Program Zrównoważonego Rozwoju Reaktorów Wodnych Lekkich - Light Water Reactor Sustainability Program

Światło Woda Reactor Program Zrównoważonego Rozwoju jest rząd USA badania i rozwój programu. Jest on kierowany przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych i ma na celu prowadzenie badań i gromadzenie danych niezbędnych do uzyskania licencji na przedłużenie żywotności obecnych 104 elektrowni jądrowych w Ameryce powyżej 60 lat. Praktycznie wszystkie komercyjne elektrownie jądrowe wytwarzające energię elektryczną obecnie w Stanach Zjednoczonych są elektrowniami z lekkim reaktorem wodnym (LWR), co oznacza, że ​​wykorzystują zwykłą (lekką) wodę jako moderator i jednocześnie chłodziwo .

Podstawą projektu są fakty, które w niedalekiej przyszłości:

W 2009 r. energetyka jądrowa miała największy udział w wytwarzaniu energii elektrycznej bez emisji gazów cieplarnianych w Stanach Zjednoczonych , obejmując prawie trzy czwarte źródeł nieemitujących. Oczekuje się, że efektywność energetyczna, energia odnawialna oraz technologie wychwytywania i przechowywania dwutlenku węgla będą odgrywać coraz większą rolę w dostarczaniu czystej i niezawodnej energii.

Podczas swojej kampanii prezydenckiej Barack Obama stwierdził: „ Energia jądrowa stanowi ponad 70% naszej elektryczności wytwarzanej bez węgla. Jest mało prawdopodobne, abyśmy mogli osiągnąć nasze agresywne cele klimatyczne, jeśli wyeliminujemy energię jądrową jako opcję”. LWRS Program działa na założeniu, że energia elektryczna ze stacji generujących jądrowych, jako zerowej emisji źródła, może i powinna odgrywać kluczową rolę jako część ogólnego rozwiązania obu tych potrzeb. Program LWRS koncentruje się na czterech głównych obszarach: Starzenie się i degradacja materiałów, Zaawansowane oprzyrządowanie, Technologie systemów informacyjnych i systemów sterowania, Zaawansowane paliwa jądrowe do reaktorów lekkiej wody i wreszcie Charakteryzacja marginesu bezpieczeństwa z uwzględnieniem ryzyka.

Prognozowany wzrost popytu

Przewiduje się, że krajowe zapotrzebowanie na energię elektryczną wzrośnie o ponad 30% w latach 2009-2035. Jednocześnie większość działających obecnie elektrowni jądrowych zacznie dobiegać końca początkowego 20-letniego przedłużenia do pierwotnego 40-letniego okresu koncesję na łącznie 60 lat działalności. Według jednego z badań popyt wzrośnie o 30-40% do 2030 r. Inne badania sugerują jeszcze wyższy wzrost na świecie: powyżej 80% do 2035 r.

Cele obniżenia emisji dwutlenku węgla

Prezydent Obama jasno określił narodowe stanowisko USA w sprawie emisji dwutlenku węgla na stronie internetowej Białego Domu, która stwierdza: „Musimy podjąć natychmiastowe działania w celu zmniejszenia zanieczyszczenia węglem, które zagraża naszemu klimatowi i podtrzymuje naszą zależność od paliw kopalnych ”. Prezydent wyznaczył sobie cel zmniejszenia do 2050 roku emisji gazów cieplarnianych do 80% poniżej poziomu z 1990 roku.

Gdzie to się dzieje

Idaho National Laboratory (INL) w pobliżu Idaho Falls, Idaho i Oak Ridge National Laboratory (ORNL) są głównymi zaangażowanymi placówkami badawczymi. Inne laboratoria i uniwersytety w całym kraju są zaangażowane w określone części badań (patrz poniżej).

