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Tendencias de desarrollo de la tecnología de energía nuclear mundial Tendencias de desarrollo de la tecnología de energía nuclear mundial
Wen Hongjun
(Corporación Nuclear Nacional de China, Beijing 100822)
País El "Plan Especial para el Desarrollo Energético en el Décimo Plan Quinquenal para el Desarrollo Económico y Social Nacional" formulado por la Comisión de Planificación propuso que, al mismo tiempo que se realiza la localización de la energía nuclear, "apoye activamente el desarrollo independiente de mi país de una nueva generación de energía nuclear". centrales eléctricas para el 'XI Plan Quinquenal'" 'Y sentar las bases para el desarrollo de la energía nuclear en el futuro". El "Décimo Plan Quinquenal de Ciencia, Tecnología, Industria y Conversión Militar de la Defensa Nacional" formulado por la Comisión de Ciencia, Tecnología e Industria para la Defensa Nacional establece: "Fortalecer la investigación y el desarrollo de la localización de la energía nuclear, y al mismo tiempo llevar a cabo investigación y desarrollo de tecnologías clave para centrales nucleares avanzadas con reactores de agua a presión".
De acuerdo con los requisitos de planificación y programación de la Comisión Estatal de Planificación y la Comisión de Ciencia, Tecnología e Industria para la Defensa Nacional, es necesario llevar a cabo tecnologías clave para reactores avanzados de agua a presión y energía nuclear de nueva generación. plantas (es decir, el segundo paso del desarrollo de la energía nuclear de mi país) para satisfacer las necesidades de los usuarios Investigación y desarrollo de unidades avanzadas (Avanzadas). Para orientar y promover correctamente el trabajo en esta área, es necesario realizar un análisis y juicio correcto basado en investigaciones e investigaciones sobre el desarrollo de la energía nuclear en el mundo y las tendencias de desarrollo de la tecnología de la energía nuclear. Con este fin, el autor ha trabajado en esta área y ha realizado un análisis preliminar para referencia de expertos y líderes relevantes.
1 Reseña histórica
1.1 Verificación de la tecnología de generación de energía nuclear
En las décadas de 1950 y 1960, la tecnología nuclear se desarrolló con fines militares durante la Segunda Guerra Mundial. El desarrollo civil de la energía nuclear muestra un futuro brillante. Algunos países pioneros en el desarrollo de la energía nuclear, como Estados Unidos, Gran Bretaña, Francia, la ex Unión Soviética, Canadá, Suecia y otros países, han desarrollado de forma independiente la energía nuclear civil. El desarrollo de la tecnología nuclear en el mundo ha pasado del uso militar al uso civil. En el proceso de desarrollo de la energía nuclear civil, la viabilidad de la seguridad de la tecnología de ingeniería generalmente se verifica mediante la construcción y operación de reactores experimentales, y luego su viabilidad económica se verifica mediante la construcción de reactores de demostración, y luego se transfiere a estándares, finalización y Construya a granel.
En diciembre de 1942, el primer reactor del mundo construido en la Universidad de Chicago, en Estados Unidos, demostró la viabilidad científica de lograr una reacción en cadena de fisión nuclear controlable. Durante la Segunda Guerra Mundial y algún tiempo después, los Estados Unidos, la antigua Unión Soviética, Gran Bretaña, Francia y otros países construyeron sucesivamente varios reactores de producción de plutonio para armas nucleares y reactores de potencia para submarinos nucleares, así como una serie de experimentos para apoyar la construcción de estos reactores, reactores de prueba, dominando así el rendimiento básico, las características y las tecnologías clave de varios reactores.
A partir de principios de la década de 1950, la tecnología nuclear militar existente se utilizó para construir reactores con el fin de generar electricidad, pasando de la etapa de construcción de reactores experimentales a la etapa de verificación y demostración. Basado en la tecnología de reactores de energía submarinos, Estados Unidos construyó la central nuclear con reactor de agua a presión Shipping Port en diciembre de 1957 y la central nuclear con reactor de agua en ebullición de Dresde (Dresden-1) en julio de 1960. El desarrollo de centrales nucleares con reactores de agua ligera abrió el camino. El Reino Unido completó la central nuclear con reactor de grafito refrigerado por gas Calder Hall A en octubre de 1956, tanto para producción como para generación de energía. La antigua Unión Soviética construyó la central nuclear con reactor de grafito y tubo de presión refrigerado por agua APS-1 en Obninsk en 1954. Canadá construyó la central nuclear con reactor de agua pesada de uranio natural NPD en 1962. Se ha llevado a cabo una extensa investigación científica en torno a la construcción de estas centrales nucleares, que ha resuelto una serie de problemas técnicos y de ingeniería en la construcción de centrales nucleares, ha confirmado que las centrales nucleares pueden funcionar de forma segura, económica y estable, y ha logrado la verificación de la ingeniería. viabilidad y viabilidad económica, sentando las bases para el futuro En los años 1970 y 1980, se sentaron las bases para el desarrollo comercial a gran escala de la energía nuclear.
