Dr. Trampus Péter egyetemi tanár 06 20 9855970 trampus@mk.unideb.hu

ATOMREAKTOROK ANYAGAI10. előadás • Dr. Trampus Péter • egyetemi tanár • 06 20 9855970 • trampus@mk.unideb.hu

Atomerőművekélettartam gazdálkodása:…divat vagy eszköz?

Atomerőművi kapacitás alakulása Csernobil TMI ?

Az erőmű tulajdonosának tudatos gazdasági-műszaki intézkedései a rendszerek és rendszerelemek üzemeltetésének, karbantartásának és üzemidejének optimalizálása, a termelés és a biztonság elfogadható szintjének biztosítása, az erőmű üzemideje alatti maximális nyereség megvalósítása céljából Atomerőművek élettartam gazdálkodása (ÉG) (hagyományos definíció)

Atomerőművek élettartam gazdálkodása (ÉG) (egyszerűsített definíció) Az atomerőmű üzemeltetése mindaddig, ameddig az előállított villamos energiára igény van, és a termelés a megkövetelt biztonság mellett gazdaságosan folytatható

Atomerőművek élettartam gazdálkodása (ÉG) (kibővített – korszerű - definíció) • Az atomerőmű • fizikai állapotának (karbantartás,ellenőrzés és vizsgálat, modernizálás, engineering), • emberi erőforrásainak és tudásbázisának (emberi erőforrás és tudás management), • tervezési alapjának biztosítása (biztonságnövelés), • a vonatkozó K+F igények megfogalmazása, • mindezek integrálása és optimalizálása

ÉG lehetséges célkitűzései • Üzemeltetés a tervezett üzemidő végéig • Üzemeltetés a tervezett üzemidőn túl (ÜZEMIDŐ HOSSZABBÍTÁS) • Teljesítmény növelése • Rendelkezésre állás növelése • Biztonság növelése • …

Élettartam - üzemidő Típusválasztás Tervezés Engedélyeztetés Pénzügyi lebonyolítás Építés Tervezési élettartam Üzemidő Felkészülés a leszerelésre Leszerelés Döntés az atomerőmű mellett Végleges leállítás Leszerelés befejezése Indítás É l e t t a r t a m Naptári idő

Élettartamok • Műszaki • Tervezési • Engedélyezési • Üzemeltetési (üzemidő) • Pénzügyi (amortizációs) • Gazdaságossági (kapacitás kiváltás) • Politikai • …

ÉG kialakulásának tényezői (+/-) • Fenntartható energia szolgáltatás • Atomenergia ellentmondásos megítélése • Gazdaságosság • „Jövő atomerőművei” belépésének várható időpontja

Fenntartható energia szolgáltatás (1) • Villamos energia igény növekedése • Környezeti hatások • Radioaktív hulladék • Globális klímaváltozás • Energia tartalékok • Szén, gáz, olaj, U, Th (nem korlátlan, de nem kritikus) • Megújuló (korlátlan, de kihasználásuk kérdéses)

Fenntartható energia szolgáltatás (2) • Lehetőségek: • Népesség növekedés stabilizálása* • Energia hatékonyság növelése • Megújuló források arányának növelése • Atomenergia • Fosszilis fűtőanyag égetéséből származó CO2 leválasztása • Következtetés: • ATOMENERGIA EGY AZ OPCIÓK KÖZÜL

Az ENSZ „emberi jólét” indexe és a villamos energia fogyasztás

Energiapolitika Maslow piramisa Társadalmi elfogadottság Párbeszéd lehetősége Kielégített szükségletek Környezet- védelem Gazdaságosság Megbízható szolgáltatás ? Szükségletek hiánya Hozzáférés az energiához

Gazdaságosság • Létesítés fajlagos költsége magas • Létesítés pénzügyi kockázata nagy • késés / felfüggesztés • Villamos energia piaci liberalizáció • üzemelő atomerőművek versenyhelyzetbe kerültek • Stabilan alacsony fűtőelem ár • „Külső” költségek • környezet- és egészségkárosítás forintosítása • Kibocsátás kereskedelem • Következmény: • ÜZEMELŐ ATOMERŐMŰVEK HELYZETBE HOZTÁK MAGUKAT

Rendelkezésre állás növekedése IAEA Nuclear Technology Review, 2004

Atomenergia ellentmondásos megítélése • Okok: • történelmi, • racionális – irracionális, • ismerethiány • Hangsúly eltolódások: • Fizikai biztonság (9/11) • Következmény: • ÚJ ATOMERŐMŰVEK ÉPÍTÉSE HELYETT: ÜZEMELŐ ATOMERŐMŰVEK KIHASZNÁLÁSA

Atomerőművek fejlődésének fokozatai I. generáció II. generáció III. generáció • Korai • prototípusok: • Shippingport • Dresden • Fermi I • Magnox IV. generáció • Kereskedelmi • típusok: • PWR / BWR • CANDU • AGR • VVER / RBMK • Evolúciós • típusok: • ABWR • AP 600 • System 80+ • EPR • Innovatívtípusok: • gázhűtésű gyors • folyékony-fém hűtésű gyors • sóolvadék hűtésű • szuperkritikus vízhűtésű • igen nagyhőmérsékletű 1950 1970 1990 2010 2030

Jövő atomerőműveivel szemben támasztott követelmények • A villamos energia árának versenyképesnek kell lennie más energiahordozókkal szemben • Alacsony pénzügyi kockázat (építési költségek: 1000 US$/kW, építési idő 3 - 4 év) • A biztonságot a közvélemény előtt is bizonyítani kell tudni • A radioaktív hulladék mennyiségét jelentősen csökkenteni kell • A teljes fűtőelem ciklusnak érzéketlennek kell lennie katonai célú felhasználásra • Belépésük várható időpontja: 2030 KÖRÜL