Kto jest zamieszany

Zarządzanie programem

  • Trevor Cook, dyrektor ds. projektów federalnych programu LWRS
  • Bruce P. Hallbert, Dyrektor, Biuro Integracji Technicznej Programu LWRS
  • Donald L. Williams, Jr., Zastępca Dyrektora, Biuro Integracji Technicznej Programu LWRS
  • Cathy J. Barnard, kierownik operacyjny, Biuro integracji technicznej programu LWRS
  • Keith J. Leonard, Pathway Lead, starzenie się i degradacja materiałów
  • Bruce P. Hallbert, kierownik ścieżki, zaawansowane technologie oprzyrządowania, informacji i systemów sterowania
  • Curtis L. Smith, Charakteryzacja marginesu bezpieczeństwa poinformowanego o ryzyku
  • Mitchell T. Farmer, Technologie bezpieczeństwa reaktorów

Rząd

Laboratoria Krajowe

Powiązany Departament Energetycznych Programów Badawczo-Rozwojowych

Przemysł

Uniwersytety

Międzynarodowy

Podstawowe Techniczne Obszary Badań i Rozwoju

Starzenie i degradacja materiałów

The Materials Aging and Degradation Pathway prowadzi badania mające na celu opracowanie podstaw naukowych do zrozumienia i przewidywania długoterminowej degradacji środowiska materiałów w elektrowniach jądrowych. Dostarczanie danych i metod oceny działania systemów, struktur i komponentów niezbędnych do bezpiecznej i trwałej eksploatacji elektrowni jądrowych, dostarczając kluczowe informacje zarówno organom regulacyjnym, jak i przemysłowi.

Tło

Reaktory jądrowe stanowią bardzo wymagające środowisko usługowe. Komponenty wewnątrz obudowy działającego reaktora muszą tolerować wodę o wysokiej temperaturze, naprężenia, wibracje i intensywne pole neutronowe. Degradacja materiałów w tym środowisku może prowadzić do obniżenia wydajności, aw niektórych przypadkach do nagłej awarii.

Oczywiście, wymagające środowiska działającego reaktora jądrowego mogą wpływać na zdolność szerokiej gamy materiałów do wykonywania zamierzonej funkcji przez wydłużone okresy eksploatacji. Rutynowy nadzór i czynności naprawcze/wymiany mogą złagodzić wpływ tej degradacji; jednak awarie nadal występują.

Chociaż potencjalnie można wymienić wszystkie elementy, decyzje o prostej wymianie elementów mogą być niepraktyczne lub nie są ekonomicznie najbardziej korzystne. Dlatego zrozumienie, kontrolowanie i łagodzenie procesów degradacji materiałów oraz ustanowienie solidnych podstaw technicznych dla długoterminowego planowania niezbędnych wymian są kluczowymi priorytetami dla rozszerzonych operacji elektrowni jądrowych i rozważań dotyczących zwiększenia mocy.

Cel i cele

Ścieżka starzenia się i degradacji materiałów zapewnia badania w wielu obszarach materiałoznawstwa i technologii, z których wszystkie wspierają liczne misje Departamentu Energii i zapewniają unikalny wkład w ocenę przedłużenia żywotności elektrowni jądrowych, jednocześnie uzupełniając wysiłki badawczo-rozwojowe przemysłu jądrowego i organów regulacyjnych. Strategicznymi celami ścieżki jest opracowanie podstaw naukowych do zrozumienia i przewidywania długoterminowej degradacji środowiska materiałów w elektrowniach jądrowych oraz dostarczenie danych i metod oceny wydajności systemów, konstrukcji i komponentów niezbędnych do bezpiecznego i zrównoważonego rozwoju jądrowego eksploatacji elektrowni.

Departament Energii (poprzez Ścieżkę Starzenia i Degradacji Materiałów) jest zaangażowany w tę działalność badawczo-rozwojową, aby zapewnić lepsze mechanistyczne zrozumienie kluczowych trybów degradacji i wystarczające dane eksperymentalne, aby zapewnić i zweryfikować ograniczenia operacyjne; dostarczyć nowe metody monitorowania degradacji; i opracować zaawansowane techniki łagodzenia, aby zapewnić lepszą wydajność, niezawodność i ekonomię.

Zaawansowane technologie oprzyrządowania, informacji i systemów sterowania

The Advanced Instrumentation , Information and Control Systems Technologies Pathway prowadzi badania mające na celu opracowanie, zademonstrowanie i wdrożenie nowych technologii cyfrowych dla architektur oprzyrządowania i sterowania oraz zapewnienie możliwości monitorowania w celu zapewnienia ciągłej bezpiecznej, niezawodnej i ekonomicznej eksploatacji krajowych elektrowni jądrowych .

