Усовершенствованный реактор с газовым охлаждением - Википедия - Advanced Gas-cooled Reactor

Электростанция AGR в г. Торнесс

An Усовершенствованный реактор с газовым охлаждением (AGR) является разновидностью ядерный реактор разработан и эксплуатируется в Соединенном Королевстве. Эти второе поколение британских газоохлаждаемых реакторов с использованием графит как замедлитель нейтронов и углекислый газ как охлаждающая жидкость. Они были основой британского флота ядерной генерации с 1980-х годов.

AGR был разработан на основе Магнокс реактор, британский реактор первого поколения. Первая конструкция Magnox была оптимизирована для создания плутоний,[1] и по этой причине его характеристики были не самыми экономичными для производства электроэнергии. Основным среди них было требование работать на природный уран, для чего требовалась охлаждающая жидкость с низким нейтронное сечение, в этом случае углекислый газ, и эффективный замедлитель нейтронов; графит. Конструкция Magnox также работала при относительно низких температурах газа по сравнению с другими конструкциями, производящими энергию, что приводило к менее эффективным условиям пара.

Конструкция AGR сохранила графитовый замедлитель Magnox и охлаждающую жидкость на основе диоксида углерода, но увеличила рабочую температуру охлаждающего газа для улучшения условий пара. Они были сделаны так же, как и на угольной электростанции, что позволило использовать ту же конструкцию турбин и генерирующего оборудования. На начальных этапах проектирования было обнаружено, что необходимо заменить оболочку твэла. бериллий к нержавеющая сталь. Однако сталь имеет более высокую нейтронное сечение и это изменение потребовало использования обогащенный уран топливо для компенсации. Это изменение привело к увеличению сжечь из 18 000 МВтт -дней на тонну топлива, требующих менее частой дозаправки.

Опытный образец AGR вступил в строй в г. Windscale в 1962 г.,[2] но первый коммерческий AGR не был запущен до 1976 года. В период с 1976 по 1988 год было построено в общей сложности четырнадцать реакторов AGR на шести площадках. Все они сконфигурированы с двумя реакторами в одном здании, и каждый реактор имеет расчетную тепловую мощность. мощность 1500 МВтт за рулем 660 МВте комплект турбина-генератор. Различные станции AGR производят мощность в диапазоне от 555 МВт до 670 МВт, хотя некоторые из них работают с мощностью ниже проектной из-за эксплуатационных ограничений.[3]

Дизайн AGR

Принципиальная схема усовершенствованного реактора с газовым охлаждением. Обратите внимание, что теплообменник находится в комбинированном сосуде под давлением из стали, железобетона и радиационном экране.
  1. Зарядные трубки
  2. Стержни управления
  3. Графитовый замедлитель
  4. Топливные сборки
  5. Бетонный сосуд высокого давления и радиационная защита
  6. Циркуляционный насос
  7. Вода
  8. Циркуляционный насос
  9. Теплообменник
  10. Пар
Размер реактора AGR по сравнению с другими технологиями

Конструкция СМ была такова, что конечные условия пара на котел запорного клапана были идентичны тем, что у обычных угольных электростанций, таким образом, может быть использован тот же дизайн турбогенератора завода. Средняя температура горячего теплоносителя, покидающего активную зону реактора, была рассчитана на 648 ° C. Чтобы получить такие высокие температуры, но при этом обеспечить полезный срок службы графитового сердечника (графит легко окисляется в CO2 при высокой температуре) для охлаждения графита используется возвратный поток хладагента при более низкой температуре на выходе из котла 278 ° C, обеспечивая графитовый сердечник температуры не слишком сильно отличаются от наблюдаемых в Магнокс станция. Температура и давление на выходе пароперегревателя были рассчитаны на 2485psi (170 бар) и 543 ° C.

