Kina starter det første kernekraftvarmeprojekt på et AP1000-kraftværk

Kina har startet sit første kommercielle kernekraftvarmeanlæg ved hjælp af to nyligt idriftsatte AP1000-reaktorer på Haiyang-kernekraftværket til opvarmning af 700.000 kvadratmeter boliger.

Shandong Nuclear Power Co. (SDNPC), et datterselskab af State Power Investment Corp. (SPIC) og ejer af Haiyang-værket, sagde den 15. november, at den første fase af Shandong Haiyang Nuclear Energy Heating Project (Shandong Haiyang kernekraftvarmeprojektet) formelt blev taget i brug.

Detaljerne om, hvordan Haiyang producerer varme, er uklare. Generelt genvinder et kølemiddel i en nuklear kraftvarmeproces den termiske energi, der frigives ved fission i reaktorens kerne, ved hjælp af et kølemiddel. Denne energi omdannes normalt til elektrisk energi gennem en turbinegenerator, men når varme er en del af den endelige anvendelse, kan den anvendes direkte til fjernvarme og fjernkøling, procesdamp, afsaltning, brint eller stålfremstilling.

Vast udvidelse planlagt for Haiyang Heat Project

Den Internationale Atomenergiorganisation (IAEA), som i september offentliggjorde en vejledning om kraftvarmeproduktion på basis af kernekraft, bemærker, at kombineret varme- og kernekraft ikke er nyt, selv om interessen for det er stigende. Omkring 43 atomreaktorer rundt om i verden genererer fjernvarme, hvoraf de fleste ligger i Østeuropa og Rusland; omkring 17, i Japan, Kasakhstan og USA, afsalter vand; og industrielle ikke-elektriske anvendelser er blevet opnået på syv reaktorer i Canada, Tyskland, Indien og Schweiz.

I alt har kernekraftvarmeprojekter rundt om i verden til dato akkumuleret næsten 750 års driftserfaring – hvilket kan sammenlignes med 17 000 reaktorår med erfaring for civil kernekraft. Af de reaktorer, der i dag leverer fjernvarme, varierer varmeeffekten fra 5 MWth til 240 MWth, oplyser IAEA. Den samlede distribuerede varmeeffekt er ifølge IAEA på omkring 5 000 MWth, hvilket svarer til et gennemsnitligt energiudtag på mindre end 5 %. “Det betyder, at selv hvis den kører i kraftvarmeproduktion, er reaktorens primære output stadig elektrisk energi”, forklarede IAEA.

Haiyang-projektet er vigtigt af to grunde: Det udnytter energi fra nybyggede tredjegenerationsreaktorer – nogle af de første AP1000-reaktorer, der er færdiggjort til dato – og dets succes vil tjene som en plan for diversificering af kerneenergi og en “ren” varmeudvidelse i Kina, som har 45,6 GW installeret nuklear kapacitet og har yderligere 11 GW under opførelse.

Som en del af den første fase leverer projektet varme til atomkraftværkets kollegium for ansatte og nogle boligområder i Haiyang, en kystby i Shandong-provinsen i det østlige Kina med en befolkning på ca. 658.000 indbyggere. Der er ikke angivet nogen tidsplan, men SDNPC siger, at en senere fase vil omfatte ændringer af enhed 1 og 2 for at udvide varmekapaciteten til 30 millioner kvadratmeter.

SPIC har i mellemtiden planer om at bygge yderligere fire enheder i Haiyang, men disse vil være udstyret med en lokal standardisering af AP1000-designet, kendt som CAP1000. Selv om enhed 3 og 4 fik byggetilladelse i december 2015, og byggeriet var planlagt til at begynde i 2017, er der endnu ikke blevet rapporteret om nogen fremskridt. Enhed 1 på Haiyang-anlægget blev sat i drift i oktober 2018, og enhed 2 fulgte i januar efter forsinkelser på grund af udstyrsproblemer og det treårige moratorium efter Fukushima-ulykken. Haiyang-enhederne 1 og 2 opretholder i øjeblikket “sikker og stabil drift”, sagde SDNPC og tilføjede, at det forventer, at den årlige elproduktion fra værket i 2019 vil nå 20,6 TWh – nok til at dække omkring en tredjedel af den årlige efterspørgsel fra Shandong-provinsens boligbehov.

Hvis de planlagte enheder bliver færdiggjort, vil Shandong Haiyang Nuclear Energy Heating Project kunne levere mere end 200 millioner kvadratmeter varmekapacitet eller en varmeradius på omkring 100 kilometer. Det svarer til en “årlig besparelse på ca. 6,62 millioner tons standardkul”. I øjeblikket sparer projektet 23.200 tons kul, sagde SDNPC. Virksomheden forventer, at Haiyang og andre “rene energi-opvarmningsmetoder” i 2030 vil kunne erstatte alle kulfyrede kedler på Jiaodong-halvøen.

Succesen i Haiyang kunne også overtages af andre regioner, sagde Ling Wen, viceguvernør i Shandong-provinsen, på et “observationsmøde” om projektet og et ekspertseminar om “omfattende udnyttelse af kerneenergi”, som den 28. november blev afholdt af den nationale energistyrelse (NEA) i Haiyang. Ved arrangementet bemærkede Liu Baohua, NEA’s vicedirektør, også, at den officielle idriftsættelse af atomvarmeprojektet er en vigtig del af landets nye nationale energisikkerhedsstrategi, som vil lægge vægt på diversificering af kerneenergi. Han opfordrede indtrængende til aktiv fremme af de “værdifulde erfaringer”, der er opnået gennem projektet.

