Hur kommer nästa generations kärnkraftverk att fungera och hur långt borta är de? När vi gick igenom de traditionella reaktormodellerna, Gen-III+, så såg vi att termiska reaktorer med vatten som moderator och vatten som kylmedium var helt dominerande. Reaktorerna kallas termiska eftersom de snabba (energirika, heta) neutronerna bromsas med hjälp av en moderator till lägre hastigheter – tänk på termiska bad, varma och sköna inte för heta.
Den utveckling som hade skett var mot små modulära reaktorer (SMR) där förhoppningen är att serieproduktion skall få ner priset. Parallellt med denna utveckling har det även skett stora framsteg på det som vi brukar kalla fjärde generationens reaktorer, Gen-IV. Dessa reaktorer ligger inte så långt borta i tiden och frågan är om SMR av typen Gen-III+ hinner dominera marknaden innan SMR av typ Gen-IV slår igenom.
För den som inte kan hålla sig måste jag säga att inte heller dagens inlägg kommer gå igenom snabba reaktorer eller nämna torium. Vi väntar med dessa tekniker till nästa inlägg så att vi hinner ta en sak i taget och förstå vad det är för problem man försöker lösa.
Gen-IV
Generation fyra, eller Gen-IV, är en benämning på en rad tekniker som aspirerar på att bli den teknik som dominerar nästa generations kärnkraftverk. Teknikerna är inte alla nya och det är inte heller så att bara en teknik kommer att användas, det är mer en benämning som gör det enklare att dela in utvecklingen i faser. Generation ett var försöksreaktorerna på sextiotalet och generation två de kraftverk som vi har i Sverige (sedan dess moderniserade). Generation tre var de kraftverk som byggdes i början av 2000-talet och dessa har sedan dess utvecklats till vad som ibland kallas Gen-III+.
Målet med nästa generations reaktorer är, som det egentligen alltid varit, att ytterligare stärka säkerheten, göra konstruktion och drift billigare, högre effektivitet, bättre användning av bränsle och öppna upp för nya användningsområden. Vägen dit kan ske genom förbättring av existerande teknik eller genom att använda helt andra tekniker. Vi skall titta på tre reaktortyper som alla är termiska reaktorer och som kan sägas vara det naturliga steget efter dagens reaktorer.
Superkritiska vattenreaktorer
Om något är superkritiskt så låter det lite farligt men det som är kritiskt i dessa reaktorer är vattnet som används som moderator och kylmedium. Reaktorerna är en vidareutveckling av dagens vattenreaktorer där trycket och temperaturen höjs ytterligare. I en kokvattenreaktor har ångan en temperatur på ca 250 grader. Trycket i en kokvattenreaktor är 7 MPa (dvs 70 bar, Mallard i bilden ovan kom upp i 17 bar) vilket kan verka högt men är inget emot de 16 MPa som används i en tryckvattenreaktor. I en tryckvattenreaktor kan vattnet komma upp i drygt 300 grader utan att det kokar. Den högre temperatur som en tryckvattenreaktor kan leverera gör att ångturbinerna kan arbeta effektivare och vi får en bättre verkningsgrad.
Förespråkarna för kokvattenreaktorer (GE Hitachi) hävdar att öl, champagne och kärnreaktorer kräver bubblor och det finns nog många fördelar. Trycket är lägre och man kan låta ångan som produceras i reaktorn driva turbinerna direkt. I en tryckvattenreaktor så måste man låta det heta vattnet omvandlas till ånga i en separat värmeväxlare. De flesta reaktorer idag är dock tryckvattenreaktorer så man kan nog kalla den för den vinnande reaktortypen (i Sverige är dock alla utom R2, R3 och R4 kokvattenreaktorer) .
I en superkritisk reaktorer höjer man trycket ytterligare, upp till 22 – 25 MPa; temperaturen kan då nå över 500 grader. Vi dessa temperaturer och tryck så befinner sig vattnet i något mellanting mellan flytande och gasform. Effektiviteten i ångturbinerna kan ökas till drygt 40% vilket är en väsentlig skillnad mot de dryga 30% som en tryckvattenreaktor kommer upp i. Man kan även här, som i kokvattenreaktorerna, låta det superkritiska vattnet driva turbinerna direkt så man slipper ett mellansteg där man förlorar energi.
Superkritiska ångturbiner är ingenting nytt och används regelbundet i moderna kolkraftverk. Det finns även en utveckling mot ultra-superkritiska turbiner med en effektivitet på upp emot 50%. Det finns idag ett flertal projekt som tar fram detaljerade beskrivningar på superkritiska reaktorer både i Europa, Kanada, Ryssland, Japan och Kina. De som kanske har hunnit längst är Kineserna men en reaktor CSR1000.
Problemet med superkