|
Aktualności
|
|
Informacje
Numery
Numer 03/2004
Energetyka jądrowa w Kanadzie. Specyficzny, kanadyjski typ reaktora
|
|
Kanada jest krajem o pięknej, surowej przyrodzie, którą otacza się szczególną troską i ochroną. Stąd też ok. 16 proc. energii elektrycznej wytwarzane jest w elektrowniach jądrowych, a w Ontario - najbardziej uprzemysłowionej prowincji kraju - aż 50 proc. Wykorzystanie energetyki jądrowej pozwoliło przez ostatnie 25 lat uniknąć wyemitowania do atmosfery ponad 1 mld t dwutlenku węgla, 32 mln t dwutlenku siarki oraz 8 mln t popiołów.
|
Mało kto wie, że Kanada posiada już prawie 60-letnią tradycję korzystania z energii jądrowej. Otóż decyzja o budowie reaktora jądrowego z moderatorem w postaci ciężkiej wody zapadła już 24 sierpnia1944 r. Rok później, tj. 5 września 1945 r. (a więc miesiąc po zrzuceniu bomby na Hiroszimę), w Chalk River w prowincji Ontario został uruchomiony pod kierownictwem francuskiego uczonego Lwa Kowarskiego reaktor jądrowy, zwany ZEEP (Zero Energy Experimental Pile). Jego moc termiczna początkowo wynosiła zaledwie 1 W, później została zwiększona do 250 W. To właśnie w tym reaktorze miała miejsce pierwsza w świecie poza Stanami Zjednoczonymi kontrolowana reakcja łańcuchowa.
Reaktor ZEEP, który pracował do 27 lipca 1970 r., stanowi obecnie obiekt muzealny. Następnie uruchomiono kolejne reaktory badawcze na bazie uranu naturalnego z moderatorem w postaci ciężkiej wody, już o znacznie większych mocach termicznych, tj. reaktor NRX (42 MWe) w 1947 r. i NRU (200 MWe) w 1957 r. - także w Chalk River. Ciężką wodę wyprodukowano w zakładach w miejscowości Trail, (Kolumbia Brytyjska), które to zakłady zostały uruchomione w styczniu 1944 r., jeszcze w ramach amerykańskiego programu budowy bomby atomowej „Programu Manhattan”.
W 1952 r. rząd kanadyjski powołał do życia instytucję AECL (Atomic Energy of Canada Limited), mającą na celu rozwój pokojowego wykorzystania energii jądrowej. W 1955 r. został zainicjowany program rozwoju reaktorów energetycznych do wytwarzania energii elektrycznej.
Kanada posiada przede wszystkim duży potencjał hydroenergetyczny oraz zasoby złóż ropy naftowej, gazu ziemnego i rud uranu. Historia wydobycia rud uranu sięga 1930 r., kiedy to zostały odkryte pierwsze złoża w Great Bear Lake (północno-zachodnie terytoria). Warto przypomnieć, iż rudę uranu wydobywano wówczas głównie w celu pozyskania cennego pierwiastka, jakim był rad. Jakkolwiek zasoby rudy uranowej w Kanadzie stanowią ok. 15 proc. światowych zasobów tego surowca, to obecnie ten kraj jest głównym producentem uranu w świecie. Wszystkie czynne kopalnie uranu (Key Lake, Rabbit Lake, Cluff Lake, McClean Lake i McArthur River) zlokalizowane są w prowincji Saskatchewan. Wydobycie uranu w Kanadzie w 2002 r. wyniosło 13 689 t, co stanowiło 33 proc. rynku światowego. Przewiduje się, iż ok. 2005 r. Kanada uzyska 50 proc. udział w światowej produkcji uranu.