1.2 Desarrollo de la normalización y serialización durante el período de gran desarrollo de la energía nuclear
De los años 1960 a los años 1970 se comprobó la seguridad y economía de la energía nuclear, y su superioridad sobre la convencional. Los sistemas de generación de energía estaban claros. Aparece el terreno.
En este momento, es otro período de rápido desarrollo económico en varios países del mundo, y la demanda de energía también está creciendo rápidamente a un ritmo que se duplicará en diez años, proporcionando un amplio mercado para el desarrollo de la energía nuclear. La energía nuclear ha logrado rápidamente una construcción y desarrollo estandarizados y por lotes.
Durante el período de gran desarrollo de la energía nuclear, también hubo una competencia feroz. Algunos tienen características inherentes que dificultan competir con otros modelos y han sido eliminados (como los reactores de agua pesada refrigerados por gas, los reactores de agua pesada generados por vapor (SGHWR), etc.). Los modelos con margen de desarrollo se mejoran continuamente para mejorar la seguridad y la economía. Por ejemplo, los reactores de agua en ebullición BWR1 y BWR2 de General Electric Company en Estados Unidos han formado una serie de desarrollos. Tipos 212, 312, 412 y 314, 414 de American Westinghouse Company, etc.
En las décadas de 1970 y 1980, el desarrollo internacional de la energía nuclear formó una serie de modelos de construcción:
(1) Unidades de energía nuclear con reactores de agua a presión, incluidos los reactores de agua a presión de Westinghouse, los de Combustion Engineering Company reactor de agua a presión, el reactor de agua a presión de la compañía Babcock Wilcox (Bamp; W), el reactor de agua a presión tipo WWER (VVER, reactor de energía agua-agua) de Rusia y la introducción de los reactores de agua a presión de los Estados Unidos de la compañía Framatome de Francia, la compañía Los reactores de agua de la alemana Siemens y los reactores de agua a presión de la japonesa Mitsubishi Company se formaron a partir de la tecnología de reactores de agua a presión de Westinghouse.
(2) Unidades de reactores de agua en ebullición, reactores de agua en ebullición de General Electric Company de Estados Unidos, reactores de agua en ebullición de ASEATOM de Suecia y reactores de agua en ebullición de Toshiba e Hitachi de Japón que introdujeron la tecnología de reactores de agua en ebullición. de Estados Unidos.
(3) Reactor de agua pesada con tubos de presión de uranio natural desarrollado independientemente por Atomic Energy of Canada Limited (AECL).
(4) Central eléctrica de reactor de grafito refrigerado por agua desarrollada por la antigua Unión Soviética basada en tecnología de reactor de grafito refrigerado por agua.
(5) Las series de energía nuclear MGR y AGR de reactores refrigerados por gas de grafito desarrollados en el Reino Unido.
Entre las series de energía nuclear mencionadas anteriormente, el reactor de agua a presión de B&W Company sufrió el accidente nuclear de Three Mile Island, y el reactor de grafito refrigerado por agua de la Unión Soviética sufrió el accidente nuclear de Chernobyl, que expuso fallas de diseño. Se detuvo el desarrollo de estos dos modelos. Debido a sus características inherentes, el reactor refrigerado por gas de grafito tiene una gran demanda de uranio natural y una gran cantidad de construcción en el sitio, lo que lo hace pobre en competitividad económica. No ha abierto el mercado internacional y se limita a la construcción. en el Reino Unido. De ello se desprende que la seguridad y la competitividad económica determinadas por las características inherentes del modelo de avión son la clave para su desarrollo sostenible. Garantizar la seguridad y mejorar la competitividad económica son la dirección y el motor del desarrollo de la tecnología de la energía nuclear.
1.3 El desarrollo de modelos de energía nuclear con reactores de agua ligera avanzados, más seguros y económicos
En las décadas de 1970 y 1980 se produjeron sucesivamente los desastres de Three Mile Island y Chernobyl, especialmente grandes accidentes nucleares. el catastrófico accidente nuclear de Chernobyl, han tenido fuertes repercusiones, haciendo de la cuestión de la aceptación pública de la energía nuclear un obstáculo importante para el desarrollo de la energía nuclear en el mundo. Para resolver el problema de la aceptación pública de la energía nuclear, en la década de 1990, la comunidad mundial de la energía nuclear se concentró en trabajar en normas de seguridad, procedimientos de aprobación, mejoras de modelos de máquinas, etc., compiló documentos de requisitos de usuario y desarrolló sistemas más seguros y económicos. Tecnología avanzada de energía nuclear con reactores de agua ligera.
(1) Desarrollar un "Documento de Requisitos del Usuario"
A partir de 1983, con el apoyo de la Comisión Reguladora Nuclear (NRC) de EE.UU., el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica (EPRI) de la Estados Unidos, después de años de esfuerzos, desarrolló un documento básico para el diseño de centrales nucleares que puede ser aceptado por proveedores, inversionistas, propietarios, autoridades de gestión de seguridad nuclear, usuarios y el público para mejorar la seguridad y la economía, es decir, adecuado para el próximo. generación de centrales nucleares con reactores de agua ligera Diseñado “Documento de Requisitos de Usuario (URD)”. Posteriormente, los países de la Comunidad Europea desarrollaron conjuntamente un documento similar "Documento europeo de requisitos del usuario (EUR)".
