中国初の原子力コージェネレーションプロジェクトが始動-AP1000プラントで
中国は、海陽原子力発電所で新たに稼働したAP1000原子炉2基を使って、70万平方メートルの住宅を暖める初の商業原子力コージェネレーションシステムを始動させました。
山東核電有限公司は、中国初の商用原子力コージェネレーションシステムを稼働させました。 (SDNPC）は、国家電力投資集団の子会社である。 (SPIC)の子会社で、海陽原発の所有者である山東核電は11月15日、山東海陽核エネルギー暖房プロジェクトの第1段階が正式に稼働したと発表した。
海陽がどのように熱を生産しているのか、詳細は不明である。 一般に、原子力コージェネレーションでは、原子炉の炉心で核分裂により放出された熱エネルギーを冷却材で回収する。 そのエネルギーは通常、タービン発電機を通して電力に変換されるが、熱が最終用途の一部である場合、地域冷暖房、プロセス蒸気、脱塩、水素、製鉄などに直接利用することができる。
海陽熱プロジェクトに大規模な拡張を計画
今年9月に原子力コージェネレーションに関するガイダンスを発表した国際原子力機関（IAEA）は、熱電併給への関心は高まっているものの、新しいものではないことに言及している。 また、カナダ、ドイツ、インド、スイスの7基の原子炉では、産業用の非電気的用途が実現されている。
世界中の原子力コージェネレーション・プロジェクトは、現在までに750年近い運転経験を蓄積しており、これは民間原子力発電の17,000年の原子炉経験と比べても遜色のないものである。 IAEAによれば、今日、地域暖房を提供している原子炉のうち、熱出力は5MWthから240MWthの範囲である。 IAEAによれば、分散型熱出力は全体で約5,000MWthであり、これは平均5％未満のエネルギー奪取に相当する。 「3002>
海陽プロジェクトは、2つの理由で重要である。 それは、新しく建設された第三世代原子炉（これまでに完成した最初のAP1000の一部）からエネルギーを活用すること、およびその成功は、原子力エネルギーの多様化と、4560万kWの原子力設備容量を持ち、さらに1100万kWを建設中の中国における「クリーン」熱拡大のための青写真として機能することである。
第1段階として、中国東部、山東省の沿岸都市、海陽市（人口約65万8000人）の原子力発電所の社員寮と一部の住宅地に熱を供給している。 スケジュールは示されていないが、SDNPCによると、後の段階では1号機と2号機を改造し、暖房能力を3000万平方メートルに拡大する予定だという。
一方、SPICは海陽でさらに4基の建設を計画しているが、これらはAP1000の設計を現地で標準化したCAP1000と呼ばれるものを採用する予定だ。 3号機と4号機は2015年12月に建設認可を受け、2017年に着工する予定だったが、まだ進捗が報告されていない。 海陽原発の1号機は、設備トラブルや福島事故後の3年間のモラトリアムによる遅れを経て、2018年10月に運転を開始し、1月に2号機が続いている。 SDNPCは、海陽原発1号機と2号機は現在「安全で安定した運転」を維持しており、2019年の同原発の年間発電量は山東省の住宅需要の約3分の1を満たす20.6TWに達するとの見通しを示している。
計画中のユニットが完成すれば、山東省海陽核エネルギー暖房プロジェクトは2億平方メートル以上の暖房能力、または約100キロメートルの暖房半径を提供することができる。 これは、”年間約662万トンの標準的な石炭を節約できる “という計算になる。 SDNPCによると、現在、このプロジェクトによって23,200トンの石炭が節約されているという。 同社は、2030年までに、海陽とその他の「クリーンエネルギー暖房方法」が、膠東半島のすべての石炭火力ボイラーに取って代わるだろうと予測しています。
山東省副省長の凌文氏は、11月28日に海陽で行われた国家エネルギー局（NEA）主催の「原子力エネルギーの総合利用」プロジェクト「観察」会議と専門家セミナーで、海陽の成功は他の地域でも取り入れられると述べた。 また、国家エネルギー局副局長の劉宝華は、核熱プロジェクトの正式な試運転は、原子力エネルギーの多様化を重視する国の新しいエネルギー安全保障戦略にとって重要な部分であると指摘した。 このプロジェクトから得られる「貴重な経験」を積極的に推進するよう促した。
会議で議論された他のプロジェクトの中には、海水淡水化に原子力を応用できるものがある。 SDNPCは10月12日、海陽市政府および中聯能源と、原子力による暖房および海水淡水化プロジェクトで提携することを発表した。 発表によると、パートナーはすでに大規模な海水淡水化実証プロジェクトのフィージビリティスタディを行っている。
