Wysokotemperaturowe reaktory jądrowe chłodzone gazem (HTGR)

Ministerstwo Energii 13 września 2017 r. przyjęło raport resortowego zespołu, który rekomenduje wdrożenie w Polsce wysokotemperaturowych reaktorów jądrowych chłodzonych gazem (High Temperature Gas-cooled Reactors – HTGR). W ciągu kilkunastu miesięcy swojej pracy Zespół ds. analizy i przygotowania warunków do wdrożenia wysokotemperaturowych reaktorów jądrowych (w skrócie Zespół ds. HTR) przeprowadził szczegółową analizę wykorzystania reaktorów wysokotemperaturowych do pokrycia krajowego zapotrzebowania na ciepło przemysłowe o temperaturze do 700°C. Spośród analizowanych technologii zarekomendował jako optymalne reaktory chłodzone helem.

Czy Polsce są potrzebne reaktory wysokotemperaturowe?

Wdrożenie tej technologii jako źródła ciepła przemysłowego np. w branży chemicznej, istotnie zmniejszyłoby zapotrzebowanie Polski na gaz ziemny i obniżyło poziom emisji CO2,a jednocześnie postawiłoby nasz kraj w czołówce krajów rozwijających najbardziej zaawansowane technologie jądrowe. Projekt wdrożenia reaktorów wysokotemperaturowych został ujęty w Strategii Odpowiedzialnego Rozwoju i jest realizowany niezależnie od programu budowy elektrowni jądrowych.
Reaktory HTGR mogłyby zastąpić wyeksploatowane kotły gazowe czy węglowe z zachowaniem istniejących instalacji, łącznie z turbinami produkującymi energię elektryczną na potrzeby zakładu. Dostarczałyby one parę o T≈500°C, która jest standardowym nośnikiem ciepła w wielu dużych zakładach przemysłowych, głównie chemicznych. Zapotrzebowanie polskiego przemysłu wynosi ok. 6500 MW co oznacza zapotrzebowanie na 10-20 reaktorów HTGR do 2050 r. Istnieje również zapotrzebowanie ciepło przemysłowe w zakresie powyżej 1000°C, Ma ono dużą przyszłość ze względu na produkcję wodoru i paliw wodoropochodnych.

 

Czy reaktory HTGR są bezpieczne?

W reaktorach HTGR wraz ze wzrostem temperatury reakcja łańcuchowa zrywa się samoistnie i - ze względu na konstrukcję oraz specjalny sposób przygotowania paliwa - nie ma możliwości stopienia się rdzenia reaktora. Przeprowadzone próby na reaktorach eksperymentalnych, w których przerwano chłodzenie rdzenia, potwierdziły tę zasadę.  
Przewaga tej technologii nad innymi wynika z unikalnych cech integralnego bezpieczeństwa uniemożliwiających stopienie rdzenia, dojrzałości technologicznej oraz parametrów technicznych optymalnych do potrzeb przemysłu. Dzięki temu możliwe jest zbudowanie takiego reaktora w bezpośredniej bliskości instalacji przemysłowych czy nawet siedzib ludzkich.

 

Jakie są korzyści z wprowadzenia tej technologii?

Przeprowadzono oszacowanie kosztów budowy tego typu reaktora i  wstępnie przeanalizowano opłacalność inwestycji w porównaniu z technologiami konwencjonalnymi. Wykazano, że cena pary z HTGR może być porównywalna z ceną pary z kotłów gazowych. Paliwo gazowe jest dzisiaj obarczone dużym ryzykiem braku dostępności i wzrostu cen oraz niepewnością kosztów emisji CO2. Zastosowanie HTGR jako źródeł ciepła przemysłowego (500-600°C) w przemyśle chemicznym, rafineryjnym oraz jako zamienniki konwencjonalnych bloków energetycznych istotnie zmniejszyłoby krajowe zapotrzebowanie na gaz, obniżyłoby poziom emisji CO2.oraz zwiększyłoby pulę CO2 dostępną dla energetyki węglowej. Koszty eksploatacji byłyby bardziej przewidywalne. Jednocześnie prace nad HTGR postawiłyby nasz kraj w czołówce krajów rozwijających najbardziej zaawansowane technologie jądrowe. Ponadto reaktory tego typu mogą być doskonałym produktem eksportowym.