Kanada dysponująca dużymi zasobami własnego uranu, poszła w kierunku konstrukcji reaktorów pracujących na uranie naturalnym. Stąd też narodził się specyficzny, kanadyjski typ reaktora jądrowego, moderowanego ciężką wodą (co wynika z zastosowania jako paliwa uranu naturalnego) - tzw. CANDU (CANada Deuterium Uranium). Pierwszy demonstracyjny reaktor tego typu NPD (Nuclear Power Demonstration), o mocy elektrycznej 24 MW, który rozpoczął długą ich serię został uruchomiony w Rolphton (prowincja Ontario). Z kolei pierwszy komercyjny prototypowy CANDU, o mocy 200 MWe, został uruchomiony w 1966 r. w Douglas Point nad jeziorem Huron w Bruce (prowincja Ontario). Był to reaktor kanałowy, ciśnieniowy w układzie poziomym, który stał się standardem dla budowanych w przyszłości reaktorów w Kanadzie. Bardzo istotną korzystną cechą reaktora CANDU jest możliwość ciągłej wymiany paliwa w czasie normalnej pracy reaktora. To zaś oznacza krótsze czasy postoju, niższe koszty operacyjne i większą elastyczność w planowaniu remontów. W latach 1971-73 uruchomiono cztery bloki o mocy 542 MWe każdy w elektrowni Pickering A, blisko Toronto (prowincja Ontario). Z kolei w 1977 r. uruchomiono również cztery bloki, ale o większej mocy (900 MWe każdy) w elektrowni Bruce A. Znaczny przyrost mocy w elektrowniach jądrowych nastąpił w latach 1980., kiedy uruchomiono blok o mocy 700 MWe w Point Lepreau w Nowym Brunszwiku, 700 MWe w Gentilly 2 nad rzeką St. Lawrance w Quebeku, cztery bloki o mocy 600 MWe każdy w elektrowni Pickering B oraz cztery bloki - każdy o mocy 935 MWe - w elektrowni Bruce B. Ostatnią elektrownią jądrową zbudowaną w Kanadzie była Darlington nad jeziorem Ontario (70 km od Toronto) z czterema jednostkami o mocy jak w Bruce B, czyli 935 MWe, uruchomioną w latach 1990-93.
Obecnie w Kanadzie pracuje 14 bloków jądrowych, a 6 bloków czasowo zostało wycofanych z eksploatacji w celu dokonania ich modernizacji (Pickering A nr 1, 2, 3 i 4 oraz Bruce nr 3 i 4). Warto przypomnieć, iż do niedawna elektrownia Bruce była największą elektrownią jądrową w świecie (8 bloków – 7276 MWe). Aktualnie wyprzedza ją japońska elektrownia Kashiwazaki-Kariwa (7 bloków - 8212MWe).
Lokalizacja bloków jądrowych w Kanadzie (stan na 31.12.2002 r.).
W Kanadzie wyłączonych z eksploatacji jest 5 bloków (tj.: NPD, Douglas, Gentilly-1 oraz Bruce A nr 1 i 2), przy czym w stadium likwidacji znajdują się trzy pierwsze bloki. Bloki CANDU charakteryzują się znakomitymi osiągami eksploatacyjnymi. Plasują się one często na pierwszej pozycji w światowych rankingach opartych o kryterium współczynnika obciążenia. Posiadają także znakomite osiągnięcia pod względem częstości awaryjnych wyłączeń, szczelności elementów paliwowych, ilości odpadów i wielkości uwolnień promieniotwórczych do środowiska. Spełniają odpowiednie wymagania pozwalające na budowanie takiego reaktora na terenach o podwyższonej aktywności sejsmicznej i tam, gdzie do chłodzenia skraplaczy dostępna jest tylko ciepła woda morska (cechy charakterystyczne lokalizacji elektrowni koreańskich). Ponadto większość elementów reaktora CANDU może być wytwarzana lokalnie na miejscu budowy, łącznie z kalandrą (odpowiednik dużego zbiornika ciśnieniowego w reaktorach typu PWR, BWR) i elementami paliwowymi.