Az egyes tényezők ÉG motiváló hatása • Energia szolgáltatás: + • Gazdasági tényezők: +/(-) • Ellentmondásos megítélés: n. j. • Jövő atomerőművei: +

Atomerőművek élettartam gazdálkodása: híd a XX. és a XXI. század nukleáris technológiája között

Döntés az üzemidő hosszabbításról Gazdasági számítások Műszaki elemzés Élettartam korlátozó berendezések kiválasztása Biztonsági szempontok Termelési szempontok • Általános információk: • öregedés, • törésmechanika, • nemzetközi tapasztalatok Erőmű-specifikus adatok Adatbázis létrehozása Aktuális állapot meghatározása • Specifikus információk: • null-állapot • üzemközbeni ellenőrzés • diagnosztika Tervezés, gyártás Élettartam becslés Kritérium: biztonsági tartalék Mértékadó öregedési mechanizmus(ok) • Intézkedések: • üzemviteli módosítások • karbantartási stratégia • rekonstrukció (rendszer) • berendezés csere • biztonságnövelési intézkedés Gazdasági megfontolások Kutatás-fejlesztés eredményei Rendelkezésreállás megtartása Üzemeltetési engedély meghosszabbítása

Élettartam gazdálkodás ütemezése 100 élettartam gazdálkodás (üzemidő hosszabbítás) 80 60 Rendelkezésre állás, % „normál” üzemeltetés 40 20 0 30 40 50 60 70 10 20 Üzemeltetési idő, év

Kritikus berendezések

Élettartam kimerülési folyamat MÉRTÉKADÓ ANYAGJELLEMZŐ Tényleges élettartam kimerülés Kezdeti biztonági tartalék Tervezési görbe Rekonstrukció, csere Biztonsági tartalék Biztonsági követelmények változása Biztonsági tartalék Igénybevétel - Anyagjellemző Igénybevétel csökkentése IGÉNYBEVÉTELI PARAMÉTER Tervezési élettartam t1 t2 t3 t4 I d ő

Üzemidő hosszabbítás lehetőségei (hw) • Berendezés igénybevételének csökkentése • Normál igénybevétel: átalakítás (GF tápvíz elosztó) • Tranziens igénybevétel: amplitúdó (ZÜHR közeg hőmérséklet növelés) és/vagy ciklusszám csökkentése • Élettartam kimerülési folyamat lassítása • Teljesítmény csökkentés (!) • Zónamódosítás (kis neutron kiszökés, árnyékolás) • Szerkezeti anyag ellenállásának növelése: • Kondenzátor csőcsere, • Ferrites csőívek cseréje ausztenitesre, • KR megfogó fej gyártástechnológia módosítása • Karbantartás • Felújítás (reaktortartály zóna öv hőkezelés) • Berendezés csere (GF)

Üzemidő hosszabbítás lehetőségei (sw) • Élettartam becslés megbízhatóságának növelése (bizonytalanságok csökkentése) • Elemzés módszertana / modellalkotás • Determinisztikus kontravalószínűségi • Empirikus korreláción kontrafizikai alapokon nyugvó • Mérési és számítási módszerek • Diagnosztikai eljárások • POD növelése (roncsolásmentes vizsgálat) • Modellek pontosságának növelése (geometria, terhelés,…)

TÉNYLEGES ÜZEMIDŐ Tartályfal és próbatest azonosság Bizonytalanságok példa: PTS elemzés Tartályfal és próbatest hőmérséklete Fluxus és fluens mérés Lead faktor számítás Telítődési effektus Besugárzási idő hatása Mechanikai vizsgálatok hibája (null-állapot) Besugárzott próbatestek vizsgálatának hibája Mechanikai vizsgálatok értékelésének hibája Referenciagörbe meghatározása Roncsolásmentes vizsgálatok hibája Posztulált hiba kiválasztása Üzemzavari tranziens kiválasztása Feszültséganalízis min közép max SZÁMÍTOTT ÜZEMIDŐ

A bizonytalanságokról • Oka: hiányos tudás • Bizonytalanságok fajtái: • Sztochasztikus folyamatból adódó aleatory uncertainty (pl. ridegtörés: sztochasztikus eloszlású karbidok - „leggyengébb láncszem”) • Ismerethiányból adódó epistemic uncertainty (pl. folytonossági hiány eloszlás – Marshall jelentés eloszlás függvénye kontra NRC eloszlásfüggvénye) • Kiküszöbölésük: • lehetséges? elvileg IGEN, de a források korlátozottak • gyakorlatban: az ismerethiányból adódóak kiküszöbölése folyamatos

Ferrites acélok szívós-rideg átmenete Anyagminőség: 22NiMoCr37

ÜH engedélyezés lehetőségei • Üzemeltetési engedély határozott időre szól (USA: 40 év) • Új üzemeltetési engedély további 20 évre • Üzemeltetési engedély határozatlan időre szól (Európa) • Időszakos biztonsági felülvizsgálat (IBF, PSR) 10 évenként, automatikusan biztosítja • Magyarország: • Tervezett üzemidő: 30 év • Első üzemeltetési engedély határozatlan időre szólt • IBF 1996 óta hatályban, ma ez határozza meg az üzemidőt Új üzemeltetési engedély kiadása

Dr. Trampus Péter egyetemi tanár 06 20 9855970 trampus@mk.unideb.hu