Principales indicadores de rendimiento de URD:
Principios de diseño: simple, robusto, sin necesidad de prototipo de reactor
Margen de seguridad térmica del combustible: ≥15; p>
Probabilidad de fusión del núcleo: lt; 1,0×10-5/año del reactor;
Probabilidad de liberación radiactiva masiva: lt; p> Accidente por pérdida de agua: ruptura por debajo de 6 pulgadas, el combustible no está dañado
Vida útil: 60 años
Ciclo de reabastecimiento de combustible: 18 ~ 24 meses; > Disponibilidad de la unidad: ≥87;
Dosis de radiación del personal: lt; 100 rem/año
Ciclo de construcción (desde el vertido del primer tanque de hormigón hasta la operación comercial): 54 meses para la unidad de 1300 MW y 42 meses para la unidad de 600 MW.
(2) Desarrollo de modelos más seguros y económicos
De acuerdo con los requisitos de URD, EUR, etc., y sobre la base de sus respectivos modelos de producción en masa, realizar investigaciones de desarrollo. para la mejora y la innovación.
La estadounidense Westinghouse Company investigó y desarrolló el diseño de la unidad de energía nuclear AP-600, que recibió la aprobación de diseño final (FDA) de la Comisión Reguladora Nuclear (FDA) de Estados Unidos en 1988. Se caracteriza por la Uso de sistemas de seguridad pasiva y diseño simplificado. Además, también ha cooperado con Mitsubishi Corporation de Japón para investigar y desarrollar APWR-1000 y APWR-1300, pero aún no ha recibido la aprobación de diseño final de la Comisión Reguladora Nuclear de EE. UU.
A partir de su maduro sistema 80, la empresa americana ABB-CE ha investigado y desarrollado un modelo mejorado del sistema 80. En 1984, obtuvo el certificado de aprobación de diseño final emitido por la Comisión Reguladora Nuclear de Estados Unidos. En 1997, completó todos los procedimientos legales y obtuvo la licencia de diseño emitida por la Comisión Reguladora Nuclear de Estados Unidos. La característica es el uso de un sistema de transferencia de calor de doble circuito.
Basado en una tecnología madura de reactor de agua en ebullición, la empresa GE de Estados Unidos investigó y desarrolló el reactor avanzado de agua en ebullición (ABWR). En 1994, recibió el certificado de aprobación de diseño final emitido por la Comisión Reguladora Nuclear de Estados Unidos. En 1997, pasó todos los procedimientos legales y obtuvo la aprobación de diseño final de la Comisión Reguladora Nuclear de EE. UU. emitida por la Junta Directiva. Se construyeron 2 unidades en Japón y funcionan bien. El avión "Cuatro Nucleares" que se construye en la provincia de Taiwán de mi país es de este tipo.
La francesa Framatome y la alemana Siemens desarrollaron conjuntamente la unidad de energía nuclear avanzada de Europa, el Reactor Europeo de Agua Presurizada (EPR).
De acuerdo con la tendencia de mejora y desarrollo de la energía nuclear, Rusia ha investigado y desarrollado dos diseños, AES-91 y AES-92, basados en el WWER-1000 maduro y construido en masa, acercándose a la URD de EE. UU. AES-92 utiliza más sistemas de seguridad pasiva.
(3) Ideas para el desarrollo de modelos
Las ideas básicas para la investigación y el desarrollo mencionadas anteriormente se pueden dividir aproximadamente en tres categorías: mejora, innovación y revolución:
El tipo mejorado se basa en el diseño original y utiliza tecnologías mejoradas internacionalmente maduras para aumentar los márgenes de seguridad, agregar medidas de seguridad para hacer frente a accidentes graves, mejorar la seguridad y mejorar la eficiencia económica al aumentar la capacidad de una sola máquina y utilizar economías de escala. Compensar la reducción de la economía debido a una mayor seguridad.
La característica del tipo innovador es que, sobre la base de tecnología madura, adopta seguridad pasiva que se basa en las leyes de la naturaleza (gravedad, circulación natural, etc.), simplifica el sistema y reduce el equipo. , lo que no sólo mejora la seguridad sino que también mejora la economía.
Tipo revolucionario, introduciendo el concepto de seguridad inherente en el diseño, eliminando fundamentalmente la posibilidad de accidentes.
Varios modelos desarrollados a partir de ideas de diseño revolucionarias se han enfrentado a importantes desafíos técnicos y aún están lejos de su madurez. El representante de la unidad innovadora es el AP-600. Debido a la dificultad de adoptar un sistema de seguridad pasiva, maduró más tarde que la unidad mejorada. La investigación y el desarrollo de unidades mejoradas son relativamente simples, como el Sistema 80, ABWR, EPR, etc., que están madurando. Entre ellas, ABWR ha construido y operado con éxito 2 unidades.
