–азвитие атомной энергетики: 6 концепций

јвтор:
kaa
ѕечать
дата:
10 апрел€ 2016 01:51
ѕросмотров:
3360
 омментариев:
3
–азвитие атомной энергетики: 6 концепций


јтомна€ энергетика заслуженно считаетс€ одной из самых консервативных отраслей, достигшей вершины пути на своей S-кривой. ѕоследние 25 лет внешний наблюдатель не заметил бы изменени€ в ключевых технологи€ - все те же сборки из тепловыдел€ющих элементов, греющие или кип€т€щие воду, с преобразованием тепловой энергии в электрическую. “ем удивительнее тот факт, что свое будущее атомна€ энергетика видит в 6 революционных концепци€х, кажда€ из которым по своему сдвигает парадигму атомной энергетики в ту или иную сторону.


¬ажен и тот факт, что все эти концепции возникли не сегодн€, а на заре рождени€ атомной индустрии и проиграли в конкурентной борьбе за звание отраслевого стандарта реакторам с водой под давлением (PWR в западной терминологии или BBЁ– в отечественной). ќднако, как и в случае с электромобил€ми, постепенное накопление суммы технологий может вернуть на пьедестал забытых героев зари атомного века.

–азвитие атомной энергетики: 6 концепций

 орпус исследовательского реактора на расплаве солей MSRE, 70е


–азвитие атомной энергетики от начала прин€то делить на 3,5 неравных поколени€, где первое отметилось дес€тками разных концепций, порой весьма странными на сегодн€шний взгл€д (например британский Magnox - реакторы с графитовыми замедлителем и циркулирующим сжатым углекислым газом в качестве теплоносител€), второе - двум€ самыми т€желыми авари€ми в истории энергетики, а третье и третье плюс - превалированием финансистов над инженерами.   сегодн€шнему дню чудеса и энтузиазм атомного века сменились эпохой, когда улучшение эксплуатационных показателей јЁ— на 2-3 процента - революционное достижение, широко обсуждаемое в профильной прессе.

„етвертое поколение должно стать выходом за пределы того тупика, в котором оказалась €дерна€ энергетика. ƒл€ этого понадобитс€ решить сразу несколько противоречивых задач - не потер€ть в безопасности реактора, улучшить или как минимум не ухудшить его экономику и решить проблему с переходом с использовани€ 235U на 238U.

–азвитие атомной энергетики: 6 концепций

6 концептов, отобранные международной организацией Generation IV International Forum пытаютс€ решить эти проблемы с разных сторон.  то из них станет (и станет ли) основой развити€ атомной промышленности в 21 веке должны показать исследовани€ ближайших 15 лет


Ѕыстрый реактор с натрием


Ётот тип реакторов резко выдел€етс€ из всей "команды" своей отработанностью и даже некой повседневностью.  лючевой особенностью этого реактора €вл€етс€ быстрый спектр нейтронов, позвол€ющий реализовать замкнутый €дерный топливный цикл. ¬прочем, эти не даетс€ бесплатно, и две самые больше сложности в таком реакторе - пожароопасный натрий и повреждение конструкций активной зоны быстрыми нейтронами. “ем не менее, в 60-х, в момент зарождени€ атомной энергетики быстрые натриевые виделись самыми простыми на пути к замыканию топливного цикла. ј «я“÷, в свою очередь казалс€ необходимым дл€ строительства тыс€ч реакторов, дл€ которых просто не хватило бы запасов 235 изотопа урана.

–азвитие атомной энергетики: 6 концепций

—амый "взрослый" и мощный представитель быстрых натриевых реакторов - ЅЌ-800


¬ итоге реакторы типа ЅЌ прошли самый длинный путь (20 когда либо построенных и функционировавших) от первых опытных установок до полноценных электростанций - Phenix и Superphenix во ‘ранции, ЅЌ-600 в ———– и ЅЌ-800 в –оссии. ¬ начале 80х казалось совершенно очевидным, что к 2020 в мире будут работать сотни и тыс€чи гигаватт именно быстрых натриевых реакторов. ќднако резкое замедление роста атомной энергетики и разнообразные обсто€тельства - типа прихода "зеленых" во власть во ‘ранции или развала ———– оборвали этот взлет. ¬о ‘ранции, кстати, с 1995 по 1998 функционировали все элементы «я“÷ - бридер на плутониевом топливе, завод по переработке ќя“ и завод по фабрикации свежего топлива...

