Ядерные реакторы поколения III

Перейти к навигацииПерейти к поиску
Модель Toshiba ABWR, ставшего в 1996 году первым действующим реактором поколения III

Реакторы поколения IIIядерные реакторы, появившиеся в результате эволюции реакторов поколения II. Характерными чертами этих реакторов являются более высокая топливная эффективность, улучшенный тепловой КПД, значительное усовершенствование системы безопасности (включая пассивную ядерную безопасность) и стандартизация конструкции для снижения капитальных затрат и затрат на техническое обслуживание. Первым реактором поколения III стал в 1996 году реактор энергоблока 6 на АЭС Касивадзаки, относящийся к типу улучшенных кипящих водяных реакторов.

В связи с длительным периодом застоя в строительстве новых реакторов и продолжающейся (но снижающейся) популярностью проектов поколения II/II+, в мире существует относительно немного реакторов третьего поколения. Конструкции поколения IV по состоянию на 2020 год все еще находятся в разработке.

Обзор

Хотя различия между реакторами поколений II и III являются во многом условными, реакторы поколения III рассчитаны на более длительный срок эксплуатации (60 лет с возможностью продления до 100 лет и более) по сравнению с реакторами поколения II, которые рассчитаны на 40 лет эксплуатации с возможностью продления до 60[1][2].

Частота повреждений активной зоны этих реакторов составляет 60 случаев для EPR и 3 случая ESBWR[3] на 100 миллионов реакторо-лет по сравнению с 1000 для реактора BWR/4 поколения II.

Реактор EPR третьего поколения затрачивает примерно на 17% меньше урана на единицу произведенной электроэнергии, чем реакторы II поколения[4]. Независимый анализ, проведенный ученым-экологом Барри Бруком относительно большей эффективности и, следовательно, более низких материальных потребностей реакторов поколения III, подтверждает этот вывод. [5]

Реакция и критика

Ловушка расплава EPR предназначена для улавливания кориума в случае его расплавления

И сторонники, и некоторые из критиков ядерной энергетики согласны, что реакторы третьего поколения в целом более безопасны, чем старые реакторы. 

Эдвин Лайман, старший научный сотрудник Союза озабоченных ученых, поставил под сомнение конкретные решения по экономии затрат, принятые для двух реакторов поколения III, AP1000 и ESBWR. Лайман, Джон Ма (старший инженер-конструктор NRC) и Арнольд Гундерсен (консультант по вопросам ядерной безопасности) обеспокоены тем, что бетонный щит вокруг AP1000 не имеет достаточного запаса прочности в случае прямого удара самолета[6][7]. Есть специалисты, придерживающиеся противоположного мнения, считая запас прочности защитной оболочки этого реактора удовлетворительным[8].

Союз обеспокоенных ученых в 2008 году назвал EPR единственной новой конструкцией реактора, рассматриваемой в Соединенных Штатах, которая «... кажется значительно более безопасной и более защищенной от атак, чем сегодняшние реакторы»[9] :7.

Однако при постройке первых экземпляров реакторов III поколения выявились серьёзные технические проблемы, вызвавшие перерасход средств и затягивание сроков строительства, как, например, в случае с новыми реакторами, строящимися во Франции на АЭС Фламанвиль[10].

Существующие и будущие реакторы

Первые реакторы поколения III были построены в Японии и относились к типу усовершенствованных реакторов с кипящей водой. В 2016 году на Нововоронежской АЭС II в России был введен в эксплуатацию реактор поколения III+ ВВЭР-1200/392М, который стал первым действующим реактором поколения III+[11]. Несколько других реакторов поколения III+ находятся на поздней стадии строительства в Европе, Китае, Индии и США. Следующим запущенным в эксплуатацию реактором поколения III+ стал реактор Westinghouse AP1000 на АЭС Саньмэнь в Китае, который планировался к сдаче в 2015 году[12], однако был завершен и достиг критичности 21 июня 2018 г. и введен в промышленную эксплуатацию 21 сентября 2018 г. 

В США конструкции реакторов сертифицированы Комиссией по ядерному регулированию (NRC). На октябрь 2010 года Комиссия одобрила пять проектов и рассматривает еще пять[13].

