La historia del desarrollo de las centrales nucleares en el mundo
En marzo de 2002, la Comisión Reguladora Nuclear completó la revisión de certificación previa del diseño del AP1000, y los procedimientos de prueba y análisis relevantes del AP600 se pueden utilizar en el diseño del AP1000. En febrero de 2004, la Comisión Reguladora Nuclear de Estados Unidos aprobó el diseño final.
AP1000 es una unidad monopila de doble circuito con una potencia eléctrica de 1250MWe y una vida útil de diseño de 60 años. El sistema de seguridad principal adopta un diseño pasivo y está dispuesto en el recipiente de contención. El recipiente de contención es una estructura de doble capa, con la capa exterior hecha de hormigón pretensado y la capa interior hecha de estructura de placa de acero. Las principales características de diseño del AP1000 incluyen:
(1) El sistema de bucle principal y el diseño del equipo adoptan un diseño maduro de central eléctrica.
El núcleo del reactor AP1000 adopta el diseño de núcleo extendido de Westinghouse, que se ha utilizado en la unidad belga Doel y en la unidad Tihange. El conjunto de combustible utiliza un rendimiento de alta confiabilidad; se utiliza un generador de vapor agrandado (modelo D125), similar al generador de vapor grande de Westinghouse en funcionamiento; se aumenta el tamaño del regulador; la bomba principal utiliza una bomba eléctrica enlatada madura; diseño de la tubería principal y reducción del número de soldaduras y soportes; el recipiente a presión es similar al recipiente a presión de tres circuitos estándar de Westinghouse, excepto que se elimina la soldadura circunferencial en el área del núcleo. El instrumento de medición del núcleo está dispuesto en la parte superior. cabeza y se puede medir en línea.
(2) El diseño pasivo simplificado mejora la seguridad y la economía.
Los principales sistemas de seguridad del AP1000, como el sistema de eliminación de calor residual, el sistema de inyección de seguridad y el sistema de refrigeración de contención, adoptan diseños pasivos. El sistema es simple, no depende de la alimentación de CA y puede mantener seguras las plantas de energía nuclear durante largos períodos de tiempo sin necesidad de equipos activos. El enfriamiento pasivo aumenta significativamente la confiabilidad del recipiente de contención. El margen de seguridad es grande. El diseño de accidentes graves puede mantener el núcleo dañado en el recipiente a presión para evitar la liberación de materiales radiactivos.
En el diseño de AP1000, se utilizó el análisis PRA para descubrir los puntos débiles del diseño y mejorarlos para mejorar el nivel de seguridad. La probabilidad de fusión del núcleo y la probabilidad de liberación radiactiva de AP1000 considerando eventos internos son 5,1 × 10-7/año del reactor y 5,9 × 10-8/año del reactor, respectivamente, que son mucho menores que los 1 × 10-5/año del reactor del segundo. generación.
El diseño pasivo simplificado reduce en gran medida los equipos y componentes del sistema de seguridad. En comparación con los equipos de las centrales eléctricas en funcionamiento, los volúmenes de válvulas, bombas, tuberías de seguridad, cables y centrales eléctricas resistentes a terremotos se reducen aproximadamente un 50%, 35%, 80%, 70% y 45% respectivamente. Al mismo tiempo, se adopta un diseño estandarizado para facilitar la adquisición, la operación y el mantenimiento, y mejorar la economía. Con base en el análisis económico de AP600, Westinghouse realizó un análisis económico de AP1000. Los resultados muestran que el costo de generación de energía de AP1000 es inferior a 3,6 centavos/kWh y tiene la capacidad de competir con la generación de energía a gas natural. El precio nocturno de AP1000 es inferior a 1.200 dólares EE.UU./kW (incluida la tarifa del propietario y la tarifa del sitio).
(3) Medidas de prevención y mitigación de accidentes graves
El diseño del AP1000 tiene en cuenta los siguientes accidentes graves:
El núcleo del reactor y el hormigón reaccionan entre sí otros; pilas de fusión a alta presión; combustión de hidrógeno y explosiones de vapor;
Para evitar que el núcleo fundido penetre en el recipiente a presión y reaccione con el piso de concreto, el AP1000 adopta un diseño que mantiene el núcleo fundido dentro del recipiente a presión (IVR). Después de que ocurre un accidente del núcleo fundido, se inyecta agua entre la pared exterior del recipiente a presión y la capa de aislamiento para enfriar de manera confiable el núcleo fundido que cae sobre la cabeza inferior del recipiente a presión. En el diseño del AP600, el IVR ha sido probado y analizado y pasó la revisión de la Comisión Reguladora Nuclear. Para AP1000, estos resultados de pruebas y análisis aún se aplican, pero se requieren algunas pruebas adicionales. Gracias al uso de la tecnología IVR, se puede evitar que el recipiente a presión se funda, evitando así la reacción entre el núcleo fundido y la placa inferior de hormigón.
En vista del accidente por fusión del reactor de alta presión, el circuito principal del AP1000 está equipado con cuatro filas de sistemas automáticos de alivio de presión (ADS) controlables, tres de los cuales conducen al tanque de almacenamiento de agua de repostaje en el recipiente de contención 1 La tubería de presión de descarga conduce a la atmósfera dentro del recipiente de contención. Mediante medidas de alivio de presión diversas y redundantes, la presión del circuito primario se puede reducir de manera confiable para evitar accidentes por fusión de reactores de alta presión.
En vista de los peligros de la combustión y explosión del hidrógeno, el diseño del AP1000 tiene como objetivo mantener el canal de escape de hidrógeno en el sistema de refrigeración del reactor alejado de la pared de contención para evitar la amenaza de una llama de hidrógeno a la contención. muro. Al mismo tiempo, dentro del recipiente de contención se disponen encendedores de hidrógeno diversos y redundantes y recombinadores de hidrógeno autocatalíticos pasivos para eliminar el hidrógeno y reducir el daño de la combustión y explosión del hidrógeno al recipiente de contención.
En respuesta a accidentes por explosión de vapor, AP1000 está equipado con un sistema de alivio de presión automático redundante y diverso para evitar la aparición de explosiones de vapor a alta presión. Sin embargo, a baja presión, debido a la aplicación de la tecnología IVR, el núcleo fundido no está en contacto directo con el agua, evitando así la aparición de una explosión de vapor a baja presión.
Para accidentes de sobrepresión de contención causados por pérdida de descarga de calor de contención, las válvulas de drenaje de las dos tuberías de entrada de agua del sistema de enfriamiento de contención pasiva AP1000 están en una posición a prueba de fallas cuando se pierde la energía y el control, y Instale una tubería para tomar agua de la fuente de agua contra incendios para garantizar la confiabilidad del enfriamiento. A largo plazo después del accidente, la refrigeración por aire por sí sola es suficiente para eliminar el calor del recipiente de contención, evitando eficazmente la sobrepresión en el recipiente de contención. Debido a la adopción de la tecnología IVR, no habrá reacción entre el núcleo fundido y la losa de concreto, evitando así accidentes por sobrepresión de contención causados por gases no condensables.
En respuesta a los accidentes de derivación de contención, AP1000 reduce la ocurrencia de LOCA fuera del recipiente de contención al mejorar el diseño del sistema de aislamiento de contención, reduciendo así la ocurrencia de accidentes.
(4) Diseño de sistema de control de instrumentos y sala de control principal.
El sistema de control de instrumentos AP1000 está diseñado con tecnología digital madura para evitar fallas de modo común a través de sistemas diversificados de control de instrumentos de seguridad y no seguridad y suministro y operación de información. La sala de control principal adopta tecnología de control de estación de trabajo por computadora compacta, y el diseño de la interfaz hombre-máquina tiene en cuenta la experiencia de operar la central eléctrica.
(5) La tecnología de construcción modular se utiliza ampliamente en la construcción.
AP1000 adopta tecnología de construcción modular en la construcción. La construcción del módulo forma parte del diseño detallado de la central eléctrica. Toda la central eléctrica está dividida en cuatro tipos de módulos, incluido el módulo estructural 122, el módulo de tubería 154, el módulo de equipo mecánico 55 y el módulo de equipo eléctrico 11. La tecnología de construcción modular coloca las actividades de construcción en un entorno fácilmente controlable y puede inspeccionarse en el taller de producción, lo que facilita la retroalimentación de la experiencia y el aprendizaje de lecciones para garantizar la calidad de la construcción. Cada módulo se construye en paralelo, lo que reduce en gran medida el personal en el sitio y las actividades de construcción.
El período de construcción de AP1000 se redujo significativamente a 60 meses mediante el método de construcción de concreto e instalación de equipos en paralelo con el proyecto anterior, de los cuales solo tomó 36 meses desde el primer tanque de concreto hasta la carga. La American Westinghouse Electric Company ganó la licitación de energía nuclear de China y transferirá tecnología a China para construir cuatro unidades de energía nuclear. Shi Ruizhi, presidente y director ejecutivo de Westinghouse, dijo en una entrevista con la agencia de noticias Xinhua que la tecnología de energía nuclear AP1000 de Westinghouse es la única tecnología de energía nuclear de “tercera generación+” que ha recibido la aprobación de diseño final de la Comisión Reguladora Nuclear de Estados Unidos. "Esta es la tecnología de energía nuclear comercial más segura y avanzada en el mercado mundial de energía nuclear".
AP1000 es una avanzada "tecnología de energía nuclear con reactor de agua presurizada dinámica pasiva". Combustible nuclear hecho de fisión de uranio en el equipo del "reactor" para producir una gran cantidad de energía térmica, y luego la energía térmica es extraída por agua a alta presión, generando vapor en el generador de vapor, impulsando la turbina de vapor para que gire con el generador, generando electricidad continuamente y transportándola en todas direcciones a través de la red eléctrica. La tecnología de energía nuclear que adopta este principio es la tecnología de energía nuclear con reactores de agua a presión.
