Nästa generations kärnkraft i Kina

Reseberättelse Framtidsgruppen, YG 21, nyhetsbrev, 2015-09-27 Lars Andersson, Johan Arvidsson, William Högfeldt, Stella Karlgren, Sara Marie Lindblom, Peter Jakobsson och Samira Shafie Nästa generations kärnkraft i Kina Vår studieresa fokuserade på hur Kina som den snabbast växande kärnkraftsnationen i världen bedriver forskning kring ny kärnkraft, vad de har kommit fram till och hur de ser på framtiden. Vi besökte China Institute of Atomic Energy (China Experimental Fast Reactor & National Nuclear Physics Laboratory of Beijing Tandem Accelerator) samt Tsinghua University (Institute of Nuclear and New Energy Technology). Deltagare på resan Lars Andersson, Projektcontroller OKG AB Johan Arvidsson, Projektledare Alstom William Högfeldt, Reaktoroperatör Forsmarks Kraftgrupp AB Stella Karlgren, IT tekniker Forsmarks Kraftgrupp AB Sara Marie Lindblom, Driftingenjör Ringhals Peter Jakobsson, Projektledare Westinghouse Samira Shafie, Analytiker Vattenfall

Tanke bakom resmål och koppling till vårt tema Framtiden inom kärnkraft har två möjliga vägar, utveckling eller avveckling. Vår förhoppning är att kärnkraften utvecklas och vi ville därför titta närmare på ny spännande teknik på väg mot kommersialisering i länder utanför Sverige. Kina ligger långt fram i arbetet med utveckling och vi är nyfikna på hur man i Kina resonerar kring kärnkraftens framtid. Hur påverkar säkerhet, opinion, kostnad och tid utvecklingen? I Peking finns en forskningsreaktor av typen SFR (Sodium cooled Fast Reactor) vilket är ett av de utvalda Generation 4-koncept som är under utveckling. CFR (China Fast Reactor programme) som denna SFR heter, är den enda SFR som nu är i bruk och en av få Generation 4-reaktorer som är i drift i världen. I Europa finns det inga aktiva Generation 4-reaktorer i dagsläget. Vi ville besöka en modern generation 4-reaktor i drift eftersom det är framtidens reaktorer. Sådana är på gång i Europa men drift är långt borta än och de gamla konceptreaktorerna från 1900-talet är nedlagda sedan länge. Det närmaste man kan komma är en subkritisk partikelstråledriven snabbreaktor i Belgien men den är inte en av de sex utpekade framtida generation 4-reaktortyperna. Vidare är det högst intressant att se hur Kina bedriver och resonerar kring nya reaktorer eftersom de har en framdrift i byggnationen av kärnkraft som är många gånger högre än vi har någonstans i Europa. Frankrike utvecklar den reaktor vi ska besöka och Kina har redan en i drift medan Frankrike är på ritbordet. Vi har mycket att lära av Kina och vise versa!

China Experimental Fast Reactor (CEFR) Konferenslokalen på CEFR där vi var många intressenter, från företagets sida hade de med många yngre medarbetare, som i sin tur var väldigt intresserade av YG. På måndag morgon den 14/9 plockades vi upp på hotellet av vår kontakt Zhang Leilei från Department of Fast Reactor R&D, China Institute of Atomic Energy. Efter en biltur på ca en timme var vi framme vid första dagens besöksmål, China Exprimental Fast Reactor (CEFR). På förmiddagen fick vi ta del av två stycken presentationer om CEFR samt presentera Svenska YG för företaget. Den första presentationen hölls av Mr Yang som är General Manager på CEFR. Han höll en övergripande presentation av CEFR och berättade om hur man arbetar för att ta sig vidare för att bygga en kommersiell SFR. Efter Mr Yangs presentation berättade Hongyi Yang (Director Department of SFR R&D) om CEFRs bränslecykel varefter vi fick gå ut för att besöka reaktorbyggnaden. CEFR är en experimentell SFR (Sodium cooled Fast Reactor) av pool-typ. Den arbetar med snabba neutroner till skillnad från PWR/BWR som arbetar med långsamma (termiska) neutroner. Detta betyder att en hög anrikningsgrad krävs men i gengäld kan de breeda icke klyvbara isotoper till klyvbara samt transmutera utbränt bränsle som förkortar slutförvaringstiden och minskar kylbehovet. CEFR har en termisk effekt på 65 MWt och producerar 20 MWe el. Konstruktionen påbörjades 1995, reaktorn stod klar 2002 och gick kritiskt för första gången 2010. Reaktorn nådde 100% för första gången 2014. För tillfället används endast Uran 235 som bränsle i reaktorn men i framtida reaktorer planerar man att använda MOX-bränsle. Reaktorn skulle mycket väl kunna designas för att använda Torium men då Kina har en stor kärnkraftspark som använder Uran 235 så finns en enorm tillgång på utarmat uran vilket består av nära rent Uran 238. Uran 238 är inte

