Программа устойчивого развития легководных реакторов

Программа устойчивого развития легководных реакторов — это правительства США программа исследований и разработок . Он находится под руководством Министерства энергетики США и нацелен на проведение исследований и сбор данных, необходимых для получения лицензий на продление срока службы атомных нынешних 104 американских генерирующих электроэнергию, электростанций, сверх 60 лет. Практически все коммерческие атомные электростанции, генерирующие электроэнергию в настоящее время в США, представляют собой легководные реакторы (LWR), то есть они используют обычную (легкую) воду в качестве замедлителя и теплоносителя одновременно.

В основу проекта положены те факты, что в ближайшем будущем:

спрос на электроэнергию значительно увеличится прогнозируется, что
У США есть цели значительно снизить выбросы углекислого газа

Во время своей президентской кампании Барак Обама заявил: « Атомная энергетика составляет более 70% нашей электроэнергии, вырабатываемой без использования углерода. Маловероятно, что мы сможем достичь наших агрессивных климатических целей, если мы исключим ядерную энергетику как вариант». ^[1] Программа LWRS исходит из того, что электроэнергия атомных электростанций как источник с нулевым выбросом углерода может и должна играть решающую роль в общем решении обеих этих задач. Программа LWRS сосредоточена на четырех основных областях: старение и деградация материалов, передовые технологии приборостроения, информации и систем управления, современное ядерное топливо для легководных реакторов и, наконец, определение характеристик запаса безопасности с учетом рисков.

Прогнозируемое увеличение спроса

Ожидается, что внутренний спрос на электроэнергию вырастет более чем на 30% в период с 2009 по 2035 год. В то же время большинство действующих в настоящее время атомных электростанций начнут приближаться к концу своего первоначального 20-летнего продления к первоначальному 40-летнему сроку. лицензия на эксплуатацию, общий срок эксплуатации 60 лет. Согласно одному исследованию, ^[2] спрос увеличится на 30-40% к 2030 году. Другие исследования ^[3] предполагают еще более высокий рост в мире в целом: более 80% к 2035 году.

Цели по снижению выбросов углекислого газа

Президент Обама разъяснил национальную позицию США в отношении выбросов углекислого газа на веб-сайте Белого дома, где говорилось: «Мы должны принять немедленные меры по сокращению углеродного загрязнения, которое угрожает нашему климату и поддерживает нашу зависимость от ископаемого топлива ». ^[4] Президент поставил цель сократить к 2050 году выбросы парниковых газов на 80% ниже уровня 1990 года.

Где это происходит

Национальная лаборатория Айдахо (INL) недалеко от Айдахо-Фолс, штат Айдахо , и Национальная лаборатория Ок-Ридж (ORNL) являются основными исследовательскими центрами. Другие лаборатории и университеты по всей стране участвуют в отдельных частях исследований (см. ниже).

Кто участвует

Управление программой

Тревор Кук, директор федерального проекта программы LWRS
Брюс П. Холберт, директор Управления технической интеграции программы LWRS
Дональд Л. Уильямс-младший, заместитель директора Управления технической интеграции программы LWRS
Кэти Дж. Барнард, операционный менеджер, Офис технической интеграции программы LWRS
Кейт Дж. Леонард, руководитель направления, старение и деградация материалов
Брюс П. Холберт, ведущий специалист по передовым технологиям приборостроения, информации и систем управления
Кертис Л. Смит, Характеристика запаса прочности с учетом рисков
Митчелл Т. Фармер, Технологии безопасности реакторов

Правительство

энергетики Министерства энергетики США Управление ядерной
США Комиссия по ядерному регулированию

Национальные лаборатории

Соответствующие программы Департамента энергетических исследований и разработок

Промышленность

ЭПРИ ( Научно-исследовательский институт электроэнергетики )

Университеты

Международный

Основные технические области исследований и разработок

Старение и деградация материалов

Программа «Старение и деградация материалов» проводит исследования с целью разработки научной основы для понимания и прогнозирования долгосрочного поведения материалов на атомных электростанциях, связанных с деградацией окружающей среды. Предоставлять данные и методы для оценки производительности систем, конструкций и компонентов, необходимых для безопасной и устойчивой эксплуатации атомной электростанции, предоставляя ключевую информацию как регулирующим органам, так и отрасли.

Фон

Ядерные реакторы представляют собой очень сложную среду эксплуатации. Компоненты защитной оболочки действующего реактора должны выдерживать воздействие высокотемпературной воды, напряжений, вибрации и интенсивного нейтронного поля. Деградация материалов в такой среде может привести к снижению производительности и, в некоторых случаях, к внезапному выходу из строя.

Очевидно, что сложные условия эксплуатации действующего ядерного реактора могут повлиять на способность широкого спектра материалов выполнять свои предназначенные функции в течение длительных периодов эксплуатации. Регулярное наблюдение и действия по ремонту/замене могут смягчить последствия этой деградации; однако сбои все еще случаются.

