Chiny uruchamiają pierwszy projekt kogeneracji jądrowej w elektrowni AP1000

Chiny uruchomiły swój pierwszy komercyjny system kogeneracji jądrowej, wykorzystując dwa nowo uruchomione reaktory AP1000 w elektrowni jądrowej Haiyang do ogrzewania 700 000 metrów kwadratowych budynków mieszkalnych.

Shandong Nuclear Power Co. Ltd. (SDNPC), spółka zależna State Power Investment Corp. (SPIC) i właściciel zakładu w Haiyang, 15 listopada powiedział, że pierwsza faza projektu Shandong Haiyang Nuclear Energy Heating Project została formalnie oddana do użytku.

Detale o tym, jak Haiyang jest produkcja ciepła są niejasne. Ogólnie rzecz biorąc, w procesie kogeneracji jądrowej chłodziwo odzyskuje energię cieplną uwolnioną w wyniku rozszczepienia w rdzeniu reaktora. Energia ta jest zwykle przekształcana w energię elektryczną za pomocą turbogeneratora, ale gdy ciepło jest częścią końcowego zastosowania, może być wykorzystywane bezpośrednio do ogrzewania i chłodzenia, wytwarzania pary technologicznej, odsalania, wodoru lub produkcji stali.

Vast Expansion Planned for Haiyang Heat Project

Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej (IAEA), która we wrześniu tego roku opublikowała wytyczne dotyczące kogeneracji energii jądrowej, zauważa, że skojarzone wytwarzanie ciepła i energii jądrowej nie jest nowością, choć zainteresowanie nim rośnie. Około 43 reaktory jądrowe na całym świecie wytwarzają energię cieplną, większość z nich znajduje się w Europie Wschodniej i Rosji; około 17, w Japonii, Kazachstanie i USA, odsala wodę; a w siedmiu reaktorach w Kanadzie, Niemczech, Indiach i Szwajcarii osiągnięto przemysłowe zastosowania nieelektryczne.

W ramach pierwszego etapu projekt dostarcza ciepło do internatu pracowników elektrowni jądrowej i niektórych obszarów mieszkalnych w Haiyang, nadmorskim mieście w prowincji Shandong, we wschodnich Chinach, które ma około 658 000 mieszkańców. Nie podano harmonogramu, ale SDNPC twierdzi, że późniejszy etap będzie obejmował modyfikacje bloków 1 i 2 w celu zwiększenia mocy grzewczej do 30 milionów metrów kwadratowych.

Jeśli planowane jednostki zostaną ukończone, Shandong Haiyang Nuclear Energy Heating Project może zapewnić ponad 200 milionów metrów kwadratowych mocy grzewczej lub promień ogrzewania około 100 kilometrów. Przekłada się to na „roczne oszczędności rzędu 6,62 mln ton standardowego węgla”. Obecnie, projekt oszczędza 23.200 ton węgla, SDNPC powiedział. Firma przewiduje, że do 2030 roku, Haiyang i inne „metody ogrzewania czystą energią” mogą zastąpić wszystkie kotły węglowe na półwyspie Jiaodong.

Sukces w Haiyang może być również przyjęty przez inne regiony, powiedział Ling Wen, zastępca gubernatora prowincji Shandong, na spotkaniu „obserwacyjnym” projektu i seminarium ekspertów na temat „kompleksowego wykorzystania energii jądrowej” zorganizowanym przez Krajową Administrację Energetyczną (NEA) w Haiyang w dniu 28 listopada. Podczas spotkania Liu Baohua, zastępca dyrektora NEA, podkreślił, że oficjalne oddanie do użytku projektu ogrzewania jądrowego jest ważnym elementem nowej strategii bezpieczeństwa energetycznego kraju, która kładzie nacisk na dywersyfikację energii jądrowej. Wezwał on do aktywnego promowania „cennych doświadczeń” zdobytych w ramach projektu.

Wśród innych projektów omawianych na spotkaniu jest taki, który mógłby zastosować energię jądrową do odsalania wody morskiej. W dniu 12 października SDNPC ogłosiło partnerstwo z rządem gminy Haiyang i firmą Zhonglian Energy w zakresie ogrzewania jądrowego i projektów odsalania wody morskiej. Zgodnie z ogłoszeniem, partnerzy przeprowadzili już studium wykonalności projektu demonstracyjnego odsalania wody morskiej na dużą skalę.

Oficjaliści na imprezie zauważyli również, że projekt ogrzewania nie zwiększył obciążenia finansowego SPIC. Szczegóły dotyczące kosztów są również niejasne. Według MAEA, początkowa inwestycja jest zwykle wymagana do transportu i dystrybucji ciepła, ale zauważa, że „w wielu przypadkach rezultatem jest tańsza energia dla konsumenta.” Dodaje: „Po amortyzacji, ciepło odpadowe z reaktorów jądrowych jest najtańszą formą ciepła”.

Why Nuclear Cogeneration Is So Hot Right Now

MAEA opracowała swój raport z wytycznymi w oparciu o gwałtowny wzrost zainteresowania skojarzoną energią cieplną i elektryczną z elektrowni jądrowych – zarówno ze strony istniejących wytwórców, jak i deweloperów małych i średnich reaktorów (o mocy od 300 MW do 700 MW) – ze względu na pewne kluczowe zalety.

