Усовершенствованный реактор с газовым охлаждением

Усовершенствованный реактор с газовым охлаждением ( AGR ) — это тип ядерного реактора, спроектированный и эксплуатируемый в Соединенном Королевстве. Это второе поколение британских реакторов с газовым охлаждением , в которых используется графит в качестве замедлителя нейтронов , а в качестве теплоносителя — углекислый газ . Они составляют основу британского парка атомных электростанций с 1980-х годов.
AGR был разработан на основе реактора Magnox , конструкции реактора первого поколения в Великобритании. Первая конструкция Magnox была оптимизирована для производства плутония . [1] и по этой причине он имел характеристики, которые были не самыми экономичными для производства электроэнергии. Главным среди них было требование работать на природном уране , для чего требовался теплоноситель с низким нейтронным сечением , в данном случае углекислый газ , и эффективный замедлитель нейтронов - графит . Конструкция Magnox также работала при относительно низких температурах газа по сравнению с другими конструкциями, производящими электроэнергию, что приводило к менее эффективным условиям пара.
В конструкции AGR сохранен графитовый замедлитель и углекислый газ Magnox, но увеличена рабочая температура охлаждающего газа для улучшения условий пара. Они были сделаны идентичными установкам, работающим на угле, что позволяло использовать ту же конструкцию турбин и генерирующего оборудования. На начальных этапах проектирования было признано необходимым заменить оболочку твэла с бериллиевой на нержавеющую сталь . Однако сталь имеет более высокое нейтронное сечение , и это изменение потребовало использования обогащенного уранового топлива для компенсации. Это изменение привело к увеличению выгорания — 18 000 МВт -т -сут на тонну топлива, что позволило сократить частоту дозаправок.
Прототип AGR поступил в эксплуатацию в Виндскейле в 1962 году. [2] но первый коммерческий AGR не был введен в эксплуатацию до 1976 года. Всего в период с 1976 по 1988 год было построено четырнадцать реакторов AGR на шести площадках. Все они имеют два реактора в одном здании, и каждый реактор имеет расчетную тепловую мощность. выходная мощность 1500 МВт , установку мощностью 660 МВт приводящая в действие турбогенераторную . Различные станции AGR производят мощность в диапазоне от 555 МВт до 670 МВт, хотя некоторые из них работают ниже проектной мощности из-за эксплуатационных ограничений. [3]
дизайн СМА
[ редактировать ]
- Зарядные трубки
- Стержни управления
- Графитовый замедлитель
- Топливные сборки
- Бетонный сосуд под давлением и радиационная защита
- Газовый циркулятор
- Вода
- Циркулятор воды
- Теплообменник
- Пар

AGR был спроектирован таким образом, чтобы конечные условия пара на запорном клапане котла были идентичны условиям на обычных угольных электростанциях , поэтому можно было использовать ту же конструкцию турбогенераторной установки. Средняя температура горячего теплоносителя, выходящего из активной зоны реактора, должна была составлять 648 ° C (1198 ° F). Чтобы получить такие высокие температуры и при этом обеспечить полезный срок службы графитового сердечника (графит реагирует с CO 2 при высокой температуре), для охлаждения графита используется возвратный поток охлаждающей жидкости при более низкой температуре на выходе из котла, равной 278 °C, гарантируя, что Температура графитового ядра не слишком сильно отличается от температуры, наблюдаемой на станции Magnox . Температура и давление на выходе перегревателя были рассчитаны на 2485 фунтов на квадратный дюйм (170 бар) и 543 °C.