–азвитие атомной энергетики: 6 концепций

”стройство и характеристики ‘ранцузского не взлетевшего Super Phenix


—егодн€ быстрые натриевые реакторы с оксидным или более плотным топливом из смеси U238 и Pu239 замерли в шаге от того, что бы начать замен€ть реакторы с водой под давлением, и довольно широко включены (5-10 блоков в 10-15 летней перспективе и до основы энергетики в 30-50 летней) в планы развити€ атомной энергетики четырех стран, которые ее действительно развивают - »ндии,  ита€, –оссии и ёжной  ореи.

–азвитие атомной энергетики: 6 концепций

–еакторный зал индийского натриевого Ѕ– FBR


 лючевыми установками по этому направлению на сегодн€ €влютс€ ЅЌ-600, ЅЌ-800 в –оссии, планируемые ћЅ»– у нас же, и опытно-промышленные установки PFBR в »ндии, ASTRID во ‘ранции.

Ѕыстрый свинцовый реактор


¬ отличии от предыдущего, реакторы с теплоносителем из расплавленного свинца существуют только на бумаге. Ётот тип придуман в попытке преодолеть проблемы ЅЌов - пожароопасность натри€ (и сопутствующие технические усложнени€), кипение натри€ в ј« при авари€х и св€занную с этим опасность разгона реактора на мгновенных нейтронах. ≈ще одним "аварийным" плюсом свинца €вл€етс€ удержание в теплоносителе особо непри€тных летучих продуктов делени€ урана - йода и цези€ и экранирование от гамма-излучени€ €дерного топлива.

–азвитие атомной энергетики: 6 концепций

Ѕ–≈—“-ќƒ-300 - наиболее продвинутый в мире на сегодн€ проект свинцового реактора


–азумеетс€, у свинца есть и минусы. —амый главный - высока€ температура плавлени€ (327 C), а значит большие заботы по поддержанию теплоносител€ в расплавленном состо€нии. »звестны так же проблемы свинцовой коррозии стали, плохой совместимостью с оксидным (самым распространенным) топливом, ну и в целом можно говорить о малой проработанности этого типа реакторов. »нтересно, что на базе идеи эволюции натриевых бридеров в ———– был рожден довольно революционный проект Ѕ–≈—“, оптимальный дл€ медленного развити€ атомной энергетики.  роме свинца, ключевой в нем €вл€етс€ иде€ зар€дки дел€щимс€ материалом один раз - на старте, и далее подпитка исключительно U238.

»ногда в когорту свинцовых добавл€ют свинцово-висмутовые реакторы. ƒобавление висмута в теплоноситель снижает температуру его плавлени€ до "натриевых" значений - примерно 100 —. –еакторы с таким теплоносителем серийно ставились на подводные лодки 705 проекта, однако при всей близости невозможно переносить одну технологию на другую.

–азвитие атомной энергетики: 6 концепций

–еактор ALFRED с свинцовым теплоносителем - проект поменьше и попроще Ѕ–≈—“, но и меньшем техническим риском


Ѕ–≈—“, нар€ду с европейским проектам ALFRED на сегодн€ €вл€ютс€ единственными "живыми" свинцовыми проектами, имеющими финансирование и веро€тность постройки.  роме того есть создаваемый бельгийский реактор MYRRHA со свинцовым теплоносителем, но это экзотична€ и уникальна€ ADS система, где поток нейтронов, необходимый дл€ работы на мощности будет создаватьс€ ускорительным источником. ќднако реальные преимущества и недостатки свинцовых реакторов по сравнению с натрием вр€д ли будут пон€тны раньше 2030 года.

–азвитие атомной энергетики: 6 концепций

ALFRED планируетс€ к строительству в 20х годах


√азоохлаждаемый быстрый реактор


–еакторы с газообразным теплоносителем сегодн€шнего дн€ - это китайское развитие германской ветки HTR. ќни имеют настолько сбалансированный набор плюсов и минусов, что атомна€ индустри€ не видит в них потенциала развити€ кроме одного, о котором ниже. √азовые реакторы будущего должны быть другими - бридерами с быстрым спектром нейтронов (что, кстати, весьма нетривиально дл€ активной зоны с гелием - замечательным замедлителем нейтронов), охлаждаемые инертным гелием, и вырабатывающие электроэнергию на газовой турбине.