Najważniejszą z nich jest to, że kogeneracja pozwala odzyskiwać ciepło odpadowe – a to może zwiększyć sprawność energetyczną elektrowni jądrowej do 80%. „Typowa sprawność konwersji ciepła na energię elektryczną wynosi 33%. W związku z tym około dwóch trzecich energii rozszczepienia kończy się na ogrzewaniu atmosfery lub wody chłodzącej” – czytamy w raporcie. „Kogeneracja pozwala na wykorzystanie części, jeśli nie całości, ciepła odpadowego”. To może zaoferować producentom energii jądrowej potencjalnie lukratywne źródło dochodów, rozszerzoną bazę klientów i większą elastyczność, ponieważ pozwala na ewentualne przełączanie między dwoma wyjściami w zależności od sygnałów rynkowych i popytu.

Co istotne, MAEA twierdzi, że bezpieczeństwo elektrowni jądrowej nie zależy od wydajności operacyjnej ciepłowni kogeneracyjnej, ale zauważa, że „każdy potencjalny transfer radioaktywności przez system aż do głównej linii przesyłu ciepła,” jest szczególnym problemem. „Dobrym praktycznym sposobem zapobiegania skażeniu radioaktywnemu, na przykład, systemu zastosowania ciepła, jest fizyczne odizolowanie pierwotnej pętli reaktora od głównej linii przesyłowej” – radzi. „Jest to oczywiście możliwe w reaktorze wodnym ciśnieniowym (PWR), ponieważ pętla wtórna jest już izolowanym systemem zamkniętym służącym jako bariera dla zanieczyszczeń. Jednakże w reaktorze wodnym wrzącym (BWR), dodatkowa pętla wodna byłaby potrzebna pomiędzy wymiennikiem ciepła/kondensatorem na wyjściu turbiny a główną linią transportu ciepła (MHT).”

AEA twierdzi jednak, że jak dotąd w systemach ciepłowniczych wykorzystujących ciepło jądrowe „nie zidentyfikowano żadnego poważnego problemu związanego z pozyskiwaniem ciepła z elektrowni jądrowej.” Przeszkody dotyczą na ogół starszych systemów, które mogą cierpieć z powodu wysokich strat ciepła podczas wytwarzania, transportu, dystrybucji i końcowego wykorzystania. W raporcie stwierdzono jednak, że kogeneracja może zostać dodana do istniejących elektrowni – w zależności od lokalizacji, typu reaktora i bliskości użytkowników końcowych szacuje się, że koszty istniejącej elektrowni mogłyby się zwrócić w ciągu pięciu lat, gdyby została ona przystosowana do dostarczania ciepła sieciowego. Ogólnie rzecz biorąc, „ciepło jądrowe w postaci gorącej wody może być dostarczane na odległość do 150 km po konkurencyjnych kosztach i z raportowaną stratą niższą niż 2%” – napisano w raporcie.

Mimo to w raporcie sugeruje się, że kogeneracja jest bardziej atrakcyjna dla nowych małych i średnich reaktorów jądrowych, ponieważ konstrukcje te zawierają ulepszone funkcje bezpieczeństwa, często wymagają mniejszych inwestycji, wiążą się z mniejszym ryzykiem finansowym i mogą być łatwiejsze do zlokalizowania bliżej użytkowników końcowych.

Reaktory lekkowodne prawdopodobnie najlepiej nadają się do ogrzewania komunalnego i odsalania, ze względu na niski zakres temperatur roboczych, podczas gdy reaktory prędkie chłodzone ołowiem (550C), reaktory ze stopionymi solami (700C do 800C), reaktory prędkie chłodzone gazem (850C) i reaktory wysokotemperaturowe (900C do 1000C) lepiej nadają się do produkcji ciepła w procesach przemysłowych i wodoru, a także do odsalania i ogrzewania komunalnego, gdy są wykorzystywane jako systemy kogeneracyjne.

Zakres potencjalnych zastosowań nieelektrycznych, które mogłyby wykorzystać kogeneratory jądrowe, jest również ogromny. Obejmują one produkcję pary o wysokiej temperaturze na potrzeby procesów przemysłowych oraz produkcję wodoru. Mogłyby one „po pierwsze, uszlachetniać niskiej jakości zasoby ropy naftowej, takie jak piaski roponośne, kompensując jednocześnie emisje dwutlenku węgla związane z parowym reformingiem metanu; po drugie, wspierać na dużą skalę produkcję syntetycznych paliw płynnych opartych na biomasie, węglu lub innych źródłach węgla; i po trzecie, służyć bezpośrednio jako paliwo do pojazdów, najprawdopodobniej z wykorzystaniem ogniw paliwowych” – stwierdza MAEA. Agencja zauważa, że podjęła działania, aby pomóc państwom członkowskim w dogłębnym zbadaniu tych możliwości.

-Sonal Patel jest starszym redaktorem POWER (@sonalcpatel, @POWERmagazine)

.