Zmieniony: niedziela, 03 stycznia 2010 23:20

ENHANCED CANDU^® 6 – Udoskonalony Reaktor CANDU 6

KLASA - 750 MWe

 

 

 

1. Moc wyjściowa 750 MWe

Moc znamionowa brutto ostatnio zbudowanych przez AECL elektrowni z CANDU 6 w Qinshan, Chiny, wynosi 728 MWe na 1 blok. Wykonane zostały pewne prace rozwojowe celem osiągnięcia docelowej mocy wyjściowej brutto w wysokości 750 MWe poprzez:

• zainstalowanie przepływomierza ultradźwiękowego (UFM) – w celu zwiększenia dokładności pomiaru przepływu wody zasilającej,
• udoskonalenia przegrzewacza separatora wilgoci (MSR) i podgrzewaczy wody zasilającej,
• optymalizację bilansu obiegu cieplnego elektrowni (Balance of Plant - BOP),
• zredukowanie przecieków przez uszczelnienia w turbozespole.

W celu podwyższenia mocy netto zredukowane zostanie zapotrzebowanie energii na potrzeby własne elektrowni poprzez zastosowanie bardziej wydajnych urządzeń, takich jak podgrzewacze wody zasilającej, transformatory potrzeb własnych, silniki napędowe do pomp z częstotliwościową regulacją prędkości obrotowej (VFD), zmniejszenie spadku ciśnienia na różnych urządzeniach takich jak np. wymienniki ciepła, optymalizację oświetlenia elektrowni itd.

AECL kontynuuje prace rozwojowe zmierzające do dalszego podwyższenia mocy elektrowni, przy zachowaniu kluczowych charakterystyk konstrukcji CANDU 6. Elektrownia z reaktorem CANDU 6 udowodniła, że jest elektrownią o najwyższej niezawodności z doskonałą historią w zakresie eksploatacji, sięgającą wstecz aż do początku lat 80-ych ub. wieku.

 

2. 60-letni Okres Eksploatacji Elektrowni

Konstrukcja udoskonalonego reaktora CANDU 6 ma na celu osiągnięcie docelowego okresu eksploatacji do 60 lat, przy jednej renowacji - w połowie tego okresu - niektórych krytycznych elementów, takich jak kanały paliwowe i rury łączące kanały paliwowe z kolektorami. Co dwa lata blok odstawiany jest na krótki przegląd techniczny. Zwiększenie okresu eksploatacyjnego krytycznych elementów zostanie osiągnięte poprzez wydłużenie łożyska podpierającego kanał paliwowy, niewielkie pogrubienie ścianki kanału paliwowego, zwiększenie grubości ścianki rur łączących kanały paliwowe z kolektorami, zastosowanie ulepszonych urządzeń i materiałów, poprawę procesów chemicznych zachodzących w elektrowni oraz bardziej aktywny monitoring krytycznych parametrów elektrowni. W trakcie obszernych prac badawczo-rozwojowych przeprowadzonych przez Laboratoria AECL w Chalk River dokonano analizy i oceny wszystkich czynników ograniczających okres eksploatacji.

 

3. Solidne Bezpieczeństwo Elektrowni

Konstrukcja udoskonalonego CANDU 6 obejmuje również udoskonalenia w zakresie bezpieczeństwa elektrowni, w tym ochronę przed uderzeniem samolotów oraz wpływu innych zdarzeń zewnętrznych. Konstrukcja obudowy bezpieczeństwa reaktora zostanie pogrubiona oraz użyta będzie większa ilość stali zbrojeniowej. Dalsze umocnienie systemów bezpieczeństwa oraz poprawa przestrzennej separacji istotnych systemów bezpieczeństwa stanowią część tego rozwiązania. Układ systemów bezpieczeństwa grupy 2, posiadających redundantną ścieżkę bezpiecznego wyłączania elektrowni, został zmieniony pod kątem zabezpieczenia przed uderzeniem samolotu. Elektrownia z udoskonalonym CANDU 6 może również być odporna na trąby powietrzne, jeśli istnieje taka potrzeba. AECL jest w pełni zaangażowana w stosowanie zasady ALARA - „minimalny w granicach rozsądku” (As Low As Reasonably Achievable - ALARA) we wszystkich swoich pracach projektowych w zakresie bezpieczeństwa.