2 Las últimas tendencias en el desarrollo de la tecnología nuclear
2.1 Tendencias en la recuperación de la energía nuclear
(1) El gobierno estadounidense ha promulgado una nueva política energética para reactivar la energía nuclear. El 17 de mayo de 2001, el presidente estadounidense Bush promulgó una nueva política de energía nuclear estadounidense, afirmando que "debe desarrollarse una energía nuclear limpia y de recursos limitados". La política energética proponía "hacer de la expansión de la energía nuclear una parte importante de la economía nacional". "Política energética" y propuso algunas políticas específicas para impulsar la recuperación y el desarrollo de la energía nuclear. La Comisión Reguladora Nuclear de Estados Unidos debe hacer de la seguridad y la protección ambiental las condiciones más importantes en el proceso de aprobación de solicitudes de licencia para nuevos reactores avanzados. La Comisión Reguladora Nuclear debe promover que las empresas de energía nuclear mejoren la seguridad de las centrales nucleares existentes y aumenten la generación de energía. Exigir a la Comisión Reguladora Nuclear que vuelva a emitir licencias para las centrales nucleares existentes para cumplir o superar los estándares de seguridad. Se propone desarrollar la próxima generación de tecnología nuclear y un ciclo avanzado del combustible nuclear, y reexaminar la investigación sobre los métodos de procesamiento del combustible nuclear, de modo que haya menos desechos nucleares y fuertes capacidades de prevención de la proliferación nuclear que no fomenten la acumulación; y separación del plutonio será necesario desarrollar métodos limpios, eficientes, de bajo desperdicio y de no proliferación para el tratamiento y eliminación del combustible gastado para la proliferación nuclear. En la Conferencia sobre Energía Nuclear celebrada en mayo de 2001, la industria nuclear estadounidense propuso el objetivo de añadir 50 millones de kW de capacidad instalada de energía nuclear para 2020. A principios de agosto de 2001, la Cámara de Representantes de Estados Unidos aprobó el proyecto de ley "Asegurar la energía futura de Estados Unidos", que apoya la construcción de nuevas unidades de energía nuclear en plantas de energía nuclear existentes, aumenta los gastos nacionales de investigación en energía nuclear y aumenta la financiación de la energía nuclear. ciencias e ingeniería nuclear en diversas universidades. Financiamiento de la educación y gastos de investigación.
(2) A finales de enero de 2001, Nick Maturin, Viceministro del Ministerio Ruso de Energía Atómica, dijo: "Las regiones rusas europeas pronto enfrentarán una crisis de escasez de energía, y la única solución del gobierno es "Para evitar posibles crisis energéticas, Rusia planea construir 40 reactores nucleares hasta 2020."
(3) Para cumplir con el compromiso del gobierno japonés de reducir las emisiones de CO2, la Agencia Japonesa de Recursos Naturales y Energía propuso que Japón construyera 13 nuevas plantas de energía nuclear (aproximadamente 16,94 millones de kW) entre 2001 y 2010. Entre ellos, hay 10 reactores de agua en ebullición (alrededor de 12,95 millones de kW, 8 ABWR y 2 BWR) y 3 reactores de agua a presión (alrededor de 3,99 millones de kW, 2 APWR y 1 PWR). Desde 2011, también está previsto construir siete centrales nucleares con una capacidad total de aproximadamente 8,48 millones de kW, incluidas cinco ABWR y dos BWR.
2.2 Propuesta del concepto de tecnología nuclear de cuarta generación
El concepto de tecnología nuclear de cuarta generación fue propuesto por primera vez por el Departamento de Energía de la administración Clinton de los Estados Unidos. Estados Unidos en junio de 1999 y recibió apoyo de algunos países.
(1) El concepto de tecnología de energía nuclear de cuarta generación
Las centrales nucleares de verificación construidas en las décadas de 1950 y 1960 se denominan la primera generación en las décadas de 1970 y 1980, estandarización; , serialización, Las centrales nucleares construidas en lotes se denominan segunda generación; la tercera generación se refiere a los reactores avanzados de agua ligera que se desarrollaron e investigaron en la década de 1990; la tecnología de energía nuclear de cuarta generación se refiere a la tecnología de energía nuclear que se desarrollará; Su principal característica es prevenir la proliferación nuclear y tiene un mejor rendimiento económico, alta seguridad y baja generación de residuos.
(2) El propósito de desarrollar tecnología de energía nuclear de cuarta generación
El gobierno de EE. UU. no está satisfecho con la tecnología de energía nuclear de tercera generación investigada y desarrollada conjuntamente por la industria de la energía nuclear. : no considera prevenir Los requisitos para la proliferación nuclear no son lo suficientemente económicos. Para reforzar los requisitos para prevenir la proliferación nuclear y mejorar aún más la eficiencia económica, se propone investigar y desarrollar centrales nucleares de cuarta generación.
