APWR reaktorok bemutatása

Tervezési feladat prezentációGregus Zoltán

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi EgyetemNukleáris Technikai Intézet

2009.05.13.

• Mitsubishi Heavy Industries (MHI) fejlesztése

APWR

• 3. generációs PWR• Fejlesztése 1982 óta• Fejlesztése során kitűzött célok:– Biztonságosság további növelés– Gazdaságosság növelése– Jobb rendelkezésre állás– Egyszerűbb üzemeltetés és karbantartás– Radioaktív/veszélyes hulladék kibocsátás csökkentése

• Első üzembe lépő blokkok:Tsuruga 3 és 4 (2016 és 2017), Japán

• Tervezett üzemidő: 60 év• Típus engedélyeztetés az USA-ban és az EU-ban

Főbb műszaki paraméterei• Elektromos teljesítmény: 1530 MW, későbbi

blokkokra 1700 MW• Reaktor hőteljesítménye: 4450 MW• 4 hurkos kivitel• Legnagyobb átmérőjű cső belső átmérője: 787,4 mm• UO2 üzemanyag, de MOX befogadására is képes• Álló gőzfejlesztők• 1 turbina/blokk• 1 db ikerházas HP, 3 db ikerházas LP turbina, HP után

kétszeres újrahevítés

Reaktor

• 4 hurkos kivitel• Üzemi nyomás: 155,13 bar• Hidegág hőmérséklete: 287,7 oC• Melegág hőmérséklete: 325 oC• 4451 MWth

• Zóna térfogatárama: 103200 m3/h• Zóna körül neutron reflektor• Üzemanyagkazetták száma: 257 (PWR ~190)

Üzemanyagkazetta• 17 x 17-es négyszög rács• Pálcák száma: 264 / kazetta• Szabályozó rudak száma: 24 / kazetta• Incore detektoroknak fenntartott hely: 1 / kazetta• Távtartórácsok száma: 11 (felső és alsó: INCONEL 718, a többi

Zircaloy-4)• Pálcák aktív hossza: 4,2 m• Pálcák külső átmérője: 9,5 mm• Pasztilla külső átmérője: 8,19 mm• Pálcák burkolata: ZIRLO• Két pálca középvonala közötti távolság: 12,598 mm

Szabályozó rudak• Ag (80%)-In (15%)-Cd (5%)• 24 rúd kazettánként• Abszorbens rúd hossza: 4153 mm• Burkolata: rozsdamentes acél• Burkolat külső átmérője: 9,68 mm (nagyobb

mint az üa. pálcáké)

Kiégő mérgek• Gd oxid az üzemanyagmátrixban (max

10% Gd tartalom)• Bórszilikát üveg kiégő mérget

tartalmazó rudak (4050 mm abszorbens hossz)

• Induló nagy reaktivitás tartalék lekötésére

Hőtechnikai paraméterek

• Teljes hőátadó felület a reaktorban: 8500 m2 (hasonló méretű zónával rendelkező átlag PWR esetén 6500 m2)

• Lineáris teljesítmény: Zóna átlag: 15,25 kW/m (normál PWR: 17 kW/m)Forró csatornában: 39,7 kW/m

• Térfogati teljesítménysűrűség: 89,2 kW/l (PWR: 100 kW/l)• DNBRmin:

Forró csatornában: 2,05 (PWR: 2,19)Tervezési üzemzavar során: 1,33 (PWR: 1,24)

• Maximális hőmérséklet az üzemanyag középvonalában tervezési üzemzavar során: 2550 oC (PWR: 2595 oC)

• Nyomásesés a reaktorban: 3,3 bar (PWR: 4,34 bar)

Xenon lengésre való hajlam

• Nagy méretű, nagy teljesítményű zóna

• Magas zóna: Érzékeny az axiális xenon lengésre (a kampány végén a nagy AO miatt még inkább)

• Horizontális lengésekre a stabilitási index negatív egész kampány során (csökkenő amplitúdójú lengések)

• Axiális lengésekre:BOC: Negatív stabilitási

indexKampány közepén

pozitívvá válik!• A lengések könnyedén kezelhetők

a szabályozó rudak mozgatásával

Zóna üzemzavari hűtő rendszerek

• Korábbi PWR konstrukcióktól jelentősen eltér• 4 továbbfejlesztett hidroakkumulátor

– Passzív rendszer– Kettős üzemmód: NYZÜHR és KNYZÜHR kiváltása– Betáplálás a hidegágba

• 4 biztonsági befecskendezés (SI)– Zóna hosszú távú hűtése– 4 db 50%-os szivattyú

• Vészhelyzeti felbórozó rendszer– Feed and bleed– Tápvíz rendszer üzemképtelensége esetén– Leeresztés két meleg ágból a pihentető medencébe– Magas bórtartalmú víz bekeverése a pihentető medencéből SI-n

keresztül

Zóna üzemzavari hűtő rendszerek

• Korábbi PWR konstrukcióktól jelentősen eltér• 4 továbbfejlesztett hidroakkumulátor

– Passzív rendszer– Kettős üzemmód: NYZÜHR és KNYZÜHR kiváltása– Betáplálás a hidegágba

• 4 biztonsági befecskendezés (SI)– Zóna hosszú távú hűtése– 4 db 50%-os szivattyú

• Vészhelyzeti fel bórozó rendszer– Feed and bleed– Tápvíz rendszer üzemképtelensége esetén– Leeresztés két meleg ágból a pihentető medencébe– Magas bórtartalmú víz bekeverése a pihentető medencéből SI-n

keresztül

Zóna üzemzavari hűtő rendszerek

• Korábbi PWR konstrukcióktól jelentősen eltér• 4 továbbfejlesztett hidroakkumulátor

– Passzív rendszer– Kettős üzemmód: NYZÜHR és KNYZÜHR kiváltása– Betáplálás a hidegágba

• 4 biztonsági befecskendezés (SI)– Zóna hosszú távú hűtése– 4 db 50%-os szivattyú

• Vészhelyzeti fel bórozó rendszer– Feed and bleed– Tápvíz rendszer üzemképtelensége esetén– Leeresztés két meleg ágból a pihentető medencébe– Magas bórtartalmú víz bekeverése a pihentető medencéből SI-n

keresztül

Containment

• Tervezési paraméterek:– Tervezési belső nyomás: 4,7 bar– Bizonyítottan 5,4 bar nyomáson sem megy tönkre– Tervezési hőmérséklet: 150 oC

• Hőelvonás a containmentből alternatív hűtés segítségével (száraz containment)

• Containment teljes mértékben izolálható• Spinkler rendszer nyomáscsökkentésre• Hidrogén koncentráció mérés• Hidrogén égők• Terülő felület a reaktortartály alatt

Konklúzió

• Biztonságos konstrukció (CDF 2 nagyságrenddel kisebb mint egy jelenlegi PWR-nél)

• 39 % termikus hatásfok• Gazdaságilag megalapozott (egyszerűbb felépítés, kisebb

fajlagos építési költség és üa. felhasználás)• Kedvező engedélyezési tapasztalatok az USA-ban• Jelenlegi magyar VER-be nem illeszkedik (1700 MW)• DE:– 2030-tól kieső paksi blokkokat pótolhatja– Jó pénzért atomerőmű építés és üzemeltetés más

országnak (pl.: Németország, környező országok)

Köszönöm a figyelmet

Források:• MHI honlap• US-APWR típus engedélyezési dokumentáció• MHI: US-APWR Fuel and core• MHI: US-APWR SA Mitigation