Реакторы поколения III

Реакторы поколения III, строящиеся и эксплуатируемые

Разработчики Название Тип МВт эл. (Нетто) МВт эл. (Брутто) МВт тЗаметки
General Electric, Toshiba, HitachiABWR;
US-ABWR
BWR1350 1420 3926 На АЭС Каcивадзаки с 1996 года. Сертифицирован NRC в 1997 году[9]
KEPCOAPR-1400PWR1383 1455 3983 На АЭС Кори с января 2016 года.
CGNPGACPR-1000 1061 1119 2905 Улучшенная версия CPR-1000. Первый реактор на АЭС Янцзян-5 должен быть запущен в 2018 году.
CGNPG, CNNC Hualong One (HPR-1000) 1090 1170 3050 Частично это слияние китайских проектов ACPR-1000 и ACP-1000, но, в конечном итоге, это постепенное усовершенствование предшествующих проектов CNP-1000 и CP-1000. [14] Первоначально предполагалось, что он будет называться «ACC-1000», но в конечном итоге получил название «Hualong One» или «HPR-1000». Блоки 3–6 Fangchenggang будут первыми, в которых будет использоваться конструкция HPR-1000, а блоки 3 и 4 в настоящее время строятся по на 2017 год . [15]
ОКБ «Гидропресс»ВВЭР- 1000/428 990 1060 3000 Первая версия проекта AES-91, разработанная и использовавшаяся для блоков 1 и 2 Тяньвань, была запущена в 2007 году.
ВВЭР- 1000 / 428М 1050 1126 3000 Другая версия конструкции AES-91, также разработанная и используемая для Тяньвань (на этот раз для блоков 3 и 4, которые были запущены в 2017 и 2018 годах соответственно).
ВВЭР -1000/412 917 1000 3000 Первый построенный проект АЭС-92, использованный для Куданкулама.

Проекты поколения III, не принятые и не построенные

Разработчик Название реактора Тип Электрическая мощность (нетто), МВт Электрическая мощность (брутто), МВт Тепловая мощность, МВт Примечание
General Electric, HitachiABWR-IIBWR1638 1717 4960 Улучшенная версия ABWR. Неопределенный статус развития.
MitsubishiAPWR; US-APWR; EU-APWR;APWR+ PWR1600 1700 4451 Два блока, запланированные на Цуруге, отменены в 2011 году. Лицензирование NRC США двух блоков, запланированных на Comanche Peak, было приостановлено в 2013 году. Оригинальный APWR и обновленный US-APWR / EU-APWR (также известный как APWR +) значительно отличаются по своим конструктивным характеристикам, при этом APWR + имеет более высокий КПД и электрическую мощность.
Westinghouse AP600600 619 ? Сертифицирован NRC в 1999 году. [9] Развивается в более крупную конструкцию AP1000. [16]
Combustion Engineering System 80+ 1350 1400 ? Сертифицирован NRC в 1997 году. На базе корейского АПР-1400 . [17]
ОКБ «Гидропресс»ВВЭР-1000/466 (Б) 1011 1060 3000 Это был первый разработанный проект AES-92, первоначально предназначавшийся для строительства на предлагаемой АЭС Белене, но позже строительство было остановлено.
Candu Energy Inc.EC6PHWR ? 750 2084 EC6 (Enhanced CANDU 6) - это эволюционная модернизация предыдущих разработок CANDU. Как и другие конструкции CANDU, он может использовать в качестве топлива необогащенный природный уран.
AFCR? 740 2084 Реактор CANDU с усовершенствованным топливом представляет собой модифицированную конструкцию EC6, которая была оптимизирована для обеспечения максимальной топливной гибкости и способности обрабатывать многочисленные потенциально переработанные топливные смеси и даже торий. В настоящее время он находится на поздней стадии разработки в рамках совместного предприятия SNC-Lavalin, CNNC и Shanghai Electric .
Разные (см. МКЭР ст. ) MKERBWR1000 ? 2085 А Развитие ядерного энергетического реактора РБМК. Исправлены все ошибки и недостатки конструкции реактора РБМК, а также добавлено здание полной защитной оболочки и функции пассивной ядерной безопасности, такие как система пассивного охлаждения активной зоны. Физический прототип МКЭР-1000 - 5-й блок Курской АЭС . Строительство Курска-5 было отменено в 2012 году, а с 2018 года строится ВВЭР-ТОИ, строительство которого продолжается с 2018 года. [18] [19] [20] (см. Статью о РБМК)

