Program udržitelnosti lehkovodních reaktorů - Light Water Reactor Sustainability Program

The Program udržitelnosti lehkovodních reaktorů je Vláda USA výzkum a vývoj program. To je v režii Ministerstvo energetiky Spojených států a je zaměřen na provádění výzkumu a shromažďování údajů nezbytných pro získání oprávnění k prodloužení životnosti Amerika aktuální 104 výroba elektřiny jaderné elektrárny více než 60 let života. Prakticky všechny komerční jaderné elektrárny vyrábějící elektřinu, které jsou v současné době ve Spojených státech, jsou lehkovodní reaktor (LWR) rostliny, což znamená, že používají běžné (lehké) voda jako moderátor a chladicí kapalina zároveň.

Základ projektu je založen na faktech, které v blízké budoucnosti:

Jaderná energie byl největším přispěvatelem výroby elektrické energie bez skleníkových plynů v EU Spojené státy v roce 2009, zahrnující téměř tři čtvrtiny nevyzařujících zdrojů. Energetická účinnost, obnovitelná energie a zachycování a skladování uhlíku Očekává se, že technologie budou hrát stále větší roli při zajišťování čisté a spolehlivé energie.

Během jeho prezidentský kampaň, Barack Obama uvedl: "Jaderná energie představuje více než 70% naší neuhlíkové elektřiny. Je nepravděpodobné, že bychom mohli splnit naše agresivní cíle v oblasti klimatu, pokud alternativně vyloučíme jadernou energii. “[1]Program LWRS funguje na předpokladu, že elektřina z jaderných elektráren je nulováuhlík zdroj, může a musí hrát kritickou roli jako součást celkového řešení obou těchto potřeb. Program LWRS se zaměřuje na čtyři hlavní oblasti: Stárnutí a degradace materiálů, vyspělá přístrojová technika, informační a řídicí systémy, pokročilá jaderná paliva pro lehkovodní reaktory, a nakonec, Charakterizace bezpečnostní meze informovaná o riziku.

Předpokládané zvýšení poptávky

Domácí poptávka po elektrická energie Očekává se, že od roku 2009 do roku 2035 poroste o více než 30%. Většina současně provozovaných jaderných elektráren zároveň začne s koncem svého původního 20letého prodloužení své původní 40leté provozní licence celkem 60 let provozu. podle jedné studie[2]poptávka se do roku 2030 zvýší o 30-40%. Další studie [3] naznačují obecně ještě vyšší nárůst: nad 80% do roku 2035.

Cíle ke snížení emisí oxidu uhličitého

Prezident Obama vyjasnil národní postoj USA k emise oxidu uhličitého na webových stránkách Bílého domu, kde se uvádí: „Musíme okamžitě podniknout kroky ke snížení znečištění uhlíkem, které ohrožuje naše klima a udržuje naši závislost na fosilní paliva."[4]Prezident si stanovil cíl snížit skleníkový plyn emisí do roku 2050 na 80% pod úrovně z roku 1990.

Kde se to děje

Idaho National Laboratory (INL) blízko Idaho Falls, Idaho a Národní laboratoř v Oak Ridge (ORNL) jsou zapojena primární výzkumná zařízení. Do konkrétních částí výzkumu jsou zapojeny další laboratoře a univerzity po celé zemi (viz níže).

Kdo je zapojen

Řízení programu

  • Trevor Cook, spolkový ředitel projektu LWRS
  • Bruce P. Hallbert, ředitel kanceláře technické integrace programu LWRS
  • Donald L. Williams, Jr., zástupce ředitele, kancelář technické integrace programu LWRS
  • Cathy J. Barnard, provozní manažerka, kancelář technické integrace programu LWRS
  • Keith J. Leonard, Pathway Lead, Stárnutí a degradace materiálů
  • Bruce P. Hallbert, Pathway Lead, Advanced Instrumentation, Information, and Control Systems Technologies
  • Curtis L. Smith, Charakterizace bezpečnostní marže informovaná o riziku
  • Mitchell T. Farmer, Reactor Safety Technologies

Vláda

Národní laboratoře

Související oddělení programů energetického výzkumu a vývoje

Průmysl

Vysoké školy

Mezinárodní

Primární technické oblasti výzkumu a vývoje

Stárnutí a degradace materiálů

Cesta stárnutí a degradace materiálů provádí výzkum s cílem vyvinout vědecký základ pro porozumění a předpovídání dlouhodobého chování materiálů v jaderných elektrárnách při degradaci životního prostředí. Poskytovat data a metody pro hodnocení výkonu systémů, struktur a komponent nezbytných pro bezpečný a trvalý provoz jaderné elektrárny, poskytující klíčový vstup jak pro regulační orgány, tak pro průmysl.

Pozadí

Jaderné reaktory představují velmi náročné servisní prostředí. Součásti v kontejnmentu provozního reaktoru musí tolerovat vysokoteplotní vodu, napětí, vibrace a intenzivní neutronové pole. Degradace materiálů v tomto prostředí může vést ke snížení výkonu a v některých případech k náhlému selhání.