–азвитие атомной энергетики: 6 концепций

”становка корпуса нового китайского газового реактора 25.03.2016


—егодн€ газоохлаждаемые реакторы не получили особого развити€ по комплексу причин, главна€ из которых - при аварии типа LOCA (разрыв трубопроводов с потерей герметичности реактором) охлаждать активную зону становитс€ нечем. „то бы как-то с этим справитс€, тепло в случае аварии отвод€т через стенки, а размеры ј« раздувают в дес€ток раз по сравнению с водоохлаждаемыми реакторами. ¬ IV поколении эту проблему придетс€ решить, и если это получитс€ сделать, "газовые быстрые" могут заиграть совсем новыми красками, с их очень высоким  ѕƒ.

–азвитие атомной энергетики: 6 концепций





–азвитие атомной энергетики: 6 концепций

–азвитие атомной энергетики: 6 концепций

ѕроектное изображение √“-ћ√– с газовой турбиной, сам газотурбогенератор и характеристики реакторной установки. Ќикаких парогенераторов


“акой одноконтурный высокотемпературный подход, нар€ду с совершенно другим типом топлива (вместо хайтечного машиностроительного издели€, которое работает топливом в PWR/BWR/¬¬Ё– предлагаетс€ что-то вроде лепки миллионов графитовых кирпичей или шариков с урановыми частицами внутри) теоретически позвол€ет получать весьма дешевую атомную энергетику. ѕока, однако до этого далеко - получить бы просто бридер с гелиевым теплоносителем и высокой температурой.
¬ажным преимуществом газовых реакторов еще €вл€етс€ инертность и инактивируемость гели€, используемого в качестве теплоносител€. ќбратной стороной €вл€ютс€ значительное затраты энергии на прокачку гели€ сквозь активную зону.

–азвитие атомной энергетики: 6 концепций

Ѕыстрый реактор с газовым охлаждением ALLEGRO


–азвитие атомной энергетики: 6 концепций

» перспективный мощный газоохлаждаемый быстрый реактор GFR. »нтересно бы пон€ть, как тут собираютс€ охлаждать топливо при вскрытом реакторе...


Ќа сегодн€ единственным активным проектом в этой области €вл€етс€ европейский небольшой исследовательский реактор ALLEGRO, тепловой мощностью 75 мегаватт, использующий плутониевое топливо. ≈го задача - изучить вопросы, встающие перед проектировщиками большого (2400 мегаватт тепловых) перспективного европейского газового бридера GFR. ќдин из самых сложны - высока€ температура топлива и гели€. ћожно так же отметить отечественный проект √“-ћ√–, когда-то разрабатывавшийс€, как альтернатива ЅЌ-800.

–азвитие атомной энергетики: 6 концепций

» еще немножко изготовлени€ китайского HTR-PM.   корпусу реактора в этот раз пристыкован парогенератор


¬прочем по высокой температуре конкуренцию газоохлаждаемым реакторам составл€ют...газоохлаждаемые реакторы, существующие уже сегодн€.

¬ысокотемпературный газовый реактор


ћладший брат концепта є3 главна€ задача которого - быть источником €дерного тепла дл€ химической и металлургической промышленности. ƒл€ этого выхлоп гели€ из реактора должен быть разогрет до 900 и выше градусов ÷ельси€. Ёто направление попало в список перспективных в основном благодар€ всплеску интереса к водородной энергетике в 90х, когда подобные установки должны были вырабатывать водород (много водорода!) из воды пирохимическим способом.

–азвитие атомной энергетики: 6 концепций

ѕредполагаема€ станци€ выработки водорода с помощью ¬√“–. ¬озможно водород еще понадобитс€ энергетике будущего, как аккумул€тор энергии дл€ систем с доминированием возобновл€емой энергетики


ќсновное отличие от предыдущего концепта - то, что ради высокой температуры в ¬“√– откажутс€ от бридинга топлива и «я“÷. “ехнической базой дл€ этого типа €вл€ютс€ существующие газоохлаждаемые реакторы с засыпным шаровым (TRISO) или призматическим топливом. Ќа €понском исследовательском реакторе HTTR, в частности, уже была получена температура гели€ в 850 —.

