Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 Byggeriet af Olkiluoto-3 i Finland Erik Nonbøl Risø DTU Nationallaboratoriet for Bæredygtig.

Præsentationer af emnet: "Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 Byggeriet af Olkiluoto-3 i Finland Erik Nonbøl Risø DTU Nationallaboratoriet for Bæredygtig."— Præsentationens transcript:

1 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 Byggeriet af Olkiluoto-3 i Finland Erik Nonbøl Risø DTU Nationallaboratoriet for Bæredygtig Energi

2 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 2 Indhold Introduktion De svenske opgraderingsplaner Den 5. finske EPR reaktorenhed Olkiluoto 3 Fordele og ulemper Fremtiden

3 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 3 De svenske opgraderingsplaner Forsmark – 410 MWe (215 mill. Euro) Oskarshamn – 250 MWe (300 mill. Euro) Ringhals – 440 MWe – I alt 1100 MWe (Bvt 2x600 MWe) – Implementering i 2010 Godkendelsesprocedurer: 1.SKI 2.Den svenske regering 3.Miljøprøvning ved miljødomstol (VVM)

4 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 4 TVO Company Teollisuuden Voima Oy, TVO, et elektricitets- produktionsselskab, som er ejet af den finske industri. Selskabet driver 2 BWR enheder på hver 870 MWe, OL1 og OL2 og har andel i et kulfyret anlæg. TVO leverer primært strøm til industrien, (dets shareholders) til costpris og i mindre omfang til private forbrugere. TVO bygger Finlands 5. reaktor, OL3, en 1600 MWe enhed af typen EPR, European Pressurized water Reactor

5 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 5 Map

6 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 6 Artificial layout

7 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 7 Reaktortype og leverandør EPR på 1600 MWe, 4300 MWt Framatome/Siemens eller AREVA/Siemens Pris: 3 milliarder Euro Byggestart: Forår 2005 Produktionsstart: Forår (2009) 2011 Årlig produktion: 13 TWh Planlagt driftstid: 60 år

8 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 8 EPR design filosofi The defence-in-depth princip med 4 niveauer 1. Preventive midler til at reducere frekvensen af unormale driftshændelser 2. Integration af controlsystemer som kan gribe ind og reducere virkningen ved svigt af niveau 1 3. Design af sikkerhedssystemer som kan kontrollere konsekvenserne ved svigt også af niveau 2 og hindre core melt 4. Konstruktionsegenskaber som kan opretholde containment strukturen selv i tilfælde af svigt af niveau 3, d.v.s. ved core melt

9 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 9 System arkitektur Simplere system design end tidligere, baseret på erfaringer fra franske/tyske PWR anlæg, bl.a. ved at divertisere systemer. Operatørerne vil derved bedre være i stand til at forstå anlæggets tilstand løbende Øget fysisk separation for at undgå at f.eks. brand, eksplosioner, oversvømmelser og lign. breder sig Funktionel diversitet, således at en common mode fejl i redundante systemer ikke er afgørende Four-train redundans for de primære sikkerhedssystemer også hvad angår power supply og kølesystemer

10 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 10 Specielle sikkerhedstiltag Højtryksnødkølesystem ikke nødvendigt – hurtig reduktion af primære tryk til under set point for sikkerhedsventil på dampgenerator i tilfælde af brud på rør i dampgeneratoren. Derved undgås at radioaktiv primærdamp slipper ud til omgivelserne Four train sikkerhedssystemer Modstå flystyrt – Dobbelt containment med steel liner imellem. Evt. lækager opsamles og filtreres – Reaktorbygning, controlrum, bygning for brugt brændsel samt 2 af de 4 bygninger for four-train systemerne er alle omgivet af armeret beton, som kan modstå styrt af militære -og større passagerfly. De 2 andre bygninger for four-train systemerne er placeret modsat. Nøddiesel-generatorerne er placeret i 2 separerede bygninger State-of the art digitale kontrolsystemer og kontrolrumsdesign

