Kína beindította első nukleáris kapcsolt energiatermelési projektjét az AP1000-es erőműben
Kína beindította első kereskedelmi célú nukleáris kapcsolt energiatermelési rendszerét, amely a Haiyang atomerőmű két újonnan üzembe helyezett AP1000-es reaktorát használja 700 000 négyzetméternyi lakás fűtésére.
Shandong Nuclear Power Co. (SDNPC), a State Power Investment Corp. leányvállalata. (SPIC), és a Haiyang erőmű tulajdonosa, november 15-én közölte, hogy a Shandong Haiyang nukleáris energiafűtési projekt első szakaszát hivatalosan is üzembe helyezték.
A Haiyang hőtermelésének részletei nem világosak. Általában egy nukleáris kapcsolt energiatermelési folyamatban egy hűtőközeg nyeri vissza a reaktormagban a maghasadással felszabaduló hőenergiát. Ezt az energiát általában egy turbógenerátoron keresztül elektromos energiává alakítják át, de ha a hő a végső felhasználás része, akkor azt közvetlenül távfűtésre és -hűtésre, technológiai gőzre, sótalanításra, hidrogénre vagy acélgyártásra lehet felhasználni.
Nagyszabású bővítést terveznek a Haiyang hőprojektben
A Nemzetközi Atomenergia Ügynökség (NAÜ), amely idén szeptemberben útmutatót tett közzé a kapcsolt energiatermelésről, megjegyzi, hogy a kapcsolt hő- és atomenergia nem új keletű, bár az iránta való érdeklődés egyre nő. Világszerte mintegy 43 atomreaktor termel távfűtést, a legtöbb Kelet-Európában és Oroszországban; mintegy 17 – Japánban, Kazahsztánban és az Egyesült Államokban – sótalanít vizet; és hét kanadai, németországi, indiai és svájci reaktorban már megvalósultak ipari, nem elektromos alkalmazások.
Összességében a nukleáris kapcsolt energiatermelési projektek világszerte eddig közel 750 évnyi üzemeltetési tapasztalatot halmoztak fel – ami összevethető a polgári atomenergia 17 000 reaktorévnyi tapasztalatával. A ma távfűtést biztosító reaktorok közül a hőteljesítmény 5 MWth-tól 240 MWth-ig terjed, állítja a NAÜ. A teljes elosztott hőteljesítmény a NAÜ szerint 5000 MWth körül van, ami kevesebb mint 5%-os átlagos energiakivonásnak felel meg. “Ez azt jelenti, hogy még akkor is, ha kapcsolt energiatermelési üzemmódban működik, a reaktor elsődleges kimenete még mindig elektromos energia” – magyarázta a szervezet.”
A Haiyang projekt két okból is fontos: Egyrészt az újonnan épített harmadik generációs reaktorok energiáját hasznosítja – az eddig elkészült első AP1000-esek közül néhányat; másrészt sikere mintaként szolgálhat az atomenergia diverzifikációjához és a “tiszta” hőtermelések bővítéséhez Kínában, ahol 45,6 GW beépített nukleáris kapacitással rendelkezik, és további 11 GW van építés alatt.
A projekt első szakaszában a kelet-kínai Shandong tartományban található, mintegy 658 000 lakosú, tengerparti Haiyang városában, Haiyangban az atomerőmű dolgozóinak kollégiumát és néhány lakóövezetet lát el hővel. Időrendet nem közöltek, de az SDNPC szerint egy későbbi szakaszban az 1-es és 2-es blokkok módosítására kerül sor, hogy a fűtési kapacitást 30 millió négyzetméterre bővítsék.
Az SPIC eközben további négy blokk építését tervezi Haiyangban, bár ezek az AP1000-es konstrukció helyi szabványosításával, CAP1000 néven ismertek lesznek. Bár a 3. és 4. blokk 2015 decemberében megkapta az építési engedélyt, és az építkezés 2017-ben kezdődhetett volna, eddig még nem történt előrelépés. A haiyangi erőmű 1-es blokkja 2018 októberében kezdte meg működését, a 2-es blokk pedig januárban következett, miután a berendezésekkel kapcsolatos problémák és a fukusimai balesetet követő hároméves moratórium miatt késedelembe estek. A Haiyang 1-es és 2-es blokkja jelenleg “biztonságos és stabilan működik” – közölte az SDNPC, hozzátéve, hogy várakozásai szerint az erőmű éves energiatermelése 2019-ben eléri a 20,6 TWh-t – ez elegendő ahhoz, hogy kielégítse Shandong tartomány lakossági igényeinek mintegy harmadát.