(3) Requisitos de rendimiento de la tecnología de energía nuclear de cuarta generación
En mayo de 2000, el Departamento de Energía de Estados Unidos inició y organizó a unos 100 expertos de todo el mundo. El Laboratorio Argonne mantuvo un debate y propuso 14 requisitos básicos para las centrales nucleares de cuarta generación. Hay tres cosas a considerar en términos económicos: Costos de generación de energía competitivos, con un costo de generación de energía en barra colectora de 3 centavos/kWh; Riesgo de inversión aceptable, con una inversión de menos de $1000/kW; tiempo de construcción (desde el vertido del primer tanque de concreto); hasta las pruebas de arranque del reactor) menos de 3 años.
Hay cinco elementos sobre la seguridad nuclear y la seguridad radiológica: probabilidad muy baja de daño al núcleo; se ha verificado cualquier causa inicial creíble de accidente y no se producirán daños graves al núcleo; minimizar la tolerancia al error humano; exposición a la radiación tanto como sea posible. Hay tres puntos sobre los residuos nucleares: debe haber una solución completa; la solución debe ser aceptada por el público y la cantidad de residuos debe ser mínima; Hay tres puntos con respecto a la no proliferación nuclear: es menos atractiva para los proliferadores de armas; tiene fuertes capacidades de no proliferación nuclear internas y externas y necesita ser evaluada en cuanto a no proliferación nuclear;
Como se puede ver en lo anterior, los requisitos para las centrales nucleares de cuarta generación resaltan la cuestión de prevenir la proliferación nuclear y no consideran las cuestiones del ciclo del combustible nuclear y los recursos nucleares, y estas dos cuestiones son importantes cuestiones relacionadas con el desarrollo sostenible de la energía nuclear.
(4) Supuesto progreso en el desarrollo
La tarea principal actual es estudiar y determinar los requisitos de rendimiento de la energía nuclear de cuarta generación, que se irán refinando gradualmente desde requisitos principales hasta indicadores específicos. Sobre esta base, a continuación realizaremos investigación y desarrollo de tipos de reactores. Se espera que una o varias centrales eléctricas de demostración estén terminadas y puestas en funcionamiento antes de 2020 y se promueva la construcción después de 2030. Durante el período comprendido entre 2001 y 2030, se construirán varias unidades de energía nuclear con reactores avanzados de agua ligera de tercera generación.
(5) Progreso actual
En la actualidad, este trabajo aún se encuentra en la etapa inicial, y los debates teóricos y políticos están a cargo principalmente de profesores universitarios y expertos de unidades de investigación científica. Los requisitos del índice de desempeño propuestos son solo en principio, y aún queda mucho trabajo por profundizar y debe ser revisado y aprobado por todos los aspectos. Todavía queda un largo camino por recorrer antes de que se realice una selección sustancial de tipos de reactores y se realicen investigaciones y desarrollos sustanciales sobre los tipos de reactores. Es demasiado pronto para llamar a un determinado tipo de reactor un tipo de reactor de energía nuclear de cuarta generación.
2.3 Algunas nuevas tendencias en el desarrollo de modelos nucleares
(1) Tras la alianza entre Westinghouse y ABB-CE, la AP-600 se basó en el diseño final aprobado por la Comisión Reguladora Nuclear de EE. UU. y el Sistema 80, propusieron el concepto de AP-1000. Utilizando los conceptos de diseño de seguridad pasiva y mejora simplificada del AP-600, junto con la idea de diseño de doble bucle del sistema 80, los 600.000 kW del AP-600 se amplían a 1 millón de kW, utilizando dos bucles de 500.000 kW. Combinar la simplificación del diseño y la ampliación de escala para mejorar la economía de la energía nuclear.
(2) Mitsubishi Corporation de Japón propuso recientemente desarrollar un modelo de reactor de agua a presión de la central nuclear NP-21 del siglo XXI, con una capacidad unitaria única de 1,5 millones a 1,7 millones de kW, cuatro bucles, y un dispositivo de generación de vapor horizontal.
(3) Rusia ha propuesto recientemente el desarrollo de un modelo de reactor de agua a presión de 1,5 millones de kW con cuatro bucles, un sistema pasivo de eliminación del calor residual y un generador de vapor de bobina vertical.
(4) Basándose en la introducción de la tecnología de energía nuclear System 80 de ABB-CE, Corea del Sur propuso de forma independiente el concepto de una central nuclear CP-1300 con reactor pasivo de agua a presión a gran escala, adoptando la seguridad pasiva de Westinghouse. concepto de sistema y adopta el diseño de doble circuito ABB-CE.
(5) Las negociaciones contractuales para la importación por parte de la India de unidades de energía nuclear con reactores de agua a presión de Rusia de un millón de kilovatios se han completado básicamente y se implementarán después de la finalización de la planta de energía nuclear de Tianwan en mi país. La unidad se basa en la central nuclear de Tianwan de mi país como referencia y se debe agregar un sistema pasivo de eliminación de calor residual.
(6) Sudáfrica propuso el concepto de diseño de reactor modular de lecho de guijarros de alta temperatura refrigerado por gas, que ha despertado gran repercusión internacional debido a su alta eficiencia térmica, buena economía y buena seguridad. Sin embargo, las importantes tecnologías clave de los reactores refrigerados por gas de alta temperatura aún no han sido verificadas por la ingeniería, y el combustible gastado de este tipo de reactor es difícil de manipular y eliminar. Además, el desarrollo de reactores de alta temperatura refrigerados por gas también implicará la ruta técnica del sistema del ciclo del combustible nuclear.