11 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 11 Specielle sikkerhedstiltag - fortsat In-containment lagertank for boreret vand – Ved nuværende PWR design er denne tank placeret uden for containment. Ved LOCA, hvor tanken tømmes, skal der her ske en omkobling til sumpen inde i containment. Denne omkobling er unødvendig i EPR designet Håndtering af BDBA, Beyond Design Basis Accidents – Katalysatorer i containment til hindring af brinteksplosioner – Kontrol og køling af core melt, hvis denne skulle gennemtrænge tanken, gennem et system af kanaler og compartments, der er forsynet med passive, gravity drevne kølesystemer, som skulle sikre en hurtig størkning af smelten og fortsat køling – Designet og layout af bygningerne skulle sikre at eventuelle lækager samles og filtreres inden deres mulige frigivelse til omgivelserne

12 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 12 Site layout

13 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 13 Plant layout

14 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 14 Corium compartment

15 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 15 Driftsegenskaber Høj udbrænding – 65000 MWd/tU Sekundære systemtryk på 78 bar som sikrer en virkningsgrad på ca. 37 % Visse vedligeholdsopgaver kan udføres under drift og derved øge availability faktoren Et standard brændselsskift er normeret til 16 dage Projekteret availability faktor på 92 % i reaktorens 60 årige levetid Strålingsbelastningen til personalet er søgt reduceret gennem separation af rum med høj stråling fra rum uden radioaktive componenter

16 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 16 Design- og driftsdata

17 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 17 Design- og driftsdata

18 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 18 Status for byggeriet af Olkiluoto 3 pr. 1/9-08 Kommerciel drift 1. kvartal 2011 (en forsinkelse på ca. 18 måneder) Hovedårsager til forsinkelsen Visse konstruktionsløsninger har taget længere tid end forventet både hvad angår design og godkendelse Der er ikke udført et lignende projekt af et sådant omfang i mange år, så det har taget industrien en del indkøringstid Endelig var betonstøbningen standset i 2 måneder p.g.a. et for stort vandindhold i dele af blandingerne 850 personer arbejder på byggepladsen, heraf 50 % finske

19 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 19 Fotos fra byggeriet Begyndelsen af byggeriet 15/3-2005

20 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 20 Fotos fra byggeriet Containment fundament 25/5-2005

21 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 21 Fotos fra byggeriet Liner of the reactor containment, lower part, is brought to Olkiluoto in two parts by a ferry, 15/7-2005.

22 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 22 Fotos fra byggeriet The steel liner (lower part) of the reactor containment has been moved to the construction site

23 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 23 Fotos fra byggeriet Base plate concreting is done for the fuel building on the wright

24 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 24 Fotos fra byggeriet Reactor base slab concrete laying

25 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 25 Fotos fra byggeriet Reactor Island. Reactor plate under the weather shield. Pillars of metal are structures of the future weather shield

26 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 26 Fotos fra byggeriet Weather shelter of the reactor building on the left

27 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 27 Fotos fra byggeriet Weather shelter of the reactor building on the left with snow carpet, 10/3-2006 about 1 year from start of construction of OL3.

28 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 28 Fotos fra byggeriet Lifting of the containment steel liner, lower part, on the reactor plate inside the weather shelter.

29 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 29 Fotos fra Olkiluoto 3 Lifting of the containment steel liner, lower part, on the reactor plate inside the weather shelter.

30 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 30 Fotos fra Olkiluoto 3 Core melt cooling pipe lines installation

31 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 31 Fotos fra byggeriet Steel liner reinforcement work and core melt cooling pipe lines installation

32 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 32 Fotos fra Olkiluoto 3 Turbine island. Pipelines from cooling water pumping station on the left.

33 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 33 Fotos fra Olkiluoto 3 Turbine island. Pipelines from cooling water pumping station on the left.

34 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 34 Fotos fra Olkiluoto 3

35 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 35 Fotos fra Olkiluoto 3 Concrete pouring around containment steel liner, continuous pouring for 30 hours.

