Program zrównoważonego rozwoju reaktora lekkowodnego

Light Water Reactor Sustainability Program to program badawczo-rozwojowy rządu Stanów Zjednoczonych . Jest kierowany przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych i ma na celu prowadzenie badań i gromadzenie danych niezbędnych do zakwalifikowania się do uzyskania licencji przedłużających żywotność obecnych 104 amerykańskich elektrowni jądrowych wytwarzających energię elektryczną ponad 60 lat. Praktycznie wszystkie komercyjne elektrownie jądrowe wytwarzające energię elektryczną obecnie w Stanach Zjednoczonych to reaktory lekkowodne (LWR), co oznacza, że ​​używają zwykłej (lekkiej) wody jako moderatora i chłodziwa jednocześnie.

Podstawą projektu jest fakt, że w najbliższej przyszłości:

Energia jądrowa była największym źródłem wytwarzania energii elektrycznej nieemitującej gazów cieplarnianych w Stanach Zjednoczonych w 2009 r., obejmując prawie trzy czwarte źródeł nieemisyjnych. Oczekuje się , że efektywność energetyczna, energia odnawialna oraz wychwytywania i składowania dwutlenku węgla będą odgrywać coraz większą rolę w zapewnianiu czystej i niezawodnej energii.

Podczas swojej kampanii prezydenckiej Barack Obama stwierdził: „ Energia jądrowa stanowi ponad 70% naszej energii elektrycznej wytwarzanej bez emisji dwutlenku węgla. Jest mało prawdopodobne, abyśmy mogli osiągnąć nasze agresywne cele klimatyczne, jeśli wyeliminujemy energię jądrową jako opcję”. Program LWRS opiera się na założeniu, że energia elektryczna z elektrowni jądrowych, jako źródło o zerowej emisji dwutlenku węgla , może i musi odgrywać kluczową rolę w ramach całościowego rozwiązania obu tych potrzeb. Program LWRS koncentruje się na czterech głównych obszarach: Starzenie się i degradacja materiałów, zaawansowane technologie oprzyrządowania, systemów informacyjnych i kontrolnych, zaawansowane paliwa jądrowe do reaktorów lekkowodnych i wreszcie charakterystyka marginesu bezpieczeństwa oparta na ryzyku.

Prognozowany wzrost popytu

krajowy popyt na energię elektryczną wzrośnie o ponad 30% od 2009 do 2035 roku. Jednocześnie większość obecnie działających elektrowni jądrowych zacznie zbliżać się do końca swojego początkowego 20-letniego przedłużenia do pierwotnego 40-letniego koncesję na łącznie 60 lat eksploatacji. Według jednego z badań popyt wzrośnie o 30-40% do roku 2030. Inne badania sugerują jeszcze większy wzrost na całym świecie: powyżej 80% do 2035 r.

Cele obniżenia emisji dwutlenku węgla

Prezydent Obama wyjaśnił narodowe stanowisko Stanów Zjednoczonych w sprawie emisji dwutlenku węgla na stronie internetowej Białego Domu, w której stwierdzono: „Musimy podjąć natychmiastowe działania w celu zmniejszenia zanieczyszczenia węglem, które zagraża naszemu klimatowi i podtrzymuje naszą zależność od paliw kopalnych ”. Prezydent postawił sobie za cel redukcję emisji gazów cieplarnianych do 80% poniżej poziomu z 1990 roku do 2050 roku.

Gdzie to się dzieje

Idaho National Laboratory (INL) w pobliżu Idaho Falls, Idaho i Oak Ridge National Laboratory (ORNL) to główne zaangażowane obiekty badawcze. Inne laboratoria i uniwersytety w całym kraju są zaangażowane w określone części badań (patrz poniżej).

Kto jest zamieszany

Zarządzanie programem

  • Trevor Cook, federalny dyrektor projektu 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, lider ścieżki, starzenie się i degradacja materiałów
  • Bruce P. Hallbert, lider ścieżki, zaawansowane technologie oprzyrządowania, informacji i systemów sterowania
  • Curtis L. Smith, Charakterystyka marginesu bezpieczeństwa na podstawie informacji o ryzyku
  • Mitchell T. Farmer, Technologie bezpieczeństwa reaktorów

Rząd

Laboratoria Narodowe

Powiązany Departament Programów Badań i Rozwoju Energii

Przemysł

uniwersytety

Międzynarodowy

Podstawowe techniczne obszary badań i rozwoju

Starzenie się i degradacja materiałów

Ścieżka starzenia się i degradacji materiałów prowadzi badania mające na celu opracowanie naukowych podstaw zrozumienia i przewidywania długoterminowego zachowania materiałów w elektrowniach jądrowych w zakresie degradacji środowiska. Dostarczanie danych i metod oceny wydajności systemów, struktur i komponentów niezbędnych do bezpiecznej i trwałej eksploatacji elektrowni jądrowej, zapewniając kluczowy wkład zarówno organom regulacyjnym, jak i przemysłowi.

