1 / 47

Derde en vierde generatie kernenergie

Derde en vierde generatie kernenergie. KIVI NIRIA congres ‘Smart Energy Mix’ Zwolle 12 oktober 2006 Dr.ir. Aliki van Heek. Generation II. Generation I. LWR-PWR, BWR CANDU HTGR/AGR VVER/RBMK. Early prototype/ demo reactors Shippingport Dresden, Fermi I Magnox. Generation IV.

damian
Download Presentation

Derde en vierde generatie kernenergie

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Derde en vierde generatie kernenergie KIVI NIRIA congres ‘Smart Energy Mix’ Zwolle 12 oktober 2006 Dr.ir. Aliki van Heek

  2. Generation II Generation I • LWR-PWR, BWR • CANDU • HTGR/AGR • VVER/RBMK • Early prototype/demo reactors • Shippingport • Dresden, Fermi I • Magnox Generation IV • Highly economical • Proliferation resistant • Enhanced safety • Minimize waste • First demo of nuclear power on commercial scale • Close relationship with DOD • LWR dominates • Multiple vendors • Custom designs • Size, costs, licensing times driven up Generaties kerncentrales Generation III • ABWR, System 80+, AP600, EPR • Passive safety features • Standardized designs • Combined license Atoms for Peace TMI-2 Chernobyl 1950 1960 1970 1980 1990 2000

  3. Generatie I • Prototypen en demonstratiecentrales • Voorbeeld: Kerncentrale Dodewaard • Diverse leveranciers, b.v.: • Reactorsysteem: General Electric • Reactorvat: RDM • Turbine: VMF • Gebouw: BAM • Start bouw: 1965

  4. Generatie II • Commerciële centrales verkrijgbaar bij meerdere leveranciers • Voorbeeld: Kerncentrale Borssele • Turnkey leverancier: Siemens • Start bouw: 1969 • Inbedrijfstelling: 1973

  5. Kenmerken Generatie I en II • Initatief bij de overheid • Marktregulering door de overheid • Schaalvergroting • Lock-in op het type lichtwaterreactor (LWR)

  6. Centrale vragen • Welke verbeteringen de volgende generaties kernenergiesystemen met zich mee? • Hoe gaan die gerealiseerd worden? • Aan de orde komen: • Generatie III • Generatie III+ • Generatie IV • (Kernfusie)

  7. Generatie III • Ontwerpen geëvolueerd uit bestaande ontwerpen met verbeteringen voor de eigenaar • Nieuwe veiligheidsbenaderingen • Gestandaardiseerde ontwerpen

  8. Generatie III • EPR • AP1000 • ABWR • ESBWR Olkiluoto 3, Finland Start bouw 2004

  9. Meest voorkomende reactortype: Pressurized Water Reactor (PWR) • koelmiddel/modera-tor (licht) water • koelmiddel verwarmd tot 320oC • druk 150 bar (drukvat) • lichtverrijkt (3-4%) UO2 splijtstof • eenheidsgrootte 150-1500 MWe

  10. Voorbeeld Generation III ontwerp: European Pressurized water Reactor (EPR) • Extra veiligheidssysteem: Corecatcher vangt radioactieve stoffen uit reactor op in geval van kernsmeltongeval Fabrikant: Areva (F/D)

  11. Het andere type lichtwaterreactor: Boiling Water Reactor (BWR) • koelmiddel/mode-rator (licht) water • koelmiddel verwarmd tot 290oC • druk 7 MPa (drukvat) • lichtverrijkt (3%) UO2 splijtstof • eenheidsgrootte 460-1350 MWe

  12. Voorbeeld Generation III ontwerp: Economic Simplified Boiling Water Reactor (ESBWR) • Meer gebruik van passieve systemen • Geen primaire koelmiddelpompen Fabrikant: General Electric (US)

  13. Generatie III+ • Ontwerpen gebaseerd op Generatie I Hoge-Temperatuur Reactoren (HTR) • Modulair • Inherente veiligheid • Ook voor niet-elektrische energieprodukten: • Waterstof • Industriële proceswarmte • waterontzilting

  14. Generatie III+ • PBMR • HTR-PM • GT-MHR • ANTARES Koeberg, Zuid-Afrika Start bouw 2007-2008 Fabrikant: PBMR (Pty) Ltd.

