Synthos, GEH i BWRX-300

Dobre kilka miesięcy temu nagłówki pojawiły się nagłówki informujące, że Synthos oraz General Electric Hitachi chcą wybudować w Polsce elektrownię z reaktorem BWRX-300. Że BWRX-300 to technologiczny spadkobierca reaktorów BWR, a w zasadzie to ESBWR, że CAPEX niski i tak dalej. Dużo tych akronimów. Postanowiłam zajrzeć za nie i nieco przybliżyć konkrety, choć tych do wiadomości publicznej nie przekazano przesadnie wiele.

GEH i BWR

GEH to joint-venture amerykańskiego General Electric i japońskiego Hitachi, które obecnie stoi za rozwojem technologii reaktorów wodnych wrzących BWR. Pierwsze reaktory BWR General Electric pojawiły się w połowie lat pięćdziesiątych ubiegłego wieku. Zaczęło się od BWR, w III generacji rektorów mieliśmy ABWR (Advanced Boiling Water reactor). W generacji III+ obecnie znajduje się ESBWR (Economic Simplified Boiling Water Reactor), który wprowadza usprawnienia do poprzedniej konstrukcji zwłaszcza w kwestii skomplikowania projektu części reaktorowej elektrowni i pasywnych (czyli nie wymagających zasilania energią elektryczną) układów bezpieczeństwa.

Cechą charakterystyczną, pozwalającą szybko rozpoznać te reaktory na prostych schematach, jest pojedynczy obieg wody chłodzącej. Oznacza to, że woda chłodzi rdzeń reaktora, odparowuje w nim i ta para rurociągami jest doprowadzana do turbiny parowej (schemat poniżej po lewej). Dla porównania technologia PWR posiada dwa obiegi i pośredni wymiennik ciepła (schemat poniżej po prawej).

Więcej o różnych technologiach można przeczytać w osobnym artykule.

Zalety

Zalety BWR, w porównaniu z najbardziej powszechnym typem – PWR, to między innymi niższe ciśnienie wewnątrz reaktora (około 7,5MPa w porównaniu do około 15MPa) a także niższa temperatura pracy reaktora [4], co przekłada się na mniejsze wymagania wytrzymałościowe dla zbiornika, czyli mniejsze koszty. Ponadto regulacja mocy reaktora odbywa się nie przez domieszkowanie wody chłodzącej borem, a przez sterowanie przepływem chłodziwa przez reaktor – kontrolowanie tego ile wody a ile pary wodnej znajduje się w nim. Redukuje to ryzyko wystąpienia korozji w zbiorniku reaktora i rurociągach jest mniejsze.

Do zmniejszenia kosztów inwestycyjnych przyczynia się również prostsza konstrukcja całej elektrowni – tylko jeden obieg wody chłodzącej. W dodatku w najnowszych elektrowniach z reaktorami wodnymi wrzącymi GEH generacji III+ wyeliminowane zostały główne pompy obiegowe. Do zapewnienia poprawnego chłodzenia wystarczy cyrkulacja naturalna. Poza redukcją kosztów oznacza to też zwiększone bezpieczeństwo (mniej elementów, które mogą się zepsuć).

Brak drugiego obiegu wody przekłada się również na prostszą obsługę.

Wady

Wśród wad reaktorów BWR należy wymienić między innymi skażenie turbiny. Nie jest to duże ryzyko, ponieważ głównie mamy tu do czynienia z N-16, izotopem azotu, o krótkim czasie połowicznego rozpadu.

Mimo że wymagania wytrzymałościowe dla zbiorników reaktorów BWR są mniej restrykcyjne, to jest to zbiorniki te muszą być znacznie większe. To ogranicza liczbę dostawców zdolnych do ich wyprodukowania. Fakt, że część reaktora jest chłodzona wodą, a część parą wodną oznacza, że obliczenia zużycia paliwa są bardziej skomplikowane. Sprawia to także, że reaktor musi być dokładniej monitorowany. Ten sposób chłodzenia wymaga również wprowadzania prętów kontrolnych od dołu reaktora. Oznacza to, że w przypadku awarii siłowników hydraulicznych grawitacja nie pomaga we wprowadzeniu prętów, a wręcz przeszkadza.

Przykłady

Reaktory wodne wrzące konstrukcji GEH można znaleźć między innymi w elektrowni w Tarapur (Indie) w blokach pierwszym i drugim (BWR/1). W wielu elektrowniach jądrowych w Japonii: Fukushima Daichi (BWR/3 i BWR/4), Kashiwazaki-Kariwa w blokach 1, 2. 3, 4 i 5 (BWR/5). Oraz, oczywiście, w Stanach Zjednoczonych, na przykład w Elektrowni Jądrowej Dresden 1 i 2 (BWR/3).

Cyfra w oznaczeniu daje wskazówkę co do tego z jakiego okresu pochodzi konkretny reaktor. BWR/1 i BWR/2 należą do pierwszej (I), najstarszej, generacji reaktorów BWR. BWR/3, BWR/4, BWR/5, BWR/6 do drugiej (II). ABWR to generacja trzecia (III), a ESBWR trzecia plus (III+).

BWRX-300

BWRX-300 to mały reaktor modułowy (SMR) konstrukcji GEH. Konstrukcja BWRX-300 wykorzystuje wszystko, co najlepsze w ABR i ESBWR i dodaje do tego zalety typowe dla SMR-ów: modułową konstrukcję, prostotę montażu, możliwość zastosowania w małych sieciach energetycznych. Bazowanie na rozwiązaniach z ABWR i ESBWR oznacza, że większość komponentów BWRX-300 ma udokumentowaną historię pracy i spełnia wymagania bezpieczeństwa. Istnieją również licencjonowani poddostawcy mogący je wyprodukować.

