Reaktor IV generacji chłodzony helem podłączony do chińskiej sieci energetycznej

Andrzej Zawadzki-Liang 12-01-2024

0 1 357

Dążenie Chin do ograniczenia zużycia paliw kopalnych, a przede wszystkim zależności od importu ropy naftowej czy gazu ziemnego sprawiło, że Państwo Środka znalazło się w czołówce rozwijania energetyki bazującej na odnawialnych źródłach i innych alternatywnych wobec węgla, ropy i gazu.

Wśród tych alternatyw w spektrum zainteresowania Chin znalazła się energetyka jądrowa. Wielkość nakładów w obszarze nauki (od badań podstawowych, po nowoczesne rozwiązania inżynieryjne), a także inwestycji w centra badawczo-rozwojowe i budowę kolejnych siłowni atomowych na bazie własnych technologii stoją za pozyskaniem przez Chiny w ostatnich latach pozycji światowego lidera w obszarze energetyki jądrowej.

W elektrowni jądrowej ShiDaoWan (chin. 石岛湾), we wschodniej prowincji ShanDong (chin. 山东) podłączono właśnie do krajowej sieci energetycznej pierwszy na świecie reaktor jądrowy IV generacji.

Wysokotemperaturowy reaktor jądrowy – schemat.

To reaktor wysokotemperaturowy, chłodzony gazem. Rozwiązanie to jest bezpieczniejsze od stosowanych we wcześniejszych generacjach: rdzeń tego rodzaju reaktora nie może stopić się w przypadku nagłej awarii reaktora – z przyczyn zewnętrznych (trzęsienie ziemi), czy wewnętrznych – jak to miało miejsce w Czernobylu.

Wszystkie reaktory jądrowe funkcjonujące dziś na świecie są chłodzone wodą. Chiński reaktor IV generacji chłodzony jest gazem, a konkretnie helem. A to z kolei sprawia, że siłownia z tego typu reaktorem nie musi być stawiana w pobliżu dużego źródła wody, jak jezioro, rzeka, czy morze.

Reaktory wysokotemperaturowe chłodzone gazem mogą wytwarzać ciepło, energię elektryczną oraz wodór, są bardziej wydajne pod względem zużycia paliwa.

Stosując tego typu reaktory będzie można nie tylko zaspokoić potrzeby na energię, ale również przyspieszyć proces osiągania neutralności węglowej.

Reaktor w elektrowni ShiDaoWan został opracowany i skonstruowany przez China National Nuclear Corporation (chin. 中国核工业集团公司), China HuaNeng Group Corp. (中国华能集团公司) oraz naukowców z Instytutu Technologii Jądrowych i Nowych Energii Uniwersytetu Tsinghua (chin. 清华大学核与新能源技术研究所).

Budowę elektrowni ShiDaoWan rozpoczęto w 2012 r. Składa się ona z dwóch reaktorów termicznych o mocy 250 megawatów i generatora pary o mocy 200 megawatów. Instalacja zaspokaja potrzeby energetyczne 200 000 gospodarstw domowych. 93,4 proc. materiałów użytych do budowy tych reaktorów chłodzonych gazem pochodzi ze źródeł krajowych.

W planie konsorcjum jest skonstruowanie jeszcze sześciu takich reaktorów.

Inne projekty rozwoju reaktorów jądrowych czwartej generacji prowadzone są w Stanach Zjednoczonych, Japonii i Kanadzie, ale wszędzie tam znajdują się na etapie badań i projektowania. Tymczasem w Chinach siłownię z nowym typem reaktora zbudowano i włączono do sieci energetycznej.

Chiny zwiększają swoją moc jądrową w największym tempie na świecie.

W XiaPu (chin. 霞浦) w południowo-wschodniej prowincji FuJian (chin. 福建) realizowany jest pilotażowy projekt szybkiego reaktora IV generacji chłodzonego sodem, który ma zostać podłączony do sieci do 2025 roku.

Szybkie reaktory chłodzone sodem (SFR) wykorzystują ciekły metal (sód) jako chłodziwo zamiast wody. Pozwalają w trakcie eksploatacji na przetwarzanie odpadów wysokoaktywnych, a w szczególności plutonu i innych aktynowców. Innymi słowy – paliwo stosowane w reaktorze SFR podlega recyklingowi.

Cele stawiane SFR to zwiększenie efektywności wykorzystania uranu przez powielanie plutonu i wyeliminowanie konieczności wywozu produktów rozszczepienia jądra atomowego poza obiekt. Projekt zakłada niemoderowany rdzeń pracujący na neutronach prędkich, zaprojektowany tak, aby zapewnić możliwość przerobu dowolnego transuranowca (i w niektórych przypadkach użycia go jako paliwa). Oprócz korzyści z usunięcia długożyciowych nuklidów transuranowych z cyklu paliwowego, w przypadku przegrzania reaktora paliwo jądrowe rozszerza się termicznie i reakcja łańcuchowa automatycznie się zatrzymuje. W ten sposób reaktor ten staje się pasywnie bezpiecznym.

World Nuclear Association przewiduje, że kraje zachodnie zaczną uruchamiać własne elektrownie jądrowe czwartej generacji dopiero na początku lat 30. tego stulecia. Według Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej, Chiny budują obecnie 22 z 58 reaktorów budowanych na całym świecie.

W Państwie Środka funkcjonuje obecnie 55 reaktorów. Chiny od pewnego czasu promują swoje rozwiązania z obszaru energetyki jądrowej jako towar eksportowy. Aktualnie biorą udział w przetargu na budowę elektrowni jądrowej w Arabii Saudyjskiej z ofertą, która jest co najmniej 20% tańsza niż konkurencyjne z Korei Południowej, Francji czy Stanów Zjednoczonych. Z doświadczeń chińskich korzysta od lat Pakistan.

W Chinach opracowano mały reaktor modułowy czwartej generacji. To konstrukcja wielkości około jednej trzeciej wielkości tradycyjnych reaktorów jądrowych. Chińskie reaktor jest pierwszym na świecie tego typu, który przeszedł z pozytywnym skutkiem przegląd bezpieczeństwa przeprowadzony przez Międzynarodową Agencję Energii Atomowej. Reaktor ten prawdopodobnie zostanie uruchomiony w 2025 roku, na wiele lat przed podobnymi reaktorami opracowywanymi przez zachodnie firmy.

Według oceny zachodnich ekspertów, Chiny są prawdopodobnie bezkonkurencyjne w budowaniu i komercjalizacji technologii energetyki jądrowej nowej generacji. W Polsce niewiele osób jest świadoma tego faktu.

Koncepcji tworzenia reaktorów IV generacji przyświecają takie cele jak:

poprawa bezpieczeństwa jądrowego (minimalizacja ryzyka awarii),
zwiększenie odporności na proliferację (rozprzestrzeniania broni jądrowej),
minimalizacja ilości odpadów,
wykorzystanie zasobów naturalnych,
redukcja kosztów wybudowania i uruchomienia tego typu elektrowni.

Reaktory czwartej generacji pracują w wyższych temperaturach niż większość reaktorów na świecie. To pozwala im generować zarówno energię elektryczną, jak i wodór. Wodór wytwarzany przez te reaktory może być wykorzystywany jako paliwo, a także w różnych zastosowaniach przemysłowych. Obecnie na świecie większość wodoru produkowanego jest wytwarzana z materiałów na bazie węgla, co powoduje emisję dwutlenku węgla. Reaktory wysokotemperaturowe mogą wykorzystywać procesy termochemiczne do produkcji wodoru przy zerowej emisji CO2.

Na podstawie: