Post-fukushima Enerji Peyzajında Hızlı Breederlerin Geleceği

Hızlı Breeder Reaktörler Nedir?

Hızlı yetiştirici reaktörler (FBRs), yüksek kinetik enerji ile çalışan farklı bir nükleer fission reaktörleri temsil eder, yani nötronlar zincir reaksiyonunu sürdürmekte olan tepkinin bir moderatörü tarafından yavaşlanmamasını sağlar.[xl-pssile yakıt kullanmak yerine, FBRs genellikle uranyum-238’i pcanyuma veya pürücüklere dönüştürerek)

Çoğu FBRs sıvı metal soğutucular kullanıyor, sodyum ile FBR'lerin mükemmel ısı transfer özellikleri, düşük nötron absoryonu ve yüksek kaynarsiyon noktası (882°C) Diğer gelişimsel soğutucular, liderlik-bismuth eutectic ve helium gazı ile.FBR'nin mükemmel ısıtılması da onları endüstriyel ısı uygulamaları ve hidrojen üretimi için uygun hale getiriyor. Yakıt genellikle plutonyum ve uranyumun (MOX) bir karışımıdır.

FBR'lerin birincil avantajları, uranyum kaynaklarının kullanımını dramatik bir şekilde genişletme yeteneğidir - bu iyonik ürünlerin geleneksel ışık su reaktörlerine kıyasla 50 ila 100 faktöre kıyasla (LWRs) - ve uzun ömürlü radyoaktif atıkların azaltılması için kapasiteleri vardır (sodium’un kimyasal reaktivitesiliteleri, FBR'leri daha kısa sürede çoğaltabilir).

Post-Fukushima Challenges ve Fırsatlar

Nükleer Programlara Etkisi

Mart 2011'te Fukushima Daiichi felaketi, dünyanın dört bir yanındaki nükleer güvenlik ve enerji politikasının bir yeniden değerlendirilmesini tetikledi. Japonya'da, kaza Monju prototipini hızlı bir şekilde bastırdı, bu da zaten yeni nükleer inşaat ve operasyonel sorunlarla karşı karşıya kaldı. Monju, 2016 yılında Japonya'nın hızlı reaktör hırslarını artırdı.

Hızlı yetiştirici reaktörler için, bu yüksek reaktör geliştirmenin iklimi, birçok gösteri projesinin ve araştırma programının gecikmelerle karşı karşıya kaldığı anlamına geliyordu, finanse edilmesi veya 2019'da tutulmasından önce bir kez iptal edildi.FBR'lerin uzun gelişimi ve yüksek sermaye maliyetleri, LWR tasarımlarının güvenli bir şekilde finanse edildiği bir ortamda haklı çıktı.

Ancak felaket aynı zamanda doğal olarak daha güvenli reaktör tasarımları üzerine yoğunlaştı. Nükleer endüstri FBRs dahil olmak üzere yeni bir reaktörün, gün boyunca aktif müdahale olmadan temel soğutmayı koruyabilecek sağlam pasif güvenlik özellikleri de dahil olmak üzere talep etmeye başladı. Bu, reaktör fiziği, malzemeler ve soğuk kimyada inovasyonu sürdü.

Güvenlik İyileştirmeleri ve İnovasyonlar

Post-Fukushima, FBR'lerin tasarım hedefleri, hızlı reaktörlere eşsiz kaza senaryolarını özellikle ele almak için çeşitli savunma katmanları dahil etmek için gelişti. Anahtar geliştirmeler şunları içerir:

Bu yenilikler ABD EBR-II ( 1986'da pasif güvenlik gösterdi) gibi deneysel tesislerden onlarca yıl boyunca iş deneyimi çizmektedir, Rusya'nın BN-600 (80'den bu yana güvenilir bir şekilde), ve Fransa'nın Phénix reaktörü öğrenmiştir.

Ekonomik Viability ve Öğrenme Curve

FBR'lerin ekonomik görünümü önemli bir engel olmaya devam ediyor.Kapalıt başına maliyet genellikle 50-% 100 daha yüksek, öncelikle egzotik malzemeler, sodyum sistemleri ve uzaktan yakıt üretim tesislerinin kullanımı nedeniyle. Ancak, proponents bu maliyetlerin reaktörün uzun operasyonel hayatı üzerinde amortisat edebileceğini iddia ediyor (60 yıl veya daha fazlası) ve bred plutonyumun değerini ve atıkların tasarruf masraflarını azalttığını iddia ediyor.

Son gösteri projelerinden öğrenmek – Monju (~ $ 7 milyar $ toplam maliyeti 30 yıl boyunca sadece 250 gün süren bir operasyon) ve Rusya'daki BN-800'in -ve BN-800'in Rusya'daki en başarılı şekilde kullanılması – 2024'te kritik bir değere ulaşmanın beklendiği gibi, Hindistan ve Çin gibi, çok sayıda birim inşa ederek, Hindistan'ın yüksek maliyetli bir şekilde eğitim hattının gerektirdiği gibi, ekonomik üretime olan önemli bir adım atılması bekleniyor.

Global Developments and Programs

Hindistan: Thorium ve Fast Breeders'da Liderlik

Hindistan, gelişmekte olan ülkeler arasında en hırslı ve tutarlı hızlı reaktör programına sahiptir. Kalpakkam'da 1985 yılından beri faaliyet gösteren üç aşamalı nükleer güç programı, karışık tırmalarla ilgili deneyim sağlamak için FBR'leri kullanarak, sınırlı uranyum rezervleri ve büyük tonyum rezervleri arasında en yüksek patlamalar ile birlikte kullanın.