Реакторы поколения III+

Нововоронежская АЭС-2 с первым в мире ядерным реактором поколения III+
Строящиеся блоки 3 и 4 АЭС Какрапар, первые реакторы поколения III+ в Индии

Конструкции реакторов поколения III+ представляют собой эволюционное развитие реакторов поколения III, предлагающие повышение безопасности по сравнению с конструкциями реакторов поколения III. Производители начали разработку систем поколения III+ в 1990-х годах, опираясь на опыт эксплуатации легководных реакторов в США, Японии и Западной Европе. 

Атомная промышленность начала подготовку к «ядерному ренессансу», стремясь в проектах поколения III+ решить три ключевые проблемы: безопасность, снижение стоимости и новые технологии сборки. Прогнозируемые затраты на строительство составляли 1 долл. США на ватт электрической мощности, а время строительства оценивалось в четыре года или меньше. Однако эти оценки оказались излишне оптимистичными. 

Заметным улучшением систем поколения III + по сравнению с конструкциями второго поколения является включение в некоторые конструкции пассивной безопасности, которые не требуют активных элементов управления или вмешательства оператора, а вместо этого полагаются на гравитацию или естественную конвекцию для смягчения воздействия экстремальных событий. 

Дополнительные функции безопасности были внесены в конструкцию под влиянием катастрофы, произошедшей на АЭС Фукусима в 2011 году. В конструкциях поколения III+ пассивная безопасность не требует действий оператора или функционирования электронных устройств, благодаря чему может работать в условиях эвакуации персонала и отключения электричества. Многие из ядерных реакторов поколения III+ имеют ловушку расплава. Если оболочки твэлов и корпус реактора, а также связанные с ними трубопроводы расплавятся, кориум упадет в уловитель активной зоны, который удерживает расплавленный материал и имеет возможность его охлаждать. Это, в свою очередь, защищает последний барьер — герметичную оболочку. Первая в мире ловушка расплава массой 200 тонн была установлена Росатомом на реакторе ВВЭР АЭС Руппур-1 в Бангладеш[21][22]. В 2017 году Росатом начал промышленную эксплуатацию реактора ВВЭР-1200 энергоблока 1 Нововоронежской АЭС-2, что стало первым в мире запуском реактора поколения III+[23].

Реакторы поколения III+, строящиеся и эксплуатируемые

Разработчик Название реактора Тип Электрическая мощность (нетто), МВт Электрическая мощность (брутто), МВт Тепловая мощность, МВт Первое включение Примечание
Westinghouse, ToshibaAP1000PWR1117 1250 3400 30.06.2018 АЭС Саньмэнь[24]Сертифицировано NRC в декабре 2005 г. [9]
SNPTC, Westinghouse CAP14001400 1500 4058 Совместная американо-китайская разработка, локализованная конструкция на основе AP1000. Соглашение о совместной разработке Westinghouse дает Китаю права интеллектуальной собственности на все совместно разрабатываемые электростанции электрической мощностью более 1350 МВт. Первые два блока в настоящее время строятся в АЭС Шидаовань. Планируется, что за CAP1400 последуют модели CAP1700 и/или CAP2100, если удастся масштабировать системы охлаждения.
Areva EPR1660 1750 4590 29.06.2018 АЭС Тайшань [25]
ОКБ «Гидропресс»ВВЭР-1200/392М 1114 1180 3200 2016-08-05 Нововоронежская АЭС II[26] [27]Известен также как АЭС-2006/МИР-1200. Прототип, использованный для проекта ВВЭР-ТОИ.
ВВЭР-1200/491 1085 1199 3200 2018-03-09 Ленинградская АЭС II[28]
ВВЭР-1200/509 1114 1200 3200 АЭС «Аккую» I.
ВВЭР-1300/510 1115 1255 3300 Проект ВВЭР-1300 также известен как проект АЭС-2010 и иногда ошибочно обозначается как проект ВВЭР-ТОИ[]. ВВЭР-1300/510 основан на ВВЭР-1200/392М, который изначально использовался в качестве прототипа проекта для проекта ВВЭР-ТОИ. В настоящее время[] планируется строительство нескольких энергоблоков на российских атомных станциях. Строятся первые блоки Курской АЭС[29] [30].
ВВЭР-1200/513 ? 1200 3200 Вариант ВВЭР-1200, частично основанный на проекте ВВЭР-1300/510 (который является прототипом для проекта ВВЭР-ТОИ). Ожидается, что первая установка будет завершена к 2022 году на АЭС «Аккую».
ВВЭР-1200/523 1080 1200 3200 АЭС Руппур в Бангладеш находится в стадии строительства. Два энергоблока ВВЭР-1200/523 планируется ввести в эксплуатацию в 2023 и 2024 годах[31].
BARC (Индия) IPHWR-700 PHWR 630 700 2166 2021 г. Преемник отечественного PHWR мощностью 540 МВт с увеличенной мощностью и дополнительными функциями безопасности. Строится и должен быть сдан в эксплуатацию в 2020 году. Энергоблок № 3 АЭС Какрапар впервые набрал критическую мощность 22 июля 2020 года, подключен к сети 10 января 2020 года[32].