Топливо диоксид урана окатыши с обогащением 2,5-3,5% в трубках из нержавеющей стали. Первоначальная концепция дизайна AGR заключалась в использовании бериллий на основе облицовки. Когда это оказалось непригодным из-за хрупкого разрушения,[4] уровень обогащения топлива был повышен, чтобы учесть более высокие потери захвата нейтронов нержавеющая сталь облицовка. Это значительно увеличило стоимость электроэнергии, производимой AGR. Охлаждающая жидкость из диоксида углерода циркулирует через активную зону, достигая 640 ° C (1184 ° F) и давления около 40 бар (580 фунтов на квадратный дюйм), а затем проходит через агрегаты котла (парогенератора) вне активной зоны, но все еще внутри стальной футеровки. , сосуд под давлением железобетонный. Управляющие стержни проникают через графитовый замедлитель, а вторичная система включает нагнетание азот в теплоноситель для поглощения тепловых нейтронов, чтобы остановить процесс деления, если регулирующие стержни не войдут в активную зону. Система третичного останова, работающая путем впрыска бор шарики в реактор включаются в случае, если в реакторе необходимо сбросить давление с недостаточным опусканием регулирующих стержней. Это означало бы, что давление азота невозможно поддерживать.[5][6]

AGR был разработан, чтобы иметь высокий тепловой КПД (соотношение выработки электроэнергии / тепла) около 41%, что лучше, чем у современных реакторы с водой под давлением которые имеют типичный тепловой КПД 34%.[7] Это связано с более высокой температурой теплоносителя на выходе, примерно 640 ° C (1184 ° F), практически с газовым охлаждением, по сравнению с примерно 325 ° C (617 ° F) для PWR. Однако активная зона реактора должна быть больше при той же мощности. мощности, а степень выгорания топлива на выпуске ниже, поэтому топливо используется менее эффективно, что противоречит преимуществу теплового КПД.[8]

Как Магнокс, КАНДУ и РБМК реакторов, и в отличие от легководные реакторы, AGR предназначены для дозаправки топливом без предварительного отключения (см. Онлайн заправка ). Эта перегрузка топлива под нагрузкой была важной частью экономического обоснования выбора AGR над другими типами реакторов, и в 1965 г. Центральное генерирующее управление (CEGB) и правительство, чтобы заявить, что AGR будет производить электроэнергию дешевле, чем лучшие угольные электростанции. Однако проблемы с вибрацией тепловыделяющих сборок возникли во время перегрузки топлива под нагрузкой на полной мощности, поэтому в 1988 году перегрузка на полной мощности была приостановлена ​​до середины 1990-х годов, когда дальнейшие испытания привели к застреванию тепловыделяющего стержня в активной зоне реактора. В настоящее время на AGR осуществляется заправка только при частичной нагрузке или при остановке.[9]

Корпус высокого давления из предварительно напряженного бетона содержит активную зону реактора и котлы. Чтобы свести к минимуму количество проникновений в резервуар (и, таким образом, уменьшить количество возможных участков прорыва), котлы имеют прямоточную конструкцию, в которой все кипение и перегрев осуществляется внутри котельных труб. Это требует использования сверхчистой воды для сведения к минимуму накопления солей в испарителе и последующих проблем с коррозией.

AGR был задуман как превосходная британская альтернатива американским легководным реакторам. Его продвигали как развитие операционной (если не экономически) успешной конструкции Magnox, и он был выбран из множества конкурирующих британских альтернатив - гелиевое охлаждение. Высокотемпературный реактор, то Парогенераторный реактор на тяжелой воде и Реактор-размножитель на быстрых нейтронах - а также американские легководные реакторы высокого давления и кипящей воды (PWR и BWR) и канадские конструкции CANDU. CEGB провела подробную экономическую оценку конкурирующих проектов и пришла к выводу, что AGR предложила для Dungeness B будет производить самую дешевую электроэнергию, более дешевую, чем любой из конкурирующих проектов и лучшие угольные станции.

История

На дизайн AGR возлагались большие надежды.[10]Амбициозная программа строительства пяти двухреакторных станций, Dungeness B, Хинкли Пойнт B, Хантерстон Б, Хартлпул и Heysham была быстро развернута, и с нетерпением ожидались экспортные заказы. Однако конструкция AGR оказалась слишком сложной, и ее трудно было построить на месте. Общеизвестно плохие трудовые отношения в то время усугубляли проблемы. Головная станция, Dungeness B, была заказана в 1965 году с установленной датой завершения в 1970 году. После проблем почти со всеми аспектами конструкции реактора она наконец начала вырабатывать электроэнергию в 1983 году, с 13-летним опозданием.[10] Следующие конструкции реакторов в Хинкли-Пойнт и Хантерстон значительно улучшили первоначальную конструкцию и действительно были введены в эксплуатацию раньше, чем в Дандженессе. Следующий проект AGR в Heysham 1 и Hartlepool был направлен на снижение общей стоимости проектирования за счет уменьшения занимаемой площади станции и количества вспомогательных систем. Последние два AGR на Торнессе и Хейшеме 2 вернулись к модифицированной конструкции Хинкли и оказались наиболее успешными исполнителями во всем парке.[11] Бывший советник казначейства по экономическим вопросам, Дэвид Хендерсон, охарактеризовал программу AGR как одну из двух самых дорогостоящих ошибок проекта, спонсируемого правительством Великобритании, наряду с Конкорд.[12]

