BN-800

BN-800 är  en natriumkyld kärnkraftsreaktor som tillhör kategorin snabba neutronreaktorer som använder oxiderat uranium - plutonium mox-bränsle .

Användningen av uran-plutoniumbränsle i BN-800- reaktorn gör det möjligt att inte bara använda reserver av plutonium av kraftkvalitet , utan också att göra sig av med plutonium av vapenkvalitet , samt att "bränna" långlivade aktinidisotoper från bestrålat bränsle från termiska reaktorer.

Den enda driftreaktorn av denna typ är belägen vid enhet 4 i Beloyarsk kärnkraftverk i Sverdlovsk-regionen . Reaktorn sjösattes den 10 december 2015 [1] , kommersiell drift har bedrivits sedan 1 november 2016 [2] . Elektrisk effekt - 880 MW [3] .

Utöver sitt huvudsakliga (industriella) syfte är den första BN-800-reaktorn i drift av stor experimentell betydelse - den används för att färdigställa tekniken för reaktorer av denna typ [4] , som ska användas i BN-1200- reaktorn . Även om snabba neutronreaktorer är positionerade som lovande [5] är det planerat att år 2035 bygga och sätta i drift en enda BN-1200-reaktor - som en del av samma Beloyarsk NPP [6] .

Projektutvecklingshistorik

Projektet med BN-800-kraftenheten utvecklades redan 1983 som en standard och antog implementering vid flera kärnkraftverk samtidigt (Beloyarsk och Yuzhnouralsk ). Den reviderades senare två gånger:

• 1987  - efter olyckan vid kärnkraftverket i Tjernobyl ;
• 1993  - i enlighet med den nya regulatoriska dokumentationen om säkerhet.

I slutet av 1990-talet, enligt "Program för utveckling av kärnenergi i Ryska federationen för 1998-2005 och för perioden fram till 2010", konstruktion och driftsättning av kraftenheter med reaktorer av typ BN-800 vid två ovan nämnda stationer var fortfarande tänkta [7] . Men i slutändan återupptogs inte byggandet av kärnkraftverket i södra Ural , och projektet med en kraftenhet med en reaktor av typen BN-800, med en betydande fördröjning, implementerades endast vid kärnkraftverket Beloyarsk. I september 2022 sattes BN-800-reaktorn i enhet nr 4 i Beloyarsk NPP till full kapacitet för första gången, och var fullastad med oxid uran-plutonium MOX-bränsle [8] [9] .

Egenskaper

Kraftenhet nr 4 i Beloyarsk NPP

1994 klarade projektet av BN-800-kraftenheten alla nödvändiga undersökningar och godkännanden, inklusive en oberoende granskning av kommissionen för Sverdlovsk-regionen. Som ett resultat erhölls den 26 januari 1997 en licens från Gosatomnadzor i Ryssland nr GN-02-101-0007 för konstruktion av enhet nr 4 i Beloyarsk NPP med en BN-800 reaktoranläggning.

Uppvärmningen av reaktorn för tankning med flytande metallkylvätska började den 25 december 2013 [12] . Uppsättningen av den minsta kritiska massan och slutsatsen till den minsta kontrollerade effekten av kedjereaktionen inträffade i slutet av juni 2014 [13] . Kraftlanseringen var planerad till oktober 2014 [12] , men sköts upp på grund av att MOX-bränslekonstruktionerna inte var tillgängliga [14] :

Ursprungligen var BN-800 planerad att lanseras på MOX-bränsle (förresten, som BN-600 på en gång). Men det fanns ingen produktion av detta bränsle, det måste skapas. Och redan 2010 stod det klart att när det var nödvändigt att ladda bränsle i reaktorn skulle det inte vara klart. Sedan fick konstruktören ett brådskande uppdrag: att ersätta den designade MOX-zonen med en blandad, där en del av aggregaten skulle innehålla uranbränsle. Och konstruktören tvingades fatta beslut under tidspress och med hänsyn till alla krav som måste uppfyllas ... Dessa beslut var främst relaterade till fördelningen av natriumflödet - de använde en gasspjäll som skruvades in i bränslet montering underifrån. Som det visade sig kan den här enheten inte fungera tillförlitligt med vår natriumförbrukning: det finns sådana belastningar att den helt enkelt skruvas av och faller ut. Naturligtvis gäller detta bara den del av församlingarna (det finns lite mer än hundra av dem av totalt tusen stycken) som gick under ersättning av vanliga ... Nu måste vi rätta till deras brister, byt ut opålitliga delar.

Efter modifieringen av kärnan ägde den (upprepade) fysiska lanseringen rum i slutet av juli 2015 [15] .

