Light Water Reactors hållbarhetsprogram - Light Water Reactor Sustainability Program

Den lättvattenreaktor Sustainability Program är en USA: s regering för forskning och utveckling program. Den leds av USA: s energidepartement och syftar till att utföra forskning och sammanställa data som är nödvändiga för att få tillstånd för att förlänga livslängden för Amerikas nuvarande 104 elproducerande kärnkraftverk utöver 60 års liv. Praktiskt taget alla kommersiella elgenererande kärnkraftverk för närvarande i USA är lättvattenreaktoranläggningar (LWR), vilket innebär att de använder vanligt (lätt) vatten som moderator och kylvätska samtidigt.

Grunden för projektet bygger på fakta som inom en snar framtid:

Kärnkraft var den största bidragsgivaren till icke-växthusgasutsläppande elkraftproduktion i USA 2009, omfattande nästan tre fjärdedelar av de icke-utsläppande källorna. Energieffektivitet, förnybar energi och teknik för avskiljning och lagring av koldioxid förväntas spela allt större roll när det gäller att tillhandahålla ren och pålitlig energi.

Under sin presidentvalskampanj, Barack Obama sade: " Kärnkraften står för mer än 70% av vår noncarbon el. Det är osannolikt att vi kan möta våra aggressiva klimatmål om vi eliminera kärnkraft som ett alternativ." LWRS-programmet fungerar utifrån att el från kärnkraftverk, som en koldioxidkälla , kan och måste spela en avgörande roll som en del av en övergripande lösning på båda dessa behov. LWRS-programmet fokuserar på fyra huvudområden: Materialåldring och nedbrytning, avancerad instrumentering, informations- och styrsystemsteknik, avancerade kärnbränslen för lätt vattenreaktor och slutligen riskinformerad säkerhetsmarginalkarakterisering.

Beräknad ökning av efterfrågan

Den inhemska efterfrågan på elektrisk energi förväntas öka med mer än 30% från 2009 till 2035. Samtidigt börjar de flesta av de kärnkraftverk som för närvarande drivs nå slutet av sin första 20-års förlängning till sina ursprungliga 40-åriga körkort, totalt 60 års drift. Enligt en studie kommer efterfrågan att öka med 30-40% till år 2030. Andra studier tyder på en ännu högre ökning i världen i allmänhet: över 80% till 2035.

Mål att sänka koldioxidutsläppen

President Obama klargjorde USA: s nationella hållning till koldioxidutsläpp på Vita husets webbplats som sade: "Vi måste omedelbart vidta åtgärder för att minska den koldioxidförorening som hotar vårt klimat och upprätthåller vårt beroende av fossila bränslen ." Presidenten har satt upp ett mål att minska utsläppen av växthusgaser till 80% under 1990 års nivå år 2050.

Där det händer

Idaho National Laboratory (INL) nära Idaho Falls, Idaho och Oak Ridge National Laboratory (ORNL) är de främsta forskningsanläggningarna som berörs. Andra laboratorier och universitet över hela landet är involverade i specifika delar av forskningen (se nedan).

Vem är inblandad

Programhantering

  • Trevor Cook, LWRS Program Federal Project Director
  • Bruce P. Hallbert, direktör, LWRS Program Technical Integration Office
  • Donald L. Williams, Jr., biträdande direktör, LWRS Program Technical Integration Office
  • Cathy J. Barnard, Operations Manager, LWRS Program Technical Integration Office
  • Keith J. Leonard, Pathway Lead, Material Aging and Degradation
  • Bruce P. Hallbert, Pathway Lead, Advanced Instrumentation, Information and Control Systems Technologies
  • Curtis L. Smith, Riskinformerad säkerhetsmarginalkarakterisering
  • Mitchell T. Farmer, Reactor Safety Technologies

Regering

Nationella laboratorier

Relaterad avdelning för energiforskning och utvecklingsprogram

Industri

Universitet

Internationell

Primära tekniska områden för forskning och utveckling

Material åldrande och nedbrytning

Materialets åldrande och nedbrytningsväg bedriver forskning för att utveckla den vetenskapliga grunden för att förstå och förutsäga långsiktigt miljöförstöringsbeteende för material i kärnkraftverk. Tillhandahålla data och metoder för att bedöma prestanda för system, strukturer och komponenter som är väsentliga för en säker och hållbar kärnkraftverksdrift, vilket ger nyckeln till både tillsynsmyndigheter och industri.

Bakgrund

Kärnreaktorer utgör en mycket utmanande servicemiljö. Komponenter i inneslutningen av en driftreaktor måste tåla högtemperaturvatten, stress, vibrationer och ett intensivt neutronfält. Nedbrytning av material i denna miljö kan leda till minskad prestanda och i vissa fall plötsligt fel.

Det är uppenbart att de krävande miljöerna i en fungerande kärnreaktor kan påverka möjligheten för ett brett spektrum av material att utföra sin avsedda funktion under längre serviceperioder. Rutinmässig övervakning och reparation/ersättningsaktiviteter kan mildra effekterna av denna nedbrytning. misslyckanden förekommer dock fortfarande.