–азвитие атомной энергетики: 6 концепций

ћикросферы урана, дисперсируемые в графитовых блоках - один из вариантов топлива газоохлаждаемых реакторов


¬прочем, не очень большие сложности (на фоне других участников) с реализацией не делают из ¬“√– фаворита - вместе с угасанием интереса к водородной энергетике, пропало и желание вкладывать в €дерные источники тепла. —егодн€ единственные, кто развивает данное направление - китайцы, стро€щие первый опытно-промышленный блок HTR-PM и имеющие большие планы по развитию данного направлени€. ¬прочем, возможно, когда уголь станет слишком дорог или неудобен дл€ получени€ промышленного тепла, мы еще увидим расцвет ¬“√–.

ќдноконтурный реактор на сверхкритической воде


ѕри давлении выше 225 атмосфер и температуре выше 374 градусов вода перестает кипеть и превращаетс€ во что-то среднее между жидкостью и паром. ≈сли вз€ть и попробовать "разогнать" обычный PWR/¬¬Ё– до таких параметров теплоносител€, мы можем получить множество необычных преимуществ:

- самое очевидное - кпд установки вырастет с 33% до 42-43%

- мощность подниметс€ в 1,5 раза при примерно тех же размерах и стоимости реактора

- менее очевидное - из-за высокой теплоемкости получившегос€ теплоносител€ можно увеличить соотношени€ количества урана к воде в активной зоне и получить реактор с промежуточным спектром нейтронов с коэффициентом воспроизводства топлива в ј« в 0,8-1, т.е. почти замкнуть €дерный топливный цикл

- из-за отсутстви€ кипени€ в ј« гораздо проще получаетс€ сделать одноконтурную реакторную установку - как в "кип€тильниках" BWR, что еще уменьшает количество оборудовани€, нужное дл€ получени€ полноценной јЁ—.

–азвитие атомной энергетики: 6 концепций

 онструктивно такие реакторы мало отличаютс€ от привычных ¬¬Ё–, все тонкости в конструкции топлива


ѕричем в тепловой энергетике есть большой опыт по созданию паросиловых блоков на сверхкритическом паре, т.е. проблем, как при создании гигаваттной газовой турбины дл€ гахоохлаждаемых реакторов не возникнет. »грает на руку и огромный опыт сегодн€шней атомной энергетики в разработке PWR/¬¬Ё–.

–азвитие атомной энергетики: 6 концепций





–азвитие атомной энергетики: 6 концепций

“опливо дл€ таких реакторов имеет полости и каналы дл€ движущихс€ элементов, измен€ющих замедление нейтронов - спектрального регулирование реактора


ќсновным преп€тствием на пути к реализации данного направлени€ €вл€етс€ агрессивность пара при давлении в 250 атмосфер и температуре 560 градусов (которые планируетс€ достигнуть в проектах ќ–—¬), а значит большой объем по отработке новых материалов и конструкций. Ќепросто и создание корпуса реактора на такие параметры, при том, что  ѕƒ в 43% обещают быстрые реакторы с металлическими теплоносител€ми.

–азвитие атомной энергетики: 6 концепций

” американцев кроме того предполагаетс€ многократный проход теплоносител€ через активную зону


—егодн€ основные исследовани€ по теме ќ–—¬ идут в –оссии и японии и —Ўј, где созданы проекты ¬¬Ё–-— ƒ и €понские SCFR и RMWR и американский HPLWR - все пока что полностью "бумажные".

∆идкосолевой реактор


—в€той грааль атомной энергетики, место поклонени€ всех разработчиков реакторов. √омогенна€ расплавленна€ смесь из фторидов берилли€/натри€ и фторида урана/плутони€/тори€ формирует жидкую активную зону, который не страшны проблемы радиационной стойкости. Ќепрерывный отбор и очистка части соли от продуктов распада (в т.ч. нейтронных €дов) позвол€ет поддерживать высочайший уровень воспроизводства топлива и автоматически формирует замкнутый €дерный топливный цикл пр€мо на станции. –еактор может быть легко заглушен, например сливом активной зоны в ловушку, где она не будет критичной. ѕричем сливную магистраль можно заткнуть на врем€ нормальной работой подмораживаемой пробкой из топливной смеси, т.е. в случае потери контрол€ остановка и локализаци€ ј« произойдет автоматически. “епло в таком типе реакторов должно отводитс€ через теплообменники размещенные в корпусе реактора (интегральный тип).