Топливом служат таблетки диоксида урана , обогащенные до 2,5-3,5%, в трубках из нержавеющей стали. Первоначальная концепция конструкции AGR заключалась в использовании облицовки на основе бериллия . Когда это оказалось непригодным из-за хрупкого разрушения, [4] Уровень обогащения топлива был повышен, чтобы обеспечить более высокие потери при захвате нейтронов оболочкой из нержавеющей стали . Это значительно увеличило стоимость электроэнергии, производимой СМА. Теплоноситель из углекислого газа циркулирует через активную зону, достигая температуры 640 °C (1184 °F) и давления около 40 бар (580 фунтов на квадратный дюйм), а затем проходит через агрегаты котла (парогенератора) за пределами активной зоны, но все еще внутри стальной футеровки. , железобетонный сосуд под давлением. Стержни управления проходят через графитовый замедлитель, а вторичная система включает впрыскивание азота в теплоноситель для поглощения тепловых нейтронов и остановки процесса деления, если стержни управления не смогут войти в активную зону. Система третичного останова, которая работает путем введения в реактор шариков бора , включена на случай, если в реакторе придется сбросить давление при недостаточном опускании стержней управления. Это означало бы, что давление азота невозможно поддерживать. [5] [6]
AGR был спроектирован так, чтобы иметь высокий тепловой КПД (соотношение вырабатываемой электроэнергии и вырабатываемого тепла) около 41%, что лучше, чем у современного водо-водяного реактора (PWR) с типичным тепловым КПД 34%. [7] Это связано с более высокой температурой теплоносителя на выходе, составляющей около 640 ° C (1184 ° F), что практически возможно при газовом охлаждении, по сравнению с примерно 325 ° C (617 ° F) для PWR.Однако для той же выходной мощности активная зона реактора должна быть больше, а выгорание топлива, составляющее 27 000 МВт(тепл.) дней на тонну для топлива типа 2 и до 34 000 МВт(тепл.) дней на тонну для твердотопливного топлива при выгрузке, ниже, чем 40 000 МВт(ты) дней на тонну PWR, поэтому топливо используется менее эффективно, [8] противодействие преимуществу тепловой эффективности.
Как и реакторы Magnox, CANDU и РБМК , а также в отличие от легководных реакторов , СМА предназначены для дозаправки без предварительного отключения (см. Онлайн-дозаправка ). Эта дозаправка под нагрузкой была важной частью экономического обоснования выбора AGR перед другими типами реакторов и в 1965 году позволила Центральному совету по производству электроэнергии (CEGB) и правительству заявить, что AGR будет производить электроэнергию дешевле, чем лучший уголь. - сгорели электростанции. Однако во время дозаправки под нагрузкой на полной мощности возникли проблемы с вибрацией ТВС, поэтому в 1988 году дозаправка на полной мощности была приостановлена до середины 1990-х годов, когда дальнейшие испытания привели к застреванию твэла в активной зоне реактора. На СМА теперь осуществляется только дозаправка при частичной нагрузке или при остановке.
В резервуаре высокого давления из предварительно напряженного бетона находится активная зона реактора и котлы. Чтобы свести к минимуму количество проникновений в резервуар (и, таким образом, уменьшить количество возможных мест нарушений), котлы имеют прямоточную конструкцию, в которой все кипение и перегрев осуществляются внутри труб котла. Это требует использования сверхчистой воды, чтобы свести к минимуму накопление солей в испарителе и последующие проблемы с коррозией.
AGR должен был стать превосходной британской альтернативой американским легководным реакторам. Он рекламировался как развитие успешной с эксплуатационной (если не с экономической) конструкции Magnox и был выбран из множества конкурирующих британских альтернатив - сверхвысокотемпературного реактора с гелиевым охлаждением , парогенерирующего тяжеловодного реактора и быстрого реактора-размножителя. - а также американские легководные реакторы с водой под давлением и кипящей водой (PWR и BWR) и канадские конструкции CANDU. CEGB провел детальную экономическую оценку конкурирующих проектов и пришел к выводу, что AGR, предложенный для Dungeness B, будет генерировать самую дешевую электроэнергию, более дешевую, чем любая из конкурирующих конструкций и лучшие угольные станции.
История
[ редактировать ]На конструкцию СМА возлагались большие надежды. [9] Амбициозная программа строительства пяти двухреакторных станций «Дандженесс Б» , «Хинкли-Пойнт Б» , «Хантерстон Б» , «Хартлпул» и «Хейшем» была быстро развернута, и с нетерпением ожидались экспортные заказы.