Ha a tervezett egységek elkészülnek, a Shandong Haiyang atomenergetikai fűtési projekt több mint 200 millió négyzetméter fűtési kapacitást, vagyis mintegy 100 kilométeres fűtési sugarat biztosíthat. Ez “évente körülbelül 6,62 millió tonna szabványos szén megtakarítását jelenti”. Jelenleg a projekt 23 200 tonna szenet takarít meg, mondta az SDNPC. A vállalat előrejelzése szerint 2030-ra a Haiyang és más “tiszta energiával működő fűtési módszerek” kiválthatják az összes széntüzelésű kazánt a Jiaodong-félszigeten.
A Haiyangban elért sikereket más régiók is átvehetik, mondta Ling Wen, Shandong tartomány kormányzóhelyettese a Nemzeti Energiaügyi Hivatal (NEA) által november 28-án Haiyangban megrendezett projekt “megfigyelő” találkozón és szakértői szemináriumon az “atomenergia átfogó hasznosításáról”. Az eseményen Liu Baohua, a NEA igazgatóhelyettese azt is megjegyezte, hogy a nukleáris fűtési projekt hivatalos üzembe helyezése kritikus része az ország új nemzeti energiabiztonsági stratégiájának, amely a nukleáris energia diverzifikációjára helyezi a hangsúlyt. Sürgette a projektből nyert “értékes tapasztalatok” aktív népszerűsítését.
A találkozón megvitatott egyéb projektek között szerepel egy olyan, amely az atomenergiát a tengervíz sótalanítására alkalmazná. Az SDNPC október 12-én jelentette be a Haiyang önkormányzattal és a Zhonglian Energyvel való partnerséget nukleáris fűtési és sótalanítási projektekre. A bejelentés szerint a partnerek már elvégezték egy nagyszabású sótalanítási demonstrációs projekt megvalósíthatósági tanulmányát.
A rendezvényen részt vevő tisztviselők azt is megjegyezték, hogy a fűtési projekt nem növeli a SPIC pénzügyi terheit. A költségekkel kapcsolatos részletek szintén nem tisztázottak. A NAÜ szerint a hőszállításhoz és -elosztáshoz általában kezdeti beruházásra van szükség, de megjegyzi, hogy “sok esetben az eredmény a fogyasztó számára olcsóbb energia”. Hozzáteszi: “Az amortizáció után az atomreaktorok hulladékhője a legolcsóbb hőforma”.
Miért olyan forró most a nukleáris kapcsolt energiatermelés
A NAÜ a kombinált nukleáris hő- és villamosenergia-termelés iránti megnövekedett érdeklődés alapján állította össze útmutató jelentését – mind a meglévő termelők, mind a kis és közepes (300 MW és 700 MW közötti) reaktorok fejlesztői részéről -, ami néhány kulcsfontosságú előnynek köszönhető.
Ezek között a legfontosabb az, hogy a kapcsolt energiatermelés visszanyeri a hulladékhőt – és 80%-ra növelheti az atomerőművek energiahatékonyságát. “A hőből villamos energiává történő átalakítás tipikus hatásfoka 33%. Ezért a hasadási energia mintegy kétharmada a légkör vagy a hűtővíz fűtésére megy el” – magyarázza a jelentés. “A kapcsolt energiatermelés lehetővé teszi a hulladékhő egy részének, ha nem az egésznek a felhasználását”. Ez potenciálisan jövedelmező bevételi forrást, bővülő ügyfélkört és nagyobb rugalmasságot jelenthet az atomenergia-termelőknek, mivel lehetővé teszi a két kimenet közötti lehetséges váltást a piaci jelzések és a kereslet függvényében.
