PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2017 Prof. Filip Tuomisto Voimalaitostyypit, maanantai 16.1.2017
Päivän aiheet Ydinvoimalaitosten perusteita Suomen ydinvoimalaitostyypit Mitä muita on? Pohditaan taas vähän
Parempi kuva lauhdutusvoimalaitoksesta
Parempi kuva ydinvoimalaitoksesta
Ydinvoimalaitoksen rakenne Lämmönlähde reaktorin sydämessä paineastiassa Ketjureaktio / fissioteho polttoaineessa Säätösauvat ketjureaktion säätämiseksi Vesi neutronien hidasteena eli moderaattorina ja jäähdytteenä optimaalisesti vuorotellen polttoaineen kanssa Tämä optimi hidastamis- ja jäähdyttämisprosesseille sama vain LWR- eli kevytvesireaktoreissa Voidaan rakentaa kompakti sydän, mikä on yksi syy sille, että ne ovat maailman yleisimpiä reaktoreita Suomen kaikki reaktorit LWR-tyyppisiä
BWR, osa I
BWR, osa II Kiehutusvesireaktorissa (BWR) vesi kiehuu sydämessä, höyry kuljetetaan suoraan paineastiasta putkissa turbiinille säätösauvat alhaalta! Reaktorin paine ~70 bar, jäähdytteen lämpötila sisäänmennessä ~190 C, tuorehöyry ~290 C Primääriveteen kertyy aktivoitumisen kautta radioaktiivisia aineita (mm. korroosiotuotteita), jotka on puhdistettava pois Höyryyn ei kiehuessa siirry juuri mitään vieraita aineita, joten BWR:n turbiini ei likaannu, vaikka siinä kulkee primaaripiirin höyryä Veden happi aktivoituu lyhytikäiseksi (T 1/2 = 7 s) typpiisotoopiksi, joka tuottaa hyvin läpitunkevaa gamma-säteilyä (6-7 MeV), joten BWR:n turbiini on säteilysuojattava käytön aikana
PWR, osa I
PWR, osa II Kaksi vesikiertoa: primääri- ja sekundääripiiri Vesi ei kiehu reaktorissa! Säätösauvat ylhäältä! (painovoima auttaa jos on tarvis) Painevesireaktorin primääripiirin kuumempi vesi saa alemmassa paineessa olevan sekundääripiirin veden kiehumaan höyryksi, vaikka sekundääripiirin vesi ei kuumene yhtä kuumaksi kuin primääripiirin vesi Radioaktiiviset aineet eivät pääse piiristä seuraavaan Primääripiirin paine ~120 bar, sekundääripiiin ~70 bar Jäähdytteen lämpötila 270 300 C
Loviisa I&II, Olkiluoto I&II
Olkiluoto 3 (EPR) Hieman korkeampi jäähdytteen lämpötila ja primääripiirin paine kuin Loviisan laitoksissa (~150 bar, 300 330 C) Lämpöteho 4300 MW, sähköteho 1600 MWe Säätösauvoja: 89 Polttoainenippuja: 241 (aktiivinen pituus 4,2 m) Reaktorisydämen halkaisija lähes 4 m Ensimmäinen laatuaan?
