Программа устойчивого развития легководных реакторов - Light Water Reactor Sustainability Program
В Программа устойчивого развития легководных реакторов это правительство США исследования и разработки программа. Он направлен Министерство энергетики США и направлен на выполнение исследований и сбор данных, необходимых для получения лицензии на продление срока службы Америка текущие 104 производство электроэнергии атомные электростанции за 60 лет жизни. Практически все коммерческие атомные электростанции, вырабатывающие в настоящее время в Соединенных Штатах легководный реактор (LWR) растения, то есть они используют обычные (светлые) воды как Модератор и охлаждающая жидкость одновременно.
В основу проекта положено то, что в ближайшее время:
- спрос на электричество прогнозируется значительное увеличение
- У США есть цели значительно снизить выбросы углекислого газа
Во время его президентский кампания, Барак Обама заявил: "Атомная энергия представляет более 70% нашей неуглеродной электроэнергии. Маловероятно, что мы сможем достичь наших агрессивных климатических целей, если мы откажемся от использования ядерной энергии ».[1]Программа LWRS исходит из того, что электроэнергия от атомных электростанций в качестве нулевойуглерод источник, может и должен играть решающую роль как часть общего решения обеих этих потребностей. Программа LWRS фокусируется на четырех основных областях: Старение и деградация материалов, Передовые контрольно-измерительные приборы, технологии информации и систем управления, Усовершенствованное ядерное топливо для легководных реакторов, и наконец, Оценка запаса прочности с учетом рисков.
Прогнозируемое увеличение спроса
Внутренний спрос на электроэнергия ожидается, что с 2009 по 2035 год вырастет более чем на 30%. В то же время большинство действующих в настоящее время атомных электростанций начнут достигать конца своего первоначального 20-летнего продления их первоначальной 40-летней лицензии на эксплуатацию в течение всего 60 лет работы. Согласно одному исследованию,[2]к 2030 году спрос вырастет на 30-40%. Другие исследования [3] предполагают даже более высокий рост в мире в целом: более 80% к 2035 году.
Цели по снижению выбросов углекислого газа
Президент Обама разъяснил национальную позицию США по выбросы углекислого газа на веб-сайте Белого дома, в котором говорилось: «Мы должны принять немедленные меры, чтобы уменьшить углеродное загрязнение, которое угрожает нашему климату и поддерживает нашу зависимость от ископаемое топливо."[4]Президент поставил цель сократить парниковый газ к 2050 году выбросы на 80% ниже уровня 1990 года.
Где это происходит
Национальная лаборатория Айдахо (INL) рядом Айдахо-Фолс, Айдахо и Национальная лаборатория Окриджа (ORNL) - основные задействованные исследовательские центры. Другие лаборатории и университеты по всей стране участвуют в определенных частях исследования (см. Ниже).
Кто участвует
Программный менеджмент
- Тревор Кук, директор федерального проекта программы LWRS
- Брюс П. Холберт, директор, Офис технической интеграции программы LWRS
- Дональд Л. Уильямс младший, заместитель директора, Офис технической интеграции программы LWRS
- Кэти Дж. Барнард, операционный менеджер, отдел технической интеграции программы LWRS
- Кейт Дж. Леонард, руководитель направления, Старение и деградация материалов
- Брюс П. Холберт, ведущий специалист, Advanced Instrumentation, Information and Control Systems Technologies
- Кертис Л. Смит, Характеристика маржи безопасности с учетом рисков
- Митчелл Т. Фармер, Reactor Safety Technologies
Правительство
- Министерство энергетики США Управление ядерной энергии
- НАС. Комиссия по ядерному регулированию
Национальные лаборатории
- Национальная лаборатория Айдахо (INL)
- Национальная лаборатория Окриджа (ORNL)
- Тихоокеанская Северо-Западная национальная лаборатория (PNNL)
- Сандийские национальные лаборатории (SNL)
Связанные программы исследований и разработок Департамента энергетики
- Расширенный испытательный реактор (ATR) Национальный научный пользовательский фонд
- Центр перспективных энергетических исследований (CAES)
- Консорциум расширенного моделирования LWR (CASL)
Промышленность
Университеты
- Калифорнийский государственный университет, Сан-Бернардино
- Колорадская горная школа
- Технологический институт Джорджии
- Государственный университет Миссисипи
- Государственный университет Миссури
- Массачусетский Институт Технологий
- Государственный университет Огайо
- Государственный университет Орегона
- Техасский университет A&M
- Калифорнийский университет в Беркли
- Калифорнийский университет Санта-Барбары
- университет Мичигана
- Университет Висконсина, Мэдисон
Международный
- Прогноз жизни на АЭС в Европе
- Организация экономического сотрудничества и развития (Проект реактора Халдена)
- Международное агентство по атомной энергии Plant Life Management
- Международный форум по управлению старением реакторов
- Институт старения материалов
- Комитет Агентства по атомной энергии по безопасности ядерных установок
- Организация экономического сотрудничества и развития
- Американо-аргентинская рабочая группа по двусторонней энергетике
Основные технические области исследований и разработок
Старение и деградация материалов
Программа «Путь старения и деградации материалов» проводит исследования с целью разработки научной основы для понимания и прогнозирования поведения материалов на атомных электростанциях в отношении ухудшения состояния окружающей среды в долгосрочной перспективе. Предоставлять данные и методы для оценки характеристик систем, конструкций и компонентов, необходимых для безопасной и устойчивой эксплуатации АЭС, обеспечивая ключевую информацию как для регулирующих органов, так и для промышленности.