Когда правительство начало приватизация электроэнергетики В 1980-х годах анализ затрат для потенциальных инвесторов показал, что истинные эксплуатационные расходы были скрыты в течение многих лет. Затраты на вывод из эксплуатации были значительно недооценены. Эта неопределенность заставила атомную энергетику исключено из приватизации в это время.[10]

Малогабаритный прототип AGR на Селлафилд (Windscale) был выведен из эксплуатации в 2010 году - активная зона и сосуд высокого давления выведены из эксплуатации, остается видимым только здание «Мяч для гольфа». Этот проект также был исследованием того, что требуется для безопасного вывода из эксплуатации ядерного реактора.

В октябре 2016 года было объявлено, что сверхсочлененные тяги управления будут установлены на Хантерстон Б и Хинкли Пойнт B из-за опасений по поводу устойчивости реакторов. графит ядра. В Управление ядерного регулирования (ONR) выразила обеспокоенность по поводу количества трещин в шпоночных пазах, которые скрепляют графитовые блоки в сердечнике. Необычное событие, такое как землетрясение, может дестабилизировать графит, так что обычные управляющие стержни, отключающие реактор, не могут быть вставлены. Регулирующие стержни с суперсочленением должны быть вставлены даже в дестабилизированный сердечник.[13]В начале 2018 года в реакторе Hunterston B Reactor 3 во время планового отключения наблюдалось несколько более высокое количество новых трещин в корнях шпоночных пазов, чем было смоделировано, и в мае 2018 года EDF объявила, что отключение будет продлено для дальнейшего исследования, анализа и моделирования.[14]

В 2018 году проверки по заказу УНР на Dungeness B показал, что сейсмические ограждения, трубопроводы и резервуары для хранения «разъедены до неприемлемого состояния», и это было состояние, когда реактор работал. ONR классифицировал это как инцидент уровня 2 на Международная шкала ядерных событий.[15]

Текущие реакторы AGR

По состоянию на 22 мая 2010 г., в Соединенном Королевстве семь атомных электростанций с двумя действующими АГР,[16] принадлежит и управляется EDF Energy:

AGR Power
Станция		Сеть
МВт		Строительство
началось		Связаны
к сетке		Коммерческий
операция		Бухгалтерский учет
дата закрытия
Dungeness B11101965198319852028
Хартлпул12101968198319892024
Хейшем 111501970198319892024
Хейшем 212501980198819892030
Хинкли Пойнт B12201967197619762023
Хантерстон Б11901967197619762023
Торнесс12501980198819882030

В 2005 году British Energy объявила о продлении срока эксплуатации станции Dungeness B на 10 лет, в результате чего станция продолжит работу до 2018 года.[17] а в 2007 году объявили о 5-летнем продлении срока службы Hinkley Point B и Hunterston B до 2016 года.[18] Вопрос о продлении срока жизни в других СМА будет рассматриваться как минимум за три года до их запланированных дат закрытия.