  15. Waarom inherente veiligheid?Hoofdcomponenten PWR

  16. Waarom inherente veiligheid?PWR Hoofdcomponenten met veiligheidssystemen

  17. Inherente veiligheid • Inherente veiligheid is middel om schaalvergroting te voorkomen • Veiligheidssystemen overbodig maken door: • lage vermogensdichtheid, • materialen met hoge warmtecapaciteit, • kleine eenheden

  18. Inherente veiligheid (2) • Per eenheid: 160MWe i.p.v. 1600MWe • Als moderator grafiet i.p.v. water • Als splijtstofomhulling keramische coatings i.p.v. metallische huls • Dan splijtstof bestand tegen opwarming na totaal verlies warmteafvoer

  19. PWR splijtstof UO2 pellets fuel rods fuel element

  20. HTR splijtstof

  21. “Pebble bed” HTR reactorkern

  22. Inherente veiligheid:splijtstoftemperatuur na koelmiddelverliesongeval

  23. PBMR reactor en energieconversiesysteem High Pressure Compressor Recuperator Low Pressure Compressor Power Turbine Reactor Gearbox Generator Inter-Cooler Core Conditioning System Core Barrel Conditioning System Maintenance Isolation/Shutdown Valve Pre-Cooler

  24. HTR in China HTR-10 testreactor Beijing In bedrijf sinds 2000 HTR-PM demonstratie-centrale, Rongcheng City

  25. Generatie IV • Ontwerpen met substantiële verbeteringen voor eigenaar en maatschappij • Naast reactorontwerp ook splijtstof en splijtstofcyclus • Samenwerking tussen regeringen (nog geen fabrikanten)

  26. Generaties kerncentrales

  27. Generation IV International Forum (GIF) Canada Japan Argentina Brazil France S. Africa Korea Switzerland UK US Het Generation IV initiatief • 2000: US DOE initieert samenwerking tussen 11 landen met een positieve grondhouding t.a.v.kernenergie • 2002: Generation IV Roadmap Euratom

  28. Achtergrond Generation IV initiatief Ontwikkeling wereldenergievraag

  29. Generation IV Technology Roadmap (2002) • Identificatie van systemen die significante vooruitgang bieden: • Duurzaamheid • gebruik grondstoffen • minimalisatie hoeveelheid en levensduur radioactief afval • Veiligheid en betrouwbaarheid • veilig en betrouwbaar in bedrijf • lage kans op schade aan reactorkern • eliminatie noodzaak off-site emergency response • Economie • lage life cycle costs • laag financieel risico • Proliferatie: onaantrekkelijk voor misbruik voor wapenproduktie • Terrorisme: verbeterde bestendigheid

  30. Waterstof en andere produkten Inzet op korte termijn Elektriciteitsopwekking Transmutatie van nucleair afval Aanmaak splijtstoffen 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055 2060 2065 Meer energieprodukten

  31. Geselecteerde concepten • Eén concept dat dicht bij de Generatie III LWR staat: Super-Critical Water-Cooled Reactor(superkritische watergekoelde reactor) • Eén concept om de waterstofmarkt te bedienen: Very High Temperature Gas-Cooled Reactor(zeer hoge temperatuur gasgekoelde reactor) • Drie snelle (kweek-)reactorconcepten: • Gas-Cooled Fast Reactor(gasgekoelde snelle reactor) • Sodium-Cooled Fast Reactor(natriumgekoelde snelle reactor) • Lead-Cooled Fast Reactor(loodgekoelde snelle reactor) • Eén ‘bijzonder concept’: Molten Salt Reactor(gesmolten zout reactor)

