Allan Vrager�insener�Mihkel Loide�kommunikatsioonijuht�Fermi Energia OÜ

TÄNAPÄEVA TUUMATEHNOLOOGIA JA EESTI TUUMAJAAM

• Kalev Kallemets, PhD – CEO�Diana Revjako MSc – keskkonnajuht�Henri Ormus, MSc – HR�Marti Jeltsov, PhD – tehnoloogiajuht�Kaspar Kööp, PhD – ohutusjuht�Merja Pukari, PhD – kütusetsükli juht�Allan Vrager, MSc – soojustehnika insener�Anu Koppel, MSc – tarneahela insener�Albert Kopjev, MSc – ehitusinsener�Rainer Küngas, PhD – vesiniku ekspert�Andrei Goronovski, MSc – neutroonika insener�Mihkel Loide, MA – kommunikatsioonijuht�Andres Ingerman – kommunikatsioonispetsialist
• Nõukogu:�Sandor Liive, MA�Mait Müntel, PhD�Liisa Oviir�Björn Linde, MSc

Mis on väikesed reaktorid?

• IAEA defineerib väikeseks reaktoriks tuumareaktori, mille genereeritud soojusest toodetakse elektrit võimsusega 300 MW ja vähem
• Väikeste reaktorite alamkategooriaks nimega väga väikesed reaktorid loetakse reaktoreid, mille elektriline võimsus on väiksem kui 15 MW
• Levinud termin on SMR (Small Modular Reactor) ehk väike moodulreaktor. See on reaktor, mis on projekteeritud saritootmiseks ja ehitamiseks tehases ning transporditakse asukohta ainult paigaldamiseks.

​

​

​

Miks ehitada väikeseid reaktoreid?

• Tavaline ajalooline loogika: Tahad odavalt toota, pead tootma palju ja suures koguses ning suures tehases.
• Suured tuumajaamad – uued ja suured probleemid:
• Suured kapitali kulud
• Projekti kestus ajaliselt pikk
• Projekt keerukas
• Suured seadmed, mida ei saa lõpuni tehases valmistada
• Suur ehitusplats ja palju inimesi ning palju osalevaid organisatsioone, keeruline hästi juhtida
• Ehitatakse vähe, mis tingib vähese ehitamiskogemuse akumuleerumise, ja ei teki eelist, mida toob seeriatootmine
• Suured reaktorid, siis ehitamisel suured riskid ja potentsiaalselt suured probleemid

​

​

Väikeste moodulreaktorite eelised

• Kapitalikulu ühe tootmisüksuse kohta oluliselt väiksem, tänu millele väiksem finantsrisk
• Ehitusaeg lühem
• Vaja vähem ehitusmaterjale ühe võimsusühiku kohta (GE ESBWR 1520 MW vajab 10 korda rohkem betooni kui BWRX-300 300MW)
• Sama tootmisvõimsuse saavutamiseks vaja toota rohkem ühikuid ehk tekib efekt seeriatootmise näol
• Saab ehitada moodulite näol tehases ning asukohas jääb põhiliselt montaaž
• Saab kasutada väikestes võrkudes, kuhu ei sobi suured tootmisüksused (Elering lubab Eesti põhivõrku ühendada ainult tootmisüksuseid võimsusega vähem kui 400 MW)
• Väikesed reaktorid on ohutumad

​

​

Väikeste moodulreaktorite eelised ohutuses

• Väikesem kütuse kogus reaktoris – vähem vaja jahutusvõimsust, lihtsam rakendada passiivset jahutust, võimalik ehitada lõplikult passiivselt ohutut reaktorit, suure õnnetuse korral vähem radioaktiivset materjali, mis võib välja paiskuda.
• Väiksem avariiolukorra planeerimise tsoon (Emergency Planning Zone EPR) – ligkaudu jaama territooriumi suurune vs. suurel reaktoril kuni paarikümne kilomeetri raadiusega
• Väiksem süsteemide arv – vähem võimalusi, et miski läheb katki
• Väiksem torustike ja pumpade kogus - väheneb LOCA tekkimise tõenäosus
• Väiksem seismiline maht ja mass – maavärinate korral purustuste tekkimise tõenäosus väiksem
• Väiksemad mõõtmed – materjali defektid omavad väiksemat mõju ohutusele ja valmistamine lihtsam
• Ehitatkse maa alla - vähendab võimalikke füüsilisi kahjustusi välistest allikatest
• Ehitatakse tehsases – võimalik tagada paremat kvaliteeti ja kvaliteedi kontrolli

​

Töötavad väikereaktorid

https://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/nuclear-power-reactors/small-nuclear-power-reactors.aspx

Ehitamisel olevad väikereaktorid

https://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/nuclear-power-reactors/small-nuclear-power-reactors.aspx

Arenduses kaugele jõudnud väikereaktorid

https://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/nuclear-power-reactors/small-nuclear-power-reactors.aspx

Veel arendatavad projektid

https://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/nuclear-power-reactors/small-nuclear-power-reactors.aspx