Även om alla komponenter potentiellt kan bytas ut, är beslut om att helt enkelt byta komponenter kanske inte praktiska eller det mest ekonomiskt gynnsamma alternativet. Därför är förståelse, kontroll och mildring av materialnedbrytningsprocesser och etablering av en sund teknisk grund för långsiktig planering av nödvändiga ersättningar viktiga prioriteringar för utökade kärnkraftverksverksamhet och överväganden om kraftuppgång.

Syfte och mål

Materialets åldrings- och nedbrytningsväg tillhandahåller forskning inom många områden inom materialvetenskap och teknik, som alla stöder flera avdelningar för energioppdrag och ger unik input till utvärderingen av förlängning av kärnkraftverkets livslängd samtidigt som det kompletterar kärnkraftsindustrins och tillsynsmyndigheternas forsknings- och utvecklingsinsatser. De strategiska målen för vägen är att utveckla den vetenskapliga grunden för att förstå och förutsäga långsiktigt miljöförstöringsbeteende för material i kärnkraftverk och att tillhandahålla data och metoder för att bedöma prestanda för system, strukturer och komponenter som är väsentliga för ett säkert och hållbart kärnkraftverk kraftverksverksamhet.

Energiavdelningen (genom materialets åldrings- och nedbrytningsväg) är involverad i denna forsknings- och utvecklingsaktivitet för att ge förbättrad mekanistisk förståelse av viktiga nedbrytningslägen och tillräckligt med experimentella data för att tillhandahålla och validera operativa gränser; tillhandahålla nya metoder för övervakning av nedbrytning; och utveckla avancerade begränsningstekniker för att ge förbättrad prestanda, tillförlitlighet och ekonomi.

Avancerad instrumentering, information och styrsystemsteknologi

Den avancerade instrumenterings- , informations- och kontrollsystemteknologin Pathway bedriver forskning för att utveckla, demonstrera och distribuera ny digital teknik för instrument- och kontrollarkitekturer och tillhandahålla övervakningsmöjligheter för att säkerställa en fortsatt säker, pålitlig och ekonomisk drift av landets operativa kärnkraftverk. .

Bakgrund

Tillförlitlig teknik för instrumentering, information och styrsystem är avgörande för att säkerställa en säker och effektiv drift av den amerikanska LWR -flottan. Dessa tekniker påverkar alla aspekter av kärnkraftverk och drift i anläggningsbalansen. Nuvarande instrumentation och gränssnitt mellan människa och maskin använder analoga system inom kärnkraftssektorn. Dessa system, även om de i allmänhet anses vara föråldrade av andra branscher, fortsätter att fungera pålitligt, men gör det inte möjligt för verktyg att dra full nytta av digital teknik för att uppnå prestandavinster. Utöver kontrollsystem behövs ny teknik för att övervaka och karakterisera effekterna av åldrande och nedbrytning i kritiska områden av nyckelsystem, strukturer och komponenter. Målet med dessa ansträngningar är att utveckla, demonstrera och distribuera ny digital teknik för instrumentationsinformation och kontrollarkitekturer och tillhandahålla övervakningsmöjligheter för att säkerställa en fortsatt säker, pålitlig och ekonomisk drift av landets 104 kärnkraftverk.

Syfte och mål

Syftet med Advanced Instrumentation, Information, and Control Systems Technologies Pathway är att möjliggöra modernisering av äldre instrumentationsinformations- och styrsystem på ett sätt som skapar en sömlös digital miljö som omfattar alla aspekter av anläggningsverksamhet och support-att bygga en tredimensionell informationsarkitektur som integrerar anläggningssystem, anläggningsprocesser och anläggningsarbetare i en rad sammankopplade tekniker.

Riskinformerad säkerhetsmarginalkarakterisering

Riskinformerad säkerhetsmarginalkaraktäriseringsväg bedriver forskning för att utveckla och använda metoder för att hantera osäkerhet i kvantifiering av säkerhetsmarginaler för att förbättra beslutsfattandet för kärnkraftverk. Denna väg kommer (1) att utveckla och visa en riskbedömningsmetod kopplad till kvantifiering av säkerhetsmarginaler och (2) skapa avancerade verktyg för säkerhetsbedömning som möjliggör en mer exakt bild av en säkerhetsmarginal för ett kärnkraftverk.

Bakgrund

Säkerhet är centralt för design, licensiering, drift och ekonomi av kärnkraftverk . Eftersom de nuvarande LWR-kärnkraftverken åldras över 60 år finns det möjligheter till ökad frekvens av system-, konstruktions- och komponentfel som initierar säkerhetsbetydliga händelser, minskar befintliga olycksreducerande möjligheter eller skapar nya fellägen. Anläggningsdesigners brukar "överutforma" delar av kärnkraftverk och tillhandahålla robusthet i form av redundanta och mångsidiga konstruerade säkerhetsfunktioner för att säkerställa att, även i fallet med långt bortom designbaserade scenarier, kommer folkhälsa och säkerhet att skyddas med en mycket hög grad av säkerhet.