 

4. Krótki Czas Realizacji Projektu

Łączny czas realizacji projektu z udoskonalonym reaktorem CANDU 6 wynosi 66 miesięcy, licząc od momentu podpisania kontraktu do momentu przekazania do eksploatacji; przekazanie drugiego bloku 6 miesięcy później. Czas od pierwszego wylania cementu, do przekazania do eksploatacji, wynosi 54 miesiące. Powyższe cele zostaną osiągnięte dzięki zastosowaniu dodatkowej modularyzacji, konstrukcji typu „otwarty dach” z użyciem dźwigu do podnoszenia bardzo dużych ciężarów (Very-Heavy-Lift - VHL), wcześniejszemu zamówieniu niektórych elementów o długim czasie dostawy oraz standaryzacji niektórych indywidualnych urządzeń, takich jak: zawory, zbiorniki, orurowanie itp.

 

5. Łatwość Eksploatacji, Przeglądów oraz Konserwacji Elektrowni

AECL posiada system aktywnego monitoringu na zasadzie sprzężenia zwrotnego, zbierający w sposób ciągły dane eksploatacyjne, z których wnioski wprowadzane są do konstrukcji reaktorów CANDU. Na podstawie przekazywanych w ten sposób informacji AECL modyfikuje szereg układów w celu uproszczenia przeglądów i konserwacji oraz zmniejszenia obciążenia operatora elektrowni. Na przykład - układ wody chłodzącej został ulepszony tak, że posiada dwie linie, które umożliwiają ich wzajemne przełączenia podczas konserwacji i przeglądów lub w czasie wystąpienia warunków zakłócających pracę elektrowni. Wprowadzone zostanie automatyczne testowanie systemu bezpieczeństwa w celu zredukowania obciążenia personelu testami i wyeliminowania błędów personelu, które mogą spowodować wyłączenie reaktora przez nieuwagę. Oprócz tego skomputeryzowana zostanie sekwencja uruchamiania i wyłączania elektrowni.

AECL opracowała tzw. „Health Monitors” (monitory prawidłowej pracy), które zostaną wprowadzone w nowych elektrowniach oraz będą mogły być wprowadzane w elektrowniach istniejących w ramach ich modernizacji. Posiadają one następujące właściwości:

• Centrum Wymiany Informacji i Monitoringu Przeglądów i Konserwacji (Maintenance Information Monitoring Control - MIMC) służy jako centrum wymiany informacji, łączące użytkowników informacji o danej elektrowni (jak np. specjaliści w zakresie układów i poszczególnych składników) z narzędziami software (takimi jak monitory prawidłowej pracy oraz specjaliści zarządzania pracą); stanowi ono najlepsze rozwiązanie w zakresie problemów faktycznych lub zagrażających.
• System ChemAND™ śledzi “on-line” w czasie rzeczywistym stan szeregu parametrów chemicznych. W sposób automatyczny prognozuje, monitoruje, wysyła alarmy i diagnozuje rozmaite warunki w zakresie procesów chemicznych systemu. Zapewnia operatorom elektrowni natychmiastowy dostęp do informacji o bieżących i minionych warunkach w sferze procesów chemicznych zachodzących w elektrowni oraz dokonuje oceny ich wpływu na żywotność elektrowni.
• Celem ThermAND™ jest zapewnienie funkcji monitoringu i diagnostyki aby kontrolować prawidłowe działanie głównych systemów. Monitoring prawidłowego działania tych systemów obejmuje zachowanie się i warunki pracy takich elementów jak orurowanie, pompy, zbiorniki, wymienniki ciepła, etc. Modele w ThermAND obejmują analizę drgań urządzeń wirujących, pracy wymienników ciepła oraz porównywanie faktycznych osiągów z optymalnymi warunkami projektowymi. W ten sposób identyfikowane są obniżenia wydajności oraz warunki, które mogą prowadzić do potencjalnie poważnej degradacji urządzeń.

W wyniku wprowadzenia do udoskonalonego reaktora CANDU 6 powyższych monitorów prawidłowej pracy oraz dodatkowych właściwości, zredukowane zostaną łączne koszty eksploatacji i konserwacji elektrowni, w tym składnik łącznych kosztów personelu elektrowni.