Проекты поколения III+, не принятые и не построенные

Разработчик Название реактора Тип Электрическая мощность (нетто), МВт Электрическая мощность (брутто), МВт Тепловая мощность, МВт Примечания
ToshibaЕС-ABWRBWR? 1600 4300 Обновленная версия ABWR, разработана в соответствии с директивами ЕС, увеличена мощность реактора, конструкция улучшена до уровня III+.
Areva Керена 1250 1290 3370 Ранее известен как SWR-1000. Основан на немецких проектах BWR, в основном на проектах АЭС Гундремминген B/C. Разработан совместно Areva и E.ON.
General Electric, HitachiESBWRen1520 1600 4500 На основе еще не выпущенной конструкции SBWR, которая, в свою очередь, была основана на ABWR. Считается, что проект разрабатывался для АЭС Норт Анна-3 (СЩА). Полностью отказывается от использования рециркуляционных насосов в пользу естественной циркуляции, что очень необычно для конструкции реактора с кипящей водой.
KEPCOAPR +PWR1505 1560 4290 Преемник АПР-1400 с увеличенной мощностью и дополнительными функциями безопасности.
Areva, MitsubishiATMEA1 1150 ? 3150 Предлагался для планируемой АЭС Синоп (Турция)
ОКБ «Гидропресс» ВВЭР-600/498 ? 600 1600 Уменьшенный вариант ВВЭР-1200. Коммерческое развертывание планируется к 2030 году на Кольской АЭС.
Candu Energy Inc. (Канада) ACR-1000PHWR 1085 1165 3200 Усовершенствованный реактор CANDU с традиционным тяжеловодным замедлителем, но легководным хладагентом. Это значительно снижает затраты на тяжелую воду, но реактор теряет характерную способность CANDU использовать в качестве топлива необогащённый природный уран.