Хотя потенциально все компоненты можно заменить, решение о простой замене компонентов может оказаться непрактичным или экономически невыгодным вариантом. Поэтому понимание, контроль и смягчение процессов деградации материалов, а также создание прочной технической основы для долгосрочного планирования необходимых замен являются ключевыми приоритетами для расширенной эксплуатации атомных электростанций и рассмотрения вопросов повышения мощности.

Цель и задачи

«Путь старения и деградации материалов» обеспечивает исследования во многих областях материаловедения и технологий, поддерживая многочисленные миссии Министерства энергетики и предоставляя уникальный вклад в оценку продления срока службы атомных электростанций, дополняя исследования и разработки атомной промышленности и регулирующих органов. Стратегические цели этого пути заключаются в разработке научной основы для понимания и прогнозирования долгосрочного поведения материалов на атомных электростанциях, связанных с деградацией окружающей среды, а также в предоставлении данных и методов для оценки производительности систем, конструкций и компонентов, необходимых для безопасной и устойчивой ядерной энергетики. работы электростанции.

Министерство энергетики (через «Путь старения и деградации материалов») участвует в этой исследовательской и опытно-конструкторской деятельности, чтобы обеспечить лучшее механистическое понимание ключевых режимов деградации и достаточные экспериментальные данные для определения и подтверждения эксплуатационных пределов; предоставить новые методы мониторинга деградации; и разработать передовые методы смягчения последствий для повышения производительности, надежности и экономичности.

Передовые технологии приборостроения, информационных систем и систем управления

Программа передовых технологий приборостроения , информации и систем управления проводит исследования для разработки, демонстрации и внедрения новых цифровых технологий для архитектур контрольно-измерительных приборов и управления, а также предоставляет возможности мониторинга для обеспечения непрерывной безопасной, надежной и экономичной эксплуатации действующих атомных электростанций страны. .

Фон

Надежные технологии контрольно-измерительных приборов, информации и систем управления необходимы для обеспечения безопасной и эффективной эксплуатации парка легководных реакторов США. Эти технологии влияют на каждый аспект работы атомной электростанции и ее балансовой деятельности. Современные приборы и человеко-машинные интерфейсы используют аналоговые системы в атомной энергетике. Эти системы, хотя в других отраслях обычно считаются устаревшими, продолжают функционировать надежно, но не позволяют коммунальным предприятиям в полной мере использовать преимущества цифровых технологий для достижения повышения производительности. Помимо систем управления, необходимы новые технологии для мониторинга и характеристики последствий старения и деградации в критических областях ключевых систем, конструкций и компонентов. Целью этих усилий является разработка, демонстрация и внедрение новых цифровых технологий для инструментальной информации и архитектур управления, а также предоставление возможностей мониторинга для обеспечения непрерывной безопасной, надежной и экономичной эксплуатации 104 атомных электростанций страны.

Цель и задачи

Целью Пути передовых технологий контрольно-измерительных приборов, информационных систем и систем управления является обеспечение возможности модернизации устаревших систем контрольно-измерительной информации и систем управления таким образом, чтобы создать единую цифровую среду, охватывающую все аспекты эксплуатации и поддержки предприятия, создавая трехмерную информационная архитектура, которая объединяет производственные системы, производственные процессы и работников завода в массив взаимосвязанных технологий.

Характеристика запаса безопасности с учетом рисков

В рамках программы определения характеристик запаса безопасности с учетом рисков проводятся исследования с целью разработки и внедрения подходов для поддержки управления неопределенностью при количественном определении запасов безопасности с целью улучшения процесса принятия решений на атомных электростанциях. Этот путь позволит (1) разработать и продемонстрировать метод оценки риска, связанный с количественным определением запасов безопасности, и (2) создать усовершенствованные инструменты для оценки безопасности, которые позволят более точно представить запас безопасности атомной электростанции.

Фон

Безопасность занимает центральное место в проектировании, лицензировании, эксплуатации и экономике атомных электростанций . Поскольку нынешние атомные электростанции LWR устаревают более 60 лет, существует вероятность увеличения частоты отказов систем, конструкций и компонентов, которые инициируют события, важные для безопасности, снижают существующие возможности по смягчению последствий аварий или создают новые виды отказов. Проектировщики электростанций обычно «перепроектируют» части атомных электростанций и обеспечивают надежность в виде избыточных и разнообразных инженерно-технических средств безопасности, чтобы гарантировать, что даже в случае сценариев, выходящих далеко за рамки проектных основ , здоровье и безопасность населения будут защищены с помощью очень высокая степень уверенности.