 

6. Najnowocześniejsze Komputery i Systemy Automatyki

Udoskonalony reaktor CANDU 6 posiada szereg właściwości, które modernizują elektrownię, zajmują się problemami zużywania się urządzeń oraz wprowadzają nowe funkcje automatyki. W celu zagwarantowania tych właściwości wykorzystuje się również monitory ekranowe elektrowni, dzięki czemu redukowana jest liczba tras kablowych oraz obniżone zostają koszty budowy. Cyfrowe Sterowanie Komputerowe (Digital Control Computers - DCC) zostanie zastąpione przez najnowocześniejszy Rozproszony System Automatyki (Distributed Control System - DCS), który będzie sterował i monitorował niektóre układy, takie jak: praca reaktora, urządzenia energetyczne, gospodarka paliwowa i układy pomocnicze. DCS współpracuje zarówno z automatyką grupową jak też z automatyką poszczególnych urządzeń, ograniczając potrzebę instalowania indywidualnych sterowników grupowych. Oprócz tego istnieje System Monitorów Ekranowych (Plant Display System - PDS), który zarządza interakcjami operatora z DCS. DCS/PDS posiadają także funkcjonalność wymaganą do zarządzania sygnalizacją (informowaniem o zdarzeniach) w elektrowni oraz do procedur wsparcia „on-line”. W elektrowni z udoskonalonym reaktorem CANDU 6 wyżej opisane właściwości będą zastosowane w zaawansowanej technologicznie sterowni (Advanced Control Room).

Działanie systemu bezpieczeństwa zachowano jako funkcję opartą na okablowaniu. Wprowadzono skomputeryzowane testowanie i wyświetlanie na monitorach ekranowych w celu zmniejszenia obciążenia operatora.

 

7. Optymalizacja Wyłączeń Elektrowni w Celu Dokonania Przeglądów i Konserwacji

Dążąc do podwyższenia współczynnika dyspozycyjności udoskonalonego reaktora CANDU 6, AECL dokonała szczegółowej oceny wyłączeń elektrowni w celu przeglądu i konserwacji. Okresowe wyłączenia raz na dwa lata, nie przekraczające 20 dni, będą stanowić kluczową cechę udoskonalonego reaktora CANDU 6. Cel ten zostanie osiągnięty poprzez zautomatyzowanie szeregu zadań, jak np. testowanie systemów wyłączania. Większość tych czynności można podjąć przy pracującym reaktorze. Oprócz tego nastąpi szerokie wykorzystanie technik RCM, czyli kompleksowej optymalizacji utrzymania ruchu, zamiast harmonogramu przeglądów i konserwacji określonego przez dostawców urządzeń (po wygaśnięciu okresu gwarancyjnego). Zostanie zainstalowany układ urządzeń monitoringu prawidłowej pracy w celu przewidywania grożących problemów z urządzeniami i umożliwienia operatorowi podjęcia działań korekcyjnych w celu uniknięcia wymuszonych odstawień.

 

8. Wyjątkowe Standardy Reakcji w Przypadku Groźnej Awarii

W celu dalszej poprawy bezpieczeństwa elektrowni, do konstrukcji udoskonalonego reaktora CANDU 6, wprowadzone zostaną cechy mające na celu osłabienie degradacji rdzenia oraz ograniczenie skutków groźnych awarii. Cechy te obejmują wprowadzenie dodatkowych upustów ciepła oraz przeprojektowanie układu chłodzenia w obudowie bezpieczeństwa, by kontrolować w niej temperaturę i ciśnienie. Ograniczona zostanie liczba penetracji (przejść) przez obudowę bezpieczeństwa, a jej konstrukcja zostanie wzmocniona tak, aby mogła wytrzymać wyższe ciśnienie projektowe. Opcjonalnie oferowana będzie wykładzina stalowa. Wszystkie emisje nuklidów promieniotwórczych, będące skutkiem groźnej awarii, zostaną zatrzymane we wnętrzu obudowy bezpieczeństwa.

Powyższe zmiany projektowe umożliwiają osiągnięcie większej szczelności układu obudowy bezpieczeństwa. Wszystkie urządzenia znajdujące się wewnątrz obudowy, potrzebne do zarządzania groźnymi awariami, będą mogły pracować w tych warunkach w celu osiągnięcia efektu zamierzonego w projekcie.

