PWR (pressurizado a água pressurizada), reatores rápidos de nêutrons ou reatores de alta temperatura (principalmente com um refrigerante a gás).
Da esquerda para a direita: 1 - Westinghouse SMR. 2 - hélio HTMR-100. 3 - PRISM rápido.Como a maioria dos projetos do MMP está no nível conceitual e requer P&D significativo no futuro, para adicionar especificidade à minha narrativa, vou me concentrar em dois dos projetos prontos mais relevantes.
1) NuScale (NuScale Power Inc., EUA)
O projeto da planta NuScale, anteriormente chamado MASLWR, é uma unidade com um reator de água pressurizada em baixa potência - 45 MW (e).
Foi desenvolvido em conjunto pelo Laboratório Nacional de Engenharia de Idaho e pela Universidade de Oregon (EUA). Em 2007, a NuScale Power Inc. foi criada para comercializar o projeto. O projeto está em desenvolvimento desde 2000. Por se tratar de um reator modular, 12 desses módulos são instalados como padrão no local.
Edifício do reator. Vista em corte.O núcleo, os geradores de vapor e o compensador de pressão estão localizados no mesmo recipiente, não há bombas de circulação. O diâmetro da caixa é de 2,9 metros e uma altura de 17,4 metros.
O transportador de calor, aquecendo na zona ativa, move-se para cima, libera calor no gerador de vapor e volta pelos canais de abaixamento. Circulação natural, sim.
O núcleo é extraído de conjuntos de combustível com o belo nome NuFuel-HTP2. De fato, o design é semelhante ao dos conjuntos de combustível para as unidades PWR ocidentais. A especificação de montagem técnica para o NRC está
aqui . Eles planejam recarregar a cada 24 meses.
Conjuntos de combustível do reator NuScale. Aliás, a produção de AREVA.
Gráfico de carregamento do núcleo do reator NuScale.A principal característica distintiva de projetos semelhantes é que o vaso do reator é adicionalmente colocado em um vaso de metal de paredes grossas feito de aço inoxidável. Toda a estrutura está na piscina, completamente submersa em água. O sistema de dissipação de calor residual consiste em dois sistemas passivos independentes.
Sistemas de remoção de calor planejada e de emergência.No final de 2016, a empresa apresentou um pedido de licença ao órgão regulador dos EUA. Este é o primeiro aplicativo de licença SMR dos EUA. Esse fato significa que, nesta fase, o projeto está quase completo e tem a capacidade de se tornar um produto real e comercializável.
2) CAREM-25 (CNEA, Argentina)O leitor provavelmente não esperava ver esse país entre os principais desenvolvedores de MMP, mas a Argentina está agora mais próxima de operar um reator modular de demonstração de 25 megawatts.
O CAREM-25 é um tipo integral de PWR, cuja construção começou em 2014 nas proximidades da central nuclear de Atucha. É uma surpresa agradável que essa seja uma tecnologia argentina e que 70% dos equipamentos e materiais estejam planejados para serem recebidos de fabricantes locais.
O projeto foi desenvolvido como fonte de energia para o fornecimento de energia a regiões com baixo consumo. Também pode ser usado para a operação de uma planta de dessalinização.
Recipiente do reator e sistemas básicos de segurança.O núcleo, os atuadores hidráulicos dos órgãos reguladores e os doze geradores de vapor verticais de tubo reto (com superaquecimento de vapor) estão localizados em um alojamento - de acordo com todos os cânones da modularidade. No primeiro circuito - circulação natural. O vaso do reator tem um diâmetro de 3,2 metros e uma altura de 11 metros. O núcleo é extraído de 61 cassetes de combustível hex (!).
Reator de combustível FA CAREM-25.O CAREM-25 contém sistemas de segurança ativos simples e passivos. O projeto estipula que, em um acidente grave, o núcleo permanece intacto por 36 horas sem ação do operador e sem fonte de alimentação externa. A taxa esperada de dano do núcleo (CPAP) é de 10E-07 reator / ano.
A reação em cadeia da fissão é interrompida usando dois sistemas independentes - barras de CPS e um sistema de injeção de boro e água. Sob condições operacionais normais, o boro não é usado.
A energia residual é removida pelo sistema passivo PRHRS. Ele trabalha com o princípio de um condensador tecnológico (condensador de isolamento). Os capacitores PRHRS estão localizados na piscina, na parte superior da contenção. O sistema fornece remoção de calor do núcleo por 36 horas.
Condensador de processo e sistema de piscina PRHRS.O projeto também fornece um sistema de emergência passivo para derramar água no núcleo do EIS se a pressão no corpo cair abaixo do ponto de ajuste de 1,5 MPa - a essa pressão, o diafragma de segurança quebra e a água borada é derramada no corpo pelo tanque do EIS. De uma maneira simples - a capacidade hidráulica do ECCS.
O primeiro download está programado para 2018.
Há muitas perguntas para este projeto. Por exemplo, a confiabilidade de 12 geradores de vapor internos, a possibilidade de inspeção e reparo.
E parecerá o edifício da unidade de energia do lado de fora.Como conclusão, vale a pena notar que pequenos reatores "recarregam o motor" de um átomo pacífico e dão à indústria nova força, e menor potência, o que significa menor tempo de construção, reduzirá o custo de geração e lutará contra a crescente popularidade de fontes de energia renováveis.
No final de 2016, foi criado um consórcio para implementar o objetivo estratégico de iniciar a operação comercial de pequenos reatores em meados da década de 2020. Inclui as seguintes empresas: AREVA, Bechtel, BWXT, Domínio, Duke Energy, Energy Northwest, Fluor, Holtec International, NuScale Power, Ontario Power Generation, PSEG, TVA e Utah Associated Power Systems. Como você pode ver, existem vários jogadores poderosos.
Portanto, é muito cedo para falar sobre um futuro brilhante, mas a dinâmica positiva ainda é visível.