3 Tendencias en el desarrollo de la tecnología de energía nuclear en el mundo
3.1 La mejora de la seguridad y la mejora de la economía se han convertido en las principales tendencias en el desarrollo de la tecnología de energía nuclear
En la competencia en el mercado de la energía nuclear, a La clave para un modelo que pueda mantener un desarrollo sostenido y estable sin ser eliminado por la competencia del mercado es garantizar la seguridad y ser económicamente competitivo.
En los últimos diez años, los documentos de requisitos de usuario (URD, EUR) que guían el desarrollo de la tecnología de la energía nuclear, los últimos requisitos de rendimiento para las centrales nucleares de cuarta generación y la nueva política energética recientemente promulgada por los Estados Unidos han pasado por un proceso de línea principal, que es mejorar la seguridad, mejorar la economía y luchar por la mejor economía cumpliendo con determinados requisitos de seguridad. Por ejemplo, la probabilidad de fusión del núcleo es lt; 1,0×10-5/año de reactor, la probabilidad de liberación radiactiva masiva es lt; 1,0×10-6/año de reactor y el margen de seguridad térmica del combustible es ≥15, etc.
3.2 Extender la vida útil de las centrales nucleares existentes ha sido una acción práctica adoptada por países de todo el mundo.
Económicamente, extender la vida útil de las centrales nucleares es más económico que construir nuevas. centrales nucleares. Desde el punto de vista de la viabilidad, se han demostrado técnica y económicamente medidas como la rápida sustitución de los componentes del reactor y la ampliación de su vida útil. La mayoría de las unidades de centrales nucleares con una vida útil de diseño original de 40 años pueden ampliarse a 60 años. En la actualidad, Estados Unidos, Reino Unido, Japón y otros países han realizado muchos trabajos de investigación y verificación sobre la extensión de la vida, y han aprobado la extensión de la vida mediante la revisión de las autoridades de seguridad nuclear.
3.3 La capacidad unitaria única continúa desarrollándose hacia un desarrollo a gran escala
Para mejorar la economía de las centrales nucleares, continúa desarrollándose hacia un desarrollo a gran escala: Rusia propuso la el concepto de construir una unidad de reactor de agua a presión de 1,5 millones de kW; Mitsubishi Corporation de Japón propuso construir una unidad de reactor de agua a presión de 1,5 a 1,7 millones de kW; Toshiba e Hitachi de Japón propusieron el concepto de construir un ABWR-II de 1,7 millones de kW; de Estados Unidos también propuso a AP basándose en el desarrollo AP-600-1000.
3.4 Utilice sistemas de seguridad pasiva, simplifique los sistemas y reduzca el equipo para mejorar la seguridad.
Los últimos conceptos de diseño propuestos por países de todo el mundo generalmente agregan sistemas de seguridad pasiva al diseño original. de reemplazar el sistema de seguridad activa original, no perseguimos el uso de todos los sistemas de seguridad pasiva, sino que determinamos qué sistemas de seguridad pasiva usar en función de la madurez de la tecnología y el grado de mejora en la seguridad y el desempeño económico del sistema. unidad, es decir, una mezcla de sistemas de seguridad de tipo pasivo y activo.
3.5 Para facilitar el ajuste y disposición del sistema de seguridad en el reactor, generalmente se utilizan dos o cuatro bucles pares
Antes, un millón de kilovatios Las unidades generalmente utilizaban tres bucles, cada uno de ellos de 300.000 kW. Sin embargo, algunos conceptos de diseño propuestos recientemente utilizan bucles pares y la capacidad de cada bucle se determina en función de la capacidad total diseñada de una sola máquina y no se limita a 300.000 kW por bucle. Por ejemplo, el AP-1000 en Estados Unidos es un circuito de doble bucle, cada bucle es de 500.000 kW; el CP-1300 en Corea del Sur también es un circuito de doble bucle, cada bucle es de 650.000 kW; el Mitsubishi NP-21; en Japón tiene una capacidad unitaria única de 1,5 millones a 1,7 millones de kW, cuatro bucles, cada uno con 375.000 o 425.000 kW; el concepto de diseño ruso de 1,5 millones de kW también tiene cuatro bucles, cada uno con 375.000 kW. La razón principal para tomar un número par de bucles es que es más fácil y mejor disponer el sistema de seguridad en el recipiente a presión.
3.6 Digitalización de los sistemas de control de instrumentos (I&C) y modularización de la construcción
Los nuevos modelos de energía nuclear propuestos por los proveedores de equipos nucleares de todo el mundo son, sin excepción, un sistema de control de instrumentos totalmente digital se adopta y se desarrolla aún más en la dirección de la inteligencia. La N4 de Francia y las dos unidades ABWR de Japón tienen sistemas de control de instrumentos totalmente digitales. La unidad de nuevo diseño adopta un sistema de control de instrumentos totalmente digital.
