Czy nowy chiński reaktor jądrowy to na pewno SMR? Sprawdzamy

W ostatnim czasie w Chinach został oddany do użytku nowy reaktor jądrowy małej mocy. Pojawiło się przy tym dużo głosów na temat jego parametrów, określając go mianem SMR'a (Small Modular Reactor), przy czym w niewielkim stopniu wspominane było jaki to dokładnie jest reaktor i do jakiej rodziny można go sklasyfikować.  Postanowiłem zatem odrobinę przybliżyć jego specyfikację żeby rozwiać niektóre wątpliwości i doprecyzować informacje krążące po Internecie.

Nowo wybudowana elektrownia jądrowa powstała w miejscowości Shidao Bay w prowincji Shandong na wschodnim wybrzeżu Chin. Postanowiono wybudować nowy model reaktora HTR-PM (High-Temperature gas-cooled Reactor Pebble-bed Module). Jak wskazuje sama nazwa należy on do typu reaktorów HTGR (High Temperature Gas-cooled Reactor - reaktor wysokotemperaturowy chłodzony gazem), określanych jako należące do IV generacji reaktorów jądrowych. Określenie „Pebble-bed" wskazuje, że jest to reaktor ze złożem usypanym, czyli paliwo ma w nim formę grafitowych kul, wielkości mniej więcej piłek tenisowych, w których umieszczone są mniejsze kulki paliwowe, tzw. paliwo TRISO. W kulkach tych paliwo, w postaci tlenków, bądź węglików uranu, otoczone jest warstwami grafitu oraz ceramicznymi. Chłodziwem obiegu pierwotnego jest gaz -- hel pod ciśnieniem 7 MPa. Temperatura obiegu pierwotnego jest znacznie wyższa niż w przypadku reaktorów  PWR chłodzonych wodą ponieważ dzięki zastosowaniu chłodziwa w postaci gazu możliwe jest osiągnięcie temperatury o wartości 750^oC, co pozwala również na pracę w skojarzeniu (produkcja energii elektrycznej i energii cieplnej o temperaturze 560^oC). Na terenie elektrowni powstały dwa reaktory tego typu, każdy z nich o mocy termicznej rzędu 250 MW_th, zaś oba reaktory zostały przyłączone do jednego turbozespołu o mocy 210 MW_e. Mimo wszystko jest to model demonstracyjny, zaś docelowym modelem tego typu elektrowni jest produkcja 600 MW_e z sześciu reaktorów wchodzących w skład jednego obiektu.

Reaktor HTR posiada znane nam już wcześniej systemy zabezpieczeń ale również rozwiązania charakterystyczne tylko dla siebie samego. Paliwo jądrowe ma wytrzymałość termiczną do poziomu 1620^oC, ciepło oddawane z reaktora jest w sposób niewymuszony (bez potrzeby urządzeń zasilanych energią elektrycznych) -- poprzez przewodzenie z rdzenia potem poprzez radiację i konwekcje naturalną w wyniku gradientu temperatury, co nie wymaga również specjalnego dodawania chłodziwa do obiegu. Hel również ma negatywny temperaturowy współczynnik reaktywności, co również powoduje znaczące zniwelowanie problemu stopienia się rdzenia reaktora.

W zakresie ochrony przed niekontrolowanym uwolnieniom promieniowania z paliwa -- cała strefa paliwowa za każdym kolejnym obiegiem w reaktorze jest sprawdzana na wypadek uszkodzenia koszulki ceramicznej oraz badany jest stopień wypalenia paliwa. Jeśli uszkodzona dojdzie do uszkodzeń, bądź jest już wystarczająco zużyte paliwo nie wprowadza się go ponownie do reaktora, a zamiast niego pojawia się kolejna porcja paliwa.

Podsumowując, reaktor HGTR jest reaktorem wysokotemperaturowym chłodzonym helem oraz należy do IV generacji reaktorów jądrowych. Osiąga znacznie wyższe temperatury pracy względem reaktorów PWR, będącymi aktualnie dominującymi na świecie. Może pracować w skojarzeniu, a jego ciepło można wykorzystywać w przemyśle, czy do produkcji wodoru. Jest reaktorem o mocy termicznej rzędu 250 MW_Th, i zgodnie z planami 6 jednostek tego typu mogą wchodzić w skład takiej elektrowni dlatego też można zaliczyć go do rodziny reaktorów SMR. Należy jednak w tym miejscu jeszcze mocno podkreślić, że jest to wciąż jedynie eksperymentalna jednostka będąca pierwszym etapem na drodze do wdrożenia reaktorów HTR na skalę komercyjną. Kolejnym krokiem będzie budowa pełnego kompleksu eksperymentalnego, następnie wyeliminowanie problemów w budowach jednostek tylko FOAK (First-of-a-kind -- pierwszy swego rodzaju), żeby dopiero wtedy mieć gotową dla rynku technologię.

Jakub Żychowicz, inżynier energetyki, były prezes KN Uranium przy AGH

Źródła:

\- //world-nuclear-news.org/Articles/Demonstration-HTR-PM-connected-to-grid>

\- //www.iaea.org/sites/default/files/17/11/cn-247-zhang.pdf>

\- //nucleus.iaea.org/sites/htgr-kb/HTR2014/Paper%20list/Track8/HTR2014-81150.pdf>

\- //www.hindawi.com/journals/stni/2017/9160971/>

\- //www.energy.gov/ne/articles/triso-particles-most-robust-nuclear-fuel-earth>