APR1000 (Advanced Power Reactor) je pokročilý vývojový tlakovodní reaktor o výkonu 1050 MWe. Byl vyvinut na základě osvědčeného projektu tzv. Korejského standardu – OPR-1000 (Optimum Power Reactor) se zahrnutím bezpečnostních prvků projektu APR1400. Projekt APR1000 je založen na zkušenostech, které byly nashromážděny při vývoji, výstavbě a provozu OPR-1000 a dále využívá nejmodernější technologii a mnoho pokročilých bezpečnostních funkcí z projektu APR1400.

Již pro APR1400 byla řešena koncepce EU-APR, resp. US-APR, kde došlo v projektu k adaptaci požadavků dle MAAE a WENRA resp. NRC. Adaptace a zahrnutí požadavků nadnárodních organizací je důležité z hlediska možnosti exportu daného projektu do zahraničí a přizpůsobení se legislativním požadavkům země výstavby. APR1000 je proto projektován na základě a v souladu s požadavky organizací EUR, IAEA a WENRA a jako takový byl zvolen pro výstavbu dvou nových reaktorů ve elektrárně Dukovany s opcí na výstavbu dalších dvou bloků v Temelíně.

Historie Jižní Korea se stala členem IAEA v roce 1957, v následujícím roce byl schválen Atomový zákon a roku 1959 byl vládou ustanoven úřad pro Atomovou Energii. První reaktor dosáhl kritického stavu v roce 1962 a jednalo se o malý výzkumný reaktor. O deset let později začala výstavba prvního jaderného bloku na území Jižní Koreje, jednalo se o Kori 1, která je od roku 2017 již trvale odstavená. Kori 1 byla postavena jako tzv. elektrárna „na klíč“ americkou firmou Westinghouse a jednalo se o tlakovodní reaktor typu WH 60 a výkonu 607 MWe.

Během 80. let 20. století byl v Jihokorejské republice zahájen program k dosažení technologické soběstačnosti v každém ohledu výstavby jaderné elektrárny. Výsledkem tohoto programu byl projekt tlakovodního reaktoru označený jako OPR-1000. Díky projektu OPR-1000 dosáhla Jihokorejská republika technologické soběstačnosti a vysoké úrovně lokalizace. Ke konci roku 2010 byly k síti připojeny celkem čtyři bloky OPR-1000 a dalších 6 bylo připojeno do konce roku 2012. Nyní je tedy v provozu celkem 10 bloků OPR-1000. V roce 1994 začala Jihokorejská republika vyvíjet projekt reaktoru třetí generace APR1400, který byl v květnu roku 2002 schválen Jihokorejským státním úřadem. Projekt APR1400 vychází z koncepce Combustion Engineering (C-E) System 80+, který byl v červnu roku 1997 certifikovaný dle U.S. NRC. Konstrukce prvních dvou domácích jihokorejských reaktorů třetí generace začala v roce 2008 pro Shin-Kori 3&4, kdy Shin-Kori 3 byla uvedena do komerčního provozu v prosinci roku 2016. Se spuštěním Shin-Kori 4 se počítá v průběhu roku 2019. Další reaktory typu APR1400 jsou stavěny v Jihokorejské republice v lokalitě Shin-Kori 5&6 a Shin-Hanul 1&2, mimo území Jihokorejské republiky byly 4 jednotky projektu APR1400 postaveny ve Spojených arabských emirátech v lokalitě Barakah. V roce 2009 začalo KEPCO s KHNP vyvíjet nový projekt pokročilého tlakovodního reaktoru nižší výkonové řady než je APR1400, a proto dostal označení APR1000. Jaderná elektrárna typu APR1000 není zatím stavěna ani v Jižní Koreji ani jinde ve světě.

Konstrukce Projekt APR1000 je konstrukčně velmi podobný reaktoru OPR-1000. Jedná se o tlakovodní reaktor chlazený i moderovaný lehkou vodou s uranovým či MOX palivem. V aktivní zóně dochází ke štěpné reakci jader paliva, která uvolňuje velké množství tepelné energie. Teplo je předáno chladivu, které cirkuluje dvěma smyčkami primárního okruhu mezi reaktorem a parogenerátory. V parogenerátoru se teplo předá chladivu sekundárního okruhu, které se přemění na páru a pohání turbínu. Hřídel turbíny je napojena na elektricky generátor, který přemění mechanickou energii na elektrickou.