Laboratorium materiałowe NOMATEN

Dla realizacji proponowanych celów badawczych w zakresie HTGR NCBJ przewiduje uruchomienie laboratorium do badań materiałowych NOMATEN. Już otrzymane dofinansowanie 400 000 € pozwoli na przygotowanie szczegółowego projektu.

Wybór technologii

Zdaniem Zespołu optymalną technologią dla T≈500°C są reaktory typu HTGR.
Do takiego wniosku prowadzą też programy badawcze prowadzone przez SNETP, OECD NEA i rząd brytyjski. W tej technologii zbudowano już kilkanaście reaktorów badawczych i przemysłowych (m.in. 2×250 MWth oddawane do użytku w Chinach), co potwierdza jej dojrzałość. Ciągle nie jest ona jednak komercyjnie rozpowszechniona i jej wdrożenie na skalę przemysłową stanowiłoby przełom w energetyce światowej.

 

Opłacalność ekonomiczna HTGR

Porównano koszt pary z kotłów gazowych, węglowych i HTGR o mocy 165 MW oraz określonej wydajności pary. Z analizy wynika, że koszt pary z HTGR jest porównywalny z kosztem pary z kotła gazowego.

Dostępność technologii

Pomimo istnienia kilku reaktorów badawczych i komercyjnych typu HTGR - nie istnieje projekt reaktora gotowy do powielania w skali przemysłowej. Istniejąca wiedza o HTGR nie jest chroniona patentami. Znaczną część kompetencji udało się zgromadzić w projekcie Euratom Gemini+ koordynowanym przez NCBJ. Istnieje na świecie kilka linii produkcyjnych bezpiecznego paliwa typu TRISO, co umożliwia kupno sprawdzonego już paliwa do pierwszych reaktorów w Polsce.

Model biznesowy i finansowanie

Planowane jest utworzenie Centrum Naukowo-Przemysłowego (CNP) (NCBJ, IChTJ, partner zagraniczny, firmy krajowe) z większościowym udziałem polskiego kapitału, które będzie odpowiedzialne za wdrożenie eksperymentalnego 10 MWth, a później komercyjnego 165MWth reaktora HTGR. Proponowany model biznesowy zakłada późniejsze przekształcenie się CNP w spółkę celową HTR-EPC. W skład zarówno CNP jak i HTR-EPC będą wchodzić podmioty zainteresowane odbiorem ciepła przemysłowego. Pierwszy komercyjny HTGR ruszyłby ok. 2031 r.

Wdrożenie reaktorów HTGR w pierwszym etapie będzie finansowane w głównej mierze ze środków na prace naukowo-badawcze oraz z funduszy na innowacje przyszłych użytkowników.  W drugim etapie – budowy reaktora o mocy 165 MWth będzie to przedsięwzięcie typowo komercyjne.

pdf Raport nt. Możliwości wdrożenia reaktorów wysokotemperaturowych w Polsce (Raport HTR)

2.03MB

pdf Raport HTR Streszczenie

0.68MB

pdf Raport HTR Załącznik 1

0.6MB

pdf Raport HTR Załącznik 2

0.59MB

pdf Raport HTR Załącznik 3

0.37MB

pdf Report: Possibilities for deployment of high-temperature nuclear reactors in Poland (HTR Report)

2.09MB

pdf HTR Report Executive Summary

0.77MB

Navigation Menu

Metrics

Informacje o publikacji dokumentu
Opublikowano: 14.06.2018 15:12
Osoba publikująca: Justyna Bracha-Rutkowska
Zmodyfikowano: 14.06.2018 15:12
Osoba modyfikująca: Justyna Bracha-Rutkowska