Фон
Ядерные реакторы представляют собой очень сложную среду обслуживания. Компоненты в защитной оболочке работающего реактора должны выдерживать воздействие воды с высокой температурой, нагрузки, вибрации и интенсивного нейтронного поля. Деградация материалов в этой среде может привести к снижению производительности и, в некоторых случаях, внезапному отказу.
Очевидно, что в сложных условиях эксплуатации ядерный реактор может повлиять на способность широкого спектра материалов выполнять свои функции в течение продолжительных периодов эксплуатации. Регулярный надзор и мероприятия по ремонту / замене могут смягчить воздействие этой деградации; однако отказы все равно случаются.
Хотя потенциально все компоненты можно заменить, решение о простой замене компонентов может оказаться непрактичным или наиболее экономически выгодным вариантом. Таким образом, понимание, контроль и уменьшение процессов деградации материалов, а также создание прочной технической основы для долгосрочного планирования необходимых замен являются ключевыми приоритетами для расширенной эксплуатации АЭС и соображений повышения мощности.
Цель и цели
Программа «Путь старения и деградации материалов» предусматривает исследования во многих областях материаловедения и технологий, и все они поддерживают множество Департамент энергетики миссии и предоставление уникального вклада в оценку продления срока службы АЭС, дополняя научно-исследовательские работы ядерной промышленности и регулирующих органов. Стратегические цели этого пути - разработать научную основу для понимания и прогнозирования поведения материалов на атомных электростанциях в области экологической деградации в долгосрочной перспективе, а также предоставить данные и методы для оценки характеристик систем, структур и компонентов, необходимых для безопасной и устойчивой ядерной энергетики. работы электростанции.
Министерство энергетики (через Путь старения и деградации материалов) участвует в этой исследовательской и опытно-конструкторской деятельности, чтобы обеспечить улучшенное понимание механизмов основных режимов деградации и достаточные экспериментальные данные для обеспечения и проверки эксплуатационных пределов; предоставить новые методы мониторинга деградации; и разработать передовые методы смягчения последствий для повышения производительности, надежности и экономики.
Передовые технологии контрольно-измерительных, информационных и управляющих систем
Продвинутый Приборы Технологии информационных систем и систем управления Pathway проводит исследования для разработки, демонстрации и развертывания новых цифровых технологий для архитектур контрольно-измерительных приборов и управления, а также предоставляет возможности мониторинга для обеспечения непрерывной безопасной, надежной и экономичной эксплуатации действующих атомных электростанций страны.
Фон
Надежные контрольно-измерительные приборы, информационные технологии и системы управления необходимы для обеспечения безопасной и эффективной эксплуатации парка LWR в США. Эти технологии влияют на все аспекты работы атомной электростанции и ее баланса. Современные приборы и интерфейс человек-машина используют аналоговые системы в ядерной энергетике. Эти системы, хотя в других отраслях и считаются устаревшими, продолжают надежно функционировать, но не позволяют коммунальным предприятиям в полной мере использовать преимущества цифровых технологий для повышения производительности. Помимо систем управления, необходимы новые технологии для мониторинга и определения характеристик эффектов старения и деградации в критических областях ключевых систем, структур и компонентов. Целью этих усилий является разработка, демонстрация и развертывание новых цифровых технологий для контрольно-измерительной информации и архитектур управления, а также обеспечение возможностей мониторинга для обеспечения непрерывной безопасной, надежной и экономичной эксплуатации 104 атомных электростанций страны.
Цель и цели
Целью программы Advanced Instrumentation, Information and Control Systems Technologies Pathway является обеспечение модернизации устаревших контрольно-измерительных систем информации и систем управления таким образом, чтобы создать бесшовную цифровую среду, охватывающую все аспекты эксплуатации и поддержки предприятия, - создание трехмерного информационная архитектура, объединяющая производственные системы, производственные процессы и заводских рабочих во множество взаимосвязанных технологий.
Оценка запаса прочности с учетом рисков
Путь к характеристике запаса безопасности с учетом рисков проводит исследования для разработки и внедрения подходов для поддержки управления неопределенностью в количественной оценке запаса безопасности для улучшения процесса принятия решений для атомных электростанций. Этот путь (1) разработает и продемонстрирует метод оценки риска, связанный с количественной оценкой запаса безопасности, и (2) создаст передовые инструменты для оценки безопасности, которые позволят более точно представить запас безопасности атомной электростанции.