С 2006 года Hinkley Point B и Hunterston B были ограничены примерно 70% нормальной мощности в МВт из-за проблем, связанных с котлами, требующих, чтобы они работали при пониженных температурах котла.[18] В 2013 году мощность этих двух станций увеличилась примерно до 80% от нормальной в результате некоторых модификаций станции.[19]

В 2006 году AGR попали в известность, когда были получены документы в рамках Закон о свободе информации 2000 года к Хранитель который утверждал, что Бритиш Энерджи не знали о степени растрескивания графитовых кирпичей в активной зоне их 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 проверялись каждые три года в рамках «установленных законом отключений».[20]

Две электростанции с четырьмя ГРМ на Heysham

17 декабря 2010 года EDF Energy объявила о продлении срока службы Heysham 1 и Hartlepool на 5 лет, чтобы обеспечить дальнейшее производство до 2019 года.[21]

В феврале 2012 года EDF объявила, что ожидает продления срока службы в среднем на 7 лет для всех AGR, включая недавно продленные Heysham 1 и Hartlepool. Эти продления жизни подлежат подробному рассмотрению и утверждению и не включены в приведенную выше таблицу.[22][23]

4 декабря 2012 года EDF объявила, что Hinkley Point B и Hunterston B продлили срок службы на 7 лет, с 2016 по 2023 год.[24]

5 ноября 2013 года EDF объявила, что Хартлпул продлил жизнь на 5 лет с 2019 по 2024 год.[25]

В 2013 году в ходе регулярной проверки в одном из восьми гондольных котлов реактора Хейшема А1 был обнаружен дефект. Реактор возобновил работу на более низком уровне мощности с отключенным контейнерным котлом до июня 2014 года, когда более подробные проверки подтвердили наличие трещины в хребте котла. В качестве меры предосторожности Heysham A2 и родственная станция Hartlepool также были закрыты на восьминедельную проверку.[26][27]

В октябре 2014 года на реакторе Hunterston B была обнаружена трещина нового типа в блоках графитового замедлителя. Эта трещина корня шпоночного паза ранее предполагалась, но не наблюдалась. Существование трещин такого типа не влияет сразу на безопасность реактора - однако, если количество трещин превысит пороговое значение, реактор будет выведен из эксплуатации, поскольку трещины не могут быть отремонтированы.[28][29]

В январе 2015 года Dungeness B был продлен на десять лет с обновлением компьютерных систем диспетчерской и улучшенной защитой от наводнений, в результате чего дата закрытия бухгалтерского учета перенесена на 2028 год.[30]