По политическим причинам CEGB было поручено распределить заказы «первого поколения» между тремя различными консорциумами «проектирования и строительства» и множеством крупных субподрядчиков. Как следствие, первые три станции CEGB, хотя и имели одинаковую конструктивную концепцию и конструкцию твэла, совершенно отличались в деталях. Это также привело к тому, что трем консорциумам пришлось конкурировать за одно и то же ограниченное число экспертов, необходимость для каждого проекта иметь уникальное (и очень сложное) обоснование безопасности и необходимость поддержки в течение всего срока действия программы трех (позже 4) различные конструкции реакторов САГ.
Станции СМА оказались сложными и трудными в строительстве. Еще больше проблем усугубляли общеизвестные плохие трудовые отношения того времени. Головная станция Dungeness B была заказана в 1965 году с запланированным сроком завершения в 1970 году. После проблем почти со всеми аспектами конструкции реактора она, наконец, начала вырабатывать электроэнергию в 1983 году, с опозданием на 13 лет. [9]
Следующие конструкции реакторов в Хинкли-Пойнт и Хантерстоне, заказанные год или два спустя, оказались значительно лучше, чем конструкция Дандженесса, и действительно были введены в эксплуатацию раньше Дандженесса. Следующий проект AGR, построенный в Хейшеме 1 и Хартлпуле, был направлен на снижение общей стоимости проектирования за счет уменьшения занимаемой площади станции и количества вспомогательных систем. Однако это привело к трудностям в строительстве.
Последние два AGR в Торнессе и Хейшаме 2 вернулись к модифицированной и «отлаженной» конструкции Хинкли с гораздо большим сейсмическим запасом и оказались наиболее успешными в флоте. [10] Бывший экономический советник казначейства Дэвид Хендерсон назвал программу AGR одной из двух самых дорогостоящих ошибок проекта, спонсируемого британским правительством (второй — Concorde) . [11]
Когда в 1980-х годах правительство приступило к приватизации электроэнергетической отрасли , анализ затрат для потенциальных инвесторов показал, что истинные эксплуатационные затраты оставались неясными в течение многих лет. Затраты на вывод из эксплуатации были особенно существенно недооценены. была исключена из приватизации . Эта неопределенность привела к тому, что ядерная энергетика в то время [9]
Небольшой прототип AGR в Селлафилде (Виндскейл) был выведен из эксплуатации в 2010 году - активная зона и корпус под давлением выведены из эксплуатации, осталось видно только здание «Мяч для гольфа». Этот проект также представлял собой исследование того, что необходимо для безопасного вывода из эксплуатации ядерного реактора.
В октябре 2016 года было объявлено, что сверхшарнирные регулирующие стержни будут установлены в Хантерстоне Б и Хинкли-Пойнт Б из-за опасений по поводу стабильности графитовых активных зон реакторов. В начале 2018 года во время планового отключения на реакторе Хантерстон Б 3 наблюдался несколько более высокий уровень новых трещин в корне шпоночных канавок, чем предполагалось, и в мае 2018 года EDF объявила, что простой будет продлен для дальнейшего исследования, анализа и моделирования. [12]
В 2018 году проверки, проведенные ONR в Дандженессе B, показали, что сейсмические ограничители, трубопроводы и резервуары для хранения были «корродированы до неприемлемого состояния», и именно в таком состоянии они находились во время работы реактора. ONR классифицировал инцидент как инцидент второго уровня по Международной шкале ядерных событий . [13]
Современные реакторы AGR
[ редактировать ]По состоянию на август 2022 года в Соединенном Королевстве имеется четыре атомных электростанции с двумя действующими АГР на каждой. [14] все из которых принадлежат и управляются EDF Energy :
АГР Мощность Станция | Сеть Мне | Строительство началось | Подключено в сетку | Коммерческий операция | Бухгалтерский учет дата закрытия |
---|---|---|---|---|---|
Хартлпул | 1210 | 1968 | 1983 | 1989 | 2026 |
Хейшем 1 | 1150 | 1970 | |||
Хейшем 2 | 1250 | 1980 | 1988 | 2028 | |
Торнесс | 1250 | 1980 | 1988 | 2028 |
В 2005 году компания British Energy объявила о продлении срока эксплуатации станции Данджнесс Б на 10 лет, согласно которому станция будет продолжать работать до 2018 года. [15] а в 2007 году объявили о продлении срока действия Хинкли Пойнт Б и Хантерстон Б на 5 лет до 2016 года. [16] Продление срока действия других AGR будет рассматриваться как минимум за три года до запланированной даты их закрытия.