Tło

Reaktory jądrowe stanowią bardzo wymagające środowisko serwisowe. Komponenty w obudowie 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 mieć wpływ na zdolność szerokiej gamy materiałów do pełnienia zamierzonych funkcji w dłuższych okresach eksploatacji. Rutynowy nadzór i czynności związane z naprawą/wymianą mogą złagodzić wpływ tej degradacji; jednak nadal występują awarie.

Chociaż potencjalnie można wymienić wszystkie komponenty, decyzja o zwykłej wymianie komponentów może nie być praktyczna lub najbardziej korzystna ekonomicznie. Dlatego zrozumienie, kontrolowanie i łagodzenie procesów degradacji materiałów oraz ustanowienie solidnych podstaw technicznych dla długoterminowego planowania niezbędnych wymian to kluczowe priorytety dla przedłużonej eksploatacji elektrowni jądrowych i rozważań nad zwiększeniem mocy.

Cel i cele

Ścieżka starzenia się i degradacji materiałów zapewnia badania w wielu obszarach materiałoznawstwa i technologii, z których wszystkie wspierają wiele misji Departamentu Energii i zapewniają unikalny wkład w ocenę wydłużenia żywotności elektrowni jądrowej, jednocześnie uzupełniając wysiłki badawczo-rozwojowe przemysłu jądrowego i organów regulacyjnych. Strategicznymi celami ścieżki jest opracowanie podstaw naukowych dla zrozumienia i przewidywania długoterminowej degradacji środowiska materiałów w elektrowniach jądrowych oraz dostarczenie danych i metod oceny wydajności systemów, struktur i komponentów niezbędnych do bezpiecznej i zrównoważonej energii jądrowej działania 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 wystarczającą ilość danych eksperymentalnych, aby zapewnić i zweryfikować ograniczenia operacyjne; dostarczyć nowe metody monitorowania degradacji; i opracuj zaawansowane techniki łagodzenia skutków, aby zapewnić lepszą wydajność, niezawodność i ekonomię.

Zaawansowane technologie oprzyrządowania, informacji i systemów sterowania

Advanced Instrumentation , Information, and Control Systems Technologies Pathway prowadzi badania mające na celu rozwój, demonstrację i wdrażanie nowych technologii cyfrowych w architekturze oprzyrządowania i sterowania oraz zapewnienie możliwości monitorowania w celu zapewnienia ciągłego bezpiecznego, niezawodnego i ekonomicznego działania działających w kraju 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 sektorze energetyki jądrowej. Systemy te, choć ogólnie uważane przez inne branże za przestarzałe, nadal działają niezawodnie, ale nie umożliwiają przedsiębiorstwom użyteczności publicznej pełnego wykorzystania technologii cyfrowych w celu osiągnięcia wzrostu wydajności. Oprócz systemów sterowania potrzebne są nowe technologie do monitorowania i charakteryzowania skutków starzenia się i degradacji w krytycznych obszarach kluczowych systemów, struktur i komponentów. Celem tych wysiłków jest opracowanie, zademonstrowanie i wdrożenie nowych technologii cyfrowych dla architektur informacyjnych i kontrolnych oprzyrządowania oraz zapewnienie możliwości monitorowania w celu zapewnienia ciągłego bezpiecznego, niezawodnego i ekonomicznego działania 104 krajowych elektrowni jądrowych.

Cel i cele

Celem ścieżki technologii zaawansowanych systemów oprzyrządowania, informacji i systemów sterowania jest umożliwienie modernizacji starszych systemów informacji i sterowania oprzyrządowania w sposób, który tworzy bezproblemowe środowisko cyfrowe obejmujące wszystkie aspekty działalności zakładu i wsparcia – budowanie trójwymiarowego architektura informacyjna, która integruje systemy zakładowe, procesy zakładowe i pracowników zakładu w szeregu wzajemnie połączonych technologii.

Charakterystyka marginesu bezpieczeństwa poinformowana o ryzyku

Ścieżka charakterystyki marginesu bezpieczeństwa oparta na ryzyku prowadzi badania w celu opracowania i wdrożenia 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 przedstawienie 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 wypadków lub tworzą nowe tryby awarii. Projektanci elektrowni zwykle „przeprojektowują” części elektrowni jądrowych i zapewniają solidność w postaci zbędnych i zróżnicowanych technicznych elementów bezpieczeństwa, aby zapewnić, że nawet w przypadku znacznie wykraczających poza podstawy projektowe scenariuszy, zdrowie i bezpieczeństwo publiczne będą chronione z bardzo wysokim stopniem pewności.

