Введение
Канадский реактор третьего поколения – Advanced CANDU reactor (ACR), или ACR 1000, был предложенным проектом ядерного реактора III+ поколения, разработанным Atomic Energy of Canada Limited (AECL). Он объединил в себе характеристики существующих реакторов CANDU с тяжелой водой под давлением (PHWR) с характеристиками реакторов с водой под давлением (PWR) с легкой водой. От CANDU он унаследовал модератор из тяжелой воды, что обеспечило улучшенную нейтронную экономию и позволило использовать разнообразное топливо. Цикл охлаждения на тяжелой воде был заменен на цикл с обычной легкой водой, что позволило снизить затраты. Название отражает его проектную мощность в диапазоне 1000 МВт, при базовом уровне около 1200 МВт. ACR 1000 был предложен как более экономичный вариант по сравнению с более крупной версией базового CANDU, находившегося в разработке – CANDU 9. ACR был немного больше, но дешевле в строительстве и эксплуатации. Однако он уступал оригинальной конструкции CANDU в гибкости используемого топлива и больше не мог работать на чистом, необогащенном уране. Это была небольшая плата, учитывая низкую стоимость услуг по обогащению и топлива в целом. AECL предлагал ACR 1000 по нескольким проектам по всему миру, но ни в одном из конкурсов не победил. Последним серьезным предложением было расширение Дарлингтонской атомной электростанции на два реактора, но проект был отменен в 2009 году, когда оценка стоимости превысила запланированный правительством бюджет в три раза. В 2011 году, в связи с отсутствием других перспектив сбыта, подразделение AECL, занимающееся проектированием реакторов, было продано компании SNC Lavalin для обслуживания существующего парка реакторов CANDU. Разработка ACR была прекращена.
The Advanced CANDU reactor (ACR), or ACR 1000, was a proposed Generation III+ nuclear reactor design, developed by Atomic Energy of Canada Limited (AECL). It combined features of the existing CANDU pressurised heavy water reactors (PHWR) with features of light water cooled pressurized water reactors (PWR). From CANDU, it took the heavy water moderator, which gave the design an improved neutron economy that allowed it to burn a variety of fuels. It replaced the heavy water cooling loop with one containing conventional light water, reducing costs. The name refers to its design power in the 1,000 MWe class, with the baseline around 1,200 MWe. The ACR 1000 was introduced as a lower priced option compared to a larger version of the baseline CANDU which was being designed, the CANDU 9. ACR was slightly larger but less expensive to build and run. The downside was that it did not have the flexibility of fuels that the original CANDU design offered, and would no longer run on pure unenriched uranium. This was a small price to pay given the low cost of enrichment services and fuel in general. AECL bid the ACR 1000 on several proposals around the world but won no contests. The last serious proposal was for a two reactor expansion of the Darlington Nuclear Generating Station, but this project was canceled in 2009 when the price was estimated to be three times what the government was budgeting. With no other sales prospects, in 2011 the AECL reactor design division was sold to SNC Lavalin to provide services to the existing CANDU fleet. Development of the ACR ended.
КАНДУ
В оригинальной конструкции CANDU использовалась тяжелая вода как в качестве нейтронного замедлителя, так и в качестве теплоносителя для первого контура охлаждения. Считалось, что такая конструкция позволит снизить общие эксплуатационные расходы благодаря возможности использования природного урана в качестве топлива, что исключало необходимость обогащения. В то время предполагалось, что к 1980-м годам в эксплуатации будет находиться несколько сотен, а возможно, и тысяч ядерных реакторов, и в этом случае стоимость обогащения стала бы существенной. Кроме того, конструкция включала в себя как напорные, так и безнапорные секции, последняя из которых известна как "каландра", и предполагалось, что это снизит затраты на строительство по сравнению с конструкциями, использующими активные зоны с высоким давлением. В отличие от типичных конструкций с легкой водой, CANDU не требовал единого большого корпуса под давлением, который был одной из наиболее сложных частей других конструкций. Эта конструкция также позволяла проводить дозаправку реактора в процессе его работы, повышая коэффициент использования установленной мощности – ключевой показатель общей эффективности. Однако использование природного урана также означало, что активная зона была значительно менее плотной и значительно больше по размеру по сравнению с другими конструкциями. Ожидалось, что эти дополнительные затраты будут компенсированы более низкими капитальными затратами на другие компоненты, а также более низкими эксплуатационными расходами. Основным компромиссом была стоимость топлива в эпоху, когда обогащенный уран был ограниченным и дорогим ресурсом, и прогнозировалось значительное повышение его цены к 1980-м годам. Однако на практике эти преимущества не реализовались. Высокие ожидаемые затраты на топливо не оправдались; когда строительство реакторов замедлилось примерно до 200 единиц по всему миру, вместо ожидаемых тысяч, стоимость топлива осталась стабильной благодаря достаточным возможностям по обогащению для используемого объема топлива. Это поставило CANDU в неожиданное положение, когда он стал продаваться, прежде всего, благодаря отсутствию необходимости обогащения и потенциально более низкому риску распространения ядерного оружия.
