Развитие реакторов типа CANDU

 

В настоящее время базовой модификацией реактора CANDU, используемой в Канаде и экспортируемой за рубеж, является реактор CANDU 6 (см. табл. 1.14).

 

 

Таблица 1.14

АЭС с реакторами CANDU 6

 

АЭС	Страна	Время ввода в эксплуатацию	КИУМ
Point Lepreau	Канада	02.1983	83%
Wolsong Unit 1	Корея	04.1983	86%
Gentilly 2	Канада	10.1983	80%
Embalse	Аргентина	01.1984	85%
Cernavoda Unit 1	Румыния	12.1996	86%
Wolsong Unit 2	Корея	07.1997	92%
Wolsong Unit 3	Корея	07.1998	93%
Wolsong Unit 4	Корея	09.1999	96%
Qinshan Unit 1	Китай	12.2002	95%
Qinshan Unit 2	Китай	07.2003	-
Cernavoda Unit 2	Румыния	12.2004	-

 

Компания AECL, являющаяся разработчиком реакторов CANDU, придерживается эволюционной стратегии развития этого направления, основные этапы которой показаны на рисунке 1.35.

 

 

 

* ACR – Advanced CANDU Reactor – Усовершенствованный реактор CANDU.

** SCWR - the Super Critical Water Reactor – Сверхкритический водяной реактор

 

Рис. 1.35 Этапы совершенствования реакторов CANDU

 

В краткосрочной перспективе до 2035 года предполагается вводить в эксплуатацию реакторы ACR. Ключевыми характеристиками проекта реактора ACR-700, отличающими его от CANDU 6, являются:

· использование слегка обогащённого топлива для достижения увеличенного, как минимум, в три раза выгорания;

· замена тяжеловодного теплоносителя на обычную воду, что позволит уменьшить размеры активной зоны и сократить избыточную реактивность;

· использование более компактной активной зоны с уменьшенным (с 28, 5 см
до 22 см) шагом решётки и, как следствие, уменьшение вклада тяжёлой воды и обеспечение высокостабильного и равномерного по зоне нейтронного потока и достижение отрицательного пустотного коэффициента;

· увеличение запасов безопасности, благодаря оптимизации распределения энерговыделения и отрицательному пустотному коэффициенту;

· повышение давления и температуры теплоносителя и пара, приводящие к увеличению эффективности турбинного цикла;

· уменьшению радиоактивных выбросов;

· повышение коэффициента использования мощности до 95 % за счёт достижения целевой задачи – трёхлетней работы реактора с одним 21-суточным остановом на обслуживание;

· совершенствование процесса проектирования, изготовления и строительства за счёт соответствующего применения трёхмерных компьютерных технологий, модульного принципа изготовления и концепции строительства «открытый верх», при которой монтаж всех модулей реактора производится сверху с помощью крана большой грузоподъёмности.

 

Предполагается, что кроме традиционного производства электричества реактор ACR-700 можно будет использовать в циклах получения водорода, переработки нефтяных песков и обессоливания морской воды.

Следующим шагом эволюции концепции реакторов CANDU, реализация которого планируется на середину 21-го века является реактор SCWR. При этом основой этого проекта является реактор ACR-700.

Использование сверхкритических параметров теплоносителя теоретически может дать 30%-ое повышение мощности каналов, а для АЭС в целом повышение полного КПД до значений близких к 50%. В результате проведённых сейчас исследований выбран вариант реактора с прямым циклом, с температурой теплоносителя на выходе 650°С, термическим КПД»45% и энергетической мощностью 400 МВт.

Для поддержания температуры канала в пределах, обеспечивающих отсутствие чрезмерных деформаций при давлении 25 Мра, возможны два подхода. Первый – использование изолирующего материала внутри канала для отделения теплоносителя от границы давления. Вторым может быть организация двойного потока теплоносителя (по принципу канала) с подачей на трубу более холодной воды. Начались исследования по созданию канала с изоляционным слоем. Материал такого канала должен обладать требуемой коррозионной стойкостью и относительно низким сечением поглощения нейтронов. В качестве кандидатных материалов канала рассматриваются как циркониевые, так и стальные сплавы.

Разработка реакторов 4-го поколения (включая отмеченную концепцию SCWR реактора CANDU) является частью международного проекта.

Поставлена амбициозная цель по созданию и пуску до 2015 года маленькой прототипной установки POAK (Prototype-of-a-Kind). Для её достижения необходимо, чтобы самые важные исследования завершились к 2010 году.

Реакторы SCWR могут быть легко адаптированы к потребностям рынка в широком диапазоне мощностей (от 440 до 1400 МВт) и в многоцелевом применении для производства электрической энергии, промышленного тепла, водорода, обессоливания морской воды и переработки нефтяных песков.

Третьей стадией развития реакторов CANDU, показанной на рис. 1.35 является реактор CANDU Х, который представляет собой реализацию предельных конструкторских целей базирующихся на наиболее совершенных технологических решениях. Часть из них, такие как компактная активная зона, обычная вода в качестве теплоносителя и усовершенствованное топливо будут применены уже в реакторе ACR.