Men blandt andre projekter, der blev drøftet på mødet, er et projekt, der kan anvende atomkraft til afsaltning af havvand. SDNPC annoncerede den 12. oktober et partnerskab med Haiyangs kommunalbestyrelse og Zhonglian Energy om projekter for atomopvarmning og afsaltning. Ifølge meddelelsen har partnerne allerede gennemført en gennemførlighedsundersøgelse af et demonstrationsprojekt for afsaltning i stor skala.

Tjenestemænd ved arrangementet bemærkede også, at varmeprojektet ikke øgede SPIC’s finansielle byrde. Detaljer om omkostningerne er også uklare. Ifølge IAEA kræves der typisk en indledende investering i forbindelse med transport og distribution af varme, men IAEA bemærker, at “i mange tilfælde er resultatet billigere energi til forbrugeren”. Det tilføjer: “Efter afskrivning er affaldsvarme fra atomreaktorer den billigste form for varme.”

Hvorfor kernekraftvarmeproduktion er så hot lige nu

IAEA har udarbejdet sin vejledende rapport på baggrund af en stigende interesse for kombineret kernekraftvarmeproduktion – både fra eksisterende producenter og udviklere af små og mellemstore reaktorer (på mellem 300 MW og 700 MW) – som følge af nogle vigtige fordele.

Den vigtigste af dem er, at kraftvarmeproduktion genvinder spildvarme – og det kan øge et kernekraftværks energieffektivitet til 80 %. “Den typiske omdannelseseffektivitet fra varme til elektricitet er på 33 %. Derfor ender omkring to tredjedele af fissionsenergien med at opvarme atmosfæren eller kølevandet”, forklares det. “Kraftvarmeproduktion gør det muligt at udnytte en del af, om ikke hele, spildvarmen.” Det kunne give kerneenergiproducenterne en potentielt lukrativ indtægtskilde, en udvidet kundebase og større fleksibilitet, fordi det giver mulighed for at skifte mellem de to output afhængigt af markedssignaler og efterspørgsel.

En anden fordel, som IAEA fremhæver, er, at kraftvarmeproduktion kan reducere atomaffaldet, idet man bemærker: “Ved at udnytte mere energi pr. fission i kraftvarmeproduktion … reduceres den mængde affald, der genereres pr. energienhed.”

Signifikant nok siger IAEA, at sikkerheden for et kernekraftværk ikke afhænger af et kraftvarmeværk med kraftvarmeproduktionens driftspræstationer, men det bemærker, at “enhver potentiel overførsel af radioaktivitet gennem systemet op til hovedvarmeoverførselsledningen” er et særligt problem. “En god praktisk metode til at forhindre radioaktiv kontaminering af et varmeanvendelsessystem er f.eks. at isolere reaktorens primære kredsløb fysisk fra hovedoverførselsledningen”, lyder anbefalingen. “Dette gøres naturligvis i en trykvandsreaktor (PWR), da den sekundære sløjfe allerede er et isoleret lukket kredsløbssystem, der fungerer som en barriere for kontaminanter. I en kogevandsreaktor (BWR) vil der imidlertid være behov for en ekstra vandsløjfe mellem varmeveksleren/kondensatoren ved turbineudgangen og hovedvarmetransportledningen (MHT).”

IAEA siger imidlertid, at der i fjernvarmesystemer, der anvender kernekraftvarme, “hidtil ikke er blevet identificeret noget større problem i forbindelse med udvinding af varme fra et kernekraftværk.” Der er generelt forhindringer for ældre systemer, som kan lide under store varmetab i forbindelse med produktion, transport, distribution og slutanvendelse. Rapporten konkluderer imidlertid, at kraftvarmeproduktion kan tilføjes til eksisterende anlæg – og afhængigt af stedet, reaktortypen og nærheden til slutbrugerne anslås det, at et eksisterende anlæg kan tjene omkostningerne ind i løbet af fem år, hvis det ombygges til at levere fjernvarme. Generelt kan “atomvarme i form af varmt vand leveres op til 150 afstand til konkurrencedygtige omkostninger og med et rapporteret tab på under 2 %”, hedder det i rapporten.

Den antyder dog, at kraftvarmeproduktion er mere attraktiv for nye små og mellemstore atomreaktorer, fordi disse konstruktioner omfatter forbedrede sikkerhedsfunktioner, de kræver ofte mindre investeringer, udgør færre finansielle risici og kan være lettere at placere tættere på slutbrugerne.

Letvandsreaktorer er måske bedst egnede til fjernvarme og afsaltning på grund af deres lave arbejdstemperaturer, mens høje arbejdstemperaturer for blykølede hurtige reaktorer (550C), smeltesaltreaktorer (700-800C), gaskølede hurtige reaktorer (850C) og meget høje temperaturreaktorer (900-1000C) er bedre egnede til industriel procesvarme og brintproduktion samt afsaltning og fjernvarme, når de anvendes som kraftvarmesystemer, hedder det i rapporten.

Den vifte af potentielle ikke-elektriske anvendelser, som kernekraftvarmeværker kan udnytte, er også omfattende. Det drejer sig bl.a. om produktion af højtemperaturdamp til industrielle processer og brintproduktion. De kunne “for det første opgradere olieressourcer af lav kvalitet som f.eks. oliesand og samtidig kompensere for de kulstofemissioner, der er forbundet med dampmetanreformering; for det andet understøtte produktion i stor skala af syntetiske flydende brændstoffer baseret på biomasse, kul eller andre kulstofkilder; og for det tredje tjene direkte som brændstof til køretøjer, sandsynligvis ved hjælp af brændselsceller”, siger IAEA. Agenturet bemærker, at det har iværksat aktiviteter for at hjælpe medlemsstaterne med at udforske disse muligheder i dybden.

-Sonal Patel er senior medredaktør hos POWER (@sonalcpatel, @POWERmagazine)