Výzkum a vývoj nových jaderných technologií

10.12.2008 1

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií

Lubor Žežula,

Praha, 10.12.2008

Prezentace průběžných výsledků výzkumného úkolu

UDRŽITELNÝ ROZVOJ ENERGETIKY

10.12.2008 2

Výzkum trendů ve vývoji energetického hospodářství ČR, úlohy a disponibility fosilních zdrojů energie a nasazování nových zdrojů

energie (jaderných energetických zdrojů, obnovitelných zdrojů energie, využívání vodíkových technologií a v dlouhodobé perspektivě energetickým využíváním řízené jaderné fúze)

Etapa 1


10.12.2008 3

Současný stav jaderné energetiky ve světě:

– cca 16% z celkové výroby elektrické energie ve světě vyráběno v jaderných elektrárnách.

– celkový instalovaný výkon jaderných elektráren činí 369 867 MW.

– pro blízké nadcházející období nabývá na důležitosti „věkové spektrum“ jaderných reaktorů, které signalizuje jejich stárnutí

– stávající jaderná energetika je postavena především na jaderných reaktorech lehkovodního typu

– použití rychlých reaktorů je nezbytným předpokladem pro efektivní dlouhodobé využití jaderných surovin

– naděje jsou stále vkládány do využití jaderné fúze


10.12.2008 4

Obr.1. – Rozdělení provozovaných jaderných reaktorů dle stáří (MAAE 11/2006)


10.12.2008 5

Rozvoj jaderných systémů ve světě

v Rámcových programech Evropské komise a Euratomu jsou podporovány projekty v oblastech jaderného štěpení a jaderné fúze.

GNEP (Global Nuclear Energy Partnership) - 38 účastnických zemí a mezivládních organizací

INPRO (International Project on Innovative Nuclear Reactors and Fuel Cycles) - INPRO se jako pozorovatel zúčastňuje jednání GIF, má 28 členů, mezi nimi i ČR.

Generation IV (US DOE) GIF (Generation IV International Forum)


10.12.2008 6

Vývoj nových jaderných systémů

plynem chlazené rychlé reaktory, GFR rychlé reaktory chlazené tekutým olovem, LFR reaktory chlazené tavenými solemi, MSR rychlé reaktory chlazené tekutým sodíkem , SFR reaktory chlazené vodou se superkritickými parametry,

SCWR velmi vysokoteplotní plynem chlazené reaktory, VHTR.


10.12.2008 7

INPRO - cíle:

1. Podporovat bezpečné, udržitelné, ekonomické a nezneužitelné využívání jaderné technologie pro zajištění globálních potřeb energie pro 21. století.

2. Stanovit mezinárodně akceptované požadavky na inovační jaderné reaktory v oblastech:– Jaderná bezpečnost– Udržitelná energetika a životní prostředí– Řízení jaderných odpadů a VJP– Ochrana proti zneužití jaderných materiálů– Průřezové oblasti.


10.12.2008 8

INPRO - kategorizace

evoluční projekty jsou založeny na zdokonalení existujících typů menšími úpravami a na využití ověřených konstrukčních prvků k minimalizaci technického rizika,

inovační projekty přinášejí radikální koncepční změny v projektových přístupech a/nebo v konfiguracích systémů. Obecně vyžadují značný rozsah výzkumu a vývoje, ověřovací zkoušky a výstavbu prototypové nebo demonstrační jednotky,

projekty příští generace – tento termín se vztahuje na projekty bloků, které budou stavěny v budoucnu a které obsahují radikální změny koncepce nebo konfigurace systému v porovnání s existující praxí.


10.12.2008 9

Projekty financované v 6. RP EU v části „Jaderné štěpení a radiační ochrana“

• Evropský rychlý reaktor chlazený olovem (European Lead-cooled System - ELSY) • Projekt plynem chlazeného rychlého reaktoru (The Gas Cooled Fast Reactor Project - GCFR) • Lehkovodní reaktor s nadkritickými parametry vody, fáze 2 (High Performance Light Water Reactor, Phase 2 - HPLWR) • Vysokoteplotní reaktor pro výrobu průmyslového tepla, vodíku a elektřiny (ReActor for Process heat, Hydrogen And ELectricity generation – RAPHAEL)

Projekty financované v 7. RP EU v části „Jaderné štěpení a radiační ochrana“

• Zatím pouze „Inovované palivo a palivové pokrytí pro systémy IV. Generace.“


10.12.2008 10

Generation IV program US Department of Energy iniciován r. 1999

Vývoj jaderné energetiky


10.12.2008 11

Generation IV International Forum (GIF) založen v červenci 2001 cíl: soustředit úsilí zemí s nejrozvinutějšími jadernými

technologiemi členy jsou: Argentina, Brazílie, EU (Euratom), Kanada,

Francie, Japonsko, Korea, Jižní Afrika, Velká Británie, Švýcarsko, USA, Čína a Ruská federace

Česká republika zastoupena prostřednictvím organizace Euratom


10.12.2008 12

Výběr reaktorových systémů IV. generace

Celkem bylo hodnoceno 124 projektů Požadované cíle byly:

1. bezpečnost a spolehlivost, 2. ekonomika, 3. odolnost proti šíření jaderných zbraní4. fyzická ochrana,

5. udržitelný rozvoj.


