Reaktor jądrowy APR-1400
APR-1400 (ang. Advanced Power Reactor 1400 MW) to reaktor wodno-ciśnieniowy (PWR) trzeciej generacji, którego historia zaczyna się od modelu CE System 80+. Został zaprojektowany przez Korea Electric Power Corporation (KEPCO) i pierwotnie był znany jako Korean Next Generation Reactor (KNGR).
Reaktor APR-1400 wywodzi się z modelu CE System 80+ oraz reaktora z poprzedniej generacji OPR-1000.
Aktualnie w Korei Południowej operują dwa reaktory tego typu (Shin Kori 3 i 4), a cztery kolejne są w trakcie budowy (Shin Hanul 1 i 2, Shin Kori 5 i 6).
Jeden reaktor jest również wykorzystywany w Zjednoczonych Emiratach Arabskich w Barakah, a trzy następne są w budowie.
Historia
Projektowanie i certyfikacja w Korei Południowej
Proces projektowania APR-1400 rozpoczął się w 1992 roku, a certyfikacja przez Koreański Instytut Bezpieczeństwa Jądrowego miała miejsce w maju 2002 roku.
Certyfikacja w Stanach Zjednoczonych
W grudniu 2014 roku złożono wniosek o amerykańską certyfikację projektu do Komisji Dozoru Jądrowego (NRC). W marcu 2015 projekt został przyjęty do przeglądu technicznego, aby sprawdzić, czy spełnia amerykańskie wymogi bezpieczeństwa. W wrześniu 2018 roku NRC opublikowała końcowy raport oceny bezpieczeństwa oraz standardowe zatwierdzenie projektu, uznając go za technicznie akceptowalny przez 15 lat. W kwietniu 2019 roku NRC zatwierdziła zasadę certyfikacji standardowego projektu APR-1400, a certyfikat wchodzi w życie 120 dni po publikacji w Rejestrze Federalnym.
Certyfikacja na terenie Unii Europejskiej
W październiku 2017 roku projekt reaktora APR-1400 został zatwierdzony przez Organizację ds. Wymagań Europejskich Przedsiębiorstw Energetycznych (European Utility Requirements).
Lokalizacja reaktorów
Korea Południowa
Pierwsze komercyjne reaktory APR-1400 w Shin Kori uzyskały zatwierdzenie we wrześniu 2007 roku, a budowę rozpoczęto w październiku 2008 roku (blok 3) oraz w sierpniu 2009 roku (blok 4). Shin Kori 3 miał rozpocząć działalność pod koniec 2013 roku, jednak harmonogramy obu jednostek 3 i 4 zostały opóźnione o około rok z powodu wymiany okablowania sterującego związane z bezpieczeństwem, które nie przeszło testów. Budowa dwóch kolejnych bloków APR-1400 w Shin Kori (bloki 5 i 6) miała rozpocząć się w 2014 roku, ale do grudnia 2016 plany nie zostały sfinalizowane.
Budowa nowych reaktorów APR-1400, Shin Hanul blok 1 i 2, rozpoczęła się w maju 2012 roku (blok 1) i czerwcu 2013 roku (blok 2), przy czym blok 1 miał być ukończony w kwietniu 2017 roku. Dwa kolejne reaktory w Shin Hanul uzyskały zatwierdzenie w 2014 roku, a budowa miała rozpocząć się w 2017 roku.
Po wyborze prezydenta Muna Jae-ina w maju 2017 roku, KHNP zawiesił prace projektowe na Shin Hanul 3 i 4 oraz prace budowlane na Shin Kori 5 i 6 w lipcu 2017 roku na trzy miesiące. Był to czas, gdy powołana przez rząd komisja omawiała przyszłą politykę kraju w zakresie energii jądrowej. Prezydent Mun podpisał porozumienie w marcu 2017 roku, wzywając do stopniowego wycofywania energii jądrowej. W październiku 2017 roku komisja zaleciła wznowienie budowy Shin Kori 5 i 6. Prezydent Mun ogłosił, że popiera decyzję komitetu, aczkolwiek zaznaczył, że żadne nowe budowy nie będą dozwolone, co postawiło pod znakiem zapytania przyszłość Shin Hanul 3 i 4. Od kwietnia 2020 roku działają Shin-Kori 1 i 2 oraz Shin-Hanul 1, podczas gdy Shin-Hanul 2 jest załadowany paliwem jądrowym.
Zjednoczone Emiraty Arabskie
W grudniu 2009 roku konsorcjum prowadzone przez KEPCO otrzymało zlecenie na budowę czterech reaktorów APR-1400 w Barakah w Zjednoczonych Emiratach Arabskich. Budowa bloku 1 w Barakah rozpoczęła się w lipcu 2012 roku, bloku 2 w maju 2013 roku, bloku 3 we wrześniu 2014 roku, a bloku 4 we wrześniu 2015 roku. Blok 1 rozpoczął produkcję energii 1 sierpnia 2020 roku i został oddany do użytku komercyjnego 6 kwietnia 2021 roku.
Zjednoczone Królestwo Wielkiej Brytanii i Irlandii Północnej
W Wielkiej Brytanii powstała spółka NuGeneration (NuGen) jako wspólne przedsięwzięcie firm Engie, Iberdrola i Scottish and Southern Energy (SSE) w celu rozwijania elektrowni jądrowej Moorside w Kumbrii; pierwotne plany zakładały trzy jednostki Westinghouse AP1000. SSE została wykupiona przez Engie i Iberdrolę w 2011 roku, a udział Iberdrola został następnie nabyty przez Toshibę w 2013 roku. Po bankructwie spółki zależnej Toshiby, Westinghouse Electric Corporation, w marcu 2017 roku, Engie wycofało się z NuGen w lipcu, pozostawiając Toshibę jako jedynego właściciela NuGen. W grudniu 2017 roku NuGen ogłosił, że KEPCO został wybrany jako preferowany oferent do nabycia NuGen od Toshiby. W lipcu 2018 roku status preferowanego oferenta KEPCO został wycofany z powodu trudności w finansowaniu inwestycji.