Zgodnie z postulatami AECL udoskonala działanie reaktorów CANDU 6 w warunkach postulowanej groźnej awarii, które znacznie wykraczają poza typowe warunki projektowe, przyjmowane zwykle dla elektrowni jądrowych. Moderator ciężkowodny, otaczający kanały paliwowe w zbiorniku kalandrii, skutecznie łagodzi skutki postulowanych groźnych awarii. Niezależnie od powyższego, moderator ten jest otoczony zbiornikiem osłonowym, który również może absorbować ciepło zaniku promieniotwórczego w przypadku, gdyby chłodzenie moderatora również uległo awarii. Powyższe właściwości powodują, że paliwo CANDU nie topi się nawet w przypadku, gdy obydwa układy chłodzenia: normalny i awaryjny, stają się nie dyspozycyjne. Na bazie tych inherentnych pasywnych cech bezpieczeństwa udoskonalony reaktor CANDU 6 będzie nadal udoskonalany w celu ulepszenia zbiornika do zraszania obudowy bezpieczeństwa tak, aby grawitacyjnie dostarczał on również wodę chłodzącą do różnych układów, takich jak wytwornice pary oraz wodę uzupełniającą do moderatora i zbiorników osłonowych. Po wyżej opisanych udoskonaleniach postęp groźnych awarii przy uszkodzeniu rdzenia będzie bardzo powolny, dając wystarczająco dużo czasu na zarządzanie awarią i interwencję operatora.

 

9. Elastyczne Opcje Cyklu Paliwowego

Cykl paliwowy naturalnego uranu umożliwia prostą konstrukcję elementów paliwowych, łatwość ich produkcji oraz korzystanie z dostępności naturalnego uranu. Ta strategiczna cecha ułatwia lokalizację technologii dla doskonalonego CANDU 6. Udoskonalony reaktor CANDU 6 oferuje szereg elastycznych opcji cyklu paliwowego zgodnie z preferencjami klienta:

• Pierwszym krokiem w ewolucji cyklu paliwowego CANDU będzie użycie lekko wzbogaconego uranu (SEU), w tym - uranu odzyskanego z regeneracji paliwa zużytego w reaktorze lekkowodnym (Light Water Reactor - LWR). Skutkiem stosunkowo niewielkiego wzbogacenia (do 1,2%) będzie dwukrotne – aż do trzykrotnego - zmniejszenie ilości wypalonego paliwa na jednostkę wyprodukowanej energii, ograniczenie kosztów cyklu paliwowego oraz większa elastyczność eksploatacyjna elektrowni.
• Konstrukcja elementów paliwowych typu „high burnup CANDU Mixed Oxide” (Mixed Oxide = mieszanina zubożonego uranu i odzyskanego plutonu w postaci dwutlenku) może wykorzystywać pluton z konwencjonalnej regeneracji albo też z bardziej zaawansowanych technologicznie opcji regeneracji (jak np. kogeneracja).
• DUPIC™ Direct Use of Spent PWR Fuel In CANDU (bezpośrednie wykorzystanie paliwa zużytego z reaktora wodno ciśnieniowego PWR (Pressurized Water Reactor) w CANDU) reprezentuje opcję ponownego wprowadzania paliwa do obiegu, która ma wyższy stopień odporności na proliferację niż regeneracja konwencjonalna, ponieważ wykorzystuje wyłącznie procesy suche do przetworzenia paliwa wypalonego w reaktorze wodnym ciśnieniowym (PWR) - do jego ponownego użycia w reaktorze CANDU, bez separacji plutonu.
• Długofalowe bezpieczeństwo energetyczne można zapewnić albo przez cykl toru albo przez system CANDU / FBR (Fast Breeder Reactor = reaktor powielający prędki), w którym reaktor FBR jest eksploatowany jako "fabryka paliwa," zapewniająca materiał rozszczepialny do zasilania kilku wysokowydajnych reaktorów CANDU o niższych kosztach.

Wiązka paliwowa CANFLEX^® (CANDU FLEXible), składająca się z 43 elementów, będzie optymalną konstrukcją elementów paliwowych. Przy stosowaniu paliwa typu CANFLEX szczytowe linearne wartości znamionowe generacji ciepła elementów będą zmniejszone o 15-20% przy aktualnej znamionowej mocy wiązki paliwowej. Emisja gazowych produktów rozszczepienia w samym elemencie paliwowym zostanie zmniejszona w zależności od stopnia wypalenia oraz temperatur paliwa. Krytyczny strumień cieplny oraz moc krytyczna kanału będą również wyższe wskutek optymalizacji charakterystyk odprowadzania ciepła wiązki. Właściwość ta może być wykorzystana do zwiększenia marginesów bezpieczeństwa reaktorów będących w eksploatacji albo do zwiększenia mocy wyjściowej elektrowni.