Je zřejmé, že náročná provozní prostředí nukleární reaktor může ovlivnit schopnost široké škály materiálů plnit svou zamýšlenou funkci po delší servisní období. Rutinní dohled a činnosti opravy / výměny mohou zmírnit dopad této degradace; k poruchám však stále dochází.

I když lze potenciálně vyměnit všechny komponenty, rozhodnutí jednoduše vyměnit komponenty nemusí být praktická nebo ekonomicky nejvýhodnější volba. Proto je pochopení, řízení a zmírnění procesů degradace materiálů a vytvoření spolehlivého technického základu pro plánování potřebných náhrad na dlouhé vzdálenosti klíčovými prioritami pro rozšířený provoz jaderných elektráren a úvahy o zvýšení výkonu.

Účel a cíle

Cesta stárnutí a degradace materiálů poskytuje výzkum v mnoha oblastech vědy a technologie materiálů a všechny tyto oblasti podporují Ministerstvo energetiky misí a poskytuje jedinečný vstup do hodnocení prodloužení životnosti jaderných elektráren a zároveň doplňuje úsilí v oblasti výzkumu a vývoje jaderného průmyslu a regulačních orgánů. Strategickými cíli této cesty je vyvinout vědecký základ pro pochopení a předvídání dlouhodobého chování materiálů při degradaci životního prostředí v jaderných elektrárnách a poskytnout údaje a metody pro hodnocení výkonnosti systémů, struktur a komponent nezbytných pro bezpečnou a trvalou jadernou energii provoz elektrárny.

Do této výzkumné a vývojové činnosti je zapojeno ministerstvo energetiky (prostřednictvím cesty stárnutí a degradace materiálů), aby poskytlo lepší mechanické porozumění klíčovým způsobům degradace a dostatečné experimentální údaje k poskytnutí a ověření provozních limitů; poskytnout nové metody monitorování degradace; a vyvíjet pokročilé techniky zmírňování, které zajistí lepší výkon, spolehlivost a ekonomiku.

Advanced Instrumentation, Information, and Control Systems Technologies

Pokročilý Instrumentace „Informační a řídicí systémy Technologies Pathway provádí výzkum s cílem vyvinout, předvést a nasadit nové digitální technologie pro instrumentaci a řídicí architektury a poskytnout monitorovací schopnosti k zajištění trvalého bezpečného, ​​spolehlivého a ekonomického provozu národních jaderných elektráren.

Pozadí

Spolehlivé technologie přístrojových, informačních a řídicích systémů jsou zásadní pro zajištění bezpečného a efektivního provozu flotily LWR v USA. Tyto technologie ovlivňují všechny aspekty provozu jaderné elektrárny a rovnováhy mezi elektrárnami. Stávající rozhraní přístrojové techniky a rozhraní člověk-stroj využívají analogové systémy v sektoru jaderné energetiky. Tyto systémy, i když jsou obecně považovány jinými průmyslovými odvětvími za zastaralé, nadále spolehlivě fungují, ale neumožňují společnostem plně využívat výhody digitálních technologií k dosažení zvýšení výkonu. Kromě řídicích systémů jsou nutné nové technologie pro monitorování a charakterizaci účinků stárnutí a degradace v kritických oblastech klíčových systémů, struktur a komponent. Cílem těchto snah je vyvinout, předvést a nasadit nové digitální technologie pro architektury přístrojových informací a řízení a poskytnout monitorovací schopnosti k zajištění trvalého bezpečného, ​​spolehlivého a ekonomického provozu 104 jaderných elektráren v zemi.

Účel a cíle

Účelem cesty Advanced Instrumentation, Information, and Control Systems Technologies Pathway je umožnit modernizaci starších informačních a řídicích systémů instrumentace způsobem, který vytváří plynulé digitální prostředí zahrnující všechny aspekty provozu a podpory závodu - budování trojrozměrného informační architektura, která integruje systémy elektrárny, procesy elektrárny a pracovníky elektrárny do řady vzájemně propojených technologií.

Charakterizace bezpečnostní meze informovaná o riziku

Cesta charakterizace bezpečnostní hranice informovaná o riziku provádí výzkum s cílem vyvinout a nasadit přístupy na podporu řízení nejistoty při kvantifikaci bezpečnostních rezerv s cílem zlepšit rozhodování pro jaderné elektrárny. Tato cesta (1) vyvine a předvede metodu hodnocení rizik spojenou s kvantifikací bezpečnostních rezerv a (2) vytvoří pokročilé nástroje pro hodnocení bezpečnosti, které umožní přesnější znázornění bezpečnostní rezervy jaderné elektrárny.