С 2006 года мощности Hinkley Point B и Hunterston B были ограничены примерно 70% нормальной выработки МВт из-за проблем, связанных с котлами, требующих их работы при пониженных температурах котлов. [16] В 2013 году мощность этих двух станций увеличилась примерно до 80% от нормальной после некоторых модификаций станции. [17]
получила документы В 2006 году AGR попали в новости, когда в соответствии с Законом о свободе информации 2000 года газета The Guardian , в которых утверждалось, что British Energy не знала о масштабах растрескивания графитовых кирпичей в активных зонах своих реакторов. Также утверждалось, что British Energy не знала, почему произошло растрескивание, и что они не могли контролировать активные зоны без предварительного отключения реакторов. Позже British Energy опубликовала заявление, подтверждающее, что растрескивание графитовых кирпичей является известным симптомом обширной нейтронной бомбардировки и что они работают над решением проблемы мониторинга. Также они заявили, что реакторы проверяются каждые три года в рамках «нормативных простоев». [18]

17 декабря 2010 года EDF Energy объявила о продлении срока эксплуатации электростанций Хейшам 1 и Хартлпул на 5 лет, чтобы обеспечить возможность дальнейшей генерации до 2019 года. [19]
В феврале 2012 года EDF объявила, что ожидает продления срока службы в среднем на 7 лет для всех AGR, включая недавно продленный срок службы Heysham 1 и Hartlepool. Такое продление срока действия подлежит детальному рассмотрению и утверждению и не включено в таблицу выше. [20] [21]
4 декабря 2012 года EDF объявила, что Хинкли Пойнт Б и Хантерстон Б были продлены на 7 лет, с 2016 по 2023 год. [22]
5 ноября 2013 года EDF объявила, что Хартлпулу продлили жизнь на 5 лет, с 2019 по 2024 год. [23]
В 2013 году в ходе плановой проверки был обнаружен дефект в одном из восьми котлов реактора Хейшем А1. Реактор возобновил работу на более низком уровне мощности с отключенным котлом-капсулой до июня 2014 года, когда более детальные проверки подтвердили трещину в опоре котла. В качестве меры предосторожности Хейшам А2 и дочерняя станция Хартлпул также были закрыты на восьминедельную проверку. [24] [25]
В октябре 2014 года на реакторе Хантерстон Б была обнаружена трещина нового типа в графитовых кирпичах-замедлителях. Наличие трещины в корне шпоночного паза ранее предполагалось, но не наблюдалось. Существование трещин этого типа не оказывает немедленного влияния на безопасность реактора – однако, если количество трещин превысит пороговое значение, реактор будет выведен из эксплуатации, поскольку трещины не подлежат ремонту. [26] [27]
В январе 2015 года срок службы Dungeness B был продлен на десять лет с обновлением компьютерных систем диспетчерской и улучшенной защитой от наводнений, в результате чего дата закрытия отчетности перенесена на 2028 год. [28]
В феврале 2016 года EDF продлила срок службы четырех из восьми своих атомных электростанций в Великобритании. Срок эксплуатации Хейшема-1 и Хартлпула был продлен на пять лет до 2024 года, а сроки закрытия Хейшема-2 и Торнесса были перенесены на семь лет, до 2030 года. [29]
7 июня 2021 года EDF объявила, что Dungeness B, который с сентября 2018 года находился в длительном отключении, немедленно перейдет к этапу выгрузки топлива. [30]
15 декабря 2021 года EDF объявила, что Heysham 2 и Torness, как ожидается, закроются в марте 2028 года. [31]
7 января 2022 года реактор № 4 Хантерстона Б был остановлен в последний раз, и производство было прекращено почти через 47 лет. Реактор 3 перешел на этап выгрузки топлива в ноябре 2021 года. [32]
1 августа 2022 года был остановлен реактор 3 Хинкли-Пойнт Б, реактор 4 — 6 июля 2022 года. [33]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Гилберт, Ричард Дж.; Кан, Эдвард П. (18 января 2007 г.). Международные сравнения регулирования электроэнергетики . Издательство Кембриджского университета. п. 47. ИСБН 9780521030779 . Проверено 6 октября 2017 г.
