Stefan Taczanowski

Reaktory Wysokotemperaturowe
- historia
Stefan Taczanowski
Zakład Problemów Energetycznych
Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej
Akademia Górniczo-Hutnicza
dane podstawowe
nabyte doświadczenia
Zapotrzebowanie na ciepło
Schemat Elektrowni z Reaktorem
Wysokotemperaturowym
PBMR
moderator – grafit
chłodziwo - hel
temperatura helu
(osiągana dotąd) ~950°C
moderator
w postaci bloków
lub kul grafitowych
Reaktor Wysokotemperaturowy cd.
Elementy paliwowe reaktorów wysokotemperaturowych
RUDOLF SCHULTEN
geb. 18. August 1923 in Oeding
1952 Promotion zum Dr. rer. nat. bei Prof. Heisenberg
W latach 1958-1962
opracował koncepcję
reaktora
wysokotemperaturowego
typu pebble-bed
W latach 1966-1988
dyrektor Institut für
Reaktorentwicklung
KFA Jülich
+ 30. April 1996 in Aachen
Reaktor Wysokotemperaturowy cd.
Reaktory z blokami grafitowymi
Compacts
US early HTRs
Coated particles
Fuel Elements
(graphite blocks)
Czy technologia
reaktorów
wysokotemperaturowych
jest dostatecznie dojrzała?
Characteristics
Dragon
AVR
Peach Bottom
Location
Winfrith
Julich
Pennsylvania
GB
1964
Germany
1966
-
1967
1987
Year of criticality
Year of grid connection
Year of closing
1975
USA
General
1966
1966
1975
Fort St-Vrain THTR 300
Colorado Schmehausen
USA
1974
Germany
1983
1976
1989
1985
1988
Power (MW th)
20
46
155.5
842
750
Net Electric (MW el)
0
15
40
330
300
Net efficiency
-
32.6
34.7
39.2
40
UO2+ThO2
UC2+ThC2
UC2+ThC 2
originally
UO2+ThO2
Coating
Pyrocarbon+ SiC Pyrocarbon
Pyrocarbon
Triso , biso
Pyrocarbon
Type
Core
rod with graphite
Fuel
Doświadczenia
historyczne –
Pierwsza generacja reaktorów
wysokotemperaturowych
UC2+ThC2
originally
Kernels
Pebbles rod with graphite graphite blocks Pebbles
Power Density
[MW/m3]
Height (m)
Diameter (m)
Control rods
14
2.3
8.3
6.3
1.61
1.07
24
2.28
2.74
36
Fuel elements
259
2.5
3
4
90 000
804
1 482
4.75
5.94
37 pairs
6
6
5.6
42 + 36
675 000
Primary loop
Pressure (Mpa)
Helium
temperature:
Core inlet [°C]
2
1
2.46
4.8
4
335
175
343
406
262
Core outlet [°C]
835
950
715
785
750
Vessel
Steel
Steel
Steel
Concrete
Concrete
Reaktor Wysokotemperaturowy
Wnętrze Reaktora THTR-300
http://www.thtr.de/technik-hte-rea.htm
Reaktor Wysokotemperaturowy
Fort St.Vrain
Wygl. współczesny,
/od 1992 elektrownia gaz./
Czy mamy odnośne doświadczenie?
historia...
Publikacje pracowników Wydz. EAIE (dawniej MIFTJ) w dziedzinie reaktorów wysokotemperaturowych
i wykorzystania ciepła procesowego
J. Kitowski
"Eksperymenty komputerowe na heurystycznym uczącym się układzie sterującym modelem elektrowni jądrowej"
Praca doktorska, MIFTJ AGH (1978)
W.Gudowski,
"Zastosowanie metody heurystycznej do optymalizacji ekonomiki wypalania paliwa wysokotemperaturowego reaktora jąędrowego",
Postępy Techniki Jądrowej, 23, (1979), 395-404,
Z. Rycerz,
"Dynamika złoża paliwowego w rdzeniu wysokotemperaturowego reaktora jądrowego typu pebble-bed",
Postępy Techniki Jądrowej, 23, (1979), 599-604,
Kitowski, J., and Moscinski, J.,
"A heuristic approach to reinforcement learning control of a 1015 MW(e) HTR-helium Turbine Plant",
Atomkernenergie - Kerntechnik, 34 (1979) 61-62.
Bubak, M., Gudowski, W., Kitowski, J., and Moscinski, J.,
"On the control of HTR numerical models using artificial intelligence methods",
Proceedings of the Conference: Gas Cooled Reactors Today, Sept. 20-24, 1982, Bristol, England, BNES, (1982) 117-123.
Kitowski, J., Moscinski, J., and Cebula, M.,
"A heuristic approach to the reinforcement-learning control of the one-dimensional model of the HTR core",
Annals of Nuclear Energy, 9 (1982) 45-46.
Bieniasz, L., Moscinski, J., Nizegorodcew, P., and Rycerz, Z.,
"Monte Carlo simulation of the emergency shut-down system for the high temperature pebble-bed nuclear reactor",
Annals of Nuclear Energy, 10, (1983) 299.
Kitowski, J.,
"Simulation of THTR-steam generator control using artificial inteligence methods",
Atomkernenergie - Kerntechnik, 42 (1983) 124-125;
Bubak, M., Moscinski, J., and Jewulski, J.,
"A fuzzy logic approach to HTR nuclear power plant model control",
Annals of Nuclear Energy, 10, (1983) 467-471.