В феврале 2016 года EDF продлила срок эксплуатации четырех из восьми своих атомных электростанций в Великобритании. Хейшем 1 и Хартлпул продлили срок своей жизни на пять лет до 2024 года, а Хейшем 2 и Торнесс перенесли сроки закрытия на семь лет до 2030 года.[31]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Гилберт, Ричард Дж .; Кан, Эдвард П. (18 января 2007 г.). Международные сравнения регулирования электроэнергетики. Издательство Кембриджского университета. п. 47. ISBN  9780521030779. Получено 6 октября 2017.
  2. ^ История усовершенствованного реактора Windscale с газовым охлаждением В архиве 1 октября 2011 г. Wayback Machine, Sellafield Ltd.
  3. ^ Джон Брайерс, Саймон Эшмид (17 февраля 2016 г.). «Подготовка к будущим работам по выгрузке топлива и выводу из эксплуатации парка усовершенствованных реакторов с газовым охлаждением, принадлежащего Великобритании EDF Energy» (PDF). PREDEC 2016. Агентство по ядерной энергии ОЭСР. Получено 18 августа 2017.
  4. ^ Мюррей, П. (1981). «Разработки оксидного топлива в Харвелле». Журнал ядерных материалов. 100 (1–3): 67–71. Bibcode:1981JNuM..100 ... 67M. Дои:10.1016/0022-3115(81)90521-3.
  5. ^ Небелевский, Эрик (ноябрь 1996 г.). Описание усовершенствованного реактора с газовым охлаждением (AGR) (PDF) (Отчет). Северные исследования ядерной безопасности. NKS / RAK2 (96) TR-C2.[страница нужна ]
  6. ^ "Nuclear_Graphite_Course-B - Проектирование графитового ядра AGR и другие" (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 17 июля 2011 г.[требуется полная цитата ]
  7. ^ Шултис, Дж. Кеннет; Ричард Э. Фау (2002). Основы ядерной науки и техники. Марсель Деккер. ISBN  0-8247-0834-2.[страница нужна ]
  8. ^ https://web.archive.org/web/20041228121556/http://www.royalsoc.ac.uk/downloaddoc.asp?id=1221
  9. ^ https://web.archive.org/web/20051015031955/http://www.greenpeace.org/raw/content/international/press/reports/nuclearreactorhazards.pdf
  10. ^ а б c Оуэн, Джеффри (7 марта 2016 г.). Рецензия на книгу: «Падение и подъем атомной энергетики в Великобритании»'". Financial Times. Получено 16 марта 2016.
  11. ^ С. Х. Уирн, Р. Х. Берд (декабрь 2016 г.). «Опыт Великобритании в области проектирования консорциумов для атомных электростанций» (PDF). Ядерный институт Далтона, Манчестерский университет. Архивировано из оригинал (PDF) 26 марта 2017 г.. Получено 25 марта 2017.
  12. ^ Хендерсон, Дэвид (21 июня 2013 г.). "Чем больше вещей меняется ..." Nuclear Engineering International. Получено 2 июля 2013.
  13. ^ «Обоснование проблем безопасности трещин ядерного реактора»'". Новости BBC. 31 октября 2016 г.. Получено 31 октября 2016.
  14. ^ «Новые трещины задерживают перезапуск реактора Хантерстон Б». Мировые ядерные новости. 3 мая 2018. Получено 6 мая 2018.
  15. ^ «Степень коррозии Dungeness B оценена на уровне 2 INES». Nuclear Engineering International. 24 января 2019 г.. Получено 30 января 2019.
  16. ^ «Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии: ядерные реакторы». База данных PRIS. Международное агентство по атомной энергии. 22 мая 2010. Архивировано с оригинал 28 июня 2011 г.. Получено 22 мая 2010.
  17. ^ «Продление срока эксплуатации на 10 лет на атомной электростанции Dungeness B». Бритиш Энерджи. 15 сентября 2005 г. Архивировано с оригинал 22 марта 2006 г.. Получено 19 июн 2008. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  18. ^ а б «Продление срока службы электростанций Hinkley Point B и Hunterston B». Бритиш Энерджи. 11 декабря 2007. Архивировано с оригинал 1 октября 2018 г.. Получено 19 июн 2008. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  19. ^ «Хинкли Пойнт Б и Хантерстон Б возвращаются к 80% нагрузке». Nuclear Engineering International. 1 июля 2013 г.. Получено 2 июля 2013.
  20. ^ "BBC NEWS - Великобритания - опасения по поводу взлома реактора уменьшены". news.bbc.co.uk.
  21. ^ «EDF продлит срок службы британских атомных станций». Ассошиэйтед Пресс. Yahoo. 17 декабря 2010 г.. Получено 11 апреля 2011.[постоянная мертвая ссылка ]
  22. ^ «EDF планирует продление срока службы британских AGR». Nuclear Engineering International. 20 февраля 2012 г. Архивировано с оригинал 13 октября 2013 г.. Получено 16 мая 2012.
  23. ^ «Дусан Бэбкок подписывает сделку с EDF о расширении атомных станций». BBC. 19 февраля 2014 г.. Получено 19 февраля 2014.
  24. ^ «EDF продлевает срок службы двух атомных станций». Независимый. 4 декабря 2012 г.. Получено 14 августа 2013.
  25. ^ «Электростанция Хартлпул будет открыта до 2024 года». BBC. 5 ноября 2013 г.. Получено 19 февраля 2014.
  26. ^ «EDF Energy закрывает Heysham A1 & 2 и Hartlepool для проверки стручкового котла». Nuclear Engineering International. 11 августа 2014 г.. Получено 14 августа 2014.
  27. ^ «Регулирующий орган Великобритании поддерживает EDF Energy при проверках реакторов». Мировые ядерные новости. 13 августа 2014 г.. Получено 14 августа 2014.
  28. ^ Брумби, Роб. «Новые трещины в реакторе Хантерстона». Новости BBC. Британская радиовещательная корпорация. Получено 6 октября 2014.
  29. ^ «Сохраняются опасения по поводу безопасности крекинга внутри реактора в Шотландии: эксперт по ядерной безопасности». РИА Новости. 7 октября 2014 г.. Получено 10 октября 2014.
  30. ^ «Атомная станция Великобритании продлена на десять лет». Мировые ядерные новости. 20 января 2015 г.. Получено 21 января 2015.
  31. ^ Мойлан, Джон (2016). «EDF сохранит открытыми четыре АЭС Великобритании на долгие годы». BBC.

внешняя ссылка