  32. Super-Critical Water-Cooled Reactor • koelmiddel water in superkritische toestand • koelmiddel verwarmd tot 510-550oC • hoge druk (>15 MPa) • UO2 splijtstof • eenheidsgrootte ca. 1500 MWe • toepassing: elektriciteitsproduktie

  33. Very High Temperature Gas-Cooled Reactor • koelmiddel helium • koelmiddel verwarmd tot 1000oC • hoge druk (7-15 MPa) • UO2 splijtstof • eenheidsgrootte ca. 250 MWe • toepassingen: waterstof- en elektriciteitsproduktie

  34. Achtergrond nadruk op snelle kweekreactorconcepten:Fuel Cycle Study

  35. Opgebrande splijtstof (LWR) Verse splijtstof Opgebrande splijtstof

  36. splijtstof (Pu) kweken uit 238U 100 x beter gebruik van de grondstof extra neutron benodigd Kweken natuurlijk uranium = 0,7 % 235U en 99,3 % 238U alleen 235U is gemakkelijk splijtbaar

  37. Gas-Cooled Fast Reactor • koelmiddel helium • koelmiddel verwarmd tot 850oC • hoge druk (7-15 MPa) • 238U splijtstof • eenheidsgrootte ca. 300 MWe • toepassingen: elektriciteits- en waterstofproduktie

  38. Sodium-Cooled Fast Reactor • koelmiddel natrium • koelmiddel verwarmd tot 550oC • lage druk • 238U en MOX splijtstof • eenheidsgrootte ca. 150-1500 MWe • toepassing: elektriciteitsproduktie

  39. Lead-Cooled Fast Reactor • koelmiddel vloeibaar lood (-bismuth) • koelmiddel verwarmd tot 550-850oC • lage druk • 238U splijtstof • eenheidsgrootte 50-1200 MWe • toepassingen: elektriciteits- en waterstofproduktie

  40. Vereist: gesloten splijtstofcyclus ja nee Recycle ? Splijtstof fabricage Conditionering Conversie en Verrijking Opwerking (geologische) Eindberging Mijnbouw van Uranium

  41. Molten Salt Reactor • koelmiddel fluoridezouten • koelmiddel verwarmd tot 700-800oC • lage druk • UF splijtstof in zout • eenheidsgrootte ca. 1000 MWe • toepassingen: elektriciteits- en waterstofproduktie

  42. Prioriteiten geselecteerde 4e generatie concepten (1) • Priority 1 (economically competitive energy products): • Very High Temperature Gas-Cooled Reactor (zeer hoge temperatuur gasgekoelde reactor): demonstratiereactor gepland in Idaho, USA; contract pre-conceptual design verleend aan Westinghouse consortium • Super-Critical Water-Cooled Reactor (superkritische watergekoelde reactor): prioriteit buiten Verenigde Staten

  43. één van deze kiezen Prioriteiten geselecteerde 4e generatie concepten (2) • Priority 2 (advances in proliferation and sustainability): • Gas-Cooled Fast Reactor (gasgekoelde snelle reactor): Frankrijk plant testreactor • Lead-Cooled Fast Reactor (loodgekoelde snelle reactor) • Sodium-Cooled Fast Reactor (natriumgekoelde snelle reactor): maakt come-back • Molten Salt Reactor (gesmolten zout reactor): “vreemde eend”

  44. Waterstof en andere produkten Inzet op korte termijn Elektriciteitsopwekking Transmutatie van nucleair afval Aanmaak splijtstoffen 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055 2060 2065 Relatie Generation IV - kernfusie ITER DEMO fusiecentrale gepland

  45. Rol Nederland • R&D vindt plaats bij • NRG (Petten en Arnhem) • Reactor Instituut TU Delft • bilaterale samenwerking met PBMR • participatie via Europese samenwerking in ontwikkeling Generation IV

  46. Resumé • Generatie III: momenteel beschikbare verbeterde LWR-concepten • Generatie III+: modulaire HTR • Generatie IV: mondiale samenwerking voor lange termijn

  47. Hartelijk dank voor uw aandacht

More Related