AP1000 a čínský kolega CAP1400

K dalším ze série lehkovodních reaktorů, kterým se hodlám věnovat v dnešním článku, patří americký AP1000 a čínský CAP1400. Jedná se o tlakovodní PWR reaktory generace III+. 

Americká firma Westinghouse Electric Company, která nasbírala v minulosti mnoho zkušeností s výrobou jaderných zařízení, přišla s revolučním reaktorem AP600. Tlakovodní reaktor o výkonu 600 MWe, zaměřený hlavně na bezpečnost provozu, požadované podmínkami generace III+. Hlavním cílem bylo zajistit inherentní bezpečnost, čili vyloučení jaderných havárií fyzikálními zákony. Dalším požadavkem na zvýšení bezpečnosti bylo prodloužení doby, kdy při mimořádné události „Black out PLUS“ není potřeba dodávat elektrický proud, nebo chladicí kapalinu do elektrárny.

Wetinghouse si později uvědomil, že výkon 600 MWe není pro dnešní spotřebu dostačující, proto vznikl reaktor AP1000 o výkonu 1100 MWe. První finální návrh vznikl již v roce 2005 a již v roce 2008 začala Čína stavět první jaderné elektrárny s reaktory AP1000.

Technické specifikace

AP1000 je PWR reaktor o výkonu 3415 MW tepelných a 1100 MW elektrických. Reaktor má 2 smyčky s parogenerátory a hlavními cirkulačními čerpadly. Jedná se o reaktor západního typu, tudíž jsou parogenerátory umístěny vertikálně. Tímto se liší od reaktorů východního typu (VVER), který má parogenerátory umístěny horizontálně. Vstupní teplota chladiva do reaktoru je přibližně 279 °C a výstupní teplota je přibližně 321 °C. Samotný reaktor je přibližně 12 metrů vysoký a v průměru dosahuje 4 metrů. Obsahuje celkem 157 palivových kazet, ve kterých je palivo ve formě oxidu uraničitého. Každá kazeta je přibližně 4,3 m dlouhá. Obohacení paliva se pohybuje od 2,35 % do 4,8 %, vyhoření dosahuje 60 GWd/t. Navíc je tento reaktor možné provozovat s 50 % MOX paliva, které se dnes používá čím dál častěji. Životnost reaktorové nádoby je plánovaná na 60 let.

Pasivní systém chlazení aktivní zóny

Oproti jiným tlakovodním reaktorům má AP1000 nad reaktorem zabudovanou nádrž s chladicí kapalinou, která je v případě potřeby schopna chladit povrch reaktoru až po dobu 72 hodin bez nutnosti zásahu operátora. Tento systém pracuje tak, že chladicí kapalina sprchuje kontejnment a přirozenou konvekcí unikají páry komínem pryč.   

Hlavní odlišností od jiných tlakovodních reaktorů jako například VVER-1200, EPR a další je kompaktnost celé stavby.  Dle zdrojů Westinghouse je při stavbě ušetřeno až 50 % ventilů, 35 % bezpečnostních čerpadel, 80 % potrubí, 45 % prostoru a 85 % kabelů. Tyto změny přináší jisté záruky v bezpečnosti provozu.

Bezpečnostní prvky jaderných elektráren lze obecně dělit na dva přístupy. První přístup se snaží minimalizovat počet komponent, tím snížit pravděpodobnost, že nějaká komponenta selže. Představitelem tohoto přístupu může být například VVER-1000, který má 4 smyčky a také AP 1000, který má 2 smyčky.

Druhý přístup k bezpečnosti je zvýšit počet komponent, pokud se stane, že jedna selže, další komponenty nahradí činnost selhané. Například VVER-440 má 6 smyček, v dnešní době VVER-1200 a EPR mají 4 smyčky.

CAP1400

Je čínský jaderný reaktor vyvíjený díky dlouholetým zkušenostem s jadernou energetikou za pomoci plánů amerického reaktoru AP1000. Čína založila své výzkumy reaktoru CAP1400 na AP1000, kterou přetvořila na CAP1000, ze které vznikl koncept CAP1400. Účinnost CAP1400 se pohybuje kolem 34,4 % a životnost reaktorové nádoby je plánovaná na 60 let.

Technické specifikace

Jedná o tlakovodní lehkovodní reaktor, výkonu 4058 MW tepelných a 1500 MW elektrických. Velikost reaktorové nádoby je srovnatelná s AP1000. Průměr 4,4 m a výška 12,6 m. Průměrný generovaný výkon je 109,7 MW/m3 a obsahuje 193 palivových kazet. Palivový cyklus je 18měsíční. Palivem může být jak oxid uraničitý, tak 50% palivo MOX, vyhoření se plánuje na 55 GWd/t.

Podobně jako AP1000 se jedná  dvousmyčkovou koncepci. Tlak vody v primárním okruhu dosahuje 15,5 MPa, vstupní teplota chladiva je 284 °C a výstupní 323 °C.

První reaktor CAP1400 se začal stavět v roce 2014. Jedná se o elektrárnu Š‘-tao-wan 1 (pinyin: Shidaowan), která má být jedním ze dvou bloků typu CAP1400 v provincii Šan-tung (pinyin: Shandong). Stavbu provádí  společnost China Nuclear Engineering Corporation (CNEC). Plánovaná doba stavby má být 5 let.

Závěr

AP1000 patří mezi potenciální reaktory vhodné na dostavbu našich jaderných elektráren. Hlavní výhodou oproti stávajícím jaderným reaktorům je bezpečnost a schopnost provozu při úplném výpadku dodávek elektrické energie a to i při selhání všech zdrojů energie, které má elektrárna na vlastním pozemku (Dieselgenerátory, baterie). Pokud nastane taková situace, reaktor je schopen se sám chladit po dobu až 72 hodin. Tuto schopnost údajně převzala i čínská CAP1400, ale původní americký systém počítal s výkonem 1100 MWe, zatímco CAP1400 má výkon 1500 MWe.

Obě elektrárny jsou připravovány pro provoz s MOX palivem, které je krokem k využití zbraňového plutonia pro mírové účely, tak krokem pro uzavřený palivový cyklus.

Výstavba AP1000 a CAP1400 je krokem Číny pro snížení emisí. Krom flotily tlakovodních reaktorů má Čína v plánu vystavět i rychlé reaktory. Ve výzkumu jsou i reaktory využívající thoriový cyklus. V budoucnu by se měla CAP1400 rozšířit na CAP1700.

Zdroje: http://www-pub.iaea.org/

 www.iaea.org

www.onr.org