China a demarat primul proiect de cogenerare nucleară – la centrala AP1000

China a demarat primul său sistem comercial de cogenerare nucleară, folosind două reactoare AP1000 recent operaționale la centrala nucleară Haiyang pentru a încălzi 700.000 de metri pătrați de locuințe.

Shandong Nuclear Power Co. (SDNPC), o filială a State Power Investment Corp. (SPIC) și proprietar al centralei Haiyang, a declarat la 15 noiembrie că prima fază a proiectului de încălzire a energiei nucleare din Shandong Haiyang a fost pusă în mod oficial în funcțiune.

Detalii despre modul în care Haiyang produce căldură sunt neclare. În general, într-un proces de cogenerare nucleară, un agent de răcire recuperează energia termică eliberată prin fisiune în miezul reactorului. Această energie este, de obicei, convertită în energie electrică prin intermediul unui generator cu turbină, dar atunci când căldura face parte din utilizarea finală, aceasta poate fi utilizată direct pentru încălzire și răcire urbană, abur de proces, desalinizare, hidrogen sau fabricarea oțelului.

Expansiune vastă planificată pentru proiectul de termoficare Haiyang

Agenția Internațională pentru Energie Atomică (AIEA), care a publicat în luna septembrie a acestui an un ghid privind cogenerarea energiei nucleare, notează că energia termică și nucleară combinată nu este nouă, deși interesul pentru aceasta este în creștere. Aproximativ 43 de reactoare nucleare din întreaga lume generează încălzire urbană, majoritatea fiind în Europa de Est și Rusia; aproximativ 17, în Japonia, Kazahstan și SUA, desalinizează apa; iar aplicații industriale non-electrice au fost realizate la șapte reactoare din Canada, Germania, India și Elveția.

În total, proiectele de cogenerare nucleară din întreaga lume au acumulat până în prezent aproape 750 de ani de experiență în exploatare – ceea ce se compară cu 17.000 de ani de experiență în reactoare pentru energia nucleară civilă. Dintre reactoarele care asigură astăzi încălzire urbană, producția de energie termică variază între 5 MWth și 240 MWth, precizează AIEA. Puterea totală de căldură distribuită este de aproximativ 5.000 MWth, potrivit AIEA, ceea ce corespunde unei retrageri medii de energie de mai puțin de 5%. „Acest lucru înseamnă că, chiar dacă funcționează în modul de cogenerare, producția primară a reactorului este tot energie electrică”, a explicat aceasta.

Proiectul Haiyang este important din două motive: El valorifică energia de la reactoarele de generația a treia recent construite – unele dintre primele AP1000 finalizate până în prezent; și succesul său va servi drept model pentru diversificarea energiei nucleare și pentru o expansiune termică „curată” în China, care are o capacitate nucleară instalată de 45,6 GW și are încă 11 GW în construcție.

În cadrul primei etape, proiectul furnizează căldură pentru dormitorul angajaților centralei nucleare și pentru unele zone rezidențiale din Haiyang, un oraș de coastă din provincia Shandong, în estul Chinei, care are o populație de aproximativ 658.000 de locuitori. Nu este furnizat un calendar, dar SDNPC spune că o etapă ulterioară va implica modificări la unitățile 1 și 2 pentru a extinde capacitatea de încălzire la 30 de milioane de metri pătrați.

SPIC, între timp, plănuiește să construiască încă patru unități la Haiyang, deși acestea vor avea o standardizare locală a proiectului AP1000, cunoscut sub numele de CAP1000. Deși unitățile 3 și 4 au primit aprobarea de construcție în decembrie 2015 și construcția trebuia să înceapă în 2017, nu a fost raportat încă niciun progres. Unitatea 1 a centralei Haiyang a început să funcționeze în octombrie 2018, iar unitatea 2 a urmat în ianuarie, după întârzieri cauzate de probleme cu echipamentele și de moratoriul de trei ani care a urmat accidentului de la Fukushima. Unitățile 1 și 2 de la Haiyang mențin în prezent „o funcționare sigură și stabilă”, a declarat SDNPC, adăugând că se așteaptă ca producția anuală de energie de la centrală în 2019 să ajungă la 20,6 TWh – suficient pentru a satisface aproximativ o treime din cererea anuală a nevoilor rezidențiale ale provinciei Shandong.

