ACR-1000 (Advanced CANDU reactor, ACR, advanced CANDU reactor) är en Generation III+ kärnreaktor utvecklad av Atomic Energy of Canada Limited (AECL). Den kombinerar egenskaperna hos befintliga CANDU trycksatta tungvattenreaktorer (PHWR) och tryckvattenreaktorer (PWR). CANDU använder en tungvattenmoderator , vilket ger konstruktionen förbättrad neutroneffektivitet och tillåter användning av en mängd olika bränslen. Den ersätter tungvattenkylkretsen med en krets som innehåller vanligt lättvatten, vilket minskar kostnaden för kylsystemet. Reaktoreffekten är 1200 MW. [ett]
ACR-1000 designades för att vara ett billigare alternativ än den grundläggande CANDU 9. ACR är något större men billigare att bygga och använda. Nackdelen är bristen på bränsleflexibilitet som den ursprungliga CANDU-designen erbjöd, i synnerhet kan den inte längre köras på naturligt (obeberikat) uran. Denna brist anses vara obetydlig med tanke på de låga kostnaderna för anrikningstjänster och bränsle i allmänhet.
AECL har marknadsfört ACR-1000 över hela världen men har inte vunnit en enda tävling. Det sista stora förslaget var en utbyggnad med två reaktorer av kärnkraftverket i Darlington , men projektet avbröts 2009 när priset på projektet tredubblade regeringens budget. Utan några andra försäljningsmöjligheter såldes AECL:s reaktordesignavdelning till SNC-Lavalin 2011 för att serva den befintliga CANDU-flottan. ACR-utvecklingen har avslutats. [2]
Den ursprungliga CANDU-designen använde tungt vatten som både neutronmoderator och som kylvätska för den primära kylslingan. En sådan design ansågs resultera i lägre totala driftskostnader på grund av dess förmåga att använda naturligt uran som bränsle, vilket eliminerar behovet av anrikning. På den tiden trodde man att det på 1980-talet skulle vara hundratals, och möjligen tusentals, kärnreaktorer i drift, i vilket fall kostnaden för anrikning skulle bli betydande.
Dessutom använde konstruktionen både trycksatta och icke-trycksatta sektioner (känd som "calandria"), vilket förväntades minska byggkostnaderna kraftigt. Till skillnad från typiska lättvattenkonstruktioner krävde CANDU inte en enda stor högtrycksvolym, vilket var en av de svåraste delarna av andra konstruktioner. Denna design gjorde det också möjligt för reaktorn att tankas medan den var igång, vilket förbättrade effektfaktorn , en nyckelindikator på övergripande prestanda.
Men användningen av naturligt uran innebar också att kärnan var mycket mindre tät jämfört med andra konstruktioner och var mycket större totalt sett. Det förväntades att dessa merkostnader skulle kompenseras av lägre kapitalkostnader för övriga poster samt lägre driftskostnader. Den viktigaste avvägningen var kostnaden för bränslet i en miljö där anrikat uran var ont om och dyrt, och dess pris förväntades öka avsevärt på 1980-talet.
I praktiken uppfylldes inte dessa förväntningar. Antalet reaktorer stannade vid 200 över hela världen istället för de förväntade tusentals, och bränslekostnaderna förblev oförändrade när urananrikningskapaciteten utökades. Detta försatte CANDU i en ofördelaktig position: dess främsta fördel var bristen på behov av anrikning och minskningen av risken för kärnvapenspridning.
ACR åtgärdar den höga kapitalkostnaden för att bygga CANDU främst genom att använda bränsle med lågt anrikat uran (LEU). Detta gör det möjligt att bygga en mer kompakt reaktorhärd, ungefär hälften så stor som en CANDU med samma effekt. Dessutom ersätter den tungvattenkylarvätskan i högtryckssektionen med vanligt "lätt" vatten. Detta minskar avsevärt den erforderliga mängden tungt vatten och kostnaden för den primära kylvätskan. Det tunga vattnet ligger kvar i lågtryckssektionen där det är praktiskt taget statiskt och endast används som moderator.
Säkerhets- och reaktivitetskontrollanordningarna är placerade inuti lågtrycksmoderatorn. ACR uppvisar också några av funktionerna hos CANDU-reaktorer, inklusive CANFLEX- tankning online ; lång livslängd för snabba neutroner; låg reaktivitet; två snabba oberoende nödavstängningssystem; och ett nödkylsystem.
Bränslestaven är en variant av 43-elements CANFLEX-design (CANFLEX-ACR). Användningen av LEU-bränsle med ett centralt neutronabsorberande element gör det möjligt att reducera reaktivitetskoefficienten för kylvätskehålrum till ett nominellt litet negativt värde. Det resulterar också i högre utbrändhet jämfört med traditionella CANDU-designer.
Konstruktionen av ACR-1000 kräver för närvarande en mängd olika säkerhetssystem, varav de flesta är evolutionära derivat av de system som används vid konstruktionen av reaktorn CANDU 6. Varje ACR kräver att SDS1 och SDS2 nödavstängningssystem är online och fullt funktionsdugliga innan reaktorn kan arbeta vid vilken effektnivå som helst.