Tlaková nádoba reaktoru Tlaková nádoba reaktoru je nejdůležitější komponentou celé jaderné elektrárny jelikož právě zde dochází k uvolňování energie z paliva a jsou tak na ni kladeny nejpřísnější nároky. Nádoba je tvořena z válcových prstenců, víka a eliptického dna. Uvnitř se nachází nitroreaktorové komponenty jako jsou šachta reaktoru, koš aktivní zóny a blok ochranných trub. Chladící voda o teplotě 296 °C vstupuje do nádoby čtyřmi studenými větvemi, proudí dolů podél vnitřní stěny a chladí aktivní zónu zvenčí. Ve spodní části reaktorové nádoby voda obrátí směr, začne proudit nahoru přes aktivní zónu a vystupuje přes dva otvory horkých větví ven z reaktoru při teplotě 327 °C. Provozní tlak v primárním okruhu je 15,5 MPa. Tlaková nádoba reaktoru APR-1000 ze slitiny SA508 měří 14642 mm na výšku s vnitřním průměrem 4120 mm. Projektovaná životnost je 60 let, nicméně skutečná životnost by mohla být i dvojnásobná. Klíčovými faktory jsou koncentrace nečistot a neutronová fluence na stěně nádoby. Mezi nejdůležitější nečistoty patří měď, nikl, fosfor a síra.

Aktivní zóna a palivo Aktivní zóna reaktoru APR1000 je tvořena 177 palivovými soubory a 73 či více řídicími soubory. Palivový soubor je vybaven 236 palivovými proutky ve čtvercové matrici 16x16, dále obsahuje 4 řídicí trubky, jednu měřicí trubku a několik distančních mřížek. Palivem je nízko obohacený uran UO2 ve formě keramických peletek hermeticky uzavřených v palivových proutcích ze slitiny zirkonia ZIRLO. Palivové proutky mohou také obsahovat vyhořívající absorbátor ve formě Gd2O3. Řídící soubory jsou vyplněné B4C nebo pouze slitinou inconel 625 pro řídící soubory s nižší váhou. Třetím způsobem regulace reaktivity je změna koncentrace kyseliny borité v chladivu primárního okruhu. Předpokládané vyhoření paliva je až 60 000 MWd/tU. Aktivní zóna je projektována pro palivovou kampaň 18 až 24 měsíců. Zóna je uzpůsobena na palivovou vsázku s obsahem až 30 % palivových proutků s MOX palivem.

Kompenzátor objemu Kompenzátor objemu slouží k vytváření tlaku v primárním okruhu potřebného k zabránění varu, ke kompenzaci kolísání objemu chladiva způsobeného změnami teploty systému během změn výkonu a k regulaci odchylek tlaku od nastavené hodnoty. Kompenzátor objemu je tvořen válcovou nádobou o objemu 51 m3. Pro zvyšování tlaku v okruhu je vybaven elektroohříváky o celkovém výkonu 1,8 MW. Snižování tlaku probíhá vstřikováním vody, která způsobuje kondenzaci páry. Za standardních provozních podmínek při plném výkonu obsahuje kompenzátor objemu přibližně 25 m³ vody a 26 m³ páry. V horní části jsou instalovány pojistné ventily, které uvolňují přebytečný tlak a v případě havárie odvádějí páru do barbotážní nádrže.

Hlavní cirkulační čerpadlo Hlavní cirkulační čerpadla slouží k zajištění cirkulace vody v primárním okruhu, každá smyčka je opatřena jedním čerpadlem na každé studené větvi (celkem 4) mezi parogenerátorem a reaktorem. Jedná se o vertikální, jednostupňové odstředivé čerpadlo s mechanickou ucpávkou.

Parogenerátor Dva parogenerátory umístěné na pomezí primárního a sekundárního okruhu slouží jako tepelné výměníky, které přenášejí tepelnou energii z primárního do sekundárního okruhu, kde dochází kvůli nižšímu tlaku k varu a přeměně vody na páru. Na rozdíl od horizontálních parogenerátorů pro reaktory typu VVER jsou parogenerátory reaktorů APR1000 vertikální. Vertikální parogenerátory jsou sice kompaktnější a mohou přenášet vyšší tepelný výkon, kvůli tvorbě usazenin na povrchu teplosměnných trubiček však kladou vyšší požadavky na čistotu vody sekundárního okruhu, komplikují údržbu a omezují životnost komponenty. Hlavní části těchto parogenerátorů jsou těleso - vertikální válcová nádoba, teplosměnná plocha tvořena 8340 trubkami ve tvaru písmene U o průměru 19,05 mm s celkovým účinným povrchem 10 009 m2, trubkovnicí na dně tělesa, do které jsou upevněny trubky, a cyklonové a žaluziové separátory vlhkosti. Teplota napájecí vody na vstupu je 232,2 °C, pára na výstupu má teplotu 294,4 °C a tlak 7,4 MPa. Průtok chladiva sekundárním okruhem při nominálním výkonu je 1580 kg/s.