La característica más importante de AP1000 es su diseño simple y fácil operación. Hace pleno uso de la teoría de la gravedad, la circulación natural, la reacción de polimerización y otros "sistemas de seguridad pasivos", que son más simples y efectivos que los presurizados tradicionales. Sistemas de seguridad de reactores de agua. Mucho más. Esto no sólo mejora aún más la seguridad de las centrales nucleares, sino que también reduce significativamente los costes de construcción y funcionamiento a largo plazo de las unidades de energía nuclear.
Según la información técnica proporcionada por Westinghouse, durante el proceso de construcción de AP1000, se puede utilizar tecnología modular para implementar la construcción de cabezales múltiples, lo que acorta en gran medida el ciclo de construcción de las unidades de energía nuclear. Solo tomó 36 meses desde el inicio de la construcción hasta la carga de materias primas y el inicio de la generación de energía para AP1000, lo que tiene ventajas obvias en el ahorro de costos de construcción. Westinghouse predice que China tendrá cuatro unidades de energía nuclear que completarán la generación de energía en 2013.
China seleccionó la tecnología de energía nuclear de Westinghouse después de una cuidadosa comparación entre Estados Unidos, Francia, Rusia y otros postores. En Estados Unidos, al menos 12 de las 18 unidades de energía nuclear previstas para construir han decidido elegir la tecnología AP1000 como base para su diseño.
Dijo: "Westinghouse está muy contento de que China haya elegido AP1000 esta vez. Es de gran importancia para Westinghouse entrar ahora en el mercado de energía nuclear de China. Estamos comprometidos a desarrollar una cooperación mutuamente beneficiosa a largo plazo con el mercado de energía nuclear chino".
Westinghouse es el líder mundial en tecnología de energía nuclear con reactores de agua a presión. Desarrolló el primer reactor de agua a presión del mundo ya en 1957. Actualmente, más del 40% de las centrales nucleares que operan en el mundo fueron construidas por Westinghouse o fueron aprobadas para su construcción por Westinghouse utilizando su base de diseño.
AP1000 fue desarrollado por Westinghouse basándose en la tecnología AP600. El diseño del AP600, que se caracteriza por ser "inactivo", se inició en 1991. Westinghouse originalmente intentó llevar la tecnología de las centrales nucleares a un nuevo nivel en términos de beneficios económicos y niveles de seguridad, y mantener su liderazgo tecnológico en el campo de la energía nuclear. El AP600 recibió la "aprobación de diseño final" de la Comisión Reguladora Nuclear de Estados Unidos en 1998. Sin embargo, a medida que el mercado eléctrico mundial continúa cambiando, el nuevo precio objetivo de la energía nuclear ha caído a 3 centavos por kilovatio-hora y el AP600 ya no puede cumplir con este requisito. Con este fin, Westinghouse ha lanzado el desarrollo de AP1000, apuntando a una tecnología de reactor nuclear más barata, más segura y más eficiente para mejorar su competitividad en el mercado de la energía nuclear.
Debido a que AP1000 nació a partir de AP600, el proceso de investigación y desarrollo se ha acelerado enormemente y la capacidad se ha incrementado a través de mejoras de diseño. Mientras se mantiene la seguridad y simplicidad del sistema original, se ha incrementado significativamente. generación de energía. Del AP600 al AP1000, fueron necesarios 15 años de desarrollo y mejora. Shi Ruizhi mencionó específicamente que mucho personal técnico y de ingeniería chino ha participado en muchos años de trabajo de investigación y desarrollo.
Como la tecnología más competitiva en el mercado de energía nuclear actual, AP1000 se utiliza en la construcción de unidades de energía nuclear de China, lo que es "una verdadera cooperación beneficiosa para todos entre China y Estados Unidos". China dependerá de la tecnología nuclear avanzada para satisfacer mejor sus crecientes necesidades energéticas. La cooperación con China no sólo crea una gran cantidad de empleos para Estados Unidos, sino que también brinda buenas oportunidades para la exportación de productos, tecnologías y servicios estadounidenses.
La Westinghouse AP1000 tiene las siguientes características:
1. La central nuclear más segura, avanzada y probada del mercado mundial (PRA: Probabilidad de daño al núcleo insignificante 2,5x 10- 7 );;
2. La única central nuclear nueva de tercera generación+ aprobada por la Comisión Reguladora Nuclear de EE. UU. (FDA);
3. Basada en el reactor de agua presurizada Westinghouse (PWR) estándar. ) tecnología, la tecnología ha funcionado con éxito durante más de 2.500 años de reactor;
4. El diseño de 1100 MWe es muy adecuado para proporcionar capacidad de carga de generación de energía básica
5. el diseño favorece la estandarización y la mejora de la calidad de la construcción
6. Operación más económica (menos hormigón y acero, menos piezas y sistemas, lo que significa menos instalación, pruebas y mantenimiento);
7. Operación más sencilla (equipados con los sistemas de control e instrumentación más avanzados de la industria);
8. Cumplir con los requisitos del Documento de requisitos del usuario (URD) de EE. UU. para una nueva generación de reactores comerciales.