Zdolność do lepszego scharakteryzowania i ilościowego określenia marginesu bezpieczeństwa jest kluczem do lepszego podejmowania decyzji dotyczących projektowania LWR, eksploatacji i przedłużania żywotności elektrowni. Systematyczne podejście do charakterystyki marginesów bezpieczeństwa stanowi istotny wkład w analizę i podejmowanie decyzji przez licencjobiorcę i organy regulacyjne. Ponadto, ponieważ badania i rozwój w ramach programu LWRS oraz inne wspólne wysiłki przynoszą nowe dane i lepsze naukowe zrozumienie 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, systemy informacyjne i kontrolne) staną się znane potrzeby i możliwości lepszej optymalizacji bezpieczeństwa i wydajności zakładu.

Zamiar

Celem ścieżki charakterystyki marginesu bezpieczeństwa opartej na ryzyku jest opracowanie i wdrożenie podejść wspierających zarządzanie niepewnością w kwantyfikacji marginesów bezpieczeństwa w celu usprawnienia procesu decyzyjnego w elektrowniach jądrowych. Zarządzanie niepewnością oznacza zdolność (a) zrozumienia i (b) kontrolowania ryzyka związanego z bezpieczeństwem. W związku z tym Ścieżka RISMC ma na celu poprawę obu aspektów zarządzania bezpieczeństwem.

Zaawansowane paliwa jądrowe do lekkich reaktorów wodnych

Konwencjonalny granulat paliwa jądrowego

Ścieżka zaawansowanych paliw jądrowych prowadzi badania mające na celu poprawę podstaw wiedzy naukowej w celu zrozumienia i przewidywania podstawowych parametrów paliwa jądrowego i płaszczy w elektrowniach jądrowych. Zastosuj te informacje do opracowania wysokowydajnych, szybko spalających się paliw o zwiększonym bezpieczeństwie, integralności płaszcza i ulepszonej ekonomice jądrowego cyklu paliwowego.

Tło

paliwa jądrowego jest istotnym czynnikiem wpływającym na wydajność operacyjną elektrowni jądrowej, bezpieczeństwo, ekonomikę eksploatacji i wymagania dotyczące utylizacji odpadów (w ciągu ostatnich dwóch dekad przemysł energetyki jądrowej poprawił współczynniki wydajności elektrowni dzięki stopniowej poprawie osiągniętej w zakresie niezawodności i zużycia paliwa lub spalania ). Jednak te ulepszenia osiągają maksymalny możliwy do osiągnięcia wpływ, aby osiągnąć znaczną poprawę marginesu bezpieczeństwa przy jednoczesnej poprawie marży operacyjnej i ekonomii, wymagane są znaczące kroki wykraczające poza przyrostowe ulepszenia w obecnej generacji paliwa jądrowego. Konieczne są fundamentalne zmiany w zakresie składu paliwa jądrowego, integralności płaszcza oraz interakcji paliwo/okładzina, aby osiągnąć kolejny poziom wydajności paliwa. Udoskonalenia technologiczne opracowywane w ramach Advanced LWR Nuclear Fuels Pathway koncentrują się na opracowaniu rewolucyjnych materiałów okładzinowych wspieranych przez udoskonalone konstrukcje mechaniczne paliwa i alternatywne składy paliw. Jeśli zostaną zrealizowane, zmiany przyniosłyby znaczną korzystną poprawę ekonomiki, działania i bezpieczeństwa elektrowni jądrowej.

Cel i cele

Advanced LWR Nuclear Fuels Pathway prowadzi badania nad poprawą bezpieczeństwa reaktorów, zwiększeniem ekonomiki paliw, tworzeniem zaawansowanych projektów okładzin i opracowywaniem ulepszonych modeli obliczeniowych do przewidywania wydajności paliwa. Strategiczne cele badawczo-rozwojowe są ukierunkowane na poprawę podstaw wiedzy naukowej w celu zrozumienia i przewidywania podstawowych parametrów paliwa jądrowego i płaszcza w elektrowniach jądrowych oraz zastosowanie tych informacji do opracowania wysokowydajnych paliw o wysokim spalaniu, które poprawią bezpieczeństwo, płaszcz, integralność oraz ekonomika jądrowego cyklu paliwowego. Badania te mają ponadto na celu zademonstrowanie każdego z postępów technologicznych przy jednoczesnym spełnieniu wszystkich ograniczeń dotyczących bezpieczeństwa i przepisów poprzez rygorystyczne testy i analizy.

Zobacz też

  1. ^ „Zarchiwizowana kopia” (PDF) . Zarchiwizowane od oryginału (PDF) w dniu 17.10.2008 . Źródło 2008-11-05 . {{ cite web }} : 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, Departament Energii USA Waszyngton, DC, maj 2007.
  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.

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Light_Water_Reactor_Sustainability_Program&oldid=1043455664 ”