Projekt
APR-1400 to zaawansowany reaktor na lekką wodę, będący ewolucją wcześniejszego projektu OPR-1000. W warunkach koreańskich reaktor generuje 1455 MW mocy elektrycznej brutto przy mocy cieplnej 3983 MW (nominalnie 4000 MW).
Konstrukcja została zaprojektowana w celu spełnienia 43 wymagań projektowych, a najważniejsze osiągnięcia to ewolucja pojemności paliwowej, wydłużona żywotność oraz większe bezpieczeństwo. Udoskonalenia projektowe koncentrują się również na osiągnięciu celów ekonomicznych i wymagań licencyjnych. W porównaniu do OPR-1000 kluczowe cechy to:
- produkcja energii elektrycznej netto: 1400 MW (wzrost o 40%)
- żywotność: 60 lat (wzrost o 50%)
- odporność sejsmiczna: 0,3 g (wzrost o 50%)
- prawdopodobieństwo częstotliwości uszkodzenia rdzenia: mniej niż 10−5/rok (wzrost x10)
- zespoły paliwowe rdzenia: 241 (wzrost o 36%).
Dodatkowo wprowadzono szereg innych zmian, takich jak przejście na pełne cyfrowe I/C oraz wdrożenie nowych systemów w Safety Injection System (SIT).
Rdzeń
Rdzeń reaktora APR-1400 składa się z 241 zespołów paliwowych, 93 zespołów elementów sterujących oraz 61 zespołów oprzyrządowania wewnętrznego. Każdy zespół paliwowy zawiera 236 prętów paliwowych w układzie 16 × 16 (część miejsca zajmują rurki prowadzące dla elementów sterujących), z dwutlenkiem uranu (średnie wzbogacenie 2,6 w/o), co pozwala na wytwarzanie średniej wolumetrycznej gęstości mocy 100,9 W/cm3. Do 30% rdzenia można również załadować paliwem Mixed Oxide z niewielkimi modyfikacjami. Rdzeń został zaprojektowany na 18-miesięczny cykl pracy z wyładowaniem do 60 000 MWD/MTU oraz z zapasem cieplnym 10%. W zespołach elementów sterujących zastosowano 76 prętów z węgliku boru w prętach kontrolnych o pełnej wytrzymałości, a 17 prętów z Inconelu-625 w prętach kontrolnych o częściowej wytrzymałości.
Systemy pierwszorzędne
Podobnie jak OPR-1000 i wcześniejsze konstrukcje C-E, APR-1400 ma dwa obwody chłodzenia reaktora. W każdym z obwodów ogrzane chłodziwo pierwotne opuszcza naczynie ciśnieniowe reaktora (RPV) przez jedną gorącą odnogę, przechodzi przez jedną wytwornicę pary (SG) i wraca do naczynia reaktora przez dwie zimne odnogi, z których każda ma pompę chłodziwa reaktora (RCP). W pętli 2 znajduje się jeden regulator ciśnienia (PZR) na gorącej nodze, w którym podczas pracy utrzymywany jest pęcherzyk pary. Pętle są symetrycznie rozmieszczone, co sprawia, że gorące nogi są diametralnie przeciwne na obwodzie RPV. Ponieważ wytwornice pary są uniesione w stosunku do RPV, naturalna konwekcja będzie cyrkulować chłodziwem reaktora w przypadku awarii RCP. Sprężarka jest wyposażona w sterowany pilotem zawór nadmiarowy, który chroni przed nadmiernym ciśnieniem w układzie chłodzenia reaktora oraz umożliwia ręczne obniżenie ciśnienia w przypadku całkowitej utraty wody zasilającej.
Systemy drugorzędne
Każda wytwornica pary ma 13.102 rurki Inconel 690; materiał ten poprawia odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe w porównaniu z Inconelem 600 stosowanym w poprzednich projektach. Podobnie jak późna ewolucja projektu System 80+, konstrukcja generatora pary zawiera zintegrowany ekonomizer wody zasilającej, który wstępnie podgrzewa wodę zasilającą przed jej wprowadzeniem do SG. W porównaniu z konstrukcją OPR-1000, generator pary ma większy zapas wtórnej wody zasilającej, co wydłuża czas suszenia oraz daje więcej czasu na ręczną interwencję operatora, jeśli zajdzie taka potrzeba. Margines zatykania lamp projektowych wynosi 10%, co oznacza, że urządzenie może pracować z pełną mocą przy zatkanych do 10% lampach SG. Każda z dwóch głównych linii pary z wytwornicy pary zawiera pięć zaworów bezpieczeństwa, główny zawór nadmiarowy pary oraz jeden zawór odcinający.
Model APR+
Reaktor APR-1400 został rozwinięty w projekt APR+, który po siedmiu latach pracy uzyskał oficjalną certyfikację 14 sierpnia 2014 roku. Konstrukcja reaktora cechuje się zwiększonym bezpieczeństwem i między innymi „częstotliwością uszkodzeń rdzenia o cały rząd wielkości mniejszą niż obliczona dla projektu APR1400, który zastępuje”. Rdzeń APR+ wykorzystuje 257 zespołów paliwowych (o 16 więcej niż APR-1400), co zwiększa moc do 1550 MW energii elektrycznej brutto. Niektóre funkcje bezpieczeństwa, takie jak generatory zapasowe, zostały zwiększone z dwóch do czterech niezależnych, redundantnych systemów.