Turbína Součástí každého bloku APR-1000 je jedna parní turbína. Při vstupu suché páry na turbínu dochází v rozváděcí části k izoentropické expanzi a přeměně entalpie chladiva na mechanickou a následně elektrickou práci. V případě Dukovan II a Temelína se plánuje použít turbína MTD-80 s jedním vysokotlakým (VT) a třemi nízkotlakými (NT) díly od společnosti Doosan Škoda Power. Jedná se o rovnotlakou turbínu se separátorem vlhkosti a přihříváním páry za VT dílem. Turbína měří přibližně 60 metrů, váží 2 000 tun a otáčí se rychlostí 3000 ot. za minutu, průměr největších lopatek je přes 120 cm. Turbína je připojena k elektrickému generátoru o výkonu kolem 1 000 MWe. Po průchodu NT dílem je pára odváděna do kondenzátoru, kde předá zbytkové teplo terciálnímu okruhu. Kondenzát následně prochází VT a NT regeneračním ohřevem, odplyněním a vrací se zpět do parogenerátoru. Napájecí čerpadlo je poháněno turbonapáječkou, malou turbínou poháněnou párou z parogenerátoru. Bezpečnostní systémy Základním principem pro dosažení nezbytných bezpečnostních požadavků a cílů je ochrana do hloubky. Ke zvládání a zmírnění možných havarijních situací slouží bezpečnostní systémy a bezpečnostní opatření. Konstrukční bezpečnostní prvky jsou určeny ke zvládání následků a průběhu nepravděpodobných událostí jako jsou například LOCA (Loss of Coolant Accident – Havárie se ztrátou chladiva), SLB (Steam Line Break – přetržení parovodu) apod. Bezpečnostní systémy dále slouží ke kontrole a zmírnění nehod a k udržení bezpečnostních limitů pod stanovenou hranicí. Mezi bezpečnostní systémy a bezpečnostní konstrukční řešení v projektu APR1000 patří například tyto:

Havarijní systém chlazení aktivní zóny (SIS – Safety Injection System) – slouží k chlazení aktivní zóny při událostech se ztrátou chladiva Havarijní systém odvodu tepla (SCS – Shutdown Cooling system) – slouží ke snížení teploty primárního média po odstavení z teploty v horké smyčce na teplotu pro zavážení paliva Sprchový systém kontejnmentu (CSS – Containment Spray System) – slouží ke snížení teploty a tlaku v kontejnmentu v důsledku nehod spojených se ztrátou chladiva

V projektu APR1000, stejně jako pro APR1400, jsou bezpečnostní systémy řešeny ve čtyř-kvadrantovém uspořádání. Čtyř-kvadrantové uspořádání znamená, že bezpečnostní systémy jsou jak fyzicky tak i elektricky odděleny do čtyř nezávislých divizí, kdy pro dostatečné zafungování a spuštění bezpečnostního systému je zapotřebí jedna divize.

Dispoziční uspořádání Obecné uspořádání projektu APR1000 bylo vypracováno pro koncept jednoho bloku, které bylo rozšířeno na dvoublokový koncept. Hlavní budovy APR1000 zahrnují reaktorovnu (Reactor Containment Building), budovu pomocných provozů (Auxiliary Building), spojovací budovu (Compound Building), strojovnu (Turbine Generator Building), budovu pro nakládání s palivem (Fuel Handling Building) a budovu pro dieselgenerátory (Emergency DGS Building). Spojovací budova slouží ke vstupu do kontrolovaného pásma, pro nakládání s radioaktivními odpady a při dvoublokovém uspořádání pochopitelně slouží pro oba bloky.

Kompletní seznam všech APR1000 NázevTyp reaktoruZahájení stavbyPřipojení k sítiStav, dodatečné informaceČistý výkon (MW)Hrubý výkon (MW) Dukovany-5APR100020292036plánováno1050 Dukovany-6APR100020302037plánováno1050 Temelín-3APR1000plánováno1050 Temelín-4APR1000plánováno1050 Legenda:v provozuuzavřenave výstavbě/plánvýstavba zrušena

Odkazy

Reference

Související články

Tlakovodní reaktor

Kategorie:Jaderné reaktory