Poziom bezpieczeństwa i pasywność rozwiązań zastosowanych w technologii AP1000

Data dodania: poniedziałek, 31 października 2022, autor: nuclear.pl

– Dziś te elektrownie budowane są w zupełnie nowych technologiach, najnowszych technologiach. Ta na przykład amerykańska, o której rozmawiamy, pasywna, ona charakteryzuje się tym – ja tak w bardzo dużym uproszczeniu powiem – że w razie jakiegokolwiek ryzyka te reaktory zjeżdżają jak gdyby pod ziemię i nie ma ryzyka rozlania się tych substancji radioaktywnych – tłumaczył w programie „Strefa starcia” w TVP premier Mateusz Morawiecki.

Choć szef rządu z pewnością słusznie zwrócił uwagę na wysoki poziom bezpieczeństwa i pasywność rozwiązań zastosowanych w technologii AP1000, to sam ich opis okazał się nie tyle uproszczony, co mocno nieścisły. Skorzystajmy jednak z tej okazji, żeby wspomnieć o rozwiązaniach faktycznie zastosowanych w tej konstrukcji, bo są one unikalne i warte uwagi.

Reaktory generacji III co do zasady charakteryzują się znaczącymi ulepszeniami w obszarze bezpieczeństwa, przy jednoczesnym zachowaniu sprawdzonych zasadniczych rozwiązań technologicznych z generacji II. Usprawnienia w zakresie bezpieczeństwa szły w dwóch zasadniczych kierunkach. Jednym jest rozbudowa redundancji, czyli „mnożenie” systemów. W instalacjach II generacji typowo systemy bezpieczeństwa (a więc te, których zadaniem jest ograniczanie skutków zdarzeń awaryjnych) były dublowane. W konstrukcjach generacji III systemy są realizowane w trzech albo czterech „kopiach”. Drugim kierunkiem jest natomiast coraz szersze stosowanie systemów pasywnych, tj. takich, których zadziałanie nie wymaga ani zasilania, ani decyzji człowieka.

Różni dostawcy łączą oba te podejścia w różnych proporcjach. Konstruktorzy Westinghouse poszli bardzo mocno w stronę systemów pasywnych, opierając całą koncepcję odprowadzania ciepła z reaktora w sytuacjach awaryjnych o zjawisko konwekcji naturalnej. Założeniu temu podporządkowano całą konstrukcję obudowy bezpieczeństwa reaktora i jego zewnętrznego budynku, które pełnią rolę swoistego wymiennika ciepła. W sytuacji ciężkiej awarii (np. rozerwania obiegu pierwotnego) para wytworzona w rdzeniu reaktora uwalniana jest do wnętrza wykonanej ze stali obudowy bezpieczeństwa. Obudowa ta, przypominająca kształtem wewnętrzną kapsułę popularnego jajka z niespodzianką, chłodzona jest od zewnątrz powietrzem atmosferycznym przepływającym przez przestrzeń pomiędzy obudową a zewnętrznym żelbetowym budynkiem. Budynek ten jest odpowiednio ukształtowany, aby zapewnić naturalny przepływ powietrza przez tę przestrzeń. Dodatkowo obudowa jest od góry zraszana wodą zmagazynowaną w zbiorniku na szczycie budynku reaktora, co poprawia odbiór ciepła. Dzięki temu rozwiązaniu uwolniona z reaktora para może skroplić się na wewnętrznej powierzchni obudowy, a skropliny grawitacyjnie spływają do szybu reaktora zapewniając nieustający odbiór ciepła od rdzenia. W razie, gdyby doszło do stopienia rdzenia, pozostaje on w zbiorniku reaktora – odbiór ciepła przez jego ścianki jest wystarczający, by nie doszło do jego przetopienia się na zewnątrz. Koncepcja ta nazywana jest „in-vessel retention” (IVR) i stanowi alternatywę dla układów chwytaczy rdzenia, czyli specjalnych przestrzeni przeznaczonych do utrzymania stopionego rdzenia poza zbiornikiem reaktora (stosowanych np. we francuskim EPR czy rosyjskim WWER-1200). Zaprojektowany przez inżynierów Westinghouse układ ma zapewniać pasywny odbiór ciepła przez 72 godziny.

Koncepcję pasywnego odbioru ciepła inżynierowie Westinghouse zastosowali po raz pierwszy w konstrukcji AP600 z lat 90. Konstrukcja ta otrzymała homologację amerykańskiego dozoru jądrowego w 1999 roku, ale nie doczekała się zamówień. Dalszy rozwój konstrukcji doprowadził do powstania opartego o te same koncepcje większego reaktora AP1000 – tego, który został wybrany do realizacji w Polsce. Specyficzne rozwiązania pasywnego układu chłodzenia zarówno AP600, jak i AP1000, prowadzą do bardzo charakterystycznego kształtu budynku reaktora ze szczelinami zapewniającymi przepływ powietrza wokół górnej części oraz zbiornikiem wody na szczycie.

Choć szczególne rozwiązanie wykorzystujące skraplanie pary na wewnętrznej powierzchni obudowy bezpieczeństwa reaktora jest charakterystyczne dla konstrukcji Westinghouse, to istnieje więcej konstrukcji, w których odprowadzanie ciepła w sytuacjach awaryjnych jest całkowicie lub w dużej części pasywne. Całkowicie pasywne chłodzenie zostało zastosowane także przez inżynierów GE Hitachi w konstrukcji reaktora wodnego wrzącego ESBWR (nigdy nie zrealizowanej) a następnie przeniesione do „małego reaktora modułowego” BWRX-300. Chłodzenie pasywne jest też zastosowane w szeregu innych konstrukcji SMR, np. NuScale.