 

10. Nowoczesny System Ochrony Przeciwpożarowej

W najnowszych blokach nr 1 i 2 III-go etapu elektrowni Qinshan z reaktorami CANDU 6 zastosowano wiele ulepszonych rozwiązań ochrony przeciwpożarowej. Udoskonalony reaktor CANDU 6 zostanie dodatkowo udoskonalony jak niżej:

• W celu spełnienia najnowszych wymagań przepisów i norm udoskonalony reaktor CANDU 6 będzie posiadał ulepszone ściany przeciwpożarowe i zabezpieczające przed przedostawaniem się substancji niebezpiecznych. Zamiast systemu kablowego zastosowany będzie nowy multipleksowy system z układami scalonymi. Zastosowane zostaną również, stosownie do potrzeb, indywidualnie adresowalne detektory.
• Przeprowadzana będzie ocena zagrożenia pożarowego mająca na celu określenie potencjalnych pożarów i ich konsekwencji na całym obszarze elektrowni, w celu wykazania, że po wystąpieniu postulowanych pożarów możliwe jest wykonanie i utrzymanie bezpiecznego wyłączenia z eksploatacji.
• Dodatkowe właściwości oparte na ocenach zagrożenia pożarowego:

- swobodna przestrzeń między nawami umożliwiająca dostęp do pomieszczeń z kablami

- większa odległość między piętrami kanałów kablowych

- lokalizacja kanałów kablowych z dala od potencjalnych źródeł małego pożaru lub zabezpieczenie ich przegrodami

- zainstalowanie przegród ogniowych na długich pionowych trasach kablowych

- większe oddzielenia między ognioodpornymi kablami/elementami w układach do bezpiecznego wyłączania elektrowni

 

11. Zaawansowane Rozwiązanie MACSTOR^® do Suchego Składowania Wypalonego Paliwa

Technologię AECL suchego składowania zużytego paliwa rozwinięto na bazie systemu betonowej powłoki kasetowej (concrete canister system), który z powodzeniem zastosowano w elektrowniach z reaktorem CANDU 6 w Point Lepreau i Wolsong 1. Te betonowe powłoki zawierały do 540 wiązek paliwa wypalonego w CANDU, w 9 koszach, z których każdy zawierał 60 wiązek zużytego paliwa, przy pojemności powłoki ~10 MgU. Następnie moduł składowania MACSTOR-200 rozwinięto tak, aby możliwe było magazynowanie 12.000 wiązek w 200 koszach; jest on obecnie wykorzystywany do składowania zużytego paliwa w el. Gentilly 2 i w el. Cernavoda.

Mając na uwadze większą przepustowość paliwa w elektrowniach z kilkoma blokami CANDU, pojemność modułu MACSTOR-200 podwojono, zmniejszając tym samym jeszcze bardziej przestrzeń potrzebną do składowania i obniżając koszty kapitałowe. Projekt modułu Advanced MACSTOR został opracowany wspólnie z Korea Hydro i Nuclear Power (KHNP). Wybrana konfiguracja posiada 4 rzędy cylindrów do składowania - zamiast dwóch, i ma pojemność 24.000 wiązek składowanych w 400 koszach. Moduł ten nazwano MACSTOR/KN-400; zwiększa on około 3-krotnie gęstość składowania przy kosztach niższych o 20% w porównaniu z betonowymi powłokami kasetowymi. W porównaniu z dwoma modułami MACSTOR-200 moduł ‘Advanced’ wymaga około 30% mniej przestrzeni i jest tańszy o 10%.

 

12. Udoskonalone Systemy Zarządzania Reaktorami Ciężkowodnymi

AECL opracowała unowocześniony i bardziej ekonomiczny system zwany Combined Electrolysis and Catalytic Exchange (CECE) (elektrolityczno-katalityczna technologia produkcji ciężkiej wody), który zastępuje system Distillation Process Heavy Water (DW) (produkcja ciężkiej wody metodą destylacji). Urządzenia CECE są o wiele mniejsze, przy mniejszych kosztach kapitałowych; o wiele mniejsze są również wymagane ilości pary, wody chłodzącej i wody schłodzonej. Udoskonalone CECE mają znacznie mniejsze emisje D2O, trytu i C14. Proces CECE oferuje szereg korzyści, m. in.:

• prostszy i mniejszy układ przestrzenny, korzystniejszy pod względem montażowym, w rezultacie którego okres czasu od wejścia kontraktu w życie do przekazania obiektu do eksploatacji wynosi maksimum 34 miesiące, w porównaniu z 48 miesiącami w przypadku elektrowni z DW
• projektowane emisje trytu w systemie CECE są 500 razy niższe od emisji w DW
• technologia CECE może być również dostosowana do detrytracji (usuwania trytu) ciężkiej wody.

 

 

 

Tłumaczenie oryginału: dr inż. Stefan S. Doerffer (Atomic Energy of Canada Limited)