Para acortar el período de construcción y mejorar la eficiencia económica, la construcción de energía nuclear ha roto con el método original y se ha desarrollado en la dirección de la modularización. En las condiciones de diseño y modularización estandarizados, la cantidad de fabricación e instalación en fábrica aumenta y la cantidad de construcción en el sitio se reduce mediante el transporte, elevación y empalme de módulos grandes. Esta es la última nueva tecnología adoptada por la nueva generación de modelos. Dos unidades ABWR construidas conjuntamente por la empresa GE de Estados Unidos y Japón han adoptado con éxito esta tecnología.
3.7 Desarrollar tecnología de reactores de neutrones rápidos y establecer un ciclo cerrado del combustible nuclear para lograr un desarrollo sostenible de la energía nuclear.
Los principales países industrializados han establecido sus propias tecnologías y sistemas de ciclo del combustible nuclear y lo han hecho. Básicamente, se ha dominado la tecnología de los reactores reproductores rápidos, pero debido a varios factores, algunos países han detenido el desarrollo de ingeniería de reactores rápidos. Hasta ahora, Estados Unidos, que ha sido pionero mundial en el desarrollo de tecnología de reactores rápidos, ha detenido la construcción de reactores rápidos antes, pero ahora está estudiando si reiniciar el reactor de prueba de irradiación de neutrones rápidos FFTF, y también está involucrado en investigaciones relacionadas. a la tecnología de reactores rápidos. Francia está estudiando el uso de la central eléctrica del reactor rápido Phoenix para quemar actínidos y productos de fisión de larga duración.
Rusia es el país más entusiasta y optimista sobre la tecnología de reactores rápidos. Considera el desarrollo de reactores rápidos y la implementación de tecnología y sistemas de ciclo cerrado de combustible como la piedra angular de su estrategia de desarrollo de energía nuclear en el primero. Se lanzó un programa para la central eléctrica de reactor rápido BN-800, que había estado congelada desde 1989, y se inició el diseño del BN-1600.
La política energética recientemente promulgada por Estados Unidos propone el estudio de ciclos avanzados del combustible nuclear, que cambiarán el pasado ciclo del combustible de una sola vez sin reprocesar el combustible gastado. Estados Unidos, Gran Bretaña, Francia, Alemania, Japón y otros países están estudiando un sistema de ciclo de combustible avanzado (Ciclo de combustible avanzado) que procesa directamente combustible mixto de uranio y plutonio que cumple con los requisitos de las centrales nucleares de reactor rápido sin separar uranio y plutonio. De esta manera, el desarrollo de la energía nuclear cumple con los requisitos del desarrollo sostenible y la prevención de la proliferación nuclear.
3.8 El reactor modular de alta temperatura refrigerado por gas ha llamado la atención
La Compañía Estatal de Electricidad de Sudáfrica (ESKOM) propuso un diseño de reactor modular de alta temperatura refrigerado por gas, que ha recibido Gran respuesta a nivel internacional. Al utilizar combustible de partículas recubiertas resistentes a altas temperaturas, no habrá accidentes por fusión del núcleo, moderación del grafito, helio como refrigerante y un coeficiente de temperatura negativo durante toda su vida. Es un modelo con excelente rendimiento de seguridad. Debido al uso de circulación directa de turbina de helio de alta temperatura, la eficiencia térmica es alta; el sistema de seguridad pasiva simplifica el sistema; se utiliza el ciclo de un solo paso y el combustible gastado no se reprocesa, por lo que tiene una mejor economía. Sin embargo, este modelo todavía tiene algunas tecnologías clave importantes, como las turbinas de helio de alta temperatura y alta presión, que no han sido verificadas por la ingeniería. En particular, la tecnología de posprocesamiento del combustible gastado es muy difícil de lograr la conversión y proliferación de. Materiales fisionables. Los materiales fisionables y el actinio que contiene son muy difíciles de manipular y eliminar, y no cumplen con los requisitos del desarrollo sostenible en términos de recursos y medio ambiente. Dado que este tipo de reactor tiene muchas ventajas y ha atraído la atención internacional, también deberíamos prestarle atención.
4 Inspiración para el desarrollo de la tecnología de energía nuclear en mi país
(1) Para desarrollar la energía nuclear en mi país, debemos desarrollar una nueva generación de modelos más seguros y económicos
Mejorar la seguridad La seguridad y la mejora de la economía son cuestiones que deben resolverse en el desarrollo de la energía nuclear nacional e internacional. El problema de la aceptación pública del desarrollo de la energía nuclear causado por el accidente de Three Mile Island y el accidente de la energía nuclear de Chernobyl se ha convertido en el mayor obstáculo para el desarrollo de la energía nuclear en el mundo si no existe un modelo de energía nuclear con mayor seguridad que reemplace al actual. modelo actual, y Sin reconocimiento público, es imposible que la energía nuclear se desarrolle de manera sostenible y estable. Para nuestro país, si nos quedamos al nivel de Guangdong Daya Bay M310, el desarrollo de la energía nuclear será muy difícil y no habrá futuro, porque la seguridad de M310 está lejos de los documentos de requisitos del usuario (URD, EUR, etc. .), y económicamente también es difícil competir con la energía térmica convencional. El desarrollo de la energía nuclear en nuestro país debe ajustarse a la tendencia del desarrollo internacional y desarrollar una nueva generación de modelos más seguros y económicos.