Még egy másik előny, amelyet a NAÜ kiemel, hogy a kapcsolt energiatermelés csökkentheti a nukleáris hulladék mennyiségét, megjegyezve: “Az egy maghasadásra jutó több energia felhasználása kapcsolt energiatermelési üzemmódban … csökkenti az energiaegységenként keletkező hulladék mennyiségét”.
Lényeges, hogy a NAÜ szerint az atomerőmű biztonsága nem a kapcsolt hőerőmű működési teljesítményén múlik, de megjegyzi, hogy “a rendszeren keresztül a fő hőátadó vezetékig történő esetleges radioaktivitás-átvitel” különös aggodalomra ad okot. “A hőalkalmazó rendszerbe történő radioaktív szennyeződés megelőzésének jó gyakorlati módja például az, hogy a reaktor primerköre fizikailag el van szigetelve a fő átviteli vezetéketől” – tanácsolja. “Ez nyilvánvalóan megtörténik egy nyomottvizes reaktorban (PWR), mivel a szekunder hurok már egy elszigetelt zárt hurokrendszer, amely a szennyeződések számára gátként szolgál. Egy forróvizes reaktorban (BWR) azonban egy további vízhurokra lenne szükség a turbina kimeneténél lévő hőcserélő/kondenzátor és a fő hőszállító (MHT) vezeték között”.
A NAÜ szerint azonban a nukleáris hőt használó távfűtési rendszerekben eddig “nem azonosítottak nagyobb problémát az atomerőműből történő hőelvonással kapcsolatban”. Akadályokkal általában a régebbi rendszerek szembesülnek, amelyek a termelés, a szállítás, az elosztás és a végfelhasználás során nagy hőveszteségekkel járhatnak. A jelentés azonban arra a következtetésre jut, hogy a kapcsolt energiatermelés a meglévő erőműveket is kiegészítheti – és becslései szerint a telephelytől, a reaktortípustól és a végfelhasználókhoz való közelségtől függően egy meglévő erőmű öt éven belül megtérülhet, ha távhőtermelésre alakítják át. Általában “a nukleáris hő forró víz formájában akár 150 km-re is szállítható versenyképes költséggel és 2%-nál alacsonyabb bejelentett veszteséggel” – áll a jelentésben.
A jelentés szerint a kapcsolt energiatermelés mégis vonzóbb az új kis és közepes méretű atomreaktorok esetében, mivel ezek a konstrukciók fokozott biztonsági funkciókat tartalmaznak, gyakran kisebb beruházásokat igényelnek, kisebb pénzügyi kockázatot jelentenek, és könnyebb lehet a végfelhasználókhoz közelebb telepíteni őket.
A könnyűvizes reaktorok alacsony üzemi hőmérséklettartományuk miatt talán leginkább távfűtésre és sótalanításra alkalmasak, míg a magas üzemi hőmérsékletű ólomhűtésű gyorsreaktorok (550C), olvadt só reaktorok (700C-800C), gázhűtésű gyorsreaktorok (850C) és a nagyon magas hőmérsékletű reaktorok (900C-1000C) jobban megfelelnek ipari folyamathő és hidrogén előállítására, valamint sótalanításra és távfűtésre, ha kapcsolt energiatermelő rendszerekként használják őket – áll a tanulmányban.
A nukleáris kapcsolt energiatermelők által kiaknázható potenciális nem elektromos alkalmazások köre is széles. Ezek közé tartozik a magas hőmérsékletű gőz előállítása ipari folyamatok táplálására és hidrogén előállítására. Ezek “először is feljavíthatnák az alacsony minőségű kőolajforrásokat, például az olajhomokot, miközben ellensúlyoznák a metán gőzzel történő reformálásával járó szén-dioxid-kibocsátást; másodszor, támogathatnák a biomasszán, szénen vagy más szénforrásokon alapuló szintetikus folyékony üzemanyagok nagyüzemi előállítását; harmadszor pedig közvetlenül járműüzemanyagként szolgálhatnának, valószínűleg üzemanyagcellák segítségével” – írja a NAÜ. Az ügynökség megjegyzi, hogy tevékenységet folytatott annak érdekében, hogy segítse a tagállamokat e lehetőségek alapos feltárásában.
-Sonal Patel a POWER vezető munkatársa (@sonalcpatel, @POWERmagazine)
.