Nödavstängningssystem 1 (Safety Shutdown System 1, SDS1) är utformat för att snabbt och automatiskt stänga av reaktorn. De neutronabsorberande stavarna (kontrollstavar som stoppar en kärnkedjereaktion ) finns i isolerade kanaler direkt ovanför reaktorns tryckkärl och styrs av en trekanalig logikkrets. När någon 2 av de 3 kretsarna är aktiverade (på grund av fastställandet av behovet av en reaktoravstängning), kopplas de DC-styrda kopplingarna som håller varje styrstav i det lagrade läget av ström. Som ett resultat sänks varje styrstav och reaktorns termiska effekt reduceras med 90 % inom 2 sekunder.
Safety Shutdown System 2 (SDS2) är också utformat för att snabbt och automatiskt stänga av reaktorn. En lösning av gadoliniumnitrat Gd(NO 3 ) 3 , som har egenskapen att aktivt absorbera neutroner, finns inuti kanaler utrustade med horisontella munstycken. Varje munstycke har en elektroniskt styrd logikventil med tre kanaler. När någon 2 av de 3 kretsarna är aktiverade (på grund av att bestämma behovet av en nödavstängning av reaktorn), öppnas ventilen, Gd(NO 3 ) 3 -lösningen injiceras genom munstyckena och blandas med tungt vatten som fungerar som en moderator . Som ett resultat reduceras reaktorns termiska effekt med 90 % på 2 sekunder.
Reservvattensystemet (RWS) består av en vattentank placerad på hög höjd i reaktorbyggnaden. Den förser ACR med vatten för användning i kylsystemet i händelse av en förlust av kylvätskeolycka (LOCA). RWS kan också i nödsituationer mata vatten till ånggeneratorer, retardationssystem, skärmkylsystem eller värmeöverföringssystem för alla ACR.
Emergency Power Supply System (EPS) är utformat för att förse varje ACR-enhet med den elektriska kraft som behövs för att utföra alla säkerhetsfunktioner under både drift- och nödsituationer. Den innehåller seismiskt resistenta redundanta standby-generatorer, batterier och ställverk.
Kylvattensystemet (CWS) tillhandahåller all nödvändig tillförsel av lättvatten (H 2 O) för att utföra de funktioner som är förknippade med säkerhetssystemet, både under drift- och nödsituationer. Alla säkerhetsrelaterade delar av systemet är seismiskt resistenta och redundanta.
Den planerade ACR- effektutnyttjningsfaktorn över hela livslängden överstiger 93 %. Denna siffra är summan av de årliga 21-dagars planerade avbrotten och sannolika tvångsavbrott som uppgår till 1,5 % av arbetstiden. Kvadrantseparation ger flexibilitet för driftunderhåll och avbrottshantering. Den höga graden av automatisering av säkerhetstestning minskar också kostnaderna.
År 2007 övervägde Bruce Power att installera en ACR i västra Kanada för både kraftgenerering och ånga för användning i oljesandbearbetning . 2011 beslutade Bruce Power att avveckla detta projekt [3] .
2008 beslutade provinsen New Brunswick att genomföra en förstudie för att installera en 1 085 MW ACR-1000 vid Point Lepreau kärnkraftverk . CANDU-teamet, bestående av AECL, GE Canada , Hitachi Canada, Babcock & Wilcox Canada och SNC-Lavalin Nuclear, lade fram ett formellt förslag, men 2010 accepterades en alternativ design av det franska företaget Areva, som inte heller blev verklighet [2 ] .
AECL marknadsförde ACR-1000 som en del av den brittiska generiska designprocessen, men i april 2008 minskade arbetet i denna riktning. VD Hugh McDiarmid sa: "Vi är övertygade om att den bästa strategin för att säkerställa framgången för ACR-1000 på den globala marknaden är att i första hand fokusera på att installera den här hemma" [4] .
Tvillingreaktorn ACR-1000 erbjöds provinsen Ontario för utbyggnaden av kärnkraftverket i Darlington B. AECL var det enda företaget som anbjöd. Villkoren för anbudet krävde att alla oförutsedda händelser relaterade till tids- och budgetöverskridanden skulle beaktas, vilket resulterade i en uppskattning på 26 miljarder dollar vid 2 400 MW, eller 10,8 dollar per watt. Detta var tre gånger mer än väntat och har kallats "chockerande högt". Eftersom detta var den enda ansökan, beslutade Ontario Department of Energy 2009 att avbryta stationsexpansionsprojektet [5] .
2011, utan några försäljningsmöjligheter kvar, sålde den kanadensiska regeringen AECL-reaktordivisionen till SNC-Lavalin . 2014 tillkännagav SNC ett partnerskap med China National Nuclear Corporation (CNNC) för att stödja försäljning och konstruktion av befintliga CANDU-designer. Bland dem är Kinas plan att använda sina två CANDU-6-reaktorer i ett återvinningssystem som kallas Advanced Fuel CANDU Reactor (AFCR) [6] [7] .