Den 25 november 2015, vid kraftenheten nr 4 i Beloyarsk NPP, med BN-800-reaktorn, genererades ånga för första gången, med hjälp av vilken en testrotation av turbinen utfördes enligt standardvärme. schema [16] .

10 december 2015, klockan 21:21 lokal tid (19:21 Moskva-tid), ingick kraftenheten med BN-800-reaktorn i kraftsystemet i Ural [1] [17] [18] .

För 2018 arbetar kraftenheten på nominell effektnivå [19] .

I september 2022 sattes Reaktor 4 till full effekt för första gången, och var fullastad med innovativt uran-plutonium-MOX-bränsle med blandad oxid [8] .

Reaktoruppdrag

• Säkerställ drift på MOX-bränsle.
• Experimentell demonstration av nyckelkomponenter i en sluten bränslecykel.
• Utveckling av verkliga driftsförhållanden av nya typer av utrustning och förbättrade tekniska lösningar införda för att förbättra effektivitet, tillförlitlighet och säkerhet.
• Utveckling av innovativ teknik för framtida snabba neutronreaktorer med flytande metallkylmedel: testning och certifiering av lovande bränsle och konstruktionsmaterial, demonstration av tekniken för att bränna ut mindre aktinider och transmutation av långlivade fissionsprodukter, som är den farligaste delen av radioaktivt avfall från kärnenergi.
• Elproduktion

BN-800 innovationer

• Självskydd av blocket från yttre och inre påverkan.
• Passiva medel för att påverka reaktiviteten, nödkylsystem genom värmeväxlare, uppsamlingskärl för smält bränsle.
• Noll natrium void-reaktivitetseffekt.
• Minsta sannolikhet för en olycka med härdsmälta.
• Eliminering av plutoniumseparation i bränslecykeln under upparbetning av bestrålat kärnbränsle [20] .

Uppgifter för kraftenhet nr 4

• Bildande av en miljövänlig "sluten" kärnbränslecykel.
• Mer än en 50-faldig ökning av användningen av utvunnet naturligt uran, och förse kärnkraften i Ryssland med bränsle på lång sikt på grund av dess reproduktion.
• Utnyttjande av använt kärnbränsle från kärnkraftverk på termiska neutroner.
• Användning av radioaktivt avfall genom att involvera avfallsuran och plutonium i en användbar produktionscykel.
• Energiförsörjning för utvecklingen av ekonomin i Sverdlovsk-regionen.
• Fram till oktober 2016 - fullgörande av skyldigheter för bortskaffande av plutonium av vapenkvalitet enligt avtalet [21] . (Uppfyllandet av förpliktelser avbröts på grundval av den federala lagen av den 31 oktober 2016 N 381-FZ)

Utmärkelser

I oktober 2016 tilldelade den äldsta amerikanska energitidningen POWER den fjärde kraftenheten i Beloyarsk NPP med BN-800-reaktorn Power Awards för 2016 [22] i nomineringen av Best Plants [23] . Vid tilldelningen noterades att denna kraftenhet:

• är världens mest kraftfulla snabba neutronförädlingsreaktor med en flytande metallnatriumkylvätska
• är en universell enhet lämplig för kraftgenerering, plutoniumdeponering, slutförvaring av använt kärnbränsle från termiska neutronkärnkraftverk, isotopproduktion
• spelar en avgörande roll i bildandet av en miljövänlig "sluten" kärnbränslecykel, ökar produktionen av kärnbränsle, ökar kapaciteten i kärnkraftverken och minskar kärnavfallet

Säkerhet för reaktorer av BN-typ, särskilt BN-800

När det gäller deras fysikaliska och tekniska egenskaper (lågt - nära atmosfäriskt - arbetstryck för natriumkylvätskan, stora reserver upp till kokpunkten, en relativt liten reaktivitetsmarginal för utbränning, hög värmekapacitet hos natrium, etc.), natrium- kylda snabba reaktorer har en hög nivå av egensäkerhet. Denna kvalitet har på ett övertygande sätt demonstrerats under den långvariga driften av den tidigare BN-600- reaktorn . Ett antal nya beslut har fattats:

• de bygger på passiva principer. Detta innebär att effektiviteten inte beror på tillförlitligheten i driften av hjälpsystem och mänskliga handlingar.
• En annan fördel med natriumkylvätskan är dess låga korrosivitet med avseende på de strukturella materialen som används i reaktorn. Därför är resursen för natriumutrustning lång, och mängden radioaktiva korrosionsprodukter som bildas i en sådan reaktor är mycket mindre än i andra typer av reaktorer.
• natrium binder radioaktivt jod till icke-flyktigt natriumjodid , och det släpps inte ut i miljön. Vid drift av anläggningar av BN-typ uppstår en obetydlig mängd radioaktivt avfall.