АРК
ACR решает проблему высоких капитальных затрат, присущих конструкции CANDU, главным образом за счет использования топлива из низкообогащенного урана (LEU). Это позволяет построить активную зону реактора значительно компактнее – примерно вдвое меньше, чем у КАНДУ аналогичной мощности. Кроме того, в высоконапорной части каландрии тяжелая вода в качестве теплоносителя заменена обычной "легкой" водой. Это существенно снижает потребность в тяжелой воде и стоимость первого контура теплоносителя. Тяжелая вода остается в низконапорной части каландрии, где она практически неподвижна и используется исключительно в качестве замедлителя. Устройства регулирования реактивности и обеспечения безопасности расположены внутри замедлителя низкого давления. ACR также сохраняет характерные черты конструкции CANDU, включая загрузку топлива на мощности с использованием топлива CANFLEX; большое время жизни мгновенных нейтронов; малую задержку реактивности; две быстрые, независимые системы аварийного останова; и систему аварийного охлаждения активной зоны. Топливная сборка является модификацией конструкции CANFLEX из 43 элементов (CANFLEX ACR). Использование топлива LEU с центральным элементом, поглощающим нейтроны, позволяет снизить коэффициент реактивности при образовании пустот в теплоносителе до номинально малого отрицательного значения. Это также обеспечивает более высокую степень выгорания топлива по сравнению с традиционными конструкциями CANDU.
Операционные расходы
ACR имеет запланированный коэффициент использования установленной мощности более 93% на протяжении всего срока службы. Это достигается за счет плановых отключений с периодичностью раз в три года, продолжительностью 21 день и уровнем вынужденных отключений 1,5% в год. Разделение на квадранты обеспечивает гибкость при проведении технического обслуживания в рабочем режиме и управлении отключениями. Высокая степень автоматизации тестирования систем безопасности также способствует снижению затрат.
Оставление
В 2007 году компания Bruce Power рассматривала возможность применения ACR в Западной Канаде как для выработки электроэнергии, так и для производства пара, используемого в переработке битуминозных песков. В 2011 году Bruce Power приняла решение не продолжать работу над этим проектом. В 2008 году провинция Нью-Брансуик одобрила предложение о проведении технико-экономического обоснования проекта ACR 1000 в Пойнт-Лепрео. Это привело к официальному предложению от консорциума Team Candu, в который входили AECL, GE Canada, Hitachi Canada, Babcock & Wilcox Canada и SNC Lavalin Nuclear, предложивших использовать ACR 1000 мощностью 1085 МВт. Дальнейшего развития это предложение не получило. Позже, в середине 2010 года, последовало предложение от Areva, которое также не было принято. ACR 1000 был предложен в рамках запроса предложений (RFP) от провинции Онтарио для установки Darlington B. В конечном итоге, AECL оказалась единственной компанией, подавшей официальную заявку – на строительство двух реакторов ACR 1000. В заявках требовалось учесть все возможные риски и превышения сроков и бюджета. В результате заявка составила 26 миллиардов долларов США за общую мощность 2400 МВт, или более 10 800 долларов США за киловатт. Это было в три раза больше ожидаемой суммы и названо "поразительно высоким" показателем. Поскольку это была единственная заявка, Министерство энергетики и инфраструктуры приняло решение отменить проект расширения в 2009 году. В 2011 году, в связи с отсутствием перспектив продаж, правительство Канады продало реакторное подразделение AECL компании SNC Lavalin. В 2014 году SNC объявила о партнерстве с Китайской национальной ядерной корпорацией (CNNC) для поддержки продаж и строительства существующих конструкций CANDU. Одним из планов было использование двух реакторов CANDU 6 в схеме переработки топлива под названием Advanced Fuel CANDU Reactor (AFCR). Однако эти планы не были реализованы. Впоследствии SNC и CNNC объявили о сотрудничестве в разработке реактора на тяжелой воде, также основанного на существующей технологии CANDU, и не связанного с разрабатываемым в Индии реактором на тяжелой воде.