- ^ История усовершенствованного реактора с газовым охлаждением Windscale. Архивировано 1 октября 2011 года в Wayback Machine , Sellafield Ltd.
- ^ Джон Брайерс, Саймон Эшмид (17 февраля 2016 г.). «Подготовка к будущим работам по выгрузке топлива и выводу из эксплуатации британского парка усовершенствованных газоохлаждаемых реакторов EDF Energy» (PDF) . ПРЕДЕК 2016 . Агентство по ядерной энергии ОЭСР . Проверено 18 августа 2017 г.
- ^ Мюррей, П. (1981). «Разработки в области оксидного топлива в Харвелле». Журнал ядерных материалов . 100 (1–3): 67–71. Бибкод : 1981JNuM..100...67M . дои : 10.1016/0022-3115(81)90521-3 .
- ^ Нонбел, Эрик (ноябрь 1996 г.). Описание усовершенствованного реактора с газовым охлаждением (AGR) (PDF) (Отчет). Северные исследования ядерной безопасности. НКС/РАК2(96)ТР-С2. Архивировано из оригинала (PDF) 9 июня 2022 г. Проверено 02 января 2019 г. [ нужна страница ]
- ^ «Nuclear_Graphite_Course-B — Проектирование графитового сердечника AGR и другие» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 17 июля 2011 года. [ нужна полная цитата ]
- ^ Шультис, Дж. Кеннет; Фао, Ричард Э. (2002). Основы ядерной науки и техники . Марсель Деккер. ISBN 0-8247-0834-2 . [ нужна страница ]
- ^ Приложение 6: Типовые проектные и эксплуатационные данные для действующих в настоящее время реакторов (PDF) . Атомная энергетика – климат будущего (Технический отчет). 1 июня 1999 года. Архивировано из оригинала 28 декабря 2004 года.
- ^ Jump up to: а б с Оуэн, Джеффри (7 марта 2016 г.). «Рецензия на книгу: «Падение и подъем ядерной энергетики в Великобритании» » . Файнэншл Таймс . Архивировано из оригинала 10 декабря 2022 г. Проверено 16 марта 2016 г.
- ^ С.Х. Уирн, Р.Х. Берд (декабрь 2016 г.). «Опыт Великобритании в области проектирования консорциумов для атомных электростанций» (PDF) . Ядерный институт Далтона, Манчестерский университет . Архивировано из оригинала (PDF) 26 марта 2017 года . Проверено 25 марта 2017 г.
- ^ Хендерсон, Дэвид (21 июня 2013 г.). «Чем больше вещей меняются…» Nuclear Engineering International . Проверено 23 июля 2021 г.
- ^ «Новые трещины задерживают перезапуск реактора Хантерстон Б» . Мировые ядерные новости . 3 мая 2018 года . Проверено 6 мая 2018 г.
- ^ «Коррозионная устойчивость B соответствует уровню 2 INES» . Международная ядерная инженерия. 24 января 2019 года . Проверено 30 января 2019 г.
- ^ «Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии: Атомные энергетические реакторы» . База данных ПРИС . Международное агентство по атомной энергии. 22 мая 2010 года. Архивировано из оригинала 28 июня 2011 года . Проверено 22 мая 2010 г.
- ^ «Продление срока службы атомной электростанции Дандженесс Б на 10 лет» . Британская энергия . 15 сентября 2005 г. Архивировано из оригинала 22 марта 2006 г. Проверено 19 июня 2008 г.
{{cite journal}}
: Для цитирования журнала требуется|journal=
( помощь ) - ^ Jump up to: а б «Продление срока службы электростанций Хинкли-Пойнт Б и Хантерстон Б» . Британская энергия . 11 декабря 2007 г. Архивировано из оригинала 1 октября 2018 г. . Проверено 19 июня 2008 г.