Çin: Pilottan Ticari Ölçeğe Hızlı Genişleme

Çin'in hızlı reaktör programı oldukça hızlı bir şekilde ilerledi. Çin'in Ocak 2014'te tam bir güç elde etti ve yakıt ve malzemeleri test etmek için kullanıldı.The larger CFR-600, based on a pool-type sodyum-cooled design, is under construction at Xiapu in Fujian eyaleti.

Rusya: Operasyonel Deneyim ve Sonraki Nesil Tasarımlar

Rusya, dünyanın en olgun hızlı reaktör filosunu işletiyor. BN-600 (Beloyarsk ünitesi 3) 1980 yılından beri elektrik üretimine güvenilir bir şekilde çalışıyor, son yıllarda% 80'i aşan etkileyici bir kapasite faktörüyle, BN-800 (unit 4) BN-800) tarafından da üretim ve yeniden işleme konusunda kullanılan bir hızlı reaktöre katıldı - Rusya şimdi tamamen kapalı bir yakıt döngüsüne doğru adım attı.

Fransa: ASTRID ve Phénix'in Mirası

Fransa, 1998'de yapılan ve ekonomik performansla 600 MWe sodyum soğutmalı Üretim IV reaktörünü tasarlamak için gerçekleştirilen Tecavüzsodie deneysel reaktörü işleten hızlı reaktörlerle uzun bir geçmişi var, ancak 1998'de kapanmasına yol açan ASTRID projesi, IV.

Japonya: Monju ve Future Prospects'tan Kurtarma

Japonya'nın hızlı reaktör programı, Monju'nun 2016 yılında kalıcı kapanması ile şiddetli bir darbe ele alındı, ancak Joyo'nun operasyonel performansına odaklanacak.

Geleceğin Genel Bakışı ve Temiz Enerjideki Rol

Sürdürülebilir Yakıt Döngüsü ve Atık Azaltımı

Hızlı yetiştirici reaktörler için en zorlayıcı argüman, doğal uranyumda bulunan enerjinin% 95'inden fazlasını elde edebilir, LWR'ler aracılığıyla% 1'den az bir süre içinde LWR'ler aracılığıyla verimli bir şekilde uranyum kaynaklarını 30'a kadar genişletebilir.

Aynı şekilde, uzun ömürlü radyoaktif atıkların azaltılması, kapalı bir yakıt döngüsünde, plutonyum ve küçük aktüatörler (neptunium, americium, curium) geri dönüştürülür ve hızlı spektrumda fissioned.

Yenilenebilir Enerji ve Dekarbonizasyon ile entegrasyon

Hızlı yetiştirici reaktörler, yüksek işletim sıcaklıkları ve yük alma yeteneği ile (bazı sınırlarda), güneş ve rüzgar gibi değişken yenilenebilir kaynakları tamamlayabilir. Geleneksel bazload LWRs'den farklı olarak, bazı FBR'ler, elektrik üretimleri için% 30-50'ye kadar güç üretebilir, ağ esnekliği sağlar. Ayrıca, FBR'lerden yüksek sıcaklık ısısı ısıtılabilir.

Birkaç ülke nükleer-yenilenebilir hibrit sistemlerin konseptini araştırıyor, hızlı bir reaktör yenilenebilir nesille Tandem'de çalışıyor, reaktörün aşırı ısısını veya elektriklerini hidrojen üretimi için yüksek yenilenebilir çıktıları sırasında kullanıyor.Böyle konfigürasyonlar genel sistem verimliliğini artırabilir ve emisyonsuz şirket kapasitesi sağlayabilir.

Kamu Kabul ve Düzenleme

Teknik ilerlemeye rağmen, FBR'lerin yaygın olarak dağıtılması yolu, kamu algısı ve düzenleyici zorluklarla engellenir. Fukushima felaketi, birçok nükleer güç arasındaki inancı doğal olarak risklidir ve gelişmiş reaktörler genellikle “experimental” veya “tebilihli” olarak görülür.

Düzenleme çerçeveleri de adapte olmak gerekir. Çoğu ulusal nükleer düzenleyiciler LWRs ile geniş bir deneyime sahiptir, ancak hızlı reaktörler ile daha az (MDEP) fikre sahip olan yeni FBR'nin lisanslanması, yüksek yanma için yakıt yeterlilikleri gibi sorunları çözmeyi ve özel güvenlik standartlarının belirlenmesini gerektirecektir.

Uluslararası İşbirliği ve Nesil IV Girişimi

Hızlı yetiştirici reaktörlerin geleceği, V. Uluslararası Forum altında işbirliğine dayalı araştırma ile şekillenecek ve bu altı reaktör teknolojisini içeren üç adet hızlı-nötron sistemleri: sodyum soğutmalı hızlı reaktör (SFR), öncü soğutmalı hızlı reaktör (LFR), ve gaz soğutmalı hızlı reaktör (GFR) ve gaz soğutmalı hızlı reaktör (GFR) işbirliği, malzeme testlerine, yakıt geliştirme, güvenlik analizine ve sistem entegrasyonuna odaklanacak şekilde tasarlanmıştır.

Bir Dengeli Yol İleri

Hızlı yetiştirici reaktörlerin post-Fukushima manzaradaki geleceği ne de umutsuzdur. Teknoloji derin dekarbonizasyon hedefleri ile uyumlu olan açık çevresel ve kaynak yararları sunar. Ancak, kazaların mirasının, yüksek maliyetler ve dikkatli bir halk için büyük olasılıkla yakın vadeli bir büyüme meydana gelecektir.

Belirli olan şey, dünyanın temiz, güvenilir ve sürdürülebilir enerji talebinin, nükleer teknolojinin sınırlarını zorlamaya devam etmesidir. Hızlı yetiştirici reaktörler, gelişmiş olan küresel öncelik olarak, düşük karbonlu enerji sisteminin temel taşı haline gelebilir.