Väga väikeste reaktorite arendusprojektid

https://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/nuclear-power-reactors/small-nuclear-power-reactors.aspx

Reaktorite generatsioonid ehk põlvkonnad

• 2001. Aastal USA valitsuse eestvedamisel loodi „The Generation IV International Forum (GIF)“, mille eesmärgiks oli uue põlvkonna tuumareaktorite arendamine.
• Liikmed, kes tegutsevad aktiivselt, on Austraalia, Kanada, Hiina, Euratom, Prantsusmaa, Jaapan, Venemaa, LAV, Lõuna-Korea, Šveits, Suurbritannia ja USA. Passiivsed liikmed on veel Argentiina ja Brasiilia.
• GIF valis umbes saja kontseptsiooni seast 2002. aastal arendatavateks reaktoriteks 6 tüüpi, mis peaksid soovitavalt ehitusküpseks saama aastatel 2015–2025. Kogu programmi tähtajaks kinnitati 2030 a.
• Nimeks anti neile IV põlvkonna reaktorid ja defineeriti, mis on eelmised põlvkonnad.

​

​

wikipedia.org

GIF loomisel defineeritud eesmärgid

Jätkusuutlikkus

• Muundada energiat tuumkütusest jätkusuutlikult ja tagada pikaajaline tuumkütuse saadavus
• Minimeerida tuumajäätmete teke ja vähendada pikaajalist jäätmete hoidmise koormat

​

Turvalisus ja töökindlus

• Hiilgamine turvalisuses ja töökindluses
• Väga väike reaktori tuuma kahjustuste tekke võimalus ja ulatus
• Elimineerida vajadus jaamaväliseks tegutsemiseks eriolukordades

​

Ökonoomika

• Elutsükli hinnaeelis teiste energiaallikate ees
• Teiste energiaprojektidega võrdeline finantsrisk

​

Raskendatud tuumapommimaterjali tootmine ja parem füüsiline kaitse

• Väga ebaatraktiivne diversiooni korraldamiseks ja tuumapommi materjali varguseks
• Omada tugevdatud füüsilist kaitset terrorismiaktide vasta

​

​

Ülikõrgtemperatuurne reaktor - Very high-temperature reactor (VHTR)

Grafiitaeglustiga ehk kasutab aeglaseid neutrone, avatud kütusetsükliga, heeliumi või sulasoolaga jahutatud, reaktori tuum kas prismaatiliste või veeriskihis TRISO kütusega. Soojuskandja väljumistemperatuur kuni 1000°C.

Idee 1947 Oak Ridge National Laboratory. 1966 kuni 1974 Beach Bottom 1 USA-s 40 MW, 1969 kuni 1988 AVR Saksamaal 15 MW jt.

Hiinas valmimas HTR-PM 210 MW, USAs arendamisel Xe-100 80MW

DOE

Sulasoolareaktor - Molten-salt reactor (MSR)

Jahutusvedelik ja/või ka kütus on vedela soola kujul (UF₄ või ThF₄), kasutab kas aeglaseid, epitermaalseid või kiireid neutroneid, võib olla nii avatud, kui suletud kütusetsükliga. Aeglaste neutronite korral on aeglustiks grafiit.

Töötnud ainult üks katsereaktor 1960ndatel USAs Molten-Salt Reactor Experiment Oak Ridge National Laboratory 80 MW soojuslikku.

Arendamisel palju projekte:Moltex SSR-W, 300 Mwe, Moltex, UK; Integral MSR, 192 Mwe, Terrestrial Energy, Kanada jt. Esimesed valmivad eeldatavasti 2030 paiku

​

DOE

Ülekriitilise veega jahutatav reaktor - Supercritical water-cooled reactors (SCWR).

Epitermaalsetel neutronitel töötavad reaktorid, mis kasutavad jahutusvedelikuks ülikriitilise parameetritega vett, sarnaneb olemasolevate kergveereaktoritega, aga kõrgema kasuteguriga. Sarnane ülekriitilise veega fossiilkütusel töötavate elektrijaamadega. 3

Põhimõtteliselt võivad olla ka paljundusreaktorid.

Põhiline eesmärk, odava elektri tootmine.

Venelased arendavad VVER-1700, kui tõsiselt ja millal võiks valmida, seda ei tea.

DOE

Gaasjahutusega kiire reaktor - Gas-cooled fast reactor (GFR)

Kasutab kiireid neutroneid ja suletud kütusetsüklit. Heeliumiga jahutatav väljumistemperatuuriga 850°C. Kütuseks uraan ja aktinoidid. VHTR-i edasiarendus.

Višegradi riigid arendavad Allegro nimelist reaktorit, GoFastR projekt oli Euroopas (UK, prantsusmaa). Kõik riiklikud arendusprojektid, erafirmad ei arenda.

Ühtegi prototüüpi ei ole töötanud.

DOE

Naatriumjahutusega kiire reaktor - Sodium-cooled fast reactor (SFR)

Naatriumiga jahutatav kiirete neutronitega reaktor. Suletud kütusetsükkel.