{{cite journal}}
: Для цитирования журнала требуется|journal=
( помощь ) - ^ «Хинкли-Пойнт Б и Хантерстон Б возвращаются к загрузке 80 %» . Международная ядерная инженерия. 1 июля 2013 года . Проверено 2 июля 2013 г.
- ^ «Опасения по поводу трещины в реакторе преуменьшены» . Новости Би-би-си . 5 июня 2006 г.
- ^ «EDF продлит срок службы британских атомных электростанций» . Яху. Ассошиэйтед Пресс. 17 декабря 2010 года . Проверено 11 апреля 2011 г. [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ «EDF планирует продлить срок службы британских AGR» . Международная ядерная инженерия. 20 февраля 2012 года. Архивировано из оригинала 13 октября 2013 года . Проверено 16 мая 2012 г.
- ^ «Doosan Babcock подписывает соглашение с EDF о расширении атомных станций» . Новости Би-би-си . 19 февраля 2014 года . Проверено 23 июля 2021 г.
- ^ «EDF продлевает жизнь двум атомным электростанциям» . Независимый . 4 декабря 2012 г. Архивировано из оригинала 8 декабря 2012 г. Проверено 14 августа 2013 г.
- ^ «Электростанция Хартлпул останется открытой до 2024 года» . Новости Би-би-си . 5 ноября 2013 года . Проверено 23 июля 2021 г.
- ^ «EDF Energy закрывает Heysham A1&2 и Hartlepool для проверки котлов» . Международная ядерная инженерия. 11 августа 2014 года . Проверено 14 августа 2014 г.
- ^ «Регулятор Великобритании поддерживает EDF Energy в проверках реактора» . Мировые ядерные новости . 13 августа 2014 года . Проверено 14 августа 2014 г.
- ^ Брумби, Роб (6 октября 2014 г.). «Новые трещины в реакторе Хантерстона» . Новости Би-би-си . Проверено 23 июля 2021 г.
- ^ «Обеспокоенность по поводу безопасности взлома внутри реактора в Шотландии сохраняется: эксперт по ядерной безопасности» . РИА Новости . 7 октября 2014 года . Проверено 10 октября 2014 г.
- ^ «Атомная станция Великобритании продлевается на десять лет» . Мировые ядерные новости . 20 января 2015 года . Проверено 21 января 2015 г.
- ^ Мойлан, Джон (16 февраля 2016 г.). «EDF сохранит открытыми четыре атомные электростанции в Великобритании еще на несколько лет» . Новости Би-би-си . Проверено 23 июля 2021 г.
- ^ «EDF решает перевести Dungeness B на этап выгрузки топлива» . ЭДФ Энергия . 7 июня 2021 г. Проверено 7 июня 2021 г.
- ^ «Проведены обзоры срока службы AGR» . ЭДФ Энергия . 15 декабря 2021 г. Проверено 7 января 2022 г.
- ^ «Выработка электроэнергии с нулевым выбросом углерода заканчивается в Хантерстоне Б» . ЭДФ Энергия . 7 января 2022 г. Проверено 12 января 2022 г.
- ^ «Новый рассвет: Хинкли-Пойнт Б завершает поколение» . ЭДФ Энергия . 1 августа 2022 г. Проверено 29 января 2023 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Общая конструкция и принципы усовершенствованного реактора с газовым охлаждением (AGR). Архивировано 7 сентября 2017 г. в Wayback Machine , База знаний МАГАТЭ по ядерному графиту.
- Усовершенствованные реакторы с газовым охлаждением - МАГАТЭ , сентябрь 1980 г. доклад конференции
- Проект WAGR - вывод из эксплуатации Windscale AGR
- Ориентировочные даты закрытия AGR , колонка Палаты лордов Hansard WA232, 24 февраля 2005 г.
- Обзор основных проблем с графитом в Хинкли-Пойнт Б и других AGR , Large & Associates (инженеры-консультанты) для Гринпис
- Блюз бифуркации British Energy , Nuclear Engineering International, 22 ноября 2006 г.
- Отчет о посещении Torness AGR , Чарли Стросс