Kitowski, J., and Książek, E.,
M. Bubak
"Fuzzy logic applications for failure analysis and diagnosis of a
"Symulacyjne badania przydatności metod sztucznej inteligencji do
primary circuit of HTR nuclear power plant",
sterowania reaktorem jądrowym" Praca doktorska, WEAiE AGH (1985)
Computer Physics Communications, 38 (1985) 323-327.
Czy mamy odnośne doświadczenie ?
współczesność
Publikacje pracowników Wydz. Fizyki i Informatyki Stosowanej (d. Techniki Jądrowej) dotyczące
reaktorów chłodzonych gazem/wysokotemperaturowych i dla wykorzystania ciepła procesowego
S.Taczanowski, W.Pohorecki,
"Viewpoints on energy policy of a sceptical observer", Archiwum Energetyki, 1-2, 1998, ss. 3-20.
J.Cetnar et al.
”Reference Core Design for a European Gas Cooled Experimental ADS",
AccApp’03 Conference, San Diego June 2003, p. 772; M.F.McDermott,…,J. Cetnar et al.
M.F. McDermott,…, J. Cetnar et al.
”Preliminary design study of a helium-cooled experimental accelerator driven system”,
ADS and P&T Conference (2003) Mol, Belgium;
A.Talamo, W. Gudowski, J. Cetnar, F. Venneri
“Key physical parameters and temperature reactivity coefficients of the deep burn modular helium reactor
fueled with LWRs waste”
Annals of Nucl. Energy, 31 (2004) 1913-1937;
A.Talamo, W. Gudowski, J. Cetnar;
“Comparative Studies of ENDF/B-6.8, JEF-2.2 and JENDL-3.2 Data Libraries by Monte Carlo Modeling
of High Temperature Reactors on Plutonium Based Fuel Cycles”
Journal of Nuclear Science and Technology, Vol. 41, (Dec. 2004) 1228-1236;
S.Taczanowski
"Emerging Global Energy Challenge: symptoms and remarks",
XV Economic Forum, Krynica (2005).
S.Taczanowski
"Energia jądrowa – kaprys czy konieczność ?",
Wyd.STN, AGH Kraków, ISSN 1732-0925, 8 (2006) ss. 191-201.
S.Taczanowski
"Węgiel z energią jądrową – bezpieczeństwo energetyczne dla Polski",
Mat. Sem. Bezpieczeństwo energetyczne kraju, Polskie Forum Akademicko-Gospodarcze, Warszawa,
(2006), ss.129-137.
Reaktor Wysokotemperaturowy
(projektowany)
Dziękuje Państwu
za uwagę
Is the HTR technology mature enough ? cd.
The reactions taking place
in EVA:
CH4 + H2O ↔ CO + 3H2
CH4+2H2O ↔ CO2+4H2
Is the HTR technology mature enough ? cd.
The answer:
It seems - it is.
PBMR History
1993
1997
1999
2000
Option Identified under Eskom long term planning
Initial Concept Design & Costing completed
Eskom Letter of Intent for Demo + 10 Modules
Cabinet Support for Detailed Feasability Study
Formal Nuclear Licence & EIA applications
2001 Fundamental Safety Case Philosophy Accepted
2002 Sept 2 - Business Case completed (S&L/McKinsey)
Oct 30 - Submittal of Final EIR
9
Mar 24 - NNR formal licensing statement
May 15 - Supported in DME Minister’s Budget Speech
May 16 - Eskom reaffirms decision to proceed
Koeberg Power Plant
PBMR Site
National Development Status
• Major National Centres
–
–
–
–
PBMR (Pty) Ltd
NECSA
IST Nuclear
Potchestroom U.
Design and analysis
Fuel Manufacture
Nuclear Auxilliaries
PCU development
• Universities Involved
–
–
–
–
Pretoria
Witwatersrand
Stellenbosch
North West
Carbon technology
System training
Component Performance
Post Graduate training
250
40
60
30
Przesłanki cd.
5) Naukowo-badawcze
Udział w badaniach na naj
Regulatory Progress
• Environmental Impact Assessment
– Final review complete 29 March 03
– Record of Decision imminent
• South African Nuclear Licencing
– NNR License review issued 24 March 03
– No reason PBMR cannot meet NNR requirements
– Current process and schedule reasonable & achievable
• US Nuclear Regulation
– Review of PBMR design against US Regulatory Guidance
issued 2 April 03
– No critical design issues identified
Economic Forum
Krynica, Poland, 8.09.05
Reaktory Wysokotemperaturowe
zastosowanie do produkcji wodoru
(i tlenu)
He
He
He
He
He
He
http://nuclear.inl.gov/gen4/vhtr
Faculty of Physics & Applied Computer Science
AGH University of Science & Technology
Cracow, PL
Reaktor Wysokotemperaturowy
Układ - źródło
ciepła
procesowego
Wnioski
Symbioza węgla z energią jądrową dla produkcji paliw
płynnych i gazowych
jest pożądanym, długofalowym wariantem energetyki polskiej
Jego realizacja:
zapewni wykorzystanie potencjału ludzkiego i
infrastruktury sektora górniczego
Konieczność uprzednich multi-dyscyplinarnych badań na najwyższym poziomie
stwarza dla AGH - wobec jej tradycji, doświadczenia i kompetencji jej kadr możliwość udziału w odnośnych przedsięwzięciach.
Są to dziedziny:
Energochemia węgla i gazu
Technologia materiałowa (metali)
Inżynieria materiałów (ceramicznych)
Energetyka wodorowa
Energia jądrowa
i in.