Фон
Безопасность имеет ключевое значение для проектирования, лицензирования, эксплуатации и экономика атомных электростанций. По мере того, как нынешние атомные электростанции LWR устаревают более 60 лет, появляются возможности для увеличения частоты отказов систем, конструкций и компонентов, которые инициируют важные для безопасности события, уменьшают существующие возможности смягчения последствий аварий или создают новые режимы отказов. Проектировщики АЭС обычно «чрезмерно проектируют» части атомных электростанций и обеспечивают надежность в виде избыточных и разнообразных технических средств безопасности, чтобы гарантировать, что даже в случае далеко за пределами проектной базы сценариев, здоровье и безопасность населения будут защищены с очень высокой степенью уверенности.
Способность лучше охарактеризовать и количественно оценить запас прочности является ключом к более эффективному принятию решений о конструкции LWR, эксплуатации и продлении срока службы станции. Систематический подход к характеристике запаса прочности представляет собой жизненно важный вклад для лицензиата, а также регулирующий анализ и принятие решений, которые будут задействованы. Кроме того, по мере того, как исследования и разработки в рамках программы LWRS и другие совместные усилия дают новые данные и улучшают научное понимание физических процессов, которые управляют старением и деградацией систем, структур и компонентов станции (и одновременно поддерживают технологические достижения в топливо ядерного реактора станционных контрольно-измерительных приборов, информации и систем управления) станут известны потребности и возможности для лучшей оптимизации безопасности и производительности станции.
Цель
Целью схемы характеризации запаса безопасности с учетом рисков является разработка и внедрение подходов для поддержки управления неопределенностью при количественной оценке запаса безопасности для улучшения процесса принятия решений для атомных электростанций. Управление неопределенностью подразумевает способность (а) понимать и (б) контролировать риски, связанные с безопасностью. Следовательно, программа RISMC Pathway направлена на улучшение обоих аспектов управления безопасностью полетов.
Усовершенствованное ядерное топливо для легководных реакторов
Программа Advanced Nuclear Fuels Pathway проводит исследования для улучшения базы научных знаний для понимания и прогнозирования фундаментального ядерного топлива и облицовка производительность на атомных электростанциях. Используйте эту информацию для разработки высокоэффективных видов топлива с высокой степенью выгорания с повышенной безопасностью, целостностью оболочки и улучшенными экономическими показателями ядерного топливного цикла.
Фон
Ядерное топливо производительность является важным фактором, определяющим эксплуатационные характеристики, безопасность, экономику эксплуатации и требования к утилизации отходов атомной электростанции (за последние два десятилетия в ядерной энергетике улучшились коэффициенты мощности станции с постепенным повышением надежности и использования или выгорания топлива). Однако эти модернизации достигают своего максимально достижимого эффекта для достижения значительных улучшений запаса прочности при одновременном улучшении эксплуатационной маржи и экономики, требуются значительные шаги, помимо постепенных улучшений в нынешнем поколении ядерного топлива. Необходимы фундаментальные изменения в области состава ядерного топлива, целостности оболочки и взаимодействия между топливом и оболочкой, чтобы достичь следующих уровней характеристик топлива. Технологические усовершенствования, разрабатываемые в рамках программы Advanced LWR Nuclear Fuels Pathway, сосредоточены на разработке революционных материалов оболочки, поддерживаемых усовершенствованными конструкциями топливных механизмов и альтернативными топливными композициями. В случае реализации, эти изменения существенно улучшат экономику, эксплуатацию и безопасность АЭС.
Цель и цели
Программа Advanced LWR Nuclear Fuels Pathway выполняет исследования по повышению безопасности реактора, увеличению экономии топлива, производству усовершенствованных конструкций оболочек и разработке усовершенствованных вычислительных моделей для прогнозирования характеристик топлива. Стратегические цели исследований и разработок направлены на улучшение базы научных знаний для понимания и прогнозирования основных характеристик ядерного топлива и оболочек атомных электростанций, а также на применение этой информации для разработки высокоэффективных видов топлива с высоким выгоранием и повышенной безопасностью, оболочкой и целостностью. , экономика ядерного топливного цикла. Это исследование дополнительно предназначено для демонстрации каждого технологического прогресса при соблюдении всех ограничений безопасности и нормативных требований путем тщательного тестирования и анализа.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2008-10-17. Получено 2008-11-05.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт)
- ^ Управление энергетической информации США, "International Energy Outlook 2007", Управление энергетической информации, Управление комплексного анализа и прогнозирования, Министерство энергетики США, Вашингтон, округ Колумбия, май 2007 г.
- ^ Прогноз EIA 2010, цитируемый в новостном отчете WNN: http://www.world-nuclear-news.org/EE-The_only_way_is_up_for_world_energy_use-2705107.html.
- ^ http://www.whitehouse.gov/issues/energy_and_environment/