Esimene EBR-1 töötas USAs 1950 kuni 1964, 0,2 MW.

Võimsaim töötanud Superphenix Prantsusmaal 1986-1997 1242 MW.

Kaasajal töötab üks Hiinas ja kaks Venemaal. Ehitab India.

Seda tüüpi reaktoreid on opereerinud USA, Prantsusmaa, Jaapan, UK, Saksamaa ja India.

Arendavad paljud firmad

DOE

Pliijahutusega kiire reaktor - Lead-cooled fast reactor (LFR)

Kiired neutronid, suletud kütusetsükkel, jahutusvedelikuks plii või plii-vismuti eutektikum.

NSVL opereeris 1970-ndatel aastatel sellise reaktoritega Alfa-klassi allveelaevu.

Venemaal ehitatakse BREST-300 reaktorit.

Arendajaid on palju, lisaks ehitatavale BRESTile on Venemaal veel üks projekt. Arendatakse ka USAs, Kanadas, Rootsis.

DOE

Eestisse kaalumisel olevad reaktorid

• NuScale Power Module™ SMR – PWR ehk surveveereaktor 4, 6 või 12 reaktorit elektrilise võimsusega 77 MW ja summaarse võimsusega vastavalt 308, 462 või 924 MW
• GE Hitachi Nuclear Energy BWRX-300 – BWR ehk keevaveereaktor elektrilise võimsusega 300 MW
• Rolls-Royce SMR – PWR ehk surveveereaktor elektrilise võimsusega 440 MW
• Moltex Energy Ltd. Stable Salt Reactor SSR-300W – sulasoolareaktor elektrilise võimsusega 300 MW
• Terrestrial Energy Inc. Integral Molten Salt Reactor IMSR-400 – sulasoolareaktor elektrilise võimsusega 400 MW
• USNC MMR - gaasijahutusega reaktor elektriline võimsus 5 ja 10 MW

​

Rohkem informatsiooni

https://fermi.ee

Mis võib takistada valida IV põlvkonda?

• Katsereaktorite valmis tegemine pole probleem, küll aga kommertsialiseerimine ja käidukindlus.
• Kommertskasutusse toomine eeldab normidele vastavust, normide sobivaks muutmine võtab aega.
• Näiteks mõne reaktori valmistamine nõuab laserkeevitust, selle lisamine normidesse võtab aastaid.
• Vajalikud erilised materjalid on (esialgu) kallimad, see kajastub ehitusmaksumuses ja seega kogu elukaare jooksul elektri hinnas.

BWRX-300

GE Hitachi Nuclear Energy

BWRX-300 ja VVER-1200 suuruste võrdlus

GE Hitachi

Fennovoima

Siia võiks lisada viimase pildi BWRX jaamast

Kümnes põlvkond

NuScale 12 reaktoriga jaama ristlõige

NuScale

Rolls-Royce SMR 440 MW

Moltex Energy SSR-300W tuumasaar

Moltex Energy Ltd

Terrestrial Energy Inc. IMSR-400

Terrestrial Energy Inc.

USNC MMR (Micro Modular Reactor)

Eestisse jaama ehitamise ajajoon

Reaktori valikukriteeriumid

• Reaktor peab olema litsentseeritud ühes Lääne-Euroopa riigis, USA-s või Kanadas
• Reaktor on ehitatud valmis lubatud aja jooksul
• Reaktori ehitamine on maksma läinud nii palju nagu valmistaja poolt lubatud
• Reaktorit on mõnda aega edukalt opereeritud ning see on ohutu ja töökindel

Jäätmelahendused – nn. Rootsi mudel

Kristalsesse aluskivimisse traditsiooniliselt kaevandatud tunnelites, ehituses Soomes ja Rootsis, sügavus ca 450 m

Jäätmelahendused – nn. väikereaktori mudel

• Naftatööstuses kasutatava suundpuurimise baasil, seal kogemust 20 aastat.
• 3 puurauku mahutab 1 reaktori 60 a jäätmed.
• Läbimõõt ca 1 m, sügavus ca 1500 m kristalliinses aluskivimis.

https://www.youtube.com/watch?v=IQx5zFUUln0

Jäätmelahendused – ümbertöötlemine

• 96% kasutatud tuumakütusest saab “ära puhastada” ja uuesti kasutusse võtta.
• Peamine kasutaja Prantsusmaa, 50 aastat kogemust.
• Veidi kallim, kuid kütuse osakaal jaama OPEXist 1/10

​

Põnevat arenduses

3d prinditud kütusekoostu detailid

3D printimine, digikaksikud ja uudsed kütusetehnoloogiad täna reaalsus.

​

Tulevikus tehisintellekt operaatori(le abi)ks?

Masinõppe abil stsenaariume läbi testima?

Lugemist internetist

https://www.iaea.org/

https://pris.iaea.org/PRIS/home.aspx

https://www.world-nuclear.org/

https://www.world-nuclear-news.org/

https://nei.org/home

http://www.radiationandreason.com/

https://moodulreaktor.ee/

http://www.fermi.ee

​

​

​

​