Internationell reaktor innovativ och säker
International Reactor Innovative and Secure (IRIS) är en Generation IV-reaktordesign gjord av ett internationellt team av företag, laboratorier och universitet och koordineras av Westinghouse . IRIS hoppas kunna öppna upp nya marknader för kärnkraft och göra en bro från Generation III-reaktor till Generation IV-reaktorteknologi . Konstruktionen är ännu inte specifik för reaktoreffekten. Speciellt har en effekt på 335 MW föreslagits, men den kan justeras så att den blir så låg som en 100 MW-enhet.
IRIS är en mindre skala design för en tryckvattenreaktor (PWR) med en integrerad reaktorkylsystemlayout, vilket innebär att ånggeneratorer, trycksättare, styrstavsdrivmekanismer och reaktorkylmedelspumpar alla är placerade i reaktorns tryckkärl. Detta gör att den har ett större tryckkärl än en vanlig PWR trots lägre effekt, storleken är mer jämförbar med den hos en ABWR .
Många av dessa designmål sammanfaller med målen för GNEP -programmet som lanserats av Bushadministrationen. Med stor internationell acceptans skulle IRIS kunna vara en mycket stor del av GNEP och tillhandahålla en anläggningstyp för användarnationer.
Bidragsgivare
Projektet har inkluderat arbetet från ett antal organisationer runt om i världen, detta är en lista över de största bidragsgivarna:
| Bidragsgivare | Land | Bidrag |
|---|---|---|
| Industri | ||
| Westinghouse | Förenta staterna | Övergripande samordning; ledande kärndesign, säkerhetsanalyser och licensiering, kommersialisering |
| BNFL | Storbritannien | Bränslecykel |
| Ansaldo Energia | Italien | Design av ånggeneratorer |
| Ansaldo Camozzi | Italien | Tillverkning av ånggeneratorer |
| ENSA | Spanien | Tryckkärl och inre delar |
| NUCLEP | Brasilien | Inneslutning |
| OKBM | Ryssland | Provning, avsaltning och fjärrvärme sam-gen |
| LABORATORIER | ||
| ORNL | USA | I&C, PRA, avsaltning, avskärmning, trycksättare |
| CNEN | Brasilien | Transient- och säkerhetsanalyser, trycksättare, avsaltning |
| ININ | Mexiko | PRA, neutronikstöd |
| LEI | Litauen | Säkerhetsanalyser, PRA, fjärrvärme co-gen |
| ENEA | Italien | Testning, ekonomiskt och personalstöd |
| UNIVERSITET | ||
| Politecnico di Milano | Italien | Säkerhetsanalyser, skärmning, termisk hydraulik, design av ånggeneratorer, avancerat styrsystem |
| University of California, Berkeley | USA | Avancerade kärnor, underhåll, säkerhet |
| Tokyo Institute of Technology | Japan | Avancerade kärnor, PRA |
| Universitetet i Zagreb | Kroatien | Neutronik, säkerhetsanalyser |
| Universitetet i Pisa | Italien | Inneslutningsanalyser, allvarliga olycksanalyser, neutronik |
| Polytekniska universitetet i Turin | Italien | Källterm |
| Universitetet i Rom | Italien | Radwaste system |
| Georgia Institute of Technology | Förenta staterna | Avskärmning, bränsledesign och reaktivitetskontroll |
| KRAFTPRODUCENTER | ||
| Elektronukleärt | Brasilien | U-landsnyttoperspektiv |
Reaktorkylsystem
Kylvätskesystemet består av en tryckgivare, ånggeneratorer och reaktorkylmedelspumpar (RCP). Dessa är alla placerade i reaktorns tryckkärl , vilket gör en mycket liten, kort slinga som bildar det primära kylvätskesystemet, se figuren till höger för de relativa placeringarna av komponenterna.
Trycksättare
Till skillnad från vanliga PWR:er finns inte tryckgivaren i ett separat kärl och ansluten till primärsidan, utan är snarare toppen av själva tryckkärlet. Vattenledningen kommer att ha något förinställt värde, och sedan kan sprayer och pannor inuti tryckgivaren användas för att kontrollera tryck och vattennivå. Det unika med detta är att tryckgivaren har mycket större volym än nuvarande anläggningar, vilket hjälper till att hålla trycket konstant i olyckssituationer.
Ånggenerator
Vatten från sekundären (vattnet som omvandlas till ånga och används i turbinen) kommer in i botten av ånggeneratorerna och går upp genom en spiralformad spole till toppen. Ånggeneratorerna är en gång genom, och trycket är större på de sekundära sidorören (ingen kokning sker i rören). Det sekundära sidovattnet tillåts blinka i änden av ånggeneratorröret och gå ut genom ångröret. Det finns åtta ånggeneratorer, samt åtta ångrör och matarvattenledningar.
Reaktorkylmedelspumpar (RCP)
Beslutet att placera RCP på insidan av kärlet var en ganska radikal innovation. Med förekomsten av åtta separata RCP:er i motsats till 2 eller 4 av en typisk PWR, när en pump slocknar, kan den pumpen stängas av och isoleras, inte arbetas på förrän nästa avbrott.
Kärna
Det har tidigare föreslagits att använda högre anrikningar för IRIS, vilket möjliggör en längre livslängd, men designen kräver nu 4,95 % anrikat uran , vilket är samma som det som används i nuvarande anläggningar. Bränslet är konstruerat för en livslängd på 3 till 3,5 år, och hälften av kärnan kommer att laddas om vid avbrott. Denna längre livslängd uppnås genom att ha en mycket stor kärna som driver ett relativt lågt kraftverk.