イベントの関係者はまた、加熱プロジェクトはSPICの財政負担を増やさないと指摘した。 コストに関する詳細も不明である。 IAEAによると、一般的に熱の輸送と分配に初期投資が必要だが、”多くの場合、結果として消費者により安いエネルギーが供給される “と指摘している。 と付け加えている。 「償却後、原子炉の廃熱は最も安い熱の形態である “と付け加えている。
Why Nuclear Cogeneration Is So Hot Now
IAEAは、既存の発電機と中小原子炉（300MWから700MW）の開発者の両方から、原子力熱電併給への関心が急増していることに基づき、いくつかの重要な利点につながる指導レポートを編集した。
その中でも最も重要なのは、コジェネレーションが廃熱を回収し、原子力発電所のエネルギー効率を80%まで高められることだ。 「熱から電気への一般的な変換効率は33％です。 したがって、核分裂エネルギーの約3分の2は大気や冷却水を加熱することになる」と説明している。 「コージェネレーションは、すべてではないにしても、廃熱の一部を利用することができる。 それは、潜在的に有利な収入源、顧客基盤の拡大、そして市場シグナルと需要に応じて2つの出力を切り替えることが可能であるため、より良い柔軟性を原子力発電所に提供することができます。
さらにIAEAが強調するもうひとつの利点は、コジェネレーションが核廃棄物を減らす可能性があることで、「コジェネレーションモードで核分裂あたりにより多くのエネルギーを使用することにより、単位エネルギーあたり発生する廃棄物の量が減る」と指摘しています。
重要なのは、IAEAが、原子力発電所の安全性はコージェネレーション熱交換器の運転性能に依存しないが、「主伝熱ラインまでのシステムを通しての潜在的な放射能移動は、特定の懸念である」と指摘している点である。 “熱利用システムへのいかなる放射能汚染も防ぐ良い実用的な方法は、例えば、原子炉の一次ループを主伝送ラインから物理的に分離することである “と助言している。 「加圧水型原子炉（PWR）では、二次側ループがすでに隔離された閉ループ系であり、汚染物質に対するバリアとして機能するため、これは明らかに行われます。 しかし、沸騰水型原子炉（BWR）では、タービン出力の熱交換器／コンデンサーと主熱輸送（MHT）ラインの間に追加の水ループが必要になります」。
ただし、IAEAは、これまでのところ、核熱を利用した地域暖房システムにおいて、”原子力発電所からの熱の取り出しに関連する大きな問題は確認されていない “としています。 ハードルは一般的に古いシステムで、発電、輸送、分配、最終使用における高い熱損失に悩まされる可能性がある。 立地、原子炉の種類、エンドユーザーへの近さにもよるが、既存のプラントを地域熱供給のために改造すれば、5年以内にコストを回収できるだろうと推測している。 一般に、「温水の形で核熱を競争力のあるコストで、2%より低い報告損失で150離れた場所まで供給することができる」と述べています。
それでも、コージェネレーションは新しい小型および中規模の原子炉にとってより魅力的だと示唆しています。これらの設計には安全性の強化機能が組み込まれており、しばしば小さな投資を必要とし、財務リスクが少なく、エンドユーザーの近くに配置することが容易になる可能性もあるからです。
軽水炉は、その低い作動温度範囲により、おそらく地域暖房と海水淡水化に最も適している。一方、高い作動温度の鉛冷却高速炉（550℃）、溶融塩炉（700℃～800℃）、ガス冷却高速炉（850℃）および超高温炉（900℃～1000℃）は、工業プロセス熱と水素生成、およびコジェネレーションシステムとして用いられる海水淡水化と地域暖房により適していると、同機関は述べている。
原子炉コジェネレーションが利用できる潜在的な非電気的用途の範囲も広大である。 例えば、工業プロセスや水素製造に供給するための高温蒸気生産などである。 IAEAは、「第一に、オイルサンドのような低品質の石油資源をアップグレードし、メタンの蒸気改質に伴う炭素排出を相殺する。 IAEAは、加盟国がこれらの機会を深く探求するのを支援するための活動を行ってきたと述べている。
ソナル・パテルはPOWERのシニア・アソシエイト・エディター（@sonalcpatel, @POWERmagazine）
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