Konstrukcja BWRX-300 w zasadzie zupełnie eliminuje ryzyko wystąpienia LOCA – awarii w skutek której może dojść do stopienia rdzenia reaktora. Zapewnia również do 7 dni pasywnego chłodzenia w przypadku utraty zasilania i niemożliwości uzupełnienia obiegu chłodzenia świeżą wodą [1, 2] a do obsługi elektrowni docelowo ma wystarczyć zaledwie 75 osób.

Czemu 300 megawatów?

GEH postawiło na tę moc, ponieważ turbozespół (turbina+generator) o mocy 300MW był najbardziej konkurencyjny cenowo w portfolio General Electric.

W porównaniu z innymi SMR-ami chłodzonymi lekką wodą, BWRX-300 ma oferować nawet 60% niższy koszt megawata wyprodukowanej energii [1, 2] i być porównywalny z kosztami elektrowni gazowych [3]. Docelowy koszt inwestycyjny (CAPEX) wybudowania elektrowni z reaktorem BWRX-300 ma nie przekraczać 1 miliarda dolarów.

GE Hitachi / Christer Dahlgren / Clean District Heating with Small Nuclear Reactors – seminar
Helsinki, Finlandia – 29 marca 2019 [3]

Dużym źródłem oszczędności są tu same rozmiary elektrowni. Pełnowymiarowy ESBWR z układami około-reaktorowymi zajmuje 161 000m3, BWRX-300 zaledwie 15 500m3 (ilustracja poniżej) [3], a beton to znaczny procent całych kosztów inwestycyjnych.

GE Hitachi / Christer Dahlgren / Clean District Heating with Small Nuclear Reactors – seminar
Helsinki, Finlandia – 29 marca 2019 [3]

BWRX-300 – gdzie?

Obecnie zainwestowania w elektrownię z BWRX-300 rozważa nie tylko polski Synthos, ale również amerykański Dominion Energy [6], estońskie Fermi Energia [7] czy czeski ČEZ [8].

Przekrój przez elektrownię z reaktorem BWRX-300 © 2020 General Electric


Nie podejmuję oceny czy inwestowanie w BWRX-300, a nie na przykład w konkurencyjną technologię NuScale, jest słusznym krokiem czy nie. Dostępnych publicznie informacji o jednym i drugim nie jest przesadnie wiele, a ja nie jestem ekonomistą, żeby oceniać ten aspekt. Jestem niespełnionym zawodowo operatorem bloku jądrowego i wszystkie reaktory są bliskie memu sercu. Ale inwestowanie w jakąkolwiek elektrownię jądrową jest, według mnie, słusznym krokiem z punktu widzenia bezpieczeństwa energetycznego kraju. Nie mamy do dyspozycji przewidywalnych i stabilnych odnawialnych źródeł energii takich jak duża geotermia (Isladnia), duże elektrownie wodne (Brazylia, Paragwaj). A małych, lokalnych elektrowni odnawialnych (Norwegia), które odciążyłyby dużą energetykę, mamy nadal niewiele. Jeśli nie chcemy pewnego dnia zacząć płacić innym krajom za energię elektryczną, to coś musimy robić – SMR-y brzmią sensownie.


Przypisy i ciekawsze linki:
[1] Informacje na stronie GE Hitachi (ang)
[2] GE Hitachi – ulotka informacyjna (ang)
[3] Suomen Ekomocernistit ry – relacja na Youtube (ang)
[4] Boiling Water Reactor Simulator (ang)
[5] General Electric Hitachi Nuclear Energy Announces Small Modular Reactor Technology Collaboration in Poland (ang)
[6] GE Hitachi Announces Dominion Energy as Investor in BWRX-300 Small Modular Reactor (ang)
[7] GE Hitachi Nuclear Energy Announces New Reactor Technology Collaboration in Estonia (ang)
[8] General Electric Hitachi Nuclear Energy and ČEZ Announce Small Modular Reactor Technology Collaboration in the Czech Republic (ang)

SMR – licencjonowanie BWRX-300 i próba powrotu PBMR – czyli o co tu chodzi? (CIRE) (pl)


Słowniczek
blok elektrowni – pojedynczy “zestaw” kocioł/reaktor/inne źródło energii cieplnej+turbina+generator wraz z ich układami pomocniczymi niezbędnymi do poprawnej pracy. Elektrownia może składać się z jednego lub większej ilości bloków. Na przykład elektrownia Opole ma 6 bloków. Cztery o mocy około 380 megawatów z lat dziewięćdziesiątych i dwa o mocy około 900 megawatów ukończonych w 2019 roku.
Jest również możliwe, że na jeden kocioł/reaktor/etc. będzie przypadał więcej niż jeden turbozespół (turbina+generator), ale nie komplikujmy póki co.
LOCA – Loss of Coolant Accident. Awaria, w której dochodzi do rozszczelnienia układu chłodzenia i rdzeń reaktora może ulec przegrzaniu i stopieniu.


Wiem, że pisanie o reaktorach BWR prosi się o wspomnienie o katastrofie w elektrowniach w Fukushimie (reaktory BWR/3 i BWR/4). Nimi jednak zajmę się w osobnym tekście.

Pytania, uwagi, komentarze

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Witryna wykorzystuje Akismet, aby ograniczyć spam. Dowiedz się więcej jak przetwarzane są dane komentarzy.