Nackdelar

Användningen av natrium som kylmedel kräver att man löser följande problem:

• renhet av natrium som används i BN. Stora problem orsakas av syreföroreningar på grund av syrets deltagande i massöverföringen av järn och korrosion av komponenter;
• natrium är ett mycket aktivt kemiskt element. Det brinner i luften. Brinnande natrium producerar rök som kan skada utrustning och apparater. Problemet förvärras om natriumröken är radioaktiv. Hett natrium i kontakt med betong kan reagera med betongkomponenter och frigöra väte, som i sin tur är explosivt.
• möjligheten till reaktioner av natrium med vatten och organiska material, vilket är viktigt för tillförlitligheten av ånggeneratorns utformning, där värme från natriumkylvätskan överförs till vattnet.

Från och med januari 2019 är en direkt jämförelse av BN-800-reaktorn med andra snabba neutronreaktorer inte möjlig på grund av frånvaron av andra snabba neutronreaktorer i drift eller under uppbyggnad. För närvarande byggs endast tryckvattenreaktorer i världen , i Ryssland byggs endast reaktorer för VVER-1200- projektet (reaktorer med denna typ av lägre effekt är inte konkurrenskraftiga).

Nackdelar jämfört med VVER-1200 :

• kostnaden för 1 kW installerad kapacitet är 1,4 gånger högre än vid Novovoronezh NPP 2-1 med VVER- 1200. Denna brist kommer att utjämnas genom konstruktionen av BN-1200 [25] )
• Dyrare bränsle _ _ _
• högre drift-, underhålls- och reparationskostnader per 1 kWh producerad el [26]
• låg effektfaktor  — 78 % [27] ( tillsammans med BN-600 ) mot ~90 % ( associerad med en kort bränslecykel på 6 månader mot 12-18 månader för VVER-1200 )
• livslängd 40 år kontra 60 [10]

Nackdelar jämfört med urangrafitreaktorer ( RBMK-1000 och andra):

• omöjligheten att tanka utan att stänga av reaktorn
• Dyrare bränsle _ _ _

Nackdelar jämfört med tryckvattenreaktorer av utländsk design ( AP1000 och andra):

• Dyrare bränsle _ _ _
• låg kapacitetsfaktor  — 78 % [27] ( tillsammans med BN-600 ) mot ~90 %
• livslängd 40 år vs 60 år

Kostnaden för att bygga tryckvattenreaktorer av utländsk design [28] är flera gånger högre än kostnaden för att bygga BN-800 [24] , så kostnaden för BN-800 i jämförelse med dem är en fördel.

Se även

• "Fågel Fenix"