См. также

Примечания

  1. New material promises 120-year reactor lives. www.world-nuclear-news.org. Дата обращения: 8 июня 2017. Архивировано 7 июня 2021 года.
  2. Advanced Nuclear Power Reactors | Generation III+ Nuclear Reactors - World Nuclear Association. www.world-nuclear.org. Дата обращения: 8 июня 2017. Архивировано 26 мая 2018 года.
  3. Next-generation nuclear energy: The ESBWR. Дата обращения: 7 июня 2021. Архивировано из оригинала 4 июля 2010 года.
  4. Forsythe. 3 R's of Nuclear Power: Reading, Recycling, and Reprocessing: ...Making a Better Tomorrow for Little Joe. AuthorHouse (18 февраля 2009).
  5. Fuel use for Gen III+ nuclear power (26 октября 2011). Дата обращения: 7 июня 2021. Архивировано 7 июня 2021 года.
  6. Адам Пьоре. Страховка от чёрного лебедя. В мире науки (август 2011). Дата обращения: 7 июня 2021. Архивировано 7 июня 2021 года.
  7. Matthew L. Wald. Critics Challenge Safety of New Reactor Design Архивная копия от 30 июля 2021 на Wayback Machine New York Times, April 22, 2010.
  8. "Sunday Dialogue: Nuclear Energy, Pro and Con". New York Times. 2012-02-25. Архивировано 7 июня 2021. Дата обращения: 7 июня 2021.
  9. 1 2 3 4 Nuclear Power in a warming world. Union of Concerned Scientists (декабрь 2007). Дата обращения: 1 октября 2008. Архивировано из оригинала 11 июня 2014 года.
  10. Flaw found in French nuclear reactor - BBC News. BBC News. Дата обращения: 29 октября 2015. Архивировано 26 октября 2015 года.
  11. В России запустили не имеющий аналогов в мире атомный энергоблок. ТАСС. Дата обращения: 7 июня 2021. Архивировано 7 июня 2021 года.
  12. China Nuclear Power. World Nuclear Association. Дата обращения: 14 июля 2014. Архивировано из оригинала 2 февраля 2016 года.
  13. Design Certification Applications for New Reactors. U.S. Nuclear Regulatory Commission. Дата обращения: 7 июня 2021. Архивировано 29 марта 2020 года.
  14. Xing, Ji (1 March 2016). "HPR1000: Advanced Pressurized Water Reactor with Active and Passive Safety". Engineering. 2 (1): 79—87. doi:10.1016/J.ENG.2016.01.017.
  15. "China's progress continues". Nuclear Engineering International. 2015-08-11. Архивировано 26 сентября 2015. Дата обращения: 30 октября 2015.
  16. New Commercial Reactor Designs. Архивировано 2 января 2009 года.
  17. Archived copy. Дата обращения: 9 января 2009. Архивировано из оригинала 11 декабря 2012 года.
  18. Russia's Nuclear Fuel Cycle | Russian Nuclear Fuel Cycle - World Nuclear Association. world-nuclear.org. Дата обращения: 7 июня 2021. Архивировано 11 июня 2021 года.
  19. Blogging About the Unthinkable: The Future of Water-Cooled Graphite Reactors? (21 апреля 2008). Дата обращения: 7 июня 2021. Архивировано 7 июня 2021 года.
  20. Реакторная установка МКЭР - 1500. reactors.narod.ru. Дата обращения: 7 июня 2021. Архивировано 22 апреля 2009 года.
  21. Gen III reactor design. Power Engineering. Дата обращения: 24 августа 2020. Архивировано из оригинала 12 ноября 2020 года.
  22. Core catcher installation under way at Rooppur 1. World Nuclear News. Дата обращения: 5 июня 2019. Архивировано 7 апреля 2022 года.
  23. Russia completes world's first Gen III+ reactor; China to start up five reactors in 2017. Nuclear Energy Insider (8 февраля 2017). Дата обращения: 10 июля 2019. Архивировано 13 августа 2020 года.
  24. "First Westinghouse AP1000 Plant Sanmen 1 Begins Synchronization to Electrical Grid" (англ.). Архивировано 2 июля 2018. Дата обращения: 2 июля 2018.
  25. China's Taishan 1 reactor connected to grid - World Nuclear News. www.world-nuclear-news.org. Дата обращения: 7 июня 2021. Архивировано 27 июня 2021 года.
  26. "В России запустили не имеющий аналогов в мире атомный энергоблок". Архивировано 1 февраля 2017. Дата обращения: 7 июня 2021.
  27. First VVER-1200 reactor enters commercial operation - World Nuclear News. www.world-nuclear-news.org. Дата обращения: 10 июля 2019. Архивировано 10 июля 2019 года.
  28. "Leningrad II-1 starts pilot operation". World Nuclear News. 2018-03-09. Архивировано 12 июня 2018. Дата обращения: 10 марта 2018.
  29. Bellona’s experts oppose building a second nuclear power plant in Russia’s Kursk Region. Bellona.org (22 мая 2015). Дата обращения: 7 июня 2021. Архивировано 26 января 2021 года.
  30. На Курской АЭС-2 началось сооружение новых блоков. www.atominfo.ru. Дата обращения: 7 июня 2021. Архивировано 11 ноября 2020 года.
  31. Rooppur Nuclear Power Plant, Ishwardi. Power Technology. Дата обращения: 7 июня 2021. Архивировано 28 апреля 2021 года.
  32. Unit 3 of Kakrapar nuclear plant synchronised to grid. Live Mint (10 января 2020). Дата обращения: 18 января 2020. Архивировано 4 февраля 2021 года.

 

Ссылки