Возможность лучше охарактеризовать и количественно оценить запас безопасности является ключом к более эффективному принятию решений о проектировании, эксплуатации и продлении срока службы LWR. Систематический подход к определению характеристик запасов безопасности представляет собой жизненно важный вклад для лицензиата и регулирующих органов в анализ и принятие решений, которые будут проводиться. Кроме того, поскольку исследования и разработки в рамках Программы LWRS и другие совместные усилия дают новые данные и улучшают научное понимание физических процессов, которые управляют старением и деградацией систем, конструкций и компонентов станции (и одновременно поддерживают технологические достижения в области топлива ядерных реакторов и станционные контрольно-измерительные приборы, информационные системы и системы управления) станут известны потребности и возможности для лучшей оптимизации безопасности и производительности предприятия.

Цель

Целью Пути определения характеристик запаса безопасности с учетом рисков является разработка и внедрение подходов для поддержки управления неопределенностью при количественном определении запасов безопасности для улучшения процесса принятия решений на атомных электростанциях. Управление неопределенностью подразумевает способность (а) понимать и (б) контролировать риски, связанные с безопасностью. Следовательно, «Путь RISMC» направлен на улучшение обоих аспектов управления безопасностью.

Ядерное топливо для усовершенствованных легководных реакторов

Программа Advanced Nuclear Fuels Pathway проводит исследования с целью улучшения базы научных знаний для понимания и прогнозирования фундаментальных характеристик ядерного топлива и оболочек на атомных электростанциях. Примените эту информацию для разработки высокоэффективного топлива с высоким выгоранием, повышенной безопасности, целостности оболочки и улучшенной экономики ядерного топливного цикла.

Фон

Характеристики ядерного топлива являются важным фактором, влияющим на эксплуатационные характеристики, безопасность, экономику эксплуатации и требования к утилизации отходов атомных электростанций (за последние два десятилетия атомная энергетика улучшила коэффициенты мощности электростанций за счет постепенного улучшения надежности топлива и его использования или выгорания). ). Однако эти модернизации достигают максимально достижимого эффекта для достижения значительного повышения запаса безопасности при одновременном улучшении операционной рентабельности и экономики. Требуются значительные шаги, выходящие за рамки постепенного улучшения текущего поколения ядерного топлива. Для достижения следующих уровней характеристик топлива необходимы фундаментальные изменения в области состава ядерного топлива, целостности оболочки и взаимодействия топлива с оболочкой. Технологические усовершенствования, разрабатываемые в рамках программы Advanced LWR Nuclear Fuels Pathway, сосредоточены на разработке революционных материалов оболочки, поддерживаемых улучшенной механической конструкцией топлива и альтернативными составами топлива. Если эти изменения будут реализованы, они приведут к существенному улучшению экономики, эксплуатации и безопасности атомных электростанций.

Цель и задачи

Программа Advanced LWR Nuclear Fuels Pathway проводит исследования по повышению безопасности реакторов, повышению экономичности топлива, созданию усовершенствованных конструкций оболочек и разработке усовершенствованных вычислительных моделей для прогнозирования характеристик топлива. Стратегические цели исследований и разработок направлены на улучшение базы научных знаний для понимания и прогнозирования фундаментальных характеристик ядерного топлива и оболочек на атомных электростанциях, а также на применение этой информации для разработки высокоэффективных топлив с высоким выгоранием с улучшенными безопасностью, оболочкой и целостностью. и экономика ядерного топливного цикла. Целью этого исследования является демонстрация каждого из технологических достижений при соблюдении всех ограничений безопасности и нормативных требований посредством тщательного тестирования и анализа.

См. также

Ссылки

^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 17 октября 2008 г. Проверено 5 ноября 2008 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
^ Управление энергетической информации США, «Международный обзор энергетики 2007», Управление энергетической информации, Управление комплексного анализа и прогнозирования, Министерство энергетики США. Вашингтон, округ Колумбия, май 2007 г.
^ Перспективы EIA на 2010 год цитируются в новостном репортаже WNN: http://www.world-nuclear-news.org/EE-The_only_way_is_up_for_world_energy_use-2705107.html .
^ «Энергетика и окружающая среда» . www.whitehouse.gov . 2009. Архивировано из оригинала 3 июня 2009 года.

Внешние ссылки

[1] «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 17 октября 2008 г. Проверено 5 ноября 2008 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )

[2] Управление энергетической информации США, «Международный обзор энергетики 2007», Управление энергетической информации, Управление комплексного анализа и прогнозирования, Министерство энергетики США. Вашингтон, округ Колумбия, май 2007 г.

[3] Перспективы EIA на 2010 год цитируются в новостном репортаже WNN: http://www.world-nuclear-news.org/EE-The_only_way_is_up_for_world_energy_use-2705107.html .

[4] «Энергетика и окружающая среда» . www.whitehouse.gov . 2009. Архивировано из оригинала 3 июня 2009 года.

[1]

[2]

[3]

[4]