W oparciu o wieloletnie doświadczenia z eksploatacji wymienionych bloków jądrowych dopracowano się dwóch standardów reaktorów kanadyjskich, tj. CANDU 6 i CANDU 9. Reaktory te zostały w zasadzie zaprojektowane do pracy samodzielnej, czyli jednoblokowej. Zasadnicza różnica między nimi dotyczy wielkości bloku: pierwszy to jednostka 700 MWe, drugi 900 MWe. W ślad za tym idzie oczywiście różna ilość paliwa jądrowego, odpowiednio 380 oraz 480 kanałów paliwowych. Same elementy paliwowe są tutaj znacznie krótsze niż w przypadku pozostałych typów reaktorów - ich długość wynosi 50 cm. Elementy te tworzą również zespół paliwowy, zwany w tym przypadku wiązką („bundle”). W jednym kanale reaktora CANDU znajduje się jednorazowo 12 takich wiązek, które stopniowo są przesuwane z jednego końca rury w drugi, ulegając w tym czasie „wypaleniu”. W sumie w reaktorze CANDU 6 podczas pracy znajduje się 4560 wiązek paliwa, a w reaktorze CANDU 9 odpowiednio 5760 wiązek. Te znacznie mniejsze i konstrukcyjnie prostsze wiązki paliwa, oznaczają niższe koszty ich wytwarzania, łatwiejsze operowanie nimi, jak również łatwiejszy transport. Tym samym możliwa jest ich produkcja bezpośrednio w krajach eksploatujących reaktory CANDU, tym bardziej że stosowany jest w nich uran naturalny, a nie wzbogacony.
Nowe projekty reaktorów CANDU zakładają 60-letni okres eksploatacji. Wszystkie ważniejsze standaryzowane elementy i układy elektrowni są zaprojektowane na okres 60 lat, (np. kalandra czy obudowa bezpieczeństwa) lub przewiduje się ich zastąpienie po upływie założonego czasu eksploatacji (30-40 lat), jak to jest w przypadku kanałów ciśnieniowych czy wytwornic pary. Podniesiono w nich także znacznie poziom bezpieczeństwa, a jednocześnie zmniejszono koszty eksploatacji i koszty remontów. W warunkach kanadyjskich energia elektryczna produkowana w reaktorach CANDU w prowincji Ontario jest tańsza niż produkowana w elektrowniach na paliwa kopalne (węgiel czy ropa naftowa).
Wypalone paliwo z reaktorów CANDU przechowywane jest najpierw w wodnych basenach przy reaktorze przez okres 5 do 10 lat, po czym jest ono składowane na sucho, gdyż nie wymaga intensywnego chłodzenia wodnego. AECL opracowało w tym celu specjalny system pośredniego składowania MACSTOR (Modular Air-Cooled Storage), który funkcjonuje już od 1995 r. przy elektrowni Gentilly 2. System ten możliwy jest do zastosowania w przypadku wszystkich typów reaktorów CANDU. Wypalone paliwo może być przechowywane w modułach MACSTOR przez okres 50 lat lub więcej, po czym winno być umieszczone w ostatecznym składowisku.
Z uwagi na stosowanie uranu naturalnego w swoich reaktorach, Kanada posiada własne fabryki ciężkiej wody w Tiverton i Hamilton (Ontario), a także instalację do produkcji trytu (Tritium Removal Facility) w Darlington. Tryt powstający podczas eksploatacji reaktorów ciężkowodnych jest odzyskiwany z ciężkiej wody. Instalacja w Darlington posiada zdolność produkcyjną przerobu ciężkiej wody w ilości 2 500 t rocznie, w wyniku czego uzyskuje się około 2,5 kg trytu o czystości większej niż 98 proc. Ciężka woda oraz tryt są dla Kanady również przedmiotem eksportu.
Energetyka jądrowa to dla Kanady także ważna dziedzina gospodarki; ponad 100 tys. miejsc pracy związanych jest z przemysłem jądrowym. W przemyśle wydobywczym uranu zatrudnionych jest ok. 2500 pracowników. W 1995 r. wartość sprzedaży uranu wynosiła ok. 1 mld dolarów, z czego ok. 85 proc. produkcji uranu przeznaczono na eksport, głównie do Stanów Zjednoczonych, Japonii oraz Europy Zachodniej. Technologia reaktorów CANDU jest także przedmiotem eksportu do wielu krajów świata. Pierwszy blok tego typu uruchomiono (poza Kanadą) w Argentynie w 1983 r., kolejne w Indiach, Pakistanie, Korei Południowej, Chinach, a ostatnio w Rumunii (Cernavoda), jako pierwszy blok tego typu w Europie.
|
|
|
|