36 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 36 Fotos fra byggeriet Seneste billede af byggepladsen taget 20/10-2006.

37 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 37 EPR planer i Frankrig Oktober 2004 udsteder omsider den franske regering et design approval for EPR, et nødvendigt dokument for at EDF kan indgive en PSAR til myndighederne Flamanville ved den engelske kanal er valgt som site for EDF’s demonstrations EPR. Byggeriet ventes at starte i 2008 og vare 4 år. Demonstrationsanlægget vil bane vejen for udskiftning af nogle af Frankrigs efterhånden aldrende PWR-enheder (58). Framatome vil nu også søge design certificering for EPR hos NRC i USA Stadigvæk er det franske anlæg ca. 2-3 år bagud i forhold til det finske

38 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 Termokemisk produktion af H 2

39 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 39 I 2 + SO 2 + 2 H 2 O→ 2 HI + H 2 SO 4 (120 o C) 2 H 2 SO 4 → 2 SO 2 + 2 H 2 O + O 2 (850 o C) 2 HI → I 2 + H 2 (300 o C) – Steam reformning svarer for 50 % af verdens produktion af brint (CH 4 + H 2 O) med voldsom CO 2 belastning – de resterende mængder produceres ved elektrolyse(virkningrad ca. 30%) og termo-kemisk splitting af vand (virkningsgrad ca. 50%) Produktion af H 2 ved termo-kemisk splitting af H 2 O

40 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 40 GEN IV Generation IV programmet blev startet af Department of Energy (DOE) i USA, men blev hurtigt udvidet til et internationalt samarbejde gennem dannelse af Generation IV International Forum (GIF) med deltagelse af 11 lande. Deltagerne i samarbejdet er enige om, at kernekraften er vigtig for at sikre en fremtidig stabil energiforsyning uden CO2-udslip.

41 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 41 GEN IV Enhederne skal være økonomisk konkurrencedygtige De skal have øget sikkerhed Deres produktion af radioaktivt affald skal være mindst mulig Risikoen for spredning af fissilt materiale skal være minimal Anlæggene skal være i drift fra 2030 og frem til 2100 Programmet har følgende målsætninger:

42 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 42 GEN IV 1.GFR, Gas-cooled Fast Reactor, en gaskølet hurtigreaktor 2.LFR, Lead-cooled Fast Reactor, en blykølet hurtigreaktor 3.MSR, Molten Salt Reactor, en reaktor med et flydende salt som brændsel og kølemiddel 4.SFR, Sodium-cooled Fast Reactor, en natriumkølet hurtigreaktor 5.SCWR, SuperCritical-Water-cooled Reactor, en superkritisk vandkølet reaktor 6.VHTR, Very High Temperature Reactor, en reaktor med meget høj driftstemperatur (1000 0C) Følgende typer er udvalgt til videre studier:

43 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 43 GEN IV Høj driftstemperatur + virkningsgrad Mindsket affaldsproduktion Nye typer brændsel med høj varmekapacitet Mulighed for naturlig cirkulation i nedlukket tilstand Mulighed for brintproduktion Fælles træk

44 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 44 Reaktorudvikling Udviklingen af reaktorer fra Generation I til IV (Fra: A Technology Roadmap for Generation IV Nuclear Energy Systems, NERAC.)

45 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 45 Fordele ved anvedelse af kernekraft 1 Ingen CO 2 udledning under drift – Kun under bygning af værket belastes miljøet med CO 2 Stor forsyningssikkerhed – Mere end 80 % af verdens uranreserver findes i lande med vestlige demokratier, Canada og Australien har store forekomster

46 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 46 Fordele ved anvedelse af kernekraft 2 Prisstabil el-produktion – Man kan oplagre nyt uran på værkerne til mange års drift – volumenet er forsvindende sammenlignet med kul - Uranprisen udgør mindre end 10 % af drifts- omkostningerne ved produktion af strømmen – ved el- produktion fra kul udgør kulprisen 90 % af drifts- omkostningerne - Stigninger i prisen på uran har derfor væsentlig mindre indflydelse på ændringer i kWh prisen sammenlignet med tilsvarende stigninger i kul/olie-prisen