Tło

Niezawodne technologie oprzyrządowania, informacji i systemów sterowania są niezbędne do zapewnienia bezpiecznej i wydajnej eksploatacji amerykańskiej floty LWR. Technologie te wpływają na każdy aspekt działania elektrowni jądrowej i bilansu elektrowni. Obecne oprzyrządowanie i interfejsy człowiek-maszyna wykorzystują systemy analogowe w energetyce jądrowej. Systemy te, choć powszechnie uważane przez inne branże za przestarzałe, nadal działają niezawodnie, ale nie umożliwiają przedsiębiorstwom użyteczności publicznej pełnego wykorzystania technologii cyfrowych w celu osiągnięcia wzrostu wydajności. Poza systemami sterowania potrzebne są nowe technologie do monitorowania i charakteryzowania skutków starzenia i degradacji w krytycznych obszarach kluczowych systemów, struktur i komponentów. Celem tych wysiłków jest opracowanie, zademonstrowanie i wdrożenie nowych technologii cyfrowych dla oprzyrządowania informacji i architektur sterowania oraz zapewnienie możliwości monitorowania, aby zapewnić ciągłą, bezpieczną, niezawodną i ekonomiczną eksploatację 104 krajowych elektrowni jądrowych.

Cel i cele

Celem ścieżki technologii zaawansowanych systemów oprzyrządowania, informacji i sterowania jest umożliwienie modernizacji starszych systemów informacji i sterowania oprzyrządowania w sposób, który tworzy jednolite środowisko cyfrowe obejmujące wszystkie aspekty operacji i wsparcia zakładu – budowanie trójwymiarowego architekturę informacyjną, która integruje systemy zakładowe, procesy zakładowe i pracowników zakładu w szereg połączonych technologii.

Charakterystyka marginesu bezpieczeństwa z uwzględnieniem ryzyka

Ścieżka Charakteryzowania Marginesów Bezpieczeństwa z uwzględnieniem ryzyka prowadzi badania mające na celu opracowanie i wdrożenie podejść wspierających zarządzanie niepewnością w kwantyfikacji marginesów bezpieczeństwa w celu usprawnienia procesu decyzyjnego w elektrowniach jądrowych. Ścieżka ta (1) opracuje i zademonstruje metodę oceny ryzyka powiązaną z kwantyfikacją marginesów bezpieczeństwa oraz (2) stworzy zaawansowane narzędzia do oceny bezpieczeństwa, które umożliwią dokładniejsze odwzorowanie marginesu bezpieczeństwa elektrowni jądrowej.

Tło

Bezpieczeństwo ma kluczowe znaczenie dla projektowania, licencjonowania, eksploatacji i ekonomiki elektrowni jądrowych . Ponieważ obecne elektrownie jądrowe LWR starzeją się powyżej 60 lat, istnieje możliwość zwiększonej częstotliwości awarii systemów, konstrukcji i komponentów, które inicjują zdarzenia istotne dla bezpieczeństwa, zmniejszają istniejące możliwości łagodzenia skutków awarii lub tworzą nowe tryby awarii. Projektanci elektrowni często „przeprojektowują” części elektrowni jądrowych i zapewniają solidność w postaci nadmiarowych i różnorodnych zabezpieczeń technicznych, aby zapewnić, że nawet w przypadku scenariuszy wykraczających poza projekt , zdrowie i bezpieczeństwo publiczne będą chronione bardzo wysoki stopień pewności.

Możliwość lepszego scharakteryzowania i ilościowego określenia marginesu bezpieczeństwa jest kluczem do lepszego podejmowania decyzji dotyczących projektowania, eksploatacji i przedłużenia żywotności instalacji LWR. Systematyczne podejście do charakteryzowania marginesów bezpieczeństwa stanowi istotny wkład do licencjobiorcy oraz do analizy regulacyjnej i podejmowania decyzji, które będą zaangażowane. Ponadto, ponieważ badania i rozwój w ramach programu LWRS i innych wspólnych wysiłków dostarczają nowych danych i lepszego naukowego zrozumienia procesów fizycznych, które rządzą starzeniem się i degradacją systemów, struktur i komponentów elektrowni (i jednocześnie wspierają postęp technologiczny w paliwie do reaktorów jądrowych i Oprzyrządowanie zakładu, informacje i systemy sterowania) potrzeby i możliwości lepszej optymalizacji bezpieczeństwa i wydajności zakładu staną się znane.