–азвитие атомной энергетики: 6 концепций

≈вропейские проекты ∆—–. “ам, где у других проектов сложнейша€ механика активной зоны, у ∆—– вполне буддийска€ пустота


 роме того ∆—– €вл€етс€ наиболее удобным (нар€ду с т€желоводными) дл€ вовлечени€ в топливный цикл тори€.

–азвитие атомной энергетики: 6 концепций

 роме серьезных реб€т из Gen 4 IF жидкосолевые реакторы предлагаютс€ к использованию и разными стартапами


 ак обычно, преимущества одновременно €вл€ютс€ недостатками. ќтсутствие одного из барьеров по распространению радиоактивности (оболочек твэлов) вызывает вопросы у атомнадзоров. ѕосто€нное присутствие буквально всей таблицы ћенделеева в расплаве вызывает большие проблемы с коррозионной стойкостью корпуса реактора. Ќаличие большого радиохимического завода р€дом с реактором кроме оп€ть же радиофобских вопросов рождает еще и проблемы с нераспространением €дерных материалов. ¬едь ∆—– €вл€етс€ производителем не просто оружейного - но лучше чем оружейного плутони€ в весьма ощутимых масштабах. ‘актически на такой јЁ— можно будет выпускать оружейного материала на дес€тки €дерных бомб в год.

–азвитие атомной энергетики: 6 концепций

≈ще один ∆—– от стартапа Transatomic Power. „астота обращени€ к жидкосолевикам у стартапов настораживает


¬ 20 веке два небольших жидкосолевых реактора работали в —Ўј - Aircraft Reactor Experiment (ARE) и Molten Salt Reactor Experiment (MSRE), причем только второй из них был успешен, и как считаетс€, был закрыт в 1976 в пользу гораздо более успешных (и в чем-то более простых) быстрых реакторов с натриевым теплоносителем.

–азвитие атомной энергетики: 6 концепций

–еактор MSRE. «десь 1 - реактор, 2 - теплообменник 1-2 контуров, 3,6 - цикрул€ционные насосы, 7,8,9 - система отвода тепла от реактора в воздух, 10,11 - сливные баки расплава соли, 13 - намораживаема€ пробка дл€ аварийного слива соли

—егодн€, несмотр€ на регул€рно возникающий интерес к этому "идеальному €дерному реактору", нет ни одного поддержанного финансированием проекта по строительство хот€ бы исследовательской установки. –азрабатываютс€ только "бумажные" реакторы, например MOSART или MSFR или проекты стартапов. ќднако потенциальна€ перспективность заставл€ет проводить разнообразные поддерживающие исследовани€ (например по коррозионной стойкости) в надежде, что когда-нибудь прогресс в других област€х (например в материалах) даст толчок развитию ∆—–.

0 не понравилс€
11 понравилс€ пост
 
Ќезарегистрированные посетители не могут оценивать посты
 
 
 
 

 
 
 
 

 омментарии

 
 

 
 
 
VSMIVE
ƒата:
(10 апрел€ 2016 02:11)
#1
ћного букав не пон€тных
[ссылка]
2 / 1
 
 
 
 
 
 
HALK
ƒата:
(10 апрел€ 2016 15:38)
#2
 то-то сидит на GeekTimes:)
Ќовосибирск [ссылка]
3 / 0
 
 
 
 
 
 
Sender
ƒата:
(10 апрел€ 2016 15:40)
#3
ѕока есть уголь, нефть, газ - это всЄ останетс€ концепци€ми.
 
Ќикогда не поздно встать на путь воина.
Ќовосибирск [ссылка]
3 / 4
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 

»нформаци€

 
 
 
 
 
 
 
 
 

ќставл€ть свои CRAZY комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
ѕожалуйста пройдите простую процедуру регистрации или авторизируйтесь под своим логином. “акже вы можете войти на сайт, использу€ существующий профиль в социальных сет€х (¬контакте, ќдноклассники, Facebook, Twitter и другие)

 
 
 
 
 
Ќаверх