10.12.2008 13

Organizační struktura hodnocení a výběru projektů Gen IV


10.12.2008 14

Dvacet hodnocených systémů Generation IV


10.12.2008 15

Potenciál hodnocených systémů versus náklady na vývoj (odhad 2002)


10.12.2008 16

Výsledný návrh šesti systémů (pořadí neodráží prioritu zvolených koncepcí):

1. GFR - Rychlý reaktor chlazený plynem (Gas-Cooled Fast Reactor System).

2. LFR - Rychlý reaktor chlazený olovem (Lead-Cooled Fast Reactor System).

3. MSR - Reaktor chlazený roztavenou solí (Molten Salt Reactor System).

4. SFR - Rychlý reaktor chlazený sodíkem (Sodium-Cooled Fast Reactor System).

5. SCWR - Reaktor chlazený vodou s nadkritickým cyklem (Supercritical-Water-Cooled Reactor System).

6. VHTR - Reaktor s velmi vysokými teplotami (Very-High-Temperature Reactor System).


10.12.2008 17

Rychlý reaktor chlazený sodíkem (Sodium-Cooled Fast Reactor System)

ElectricalPower

GeneratorTurbine

Condenser

Heat Sink

Pump

Pump

Pump

PrimarySodium?Cold?

Cold Plenum

Hot Plenum

PrimarySodium?Hot?

Control Rods

Heat?Exchanger

Steam Generator

Core

SecondarySodium

ElectricalPower

GeneratorTurbine

Condenser

Heat Sink

Pump

Pump

Pump

PrimarySodium

ColdCold Plenum

Hot Plenum

PrimarySodium

Hot

Control Rods

Heat Exchanger

Steam Generator

Core

SecondarySodium

Předpokládaný výkon 150 -1500 MWe


10.12.2008 18

Rychlý reaktor chlazený olovem (Lead-Cooled Fast Reactor System)

Předpokládaný výkon 50-1200 MWe


10.12.2008 19

Rychlý reaktor chlazený plynem (Gas-Cooled Fast Reactor System)

Předpokládaný výkon 50-1200 MWe


10.12.2008 20

Reaktor chlazený vodou s nadkritickým cyklem (Supercritical-Water-Cooled Reactor System)

Předpokládaný výkon 1700 MWe


10.12.2008 21

Reaktor s velmi vysokými teplotami (Very-High-Temperature Reactor System)

Předpokládaný výkon 600 MWt – průmyslové teplo


10.12.2008 22

Reaktor chlazený roztavenou solí (Molten Salt Reactor System)

Předpokládaný výkon 1000 MWe


10.12.2008 23

Harmonogram „Gen IV Roadmap“ obsahuje pro všechny uvedené systémy podrobnou specifikaci výzkumných a vývojových témat, časové rozpětí pro jejich řešení i potřebu finančních prostředků. Harmonogramy všech systémů jsou členěny na základní a dílčí témata řešení.

Základní témata jsou následující:– Palivo a materiály– Reaktorové systémy (okruhy)– Celkové uspořádání bloku– Bezpečnost– Projekt a hodnocení– Palivový cyklus.


10.12.2008 24

Výzkum a vývoj reaktorových technologií IV. generace


10.12.2008 25

Výzkum a vývoj reaktorových technologií IV. generace


10.12.2008 26

Výzkum a ocenění parametrů pokročilých technologií použitelných pro výrobu elektřiny, tepla a vodíku v perspektivě za rok 2060

Etapa 4


10.12.2008 27

Byly provedeny práce na předběžné analýze technologických a ekonomických parametrů typových variant nových jaderných zdrojů Generace IV


10.12.2008 28

Vývoj nových jaderných systémů

plynem chlazené rychlé reaktory, GFR rychlé reaktory chlazené tekutým olovem, LFR reaktory chlazené tavenými solemi, MSR rychlé reaktory chlazené tekutým sodíkem , SFR reaktory chlazené vodou se superkritickými parametry,

SCWR velmi vysokoteplotní plynem chlazené reaktory, VHTR.


10.12.2008 29

Jaderný palivový cyklus

Otevřený (používaný v ČR v současné době) Uzavřený cyklus s LWR (Základním cílem uzavření palivového

cyklu je především úspora uranu a získání plutonia na přípravu jaderného paliva.)