Anteckningar

1. ↑ 1 2 Kraftenhet nr 4 i Beloyarsk NPP med BN-800-reaktorn är ansluten till nätverket och gav den första strömmen till kraftsystemet . Seogan (10 december 2015). Hämtad 10 december 2015. Arkiverad från originalet 4 mars 2016. (ryska)
2. ↑ BN-800 sattes i kommersiell drift . AtomInfo.ru (1 november 2016). Hämtad 3 november 2016. Arkiverad från originalet 4 november 2016. (obestämd)
3. ↑ Ekaterina Zubkova Förnybar atom // Vetenskap och liv . - 2017. - Nr 1. - S. 20-21. — URL: http://www.nkj.ru/archive/articles/30459/ Arkiverad 2 februari 2017 på Wayback Machine
4. ↑ Lanseringen av prototypen "framtidens kraftenhet" blev ett nytt kärnkraftsgenombrott för Ryska federationen . " RIA Novosti " (12 december 2015). Arkiverad från originalet den 22 mars 2018. (obestämd)
5. ↑ En ny nivå av kärnkraftsgenombrott | Mining24.ru . mining24.ru Hämtad 23 december 2015. Arkiverad från originalet 22 april 2016. (obestämd)
6. ↑ Dekret från Ryska federationens regering av den 9 juni 2017 N 1209-r "Om godkännande av det allmänna systemet för placering av elektriska kraftanläggningar fram till 2035" . Hämtad 17 mars 2018. Arkiverad från originalet 12 juli 2017. (obestämd)
7. ↑ Dekret från Rysslands regering av den 21 juli 1998 N 815 "Om godkännande av programmet för utveckling av kärnenergi i Ryska federationen för 1998-2005 och för perioden fram till 2010" . Officiell Internetportal för juridisk information. Arkiverad från originalet den 17 mars 2018. (obestämd)
8. ↑ 1 2 Kraftenheten vid kärnkraftverket Belojarsk producerade 100 % av sin kapacitet på "framtidens bränsle" // 1prime.ru, 23 september 2022
9. ↑ För första gången har ett ryskt kärnkraftverk tjänat på använt kärnbränsle - Informationsportalen ZATO Zheleznogorsk . zato26.org . Hämtad: 6 oktober 2022. (obestämd)
10. ↑ 1 2 Sidorov Ivan Ivanovich. Huvudenheten för den nya generationen BN-800. Funktioner för driftsättning . rosenergoatom.ru (2016). Hämtad 18 juli 2018. Arkiverad från originalet 23 november 2018. (obestämd)
11. ↑ NPP med BN-800 (otillgänglig länk) . http://atomicexpert-old.com (2011). Hämtad 18 juli 2018. Arkiverad från originalet 23 november 2018. (obestämd) 
12. ↑ 1 2 Världens största snabba neutronreaktor lanseras vid BNPP: Den kommer att laddas med kärnbränsle om några veckor  // E1. - 2013. - 25 december.
13. ↑ Beloyarsk NPP: BN-800 har börjat nå den lägsta effektnivån . - Atominfo, 2014. - 27 juni.
14. ↑ Året är förbi, uppgifterna återstår  : intervju: [ arch. 27 april 2016 ] // Snabb neutron: gas. - 2015. - Nr 1 (165) (16 januari). - S. 2. -   (otillgänglig länk) .
15. ↑ Beloyarsk NPP  : steget för den fysiska uppstarten av BN-800-reaktorn avslutades: [ arch. 24 september 2015 ] // Rosenergoatom. - 2015. - 5 augusti.
16. ↑ Den första uppstarten av turbinen ägde rum vid enheten med BN-800-reaktorn vid Beloyarsk NPP // RIA Novosti. - 2015. - 25 november.
17. ↑ Vorobyeva T. En ny kärnkraftskälla för elproduktion dök upp i Uralerna  / Tatyana Vorobyeva // Rossiyskaya Gazeta. - 2015. - 10 december.
18. ↑ BN-800-reaktor lanserad . Mining24.ru (22 december 2015). Hämtad 23 februari 2020. Arkiverad från originalet 23 december 2015. (ryska)
19. ↑ Beloyarsk NPP: kraftenhet nr 4 förs till nominell effektnivå . - Atominfo, 2018. - 14 juni.
20. ↑ Snabbeffektreaktor BN-800 . ippe.ru. _ Hämtad: 8 juni 2022. (obestämd)
21. ↑ Alexander Uvarov. Plutonium historia . www.atominfo.ru (13 november 2016). Hämtad 10 juni 2018. Arkiverad från originalet 1 juni 2018. (obestämd)
22. ↑ I USA utsågs den ryska kärnkraftsenheten BN-800 till årets bästa kärnkraftverk . " RIA Novosti " (2 november 2016). Hämtad 3 november 2016. Arkiverad från originalet 3 november 2016. (obestämd)
23. ↑ ÖVSTA VÄRK: Belojarsk kärnkraftverk enhet 4, Sverdlovsk oblast,  Ryssland . Power (1 november 2016). Hämtad 3 november 2016. Arkiverad från originalet 15 juli 2020.
24. ↑ 1 2 Kostnaden för att bygga en snabb neutronreaktor BN-800 uppskattas till 145,6 miljarder rubel . TASS . Hämtad 7 april 2019. Arkiverad från originalet 7 april 2019. (ryska)
25. ↑ P. Ipatov: Skillnaden i kostnaden för kärnkraftverk med BN- och VVER-reaktorer överstiger inte 15 % . Atomic Energy 2.0 (25 mars 2014). Hämtad 7 april 2019. Arkiverad från originalet 7 april 2019. (ryska)
26. ↑ B.I. Nigmatulin. Kärnkraft i Ryssland och världen. Tillstånd och utveckling. Med. 57-58 (20 maj 2017). Hämtad 17 juli 2018. Arkiverad från originalet 18 juli 2018. (obestämd)
27. ↑ 1 2 Årsredovisning 2017 sid. 53 . rosenergoatom.ru (24 april 2018). Hämtad 12 augusti 2018. Arkiverad från originalet 12 augusti 2018. (obestämd)
28. ↑ Amerikanska myndigheter tvingade aktieägarna i kärnkraftverket Vogtl att fortsätta bygget (otillgänglig länk) . nuclearnews.io. Hämtad 7 april 2019. Arkiverad från originalet 30 oktober 2018. (ryska) 

Litteratur

• Friedman, V. En lång väg till snabb energi // In the world of science . - 2014. - Nr 4. - P. 15. - ISSN 0208-0621