Cel, powód

Celem ścieżki charakterystyki marginesów bezpieczeństwa opartej na analizie ryzyka jest opracowanie i wdrożenie podejść wspierających zarządzanie niepewnością w kwantyfikacji marginesów bezpieczeństwa w celu poprawy procesu podejmowania decyzji w elektrowniach jądrowych. Zarządzanie niepewnością implikuje zdolność (a) zrozumienia i (b) kontrolowania ryzyka związanego z bezpieczeństwem. W związku z tym RISMC Pathway ma na celu poprawę obu aspektów zarządzania bezpieczeństwem.

Zaawansowane paliwa jądrowe do reaktorów na lekką wodę

Konwencjonalny pellet z paliwem jądrowym

W ramach Advanced Nuclear Fuels Pathway prowadzone są badania mające na celu poprawę podstaw wiedzy naukowej w celu zrozumienia i przewidywania podstawowych parametrów paliwa jądrowego i wydajności płaszcza w elektrowniach jądrowych. Zastosuj te informacje do opracowywania wysokowydajnych paliw o wysokim spalaniu o podwyższonym bezpieczeństwie, integralności płaszcza i ulepszonej ekonomice jądrowego cyklu paliwowego.

Tło

Wydajność paliwa jądrowego jest istotnym czynnikiem wpływającym na wydajność operacyjną elektrowni jądrowej, bezpieczeństwo, ekonomikę operacyjną i wymagania dotyczące usuwania odpadów (W ciągu ostatnich dwóch dekad energetyka jądrowa poprawiła współczynniki wydajności elektrowni, osiągając stopniową poprawę niezawodności i wykorzystania lub wypalenia paliwa ). Jednak modernizacje te osiągają maksymalny możliwy do osiągnięcia wpływ, aby osiągnąć znaczną poprawę marginesu bezpieczeństwa przy jednoczesnej poprawie marż operacyjnych i ekonomii, wymagane są znaczące kroki poza stopniową poprawą w obecnej generacji paliwa jądrowego. Aby osiągnąć kolejne poziomy wydajności paliwa, wymagane są fundamentalne zmiany w obszarach składu paliwa jądrowego, integralności płaszcza oraz interakcji paliwo/okładzina. Udoskonalenia technologiczne opracowywane w ramach Advanced LWR Nuclear Fuels Pathway skupiają się na opracowaniu rewolucyjnych materiałów okładzinowych wspieranych przez ulepszone konstrukcje mechaniczne paliwa i alternatywne składy paliwa. Jeśli zostaną zrealizowane, zmiany te przyniosą znaczną poprawę ekonomiki, eksploatacji i bezpieczeństwa elektrowni jądrowych.

Cel i cele

W ramach Advanced LWR Nuclear Fuels Pathway prowadzone są badania nad poprawą bezpieczeństwa reaktora, zwiększeniem ekonomiki paliwowej, tworzeniem zaawansowanych projektów płaszczy oraz opracowywaniem ulepszonych modeli obliczeniowych do przewidywania wydajności paliwa. Strategiczne cele badań i rozwoju ukierunkowane są na poprawę podstaw wiedzy naukowej w celu zrozumienia i przewidywania podstawowych parametrów paliwa jądrowego i płaszcza w elektrowniach jądrowych oraz zastosowania tych informacji do opracowania wysokowydajnych, wysokowydajnych paliw o podwyższonym bezpieczeństwie, płaszczu, integralności oraz ekonomia jądrowego cyklu paliwowego. Badania te mają na celu zademonstrowanie każdego z postępów technologicznych przy jednoczesnym spełnieniu wszystkich ograniczeń bezpieczeństwa i przepisów poprzez rygorystyczne testy i analizy.

Zobacz też

Bibliografia

  1. ^ „Zarchiwizowana kopia” (PDF) . Zarchiwizowane z oryginału (PDF) dnia 2008-10-17 . Pobrano 05.11.2008 .CS1 maint: zarchiwizowana kopia jako tytuł ( link )
  2. ^ US Energy Information Administration, „International Energy Outlook 2007”, Energy Information Administration, Office of Integrated Analysis and Forecasting, US Department of Energy Washington, DC, maj 2007 r.
  3. ^ Perspektywy EIA 2010 cytowane w raporcie informacyjnym WNN: http://www.world-nuclear-news.org/EE-The_only_way_is_up_for_world_energy_use-2705107.html .
  4. ^ „Energia i środowisko” . www.whitehouse.gov . 2009. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 3 czerwca 2009 r.

Zewnętrzne linki