Pozadí

Bezpečnost je ústředním bodem návrhu, licencování, provozu a ekonomika jaderných elektráren. Vzhledem k tomu, že současné jaderné elektrárny LWR stárnou déle než 60 let, existují možnosti zvýšené frekvence poruch systémů, struktur a komponent, které iniciují události významné z hlediska bezpečnosti, snižují stávající schopnosti zmírňovat nehody nebo vytvářejí nové režimy poruch. Návrháři závodů běžně „přepracovávají“ části jaderných elektráren a poskytují robustnost v podobě nadbytečných a různorodých konstrukčních bezpečnostních prvků, které zajišťují, že i v případě přesahující designový základ scénáře budou veřejné zdraví a bezpečnost chráněny s velmi vysokou mírou jistoty.

Schopnost lépe charakterizovat a kvantifikovat bezpečnostní rezervu drží klíč k lepšímu rozhodování o návrhu, provozu a prodloužení životnosti zařízení LWR. Systematický přístup k charakterizaci bezpečnostních rezerv představuje zásadní vstup pro držiteli licence a regulační analýzu a rozhodování, které budou zahrnuty. Jelikož výzkum a vývoj v programu LWRS a další snahy o spolupráci přinášejí nová data a lepší vědecké znalosti o fyzikálních procesech, které řídí stárnutí a degradaci systémů, struktur a komponent rostlin (a současně podporují technologický pokrok v palivo jaderného reaktoru a přístrojové, informační a řídicí systémy zařízení) budou známy potřeby a příležitosti k lepší optimalizaci bezpečnosti a výkonu zařízení.

Účel

Účelem cesty charakterizace bezpečnostní meze informované o riziku je vyvinout a nasadit přístupy na podporu řízení nejistoty v kvantifikaci bezpečnostních rezerv s cílem zlepšit rozhodování pro jaderné elektrárny. Řízení nejistoty zahrnuje schopnost (a) porozumět a (b) kontrolovat rizika související s bezpečností. RISMC Pathway se proto věnuje zlepšování obou aspektů řízení bezpečnosti.

Pokročilá jaderná paliva pro lehkovodní reaktory

Konvenční jaderné palivo peleta

Cesta k vyspělým jaderným palivům provádí výzkum s cílem zlepšit základ vědeckých znalostí pro porozumění a předpovídání základního jaderného paliva a opláštění výkon v jaderných elektrárnách. Aplikujte tyto informace na vývoj vysoce výkonných, vysoce spalovacích paliv se zvýšenou bezpečností, integritou pláště a zlepšenou ekonomikou jaderného palivového cyklu.

Pozadí

Jaderné palivo výkon je významnou hnací silou provozního výkonu, bezpečnosti, ekonomiky provozu a požadavků na likvidaci odpadu z jaderných elektráren (Za poslední dvě desetiletí zlepšil jaderný průmysl kapacitní faktory elektrárny s postupným zlepšováním spolehlivosti paliva a využití nebo vyhoření). Tyto upgrady však dosahují svého maximálního dosažitelného dopadu k dosažení významného zlepšení bezpečnostní rezervy při současném zlepšení provozních rezerv a ekonomiky, jsou zapotřebí významné kroky nad rámec přírůstkových zlepšení současné generace jaderného paliva. K dosažení dalších úrovní palivového výkonu jsou nutné zásadní změny v oblastech složení jaderného paliva, integrity pláště a interakce paliva / pláště. Technologická vylepšení vyvíjená v Advanced LWR Nuclear Fuels Pathway se zaměřují na vývoj revolučních obkladových materiálů podporovaných vylepšenými mechanickými konstrukcemi paliva a alternativním složením paliva. Pokud by byly realizovány, změny by přinesly podstatná prospěšná zlepšení v oblasti ekonomiky, provozu a bezpečnosti jaderných elektráren.

Účel a cíle

Cesta Advanced LWR Nuclear Fuels Pathway provádí výzkum zaměřený na zvyšování bezpečnosti reaktorů, zvyšování hospodárnosti paliva, produkci pokročilých návrhů pláště a vývoj vylepšených výpočetních modelů pro předpovídání výkonu paliva. Strategické cíle výzkumu a vývoje jsou zaměřeny na zdokonalení základny vědeckých poznatků pro porozumění a předpovídání výkonnosti základního jaderného paliva a opláštění v jaderných elektrárnách a aplikaci informací na vývoj vysoce výkonných paliv s vysokým stupněm spalování se zvýšenou bezpečností, opláštěním, integritou a ekonomika jaderného palivového cyklu. Tento výzkum je dále navržen tak, aby demonstroval každý z technologických pokroků při současném splnění všech bezpečnostních a regulačních limitů prostřednictvím přísného testování a analýzy.

Viz také

Reference

  1. ^ „Archivovaná kopie“ (PDF). Archivovány od originál (PDF) dne 2008-10-17. Citováno 2008-11-05.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  2. ^ US Energy Information Administration, „International Energy Outlook 2007,“ Energy Information Administration, Office of Integrated Analysis and Forecasting, U.S. Department of Energy Washington, D.C., květen 2007.
  3. ^ Výhled EIA 2010 citovaný ve zprávě WNN: http://www.world-nuclear-news.org/EE-The_only_way_is_up_for_world_energy_use-2705107.html.
  4. ^ http://www.whitehouse.gov/issues/energy_and_environment/

externí odkazy