Poznaj atom

Duży zapas bezpieczeństwa EJ to szerokie pole do modernizacji

Piątek 28 grudnia 2012

Podstawową i najważniejszą zasadą budowy wszystkich reaktorów jądrowych jest prymat bezpieczeństwa nad ekonomią. Sprowadza się to do projektowania konstrukcji z bardzo dużym zapasem bezpieczeństwa, co w praktyce oznacza pogorszenie parametrów pracy urządzenia. Warto pamiętać, że reaktor jądrowy charakteryzuje się sprawnością konwersji energii cieplnej na elektryczną na poziomie 33-38%, co oznacza, że istnieje potencjalna możliwość poprawiania jego parametrów. Korzystając z doświadczeń, zebranych podczas wieloletniej eksploatacji bloków jądrowych, prowadzone są prace modernizacyjne pozwalające na podniesienie ich wydajności, przy jednoczesnym podwyższeniu standardów bezpieczeństwa.

Usprawnienia to efekt postępu i doświadczeń

Przemysł jądrowy i ośrodki naukowe prowadzą nieustanne badania nad różnymi aspektami pracy bloków jądrowych, czego efektem są programy modernizacyjne. Zmiany niekoniecznie muszą dotyczyć samego reaktora. Niekiedy znaczącą poprawę parametru sprawności daje wymiana turbiny parowej bądź generatora prądu, na nowszy, bardziej wydajny model. Częstym przedmiotem modernizacji są pompy obiegów chłodzenia. Bardziej wydajna pompa daje możliwość odprowadzenia większej ilości energii z reaktora. Zwykle okazuje się też, że bez uszczerbku dla bezpieczeństwa można podnieść ciśnienie w obiegu chłodzącym czy temperaturę pracy samego reaktora, w stosunku do przyjętych w projekcie. Wiele można uzyskać dopracowując konstrukcję i rozmieszczenie elementów paliwowych, tak by otrzymać lepsze parametry pracy, a także wydłużyć czas, jaki paliwo spędza w reaktorze i podnieść stopień jego wypalenia. To zaś bezpośrednio przekłada się na współczynnik wykorzystania reaktora, czyli w praktyce wydłużenie okresów między planowymi wyłączeniami. Z danych amerykańskiego Departamentu Energii wynika, że współczynnik wykorzystania reaktorów rósł od ok. 50% na początku lat 70., przez 70% w 1991 r., by w 2002 r. przekroczyć 90%. Obecnie budowane i projektowane reaktory od początku w założeniach mają ten współczynnik na poziomie co najmniej 90%.

Modernizacje są tańsze od budowania nowych elektrowni

Jak się okazuje, najtańszym sposobem na uzyskanie dodatkowej energii nie jest budowa nowej elektrowni jądrowej, ale modernizacja istniejących. W ciągu ostatnich 35 lat Amerykanie dzięki różnego rodzaju modyfikacjom uzyskali tyle dodatkowej energii, ile dają dwie typowe, nowoczesne elektrownie jądrowe.
W połowie 2012 r. amerykański regulator NRC (Nuclear Regulatory Comission) informował, że od 1977 r. zatwierdził w amerykańskich blokach 143 modyfikacje, które w sumie dały 6,44 GW dodatkowej mocy elektrycznej. Jednocześnie Komisja była w trakcie rozpatrywania 17 nowych wniosków o modyfikacje, mające przynieść w sumie ok. 1,25 GW.
Największy amerykański operator elektrowni jądrowych – Exelon - ma w 10 elektrowniach 17 reaktorów o łącznej mocy ok. 32 GW. W ciągu ostatniej dekady, dzięki modernizacjom ta moc wzrosła o 1,1 GW. Exelon prowadzi kolejny program modernizacji i do roku 2017 przewiduje uzyskać dodatkowo 1,3-1,5 GW, co odpowiada mocy dużego nowoczesnego reaktora.

Europa też ulepsza swoje elektrownie

Kiedy w latach 1978 i 1980 ruszały dwa pierwsze reaktory w Olkiluoto w Finlandii, miały moc elektryczną 660 MW każdy. Obecnie, po 4-stopniowej modernizacji oba osiągają po 880 MW. Dodatkowo operator elektrowni – firma TVO – przewiduje, że uda się jeszcze podnieść ich moc do ok. 1000 MW.

Znaczącą poprawę wydajności udaje się osiągać w radzieckiego projektu w reaktorach rodziny VVER 440. Odpowiednie modernizacje, towarzyszące dostosowaniu do aktualnych standardów, w elektrowniach Loviisa w Finlandii, Paks na Węgrzech, Dukovany w Czechach czy Bohunice na Słowacji podniosły ich moc z 440 do ok. 500 MW.

Znaczący jest przykład Szwecji, która ma wieloletnie programy modernizacji swoich 10 reaktorów. O skali tych zmian może świadczyć przykład bloku Oskarshamn-2, gdzie stopniowa modernizacja ma ostatecznie dać moc o 27 proc. wyższą od początkowej. Dzięki takim programom, Szwecji udało się niemal zupełnie zneutralizować konieczność zamknięcia elektrowni jądrowej Barseback, na co rząd – głównie z powodu nacisków Danii – zgodził się w latach 90. Oznaczało to zniknięcie z systemu energetycznego kraju 1200 MW. Seria modernizacji w pozostałych szwedzkich elektrowniach pozwoliła na uzyskanie dodatkowych 1050 MW.

Z kolei francuski EDF tylko z modernizacji 20 swoich największych reaktorów chce uzyskać do 2015 r. dodatkowe 1,8 GW mocy zainstalowanej.

Polecane linki:

- Opis kwestii modernizacji i wymagania NRC:
http://www.nrc.gov/reactors/operating/licensing/power-uprates.html

- Szczegółowy wykaz dokonanych i planowanych modernizacji w USA:
http://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/commission/secys/2012/2012-0084scy.pdf

- Program modernizacji reaktorów węgierskiej elektrowni Paks:
http://paksnuclearpowerplant.com/capacity-upgrade

FOT: Elektrownia jądrowa Loviisa, Finlandia (dzięki uprzejmości Helge V. Keitel)

Facebook