Möjligheten att bättre karaktärisera och kvantifiera säkerhetsmarginalen är nyckeln till förbättrat beslutsfattande om LWR -design, drift och förlängning av livslängden. Ett systematiskt tillvägagångssätt för karaktärisering av säkerhetsmarginaler utgör en viktig insats för tillståndshavaren och analyser och beslutsfattande som kommer att involveras. Eftersom forskning och utveckling i LWRS -programmet och andra samarbetsinsatser dessutom ger nya data och förbättrad vetenskaplig förståelse för fysiska processer som styr åldrande och nedbrytning av anläggningssystem, strukturer och komponenter (och samtidigt stödja tekniska framsteg inom kärnreaktorbränsle och anläggningsinstrumentering, information och styrsystem) behov och möjligheter att bättre optimera anläggningens säkerhet och prestanda kommer att bli kända.

Ändamål

Syftet med Risk-Informed Safety Margin Characterization Pathway är att utveckla och använda metoder för att hantera osäkerhet i kvantifiering av säkerhetsmarginaler för att förbättra beslutsfattandet för kärnkraftverk. Hantering av osäkerhet innebär förmågan att (a) förstå och (b) kontrollera risker relaterade till säkerhet. Följaktligen är RISMC Pathway dedikerat till att förbättra båda aspekterna av säkerhetshantering.

Avancerat lättvattenreaktor kärnbränsle

Konventionell kärnbränslepellet

Advanced Nuclear Fuels Pathway bedriver forskning för att förbättra vetenskaplig kunskapsbas för att förstå och förutsäga grundläggande kärnbränsle och beklädnadsprestanda i kärnkraftverk. Tillämpa denna information för utveckling av högpresterande, högförbrända bränslen med förbättrad säkerhet, beklädnadsintegritet och förbättrad ekonomi för kärnbränsle.

Bakgrund

Kärnbränsleprestanda är en viktig drivkraft för kärnkraftverkets operativa prestanda, säkerhet, driftsekonomi och avfallshantering (under de senaste två decennierna har kärnkraftsindustrin förbättrat anläggningskapacitetsfaktorer med stegvisa förbättringar av bränslepålitlighet och användning eller uppbränning. ). Dessa uppgraderingar når emellertid sin maximala uppnåeliga effekt för att uppnå betydande förbättringar av säkerhetsmarginalen samtidigt som de förbättrar driftsmarginalerna och ekonomin, det krävs betydande steg utöver inkrementella förbättringar av den nuvarande generationen kärnbränsle. Grundläggande förändringar krävs inom områdena kärnbränslekomposition, beklädnadsintegritet och bränsle/beklädnadsinteraktion för att nå nästa nivå av bränsleprestanda. De tekniska förbättringar som utvecklas i Advanced LWR Nuclear Fuels Pathway handlar om utveckling av revolutionerande beklädnadsmaterial som stöds av förbättrade bränslemekaniska konstruktioner och alternativa bränslesammansättningar. Om de genomförs skulle förändringarna ha betydande fördelaktiga förbättringar av kärnkraftverkets ekonomi, drift och säkerhet.

Syfte och mål

Advanced LWR Nuclear Fuels Pathway forskar om förbättrad reaktorsäkerhet, ökad bränsleekonomi, tillverkning av avancerade beklädnadskonstruktioner och utveckling av förbättrade beräkningsmodeller för att förutsäga bränsleprestanda. Strategiska forsknings- och utvecklingsmål är inriktade på att förbättra den vetenskapliga kunskapsbasen för att förstå och förutsäga grundläggande kärnbränsle och beklädnadsprestanda i kärnkraftverk, och tillämpa informationen på utveckling av högpresterande, högförbrända bränslen med förbättrad säkerhet, beklädnad, integritet och ekonomi för kärnbränsle. Denna forskning är vidare utformad för att demonstrera alla tekniska framsteg samtidigt som alla säkerhets- och regleringsgränser uppfylls genom noggranna tester och analyser.

Se även

Referenser

  1. ^ "Arkiverad kopia" (PDF) . Arkiverad från originalet (PDF) 2008-10-17 . Hämtad 2008-11-05 .CS1 maint: arkiverad kopia som titel ( länk )
  2. ^ US Energy Information Administration, "International Energy Outlook 2007", Energy Information Administration, Office of Integrated Analysis and Forecasting, US Department of Energy Washington, DC, maj 2007.
  3. ^ EIA 2010-utsikter citerade i WNN-nyhetsrapport: http://www.world-nuclear-news.org/EE-The_only_way_is_up_for_world_energy_use-2705107.html .
  4. ^ "Energi och miljö" . www.whitehouse.gov . 2009. Arkiverad från originalet den 3 juni 2009.

externa länkar