Hanhikivi 1: rakennuslupa käsittelyssä VVER-laitos, mallia AES2006 (Rosatom / Gidropress) PWR-tyyppinen Lämpöteho 3200 MW, sähköteho 1200 MWe Primääripiirin paine ~160 bar Polttoainenippuja: 163 Säätösauvoja: 120
FiR-1 (GA Triga Mark II) Lopullinen sammutuksen tila 30.6.2015 Käytöstäpoistoprojekti alkanut Lämpöteho 250 kw (alun perin 100 kw) Polttoainetta sydämessä: 15 kg uraania, josta 3 kg fissiokelpoista 235U (20 % väkevöinti) TRIGA-reaktoreilla oma erityinen polttoainetyyppi: uraanizirkoniumhydridiyhdistelmä 8 % uraania 91 % zirkoniumia ja 1 % vetyä
Reaktorit maailmalla (11/2016) Käynnissä yhteensä 450, kokonaissähköteho 390 GWe Tästä pitäisi kyllä vähentää Japanin reaktorit (sähköteho 40 GWe) Rakenteilla 60 reaktoria, kokonaissähköteho 60 GWe Verkossa n. vuoteen 2020 mennessä Rakenteilla olevista melkein kaikki PWR-tyyppisiä, muutama CANDU (PHWR Intia, Romania) ja yksi HTR (Kiina) Vuoteen 2035 mennessä (ennuste): 290 uutta reaktoria, joista yli 100 Kiinassa 130 nykyisistä poistuu käytöstä http://www.world-nuclear.org/info/nuclear-fuel-cycle/power-reactors/nuclear- Power-Reactors/ http://www.world-nuclear.org/info/current-and-future-generation/plans-for-new- Reactors-Worldwide/ https://www.euronuclear.org/info/encyclopedia/n/nuclear-power-plant-world-wide.htm
Maa Käynnissä GWe Rakenteilla GWe Argentina 3 1.632 1 25 Armenia 1 375 - - Belarus - - 2 2.218 Belgium 7 5.913 - - Brazil 2 1.884 1 1.245 Bulgaria 2 1.926 - - Canada 19 13.524 - - China 36 31.402 20 20.500 Czech Republic 6 3.930 - - Finland 4 2.752 1 1.600 France 58 63.130 1 1.630 Germany 8 10.799 - - Hungary 4 1.889 - - India 22 6.225 5 2.990 Iran 1 915 - - Japan 43 40.290 2 2.650
Korea, Republic 25 23.133 3 4.020 Mexico 2 1.440 - - Netherlands 1 482 - - Pakistan 4 1.005 3 2.343 Romania 2 1.300 - - Russian Federation 36 26.557 7 5.468 Slovakian Republic 4 1.814 2 880 Slovenia 1 688 - - South Africa 2 1.860 - - Spain 7 7.121 - - Sweden 10 9.651 - - Switzerland 5 3.333 - - Taiwan, China 6 5.052 2 2.600 Ukraine 15 13.107 2 1.900 United Arab Emirates - - 4 5.380 United Kingdom 15 8.918 - - USA 99 98.868 4 4.468 Total 450 391.915 60 59.917
Pohdintaa Miksi niin paljon erilaisia reaktoreita (PWR, BWR, CANDU, MAGNOX, RBMK, jne)? kilpailu bisneksessä, puolustuksessa resurssit, luonnonuraani (toisaalta raskaan veden saaminen), jäähdytysveden saatavuus konservatiivisuus tehon parantaminen käyttötarkoitus: liikenne, tehontuotanto, ydinasemateriaalien tuotanto, isotooppituotanto muuten Olisiko olemassa täydellinen tai optimaalinen reaktorityyppi? korkea lämpötila: kaukolämpö sähkön lisäksi syö mitä vaan turvallinen (mm. passiiviset) yksinkertainen design, monipuoliset käyttötarkoitukset polttoaineen hyötö ja kierrätys! ei ydinasekelpoista jätettä, taloudellisesti kannattava kestävä kehitys
Kotitehtävä torstaiksi Lue luku 4 (Ydinvoiman normaalikäytön säteilyvaikutukset, sivut 146 166) Jorma Sandbergin toimittamasta Säteilyturvakeskuksen (STUK) julkaisemasta Ydinturvallisuus -kirjasta (Karisto Oy, 2004). Vastaa (kirjallisesti) seuraaviin kysymyksiin: Mitä säteilyn lähteitä ydinvoimalaitoksissa on? Miten säteilusuojelu on järjestetty ydinvoimalaitoksissa? Minkälaisia ovat normaalikäytön radioaktiiviset päästöt?