Reaktiviteten styrs nästan helt av kontrollstavar och brännbara gifter. Detta eliminerar behovet av bor i det primära vattnet, vilket är ett plus för växtkemin.
Inneslutning
Inneslutningen av IRIS är sfärisk och inställd på att vara cirka 22–27 meter bred. Detta jämförs med 58 meter hög och 40 meter i diameter för en typisk 600 MW PWR. Dessutom kommer två tredjedelar av inneslutningen att ligga under jord, vilket ger den en lägre profil, utöver dess redan mycket lilla fotavtryck. Även om inneslutningen kommer att vara mindre än vanliga anläggningar, kommer den också att klassas för ett högre maximalt tryck, vilket ökar kostnaderna.
Fördelar
De flesta av fördelarna med den nya IRIS-designen är säkerhetsrelaterade, även om Westinghouse hävdar att IRIS också kommer att kunna leverera kraft till konkurrenskraftiga priser.
På grund av stordriftsfördelar tenderar moderna kärnkraftverk att byggas med större elektrisk effekt, såsom den europeiska tryckreaktorn, som har skalat upp effekten till 1600 MW i nya anläggningar. IRIS, å andra sidan, är byggt för att användas i länder där det inte finns extremt stora elnät, främst utvecklingsländer. På grund av begränsningar av effekt hos enskilda kraftverk kontra total nätstorlek är anläggningar vars effekt överstiger en viss procent av nätstorleken omöjliga i sådana situationer.
På grund av förenklingar och ökad säkerhet anser Westinghouse att analysen, trots sin storlek, uppskattade en målsumma totalkostnad för el till cirka 4 ¢/kWh. Med tanke på dess ringa effekt och fysiska storlek förväntas det att anläggningar med flera enheter skulle kunna drivas effektivt, Westinghouse uppskattar att en anläggning med 3 enheter kan byggas på 9 år med ett maximalt kassautflöde på 300 M$. En kostnadsbesparing är till exempel behovet av endast ett kontrollrum, från vilket alla enheter på en multi-enhetsplats kan styras.
Bortsett från ekonomi är det här några andra fördelar som IRIS har:
- Färre penetrationer till tryckkärlet - genom att styrstavarna och alla drivmekanismer finns i kärlet elimineras behovet av dussintals små penetrationer, som är extremt kostsamma. De enda genomföringar som används är för den inkommande och utgående sekundära kylvätskan och för nödsäkerhetssystem.
- Stora rörelsemarginaler - rörelsemarginalerna är vanligtvis måttet på ett värde jämfört med vad det värdet skulle behöva vara för att misslyckas med bränslet. IRIS får effektivt mycket lägre operativa marginaler genom att ha en kärna med mycket lägre effekttäthet, medan kärnan för det mesta har samma storlek som en nuvarande PWR, den termiska effekten är mycket mindre, vilket gör det mycket mindre sannolikt att nå filmkokning och misslyckas i en olycka.
- Lägre stråldoser för arbetare - på grund av inneslutningen av alla RCS-komponenter och mer avskärmning (genom en större vattenmassa) resulterar i låga uppskattade doser för fabriksarbetare än nuvarande konstruktioner.
- Samarbete och forskning - att införliva så många universitet och labb i projektet förväntas ha ett antal fördelar, en bidrar till den akademiska kunskap som finns tillgänglig för nya anläggningar, en annan är att forskare i många olika länder med erfarenhet av IRIS kommer att vara användbara när de sätts in, eftersom ett mål med projektet är att så småningom bygga anläggningar i länder som för närvarande inte har kärnkraftverk.
- Sänkt core damage frequency (CDF) - som ett resultat av alla individuella innovationer som förbättrar säkerheten och en djupgående probabilistisk riskbedömningsstudie som förfinar nettosäkerhetsrisken, har IRIS den lägsta CDF (vilket är ett kvantitativt mått på sannolikheten för en större kärnolycka som äger rum) i samband med någon föreslagen anläggning på 10 −8 .
- Marknadsföring och licensiering - Med den avsevärt förbättrade säkerheten borde det finnas en snabb och enkel licensiering förknippad med designen, och den skulle kunna uppta en stor del av en växande marknad för små kärnkraftverk, som också riktas mot andra konstruktioner som t.ex. som det ryska flytande kärnkraftverket .
Nackdelar och kritik
Jämfört med Generation III-reaktorer finns det många fler innovationer som kan kräva ytterligare investeringar och forskning. Alla fördelar med reaktorn kan inte bevisas förrän en anläggning faktiskt är byggd.
Se även
- Carelli, Mario D.; Conway, LE; Oriani, L.; Petrovi'c, B.; Lombardi, CV; Ricotti, ME; Barroso, ACO; Collado, JM; Cinotti, L.; Todreas, NE; Grgić, D.; Moraes, MM; Boroughs, RD; Ninokata, H.; Ingersoll, DT; Oriolo, F. (13 november 2003), "The design and safety features of the IRIS reactor" (PDF) , Nuclear Engineering and Design , 230 (1–3): 151–167, doi : 10.1016/j.nucengdes. 2003.11.022 , arkiverad från originalet (PDF) den 11 maj 2006 , hämtad 12 juni 2007
- Projekt Överblick
- IRIS officiella webbplats