În cazul în care unitățile planificate vor fi finalizate, proiectul de încălzire cu energie nucleară Shandong Haiyang ar putea asigura o capacitate de încălzire de peste 200 de milioane de metri pătrați, sau o rază de încălzire de aproximativ 100 de kilometri. Acest lucru se traduce printr-o „economie anuală de aproximativ 6,62 milioane de tone de cărbune standard”. În prezent, proiectul economisește 23.200 de tone de cărbune, a precizat SDNPC. Compania preconizează că, până în 2030, Haiyang și alte „metode de încălzire cu energie curată” ar putea înlocui toate cazanele pe cărbune din Peninsula Jiaodong.

Succesul de la Haiyang ar putea fi adoptat și de alte regiuni, a declarat Ling Wen, viceguvernator al provinciei Shandong, în cadrul unei reuniuni de „observare” a proiectului și a unui seminar de experți privind „utilizarea cuprinzătoare a energiei nucleare” găzduit de Administrația Națională a Energiei (NEA) la Haiyang la 28 noiembrie. În cadrul evenimentului, Liu Baohua, director adjunct al NEA, a remarcat, de asemenea, că punerea oficială în funcțiune a proiectului de încălzire nucleară este o parte esențială a noii strategii naționale de securitate energetică a țării, care va pune accentul pe diversificarea energiei nucleare. El a îndemnat la promovarea activă a „experienței valoroase” obținute în urma proiectului.

Printre alte proiecte discutate în cadrul reuniunii se numără unul care ar putea aplica energia nucleară pentru desalinizarea apei de mare. La 12 octombrie, SDNPC a anunțat un parteneriat cu guvernul municipal Haiyang și Zhonglian Energy pentru proiecte nucleare de încălzire și desalinizare. Potrivit anunțului, partenerii au realizat deja un studiu de fezabilitate pentru un proiect demonstrativ de desalinizare la scară largă.

Oficialii prezenți la eveniment au remarcat, de asemenea, că proiectul de încălzire nu a crescut sarcina financiară a SPIC. Detaliile privind costurile sunt, de asemenea, neclare. Potrivit AIEA, de obicei este necesară o investiție inițială pentru transportul și distribuția căldurii, dar aceasta notează că, „în multe cazuri, rezultatul este o energie mai ieftină pentru consumator”. Aceasta adaugă: „După amortizare, căldura reziduală din reactoarele nucleare este cea mai ieftină formă de căldură”.

De ce cogenerarea nucleară este atât de fierbinte în acest moment

AIEA a întocmit raportul său orientativ pe baza unei creșteri a interesului pentru cogenerarea nucleară – atât din partea producătorilor existenți, cât și a dezvoltatorilor de reactoare mici și mijlocii (între 300 MW și 700 MW) – datorită unor avantaje cheie.

Printre acestea, cel mai important este faptul că cogenerarea recuperează căldura reziduală – și ar putea crește eficiența energetică a unei centrale nucleare până la 80%. „Eficiența tipică a conversiei de la căldură la electricitate este de 33%. Prin urmare, aproximativ două treimi din energia de fisiune sfârșește prin a încălzi atmosfera sau apa de răcire”, explică acesta. „Cogenerarea permite utilizarea unei părți, dacă nu a tuturor, a căldurii reziduale”. Acest lucru ar putea oferi producătorilor de energie nucleară o sursă de venit potențial profitabilă, o bază de clienți extinsă și o mai bună flexibilitate, deoarece permite o posibilă comutare între cele două producții în funcție de semnalele pieței și de cerere.

Încă un alt avantaj pe care AIEA îl subliniază este faptul că cogenerarea ar putea reduce deșeurile nucleare, notând: „Folosirea unei cantități mai mari de energie per fisiune în modul de cogenerare … reduce cantitatea de deșeuri generate pe unitate de energie”.