klyvbart men en SFR kan via breeding omvandla Uran 238 till Plutonium 239. Genom att blanda en kritisk mängd Plutonium med Uran 238 så får man en kärna som producerar mer bränsle än den använder med ett förhållande på ca 1:1,1-1:1,2. Bränslet plockas ut med jämna mellanrum för att omarbetas till nytt bränsle. Just nu arbetar man med projektet att konstruera CDFR (China Demonstration Fast Reactor). Denna reaktor är av precis samma typ som CERF men är på 600 MWe samt är tänkt att användas för att visa att en natriumkyld snabbreaktor även är gångbar för kommersiellt bruk, d.v.s. att en reaktor av denna typ även är ekonomiskt lönsam. Om projektet med demonstrationsreaktorn går bra är nästa steg att bygga en kommersiell reaktor på 1200 MWe. Under besöket i reaktorbyggnaden berättade vår guide Qi Shaopu att det inte går att se någonting inne i reaktorn eftersom natrium inte är genomskinligt. I ställer övervakas processen m.h.a. indikatorer. T.ex. är robotarmarnas vinkel enda möjliga sättet att veta var bränslet som flyttas in eller ut befinner sig. Nya verktyg som nyttjar ultraljud för att kunna se inne i reaktorn är under utveckling. CEFR stoppas för bränslebyte var 80:e dag medan den planerade CDFR ska ha en 180 dagar lång driftcykel. Vid varje bränslestopp byts 1/3 av härden ut. Bränslekutsarna är även mindre för att sänka kärntemperaturen samt för att få bättre breedingegenskaper. Bränsleelementen är sedan ordnade i trekanter i hexagonala skal, allt för att få en kärna med högre densitet. I Kina finns idag 23 st kärnkraftverk i drift, detta motsvarar ca 1,5 % av den el som används i landet. Istället kommer majoriteten av den el som produceras från kolkraft, hela 67 %. Förutom dessa är 10 st kärnkraftverk under byggnation samt ca 20 st i planeringsstadiet. Målsättningen är att det år 2055 ska produceras 400 GWe från kärnkraft i Kina. Gruppen samlad utanför ingången till reaktor och turbinbyggnaden på CEFR.

High Temperature Gas-Cooled Reactor (HTGR10) På tisdagsmorgonen blev vi upphämtade av våra chaufförer för avfärd mot Institute of Nuclear and New Energy Technology (INET) vid Tsinghua University. Institutet ligger ca en timmes bilfärd norr om centrum och är avskilt från resten av universitetet med en högre bevakning. INET grundades 1960 och har konstruerat och byggt 3 experimentreaktorer på plats. Vid institutet arbetar ca 470 personer samt ca 300 studenter. På plats möttes vi åter upp av vår kontakt Zhang Leilei samt professor Sun Jun och Zhao Lili som är chef för internationella utbyten vid universitetet. Sun Jun presenterade lite historia kring INET och deras nuvarande projekt med forskningsreaktorn HTGR10 (Thermal spectrum gas-cooled pebble bed small module reactor) som de har i drift på universitetet. Byggnation av reaktor påbörjades 1995 och reaktorn gick kritisk första gången 2000 och nådde full effekt 2003. Idén och designen kommer ursprungligen från Tyskland, där den utvecklades under 70 och 80-talet. Där har man haft flera reaktorer med pebble bed teknik i drift men utvecklingen avstannade och reaktorerna är sedan länge avvecklade. De har haft mycket hjälp av tyska experter som nu är pensionärer men som en gång i tiden var med och utvecklade tekniken. Reaktorn är en forskningsreaktor på 10MWt, den är grafitmodulerad och använder helium som kylmedium. Tekniken bygger på att man använder sig av kulor (pebbles) som man låter rinna genom reaktorn. Utbrända bollar byts ut, övriga läggs tillbaka överst i härden. Kulorna är ca 6 cm i diameter med små urankulor i mitten. I testreaktorn använder man sig av ca 250 000 kulor som cirkulerar i snitt 5 varv i härden innan de byts ut mot nya. Man blåser in helium i reaktorn med en inlopptemperatur på 250 grader och med en utloppstemperatur på 700 grader. Gasen passerar sedan genom en ånggenerator och sedan tillbaka in i reaktorn. I en fullstor reaktor planeras 420 000 pebbles finnas i rekatorn, varav 6000 kontrolleras per dag. Reaktorn har två reaktivitetskontrollsystem, ett med styrstavar som vid händelse av snabbstopp faller ner i härden. Det andra är mindre kulor som man släpper ner i härden och som absorberar neutronerna. Vid en SBO (Station Black Out) klara härden att kylas, av flera orsaker. När fläkten som cirkulerar heliumet stannar stiger temperaturen i bränslen till ca 1500 grader och eftersom temperaturen har en mycket negativ påverkan på reaktiviteten avstannar kärnklyvningen (bränslet tar skada först vid 1600 grader). I tillägg kyls härden via naturlig cirkulation. År 2005 togs beslut att bygga en industriell demonstrationsreaktor High Temperature Reactor-Pebble bed Modules (HTG-PM) med 2 st reaktormoduler på 250MWt styck som gemensamt försörjer en turbin med ånga. Bygget var tänkt att påbörjas 2011 men blev försenat p.g.a. olyckan i Fukushima. Nuvarande plan säger att reaktorn ska vara i drift år 2017. Ännu längre fram planeras en anläggning med 6 stycken reaktormoduler (HTR-PM600) på totalt 1500MWt och 600MWe (40 % verkningsgrad) som är tänkt att användas inom flera olika områden bl.a. oljeraffinaderi, vätgastillverkning och elförsörjning. Detta tack vare att man får en hög temperatur på ångan över 550 grader. Kostnadskalkylen för att bygga denna anläggning anses vara ca 1,2 gånger dyrare än bygget av en motsvarande traditionell PWR men anses vara betydligt säkrare. Man har även byggt en ny bränsleanläggning för att kunna försörja flera framtida verk.