(2) Se debe seguir la ruta técnica para la energía nuclear con reactores de agua a presión.
A principios de la década de 1980, se llevó a cabo conjuntamente la Política Técnica para el Desarrollo de la Energía Nuclear en mi país. por la Comisión Estatal de Planificación y la antigua Comisión Estatal de Ciencia y Tecnología. La reunión de demostración determinará la ruta técnica para el desarrollo de la energía nuclear con reactores de agua a presión, que luego será aprobada por el Consejo de Estado para su promulgación e implementación.
La práctica de mi país en los últimos 20 años y las últimas tendencias internacionales en el desarrollo de la tecnología de energía nuclear han demostrado que el camino de mi país hacia el desarrollo de la tecnología de energía nuclear con reactores de agua a presión es correcto. Ha logrado avances significativos en el desarrollo de la tecnología de energía nuclear con reactores de agua a presión. estableció una mejor base de tecnología científica e industrial ha cultivado un equipo de diseño e investigación científica de apoyo sólido y profesional. Las nuevas unidades de energía nuclear de China deben aprovechar plenamente la base tecnológica establecida en mi país para los reactores de agua a presión y seguir inquebrantablemente la ruta técnica de la energía nuclear con reactores de agua a presión, que no debe cambiarse fácilmente.
En cuanto a los reactores de alta temperatura refrigerados por gas, aunque hay una fuerte demanda dentro y fuera del país y tienen muchas ventajas, todavía hay muchos factores inciertos y las condiciones para desarrollar este tipo de El reactor aún no está disponible.
En cuanto al reactor avanzado de agua en ebullición ABWR, es un buen tipo de reactor. Si nuestro país empieza desde cero, podemos plantearnos desarrollar este tipo de reactor. En vista de que mi país tiene una base y una experiencia considerables en el desarrollo de reactores de agua a presión, las ventajas de los ABWR sobre los reactores de agua a presión no son suficientes para impulsarnos a abandonar los reactores de agua a presión y cambiar a los ABWR.
(3) la nueva generación de modelos de energía nuclear de mi país debe cumplir con los requisitos de los usuarios internacionales.
la nueva generación de modelos de energía nuclear de mi país debe ajustarse a la tendencia de desarrollo de la energía nuclear mundial y cumplir con los requisitos internacionales. Algunos usuarios en Internet solicitan archivos, como URD en Estados Unidos, EUR en Europa, etc. Por supuesto, nuestro país debe combinar estos documentos internacionales de requisitos de usuario con las condiciones reales de nuestro país y formular documentos de requisitos de diseño que cumplan con las condiciones reales de nuestro país. La nueva generación de modelos de energía nuclear debe cumplir con nuestros propios documentos de requisitos de diseño. Es necesario esforzarse por lograr la mejor economía bajo la premisa de cumplir con los requisitos de seguridad nuclear del documento de requisitos de diseño.
(4) La nueva generación de modelos de energía nuclear debería considerar el uso de reactores de agua a presión con sistemas simplificados, sistemas pasivos de control de instrumentos digitales y tecnología modular.
De acuerdo con el desarrollo de los estudios nucleares internacionales Tendencia de la tecnología energética, las nuevas unidades de energía nuclear de China deberían considerar el uso de sistemas de seguridad pasiva para simplificar el diseño, mejorar la seguridad y mejorar la economía, pero no perseguir toda la seguridad pasiva, sino buscar la verdad a partir de los hechos basándose en los beneficios y posibilidades que se pueden lograr después. mejoras. Tomar una decisión. El uso de tecnología modular puede acortar el ciclo de construcción y mejorar la economía. Los sistemas de control de instrumentos digitales son medidas importantes para mejorar la seguridad, la confiabilidad operativa y la economía de la energía nuclear.
(5) Preste mucha atención a la investigación y el desarrollo de una nueva generación de modelos de energía nuclear para alcanzar el ritmo del desarrollo mundial de la energía nuclear.
Según el National Economic and Plan de Desarrollo Social del Décimo Plan Quinquenal de la Comisión Estatal de Planificación De acuerdo con los requisitos de "autodesarrollo de una nueva generación de centrales nucleares" planteados en el "Plan Especial de Desarrollo Energético" y la tendencia de desarrollo de energía nuclear en el mundo, debemos acelerar la investigación y el desarrollo de modelos de energía nuclear de nueva generación y esforzarnos por completar la investigación y el desarrollo de los modelos antes de 2010. trabajo y cumplir las condiciones para el primer proyecto de reactor. Desde el comienzo del "Duodécimo Plan Quinquenal" hasta el final del "Duodécimo Plan Quinquenal" o el comienzo del "Decimotercero Plan Quinquenal", se completará la construcción y puesta en servicio del primer proyecto de reactor. y se implementará una construcción estandarizada y en lotes. Esto generalmente mantendrá el ritmo del desarrollo mundial de la energía nuclear.