Uzavřený cyklus s rychlými reaktory Využití thoria v jaderné energetice


10.12.2008 30

Vliv zavedení uzavřených palivových cyklů s přepracováním na vývoj světové spotřeby paliva (vlevo) a vývoj světové

kumulované spotřeby uranu (vpravo)


10.12.2008 31

Ekonomická analýza 10 kombinací reaktorů a palivových cyklů:

1. PWR-UOX (všechny schémy mimo 3cV1 a 3cV2)2. PWR-MOX (schémy 1b, 1c, 3b a 3bV)3. PWR-MOX-EU (schémy 2a and 2b)4. CANDU (schéma 1d)5. FR-MOX (schémy 3cV2, 2c and 2cV)6. FR-HBU (schéma 3b)7. FR-metal (schéma 3a)8. FR-carbide (schéma 3cV1)9. ADS-MA (schéma 3b)10. ADS-TRU (schéma 3bV)


10.12.2008 32

1. 35 GWd/tHM pro schémy 1d a 50 GWd/tHM pro schémy 3a, 3b a 3bV.2. 50 GWd/tHM pro schémy 3b a 3bV.3. 10 let chlazení pro schémy 1d a 4 roky chalzení pro schémy 3a, 3b a 3bV.

Tab 1. Parametry typu reaktoru a palivového cyklu

Reaktor Tepelný výkon (MW)

Elektrický výkon netto (MW)

Účinnost (elektrická) (%)

Palivo Vyhoření paliva (GWd/tHM)

Doba uložení/ chlazení (rok)

PWR-UOX 4250 1450 34.1 UOX 601 2/53 PWR-MOX 4250 1450 34.1 MOX 602

2/5 MOX-EU 4250 1450 34.1 MOX-EU 60 2/5 CANDU 2159 713 33.0 DUPIC 15 2/– FR-MOX 3600 450 40.3 MOX 140 2/5 FR-HBU 3600 450 40.3 MOX 185 2/5 FR-metal 1575 600 38.1 Ac-Zr 140 1/2 FR-carbide 2400 1158 48.3 (U,Pu)C-SiC 100 2/5 ADS-MA 377 119 31.6 AcN-ZrN 150 1/2 ADS-TRU 850 280 33.0 AcN-ZrN 150 1/2


10.12.2008 33

Obr.1. Hlavní fáze uvažovaných schém palivového cyklu


10.12.2008 34

Obr. 2 Relativní celkové výrobní náklady (Schéma 1a = 100%)


10.12.2008 35

Obr. 3. Rozpětí poměrných celkových výrobních nákladů (schéma 1a = 100%)


10.12.2008 36

Obr. 4. Výsledek Monte-Carlo analýzy celkových výrobních nákladů


10.12.2008 37

Překrytí všech pravděpodobnostních rozdělení nákladů (viz obr. č 4) ukazuje, že samotné náklady nemůžou být rozhodujícím faktorem ve výběru palivového cyklu nebo energetické koncepce s uvažováním pokročilých technologií Ve velmi ranném stádiu vývoje těchto technologií.


10.12.2008 38

Obr. 5. Poměrné rozpětí nákladů palivového cyklu (schéma 1a = 100%)


10.12.2008 39

Obr. 6. Výsledek Monte-Carlo analýzy nákladů palivového cyklu


10.12.2008 40

Obr. 7. Závislost poměrných výrobních nákladů na investičních nákladech

rychlých reaktorů (FR) (schéma 1a = 100%)Předpoklad, že investiční náklady FR jsou vyšší o 20% než pro současnou generaci PWRs.


10.12.2008 41

Obr. 8. Závislost poměrných výrobních nákladů na ceně uranu (Schéma 1a = 100%)


10.12.2008 42

Obr. 9. Závislost poměrných nákladů palivového cyklu na ceně uranu (schéma 1a = 100%)


10.12.2008 43

Několik doporučení na závěr: Státní energetická koncepce – SEK by měla vycházet ze scénářů jak pro

horizont do roku 2030, pro který jsou známé technologie, tak pro druhý horizont k roku 2060, kde se technologie odhadují a kdy dojde k vytěžení zásob energetického uhlí. Pokračovat v řešení této problematiky je nezbytné pro zajištění efektivního postupu přípravy realizace nových jaderných zdrojů a je potřeba tuto oblast i nadále finančně podporovat jak ze strany státního rozpočtu, tak ze strany provozovatele jaderných elektráren.

Je důležité zajistit kontinuitu tvorby know-how a technologické připravenosti pro přípravu nových jaderných energetických zdrojů v ČR jak ve střednědobém, tak v dlouhodobém horizontu.

Měla by být analyzována strategie výstavby množivých reaktorů a s tím související strategie přední a zadní části palivového cyklu. Výstavba reaktorů IV. generace může v budoucnu zajistit ČR dlouhodobou energetickou nezávislost.

Je potřeba zapojit výzkum a průmysl ČR do evropských demonstračních projektů, jako cesty k posílení pozice ČR v oblasti energetiky.


10.12.2008 44

www.ujv.cz

Děkuji Vám za pozornost

Date post:	11-Jan-2016
Category:	Documents
Upload:	weldon
View:	40 times
Download:	0 times

Výzkum a vývoj nových jaderných technologií

Documents