47 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 47 El-produktionspris (2002) LUT, Lappeenranta University of Technology

48 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 48 Ulemper (Problemer) ved anvendelse af kernekraft 1 Alvorlige uheld kan ikke udelukkes – Mange sikkerhedstiltag er gennemført de sidste 10-15 år - Filtreret reaktorbygning som kan begrænse et eventuelt udslip af radioaktive stoffer til omgivelserne med op til 99 % - Core catcher til at opfange en smeltet reaktorkerne - Mere indbygget sikkerhed indbygget i designet gennem anvendelse af f.eks. tyngdekraften og højtliggende reservoirer til erstatning for elektriske pumper hvor det har været mulig - Mange af de ældre russiske reaktorer som ikke levede op til vestlig sikkerhedsstandard er blevet lukket

49 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 49 Ulemper (Problemer) ved anvedelse af kernekraft 2 Terror mål – Tiltag for at hindre terrorangreb Dobbelt reaktorbygning (containment) for at kunne modstå flystyrt Kinesisk æskesystem således at en enkelt person- terrorrist eller ansat - ikke kan gribe ind i de vitale sikkerhedssystemer – der skal flere koder til Mange af de vitale sikkerhedssystemer er placeret skjult under jorden uden for bombe-rækkevidde Hemmeligt sekundært kontrolrum som kan nedlukke kædeprocessen i reaktoren

50 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 50 Ulemper (problemer) ved anvendelse af kernekraft 3 Radioaktive affald – Kræver opbevaring i flere tusinde år med den nuværende teknik – dog begrænsede mængder af det højradioaktive affald – Mange lande har endnu ikke taget en beslutning om hvorledes de vil håndtere/opbevare det højradioaktive affald – Kun Finland har taget en beslutning og anvist en løsning Opbevaring i kanaler 500 m nede i det finske fjeld – nær ved den nye 5. finske reaktor Ingen oparbejdning af brugt brændsel Befolkningen i området har sagt god for løsningen

51 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 51 Finsk slutdepot for højradioaktivt affald

52 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 52 Plan for konstruktion og drift af slutdepot

53 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 53 CO2 belastninger ved forskellige el-produktioner

54 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 54 Uranressourcer Med den nuværende teknik rækker de kendte uranressourcer til ca. 80-100 år med det nuværende antal reaktorer på ca. 440 Denne teknik udnytter imidlertid mindre end 1% af uranforekomsterne Fremtidens reaktorer (hurtig-reaktorer) er i stand til at udnytte 90% af uranet, hvilket åbner for mindst 1000 års drift. Dertil kommer at thorium også kan udnyttes på længere sigt. Disse reserver er endnu større end uranforekomsterne

55 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 55 Fremtidsprognoser for udvikling af kernekraft IAEA, det Internationale Atom Energi Agentur, forudser i sit ”low-case scenario” at år 2030 vil antallet af reaktorer være 600 ”High-case scenario” taler om en fordobling fra de nuværende 440 til ca. 800 Fra år 2050 forventes fusion også at kunne bidrage til verdens energiproduktionen

56 Kursus i Kernekraftteknologi – IDA Energi 7- 8 december 2009 56 Afslutning Kernekraft i vækst ? Renæssance ? – Sverige opgraderer, Finland snakker om en 6. enhed, Holland overvejer ny enhed, England er måske også på vej – I Asien udvider man kapaciteten løbende – Rusland har også store planer om øget kapacitet – I USA forventes adskillige ordrer afgivet i 2008 – Endelig er der i USA givet levetidsforlængelse på 20 år for 46 enheder svarende til en el-produktion fra ca. 15 nye enheder med en levetid på 60 år Ja det ser sådan ud, om end der endnu ikke er afgivet ordrer i Vesten ud over i Finland og Frankrig