Modell av en reaktormodul med tillhörande ångenerator till HTG-PM. Hela gruppen samlade i lobbyn på hotellet efter två dagar med mycket information och nya lärdomar.

Tandem Accelerator Vi fick även möjligheten att se en tandem accelerator på samma site som CEFR (China Experimental Fast Reactor). Denna är införskaffad från USA i materialforskningssyfte för framtida användning i reaktoranläggningar. I dagsläget användes maskinen även av forskare utanför kärnkraften för att utföra materialtester. Tankar om hur besöken uppfyllt YG:s riktlinjer Vi har fått en inblick i framtidens reaktorteknologi där både säkerhets och slutförvars-problem förvandlats till möjligheter. Vi har även sett att andra omfamnar dessa teknologiska framsteg för att motverka miljöförstöring och för att ge folk och företag den energi de behöver. Dessa kunskaper har vi tagit med oss och kan nu sprida vidare till både nutida och kommande generationer. Vi har även både inom gruppen och utanför skapat kontakter som tillför både nytta och glädje i våra fortsatta karriärer Reflektion mot temat framtid CEFR som är en SFR är ett av 6 prioriterade koncept för kärnkraftens generation 4-reaktorer. Oavsett vad som händer inom kärnkraften i framtiden vet vi att hanteringen av det utbrända bränslet är en av de största utmaningarna vi har framför oss. En SFR kan återanvända bränslet och utvinna nära 100 ggr mer energi ur bränslet innan det slutförvaras för att lagras i en bråkdel av nuvarande planerad lagringstid enligt den svenska modellen. HTGR är en modern version av en PWR tillhörande generation 3.5 där risken för härdsmälta är reducerad till praktiskt taget 0 genom modulär konstruktion, passiv kylning och stark negativ återkopplad reaktivitet. Då generation 4 fortfarande är i teststadiet kan denna reaktor mycket snart lanserat kommersiellt. Båda dessa reaktorer är exempel på vad framtiden inom kärnkraften har att erbjuda och framtiden är snart här, frågan är hur vi väljer att bidra.

Tips Leta kontakter även på de ställen man inte tror att man kan hitta dem Sara Marie ställde frågan vid fikabordet, om ingen hade någon kontakt i Kina, när det uppdagades att en ny kollega på Ringhals har tidigare arbetat inom WANO, och genom sina kontakter i Kina fick han fram namnet på vår kontakt. Och på den vägen har vi lyckats få in en fot. Planera resmål och boka datum tidigt på det viset kommer man ofta undan med billigare färdbiljetter och hotell. Att boka i sista stund är oftast mycket dyrare. På grund av olika orsaker så fick vi vänta att boka våra biljetter i ca 6 veckor, under denna tiden gick biljetterna Stockholm Beijing upp ca 1 500 koronor. Våga vara obekväm Vi frågade vår kontakt om det inte hon hade kontakter vidare till Universitetet så vi kunde få fler vägar in. YG året är en chans på tusen Se till att göra allt under ert år. Vi passade på att ta några dagar extra ledighet under vår resa till Kina, på så sätt lärde vi oss mycket om både landet, staden, kulturen och om varandra! Även om ni får ett nej försök igen! Ha tät kontakt med er YG fadder, de sitter inne med en hel del kunskap. När ni söker förslag till era besök, leta brett Vi hade från början förslag på besök både i USA, Abu Dhabi och Kina. Några reserver inom Europa hade vi också i fall vi inte fick åka längre. En varm utflykt till kinesiska muren.