Semnificativ, AIEA spune că siguranța unei centrale nucleare nu se bazează pe performanța operațională a unei centrale termice de cogenerare, dar notează că „orice potențial transfer de radioactivitate prin sistem până la linia principală de transfer de căldură”, este o preocupare specifică. „Un bun mod practic de a preveni orice contaminare radioactivă către un sistem de aplicare a căldurii, de exemplu, este de a izola fizic bucla primară a reactorului de linia principală de transfer”, sfătuiește aceasta. „Acest lucru se face în mod evident într-un reactor cu apă presurizată (PWR), deoarece bucla secundară este deja un sistem izolat cu buclă închisă care servește drept barieră pentru contaminanți. Cu toate acestea, într-un reactor cu apă clocotită (BWR), ar fi necesară o buclă de apă suplimentară între schimbătorul de căldură/condensatorul de la ieșirea turbinei și linia principală de transport al căldurii (MHT).”

AIEA spune totuși că, până în prezent, în sistemele de încălzire urbană care utilizează căldura nucleară, „nu a fost identificată nicio problemă majoră legată de extragerea căldurii dintr-o centrală nucleară”. Obstacolele sunt, în general, întâmpinate de sistemele mai vechi, care pot suferi de pierderi mari de căldură la generare, transport, distribuție și utilizare finală. Cu toate acestea, raportul concluzionează că se poate adăuga cogenerarea la centralele existente – și, în funcție de amplasament, de tipul de reactor și de proximitatea față de utilizatorii finali, estimează că o centrală existentă ar putea recupera costurile în cinci ani dacă ar fi convertită pentru a furniza căldură urbană. În general, „căldura nucleară sub formă de apă caldă poate fi furnizată până la 150 de kilometri distanță la costuri competitive și cu o pierdere raportată mai mică de 2%”, se spune în raport.

Cu toate acestea, raportul sugerează că cogenerarea este mai atractivă pentru noile reactoare nucleare de dimensiuni mici și medii, deoarece aceste modele încorporează caracteristici de siguranță îmbunătățite, necesită adesea investiții mai mici, prezintă mai puține riscuri financiare și pot fi mai ușor de amplasat mai aproape de utilizatorii finali.

Reactoarele cu apă ușoară sunt poate cele mai potrivite pentru încălzirea urbană și desalinizare, datorită intervalului lor redus de temperaturi de lucru, în timp ce temperaturile de lucru ridicate ale reactoarelor rapide răcite cu plumb (550C), ale reactoarelor cu sare topită (700C până la 800C), ale reactoarelor rapide răcite cu gaz (850C) și ale reactoarelor cu temperaturi foarte ridicate (900C până la 1.000C) sunt mai potrivite pentru producerea de căldură în procesele industriale și de hidrogen, precum și pentru desalinizare și încălzire urbană atunci când sunt utilizate ca sisteme de cogenerare, se arată în raport.

Gama de potențiale aplicații non-electrice pe care le-ar putea exploata cogeneratoarele nucleare este, de asemenea, vastă. Printre acestea se numără producția de abur la temperaturi ridicate pentru alimentarea proceselor industriale și producția de hidrogen. Acestea ar putea „în primul rând, să îmbunătățească resursele de petrol de calitate scăzută, cum ar fi nisipurile bituminoase, compensând în același timp emisiile de carbon asociate cu reformarea metanului cu abur; în al doilea rând, să sprijine producția pe scară largă de combustibili lichizi sintetici pe bază de biomasă, cărbune sau alte surse de carbon; și, în al treilea rând, să servească direct drept combustibil pentru vehicule, cel mai probabil folosind pile de combustie”, spune AIEA. Agenția menționează că a întreprins activități pentru a ajuta statele membre să exploreze în profunzime aceste oportunități.

-Sonal Patel este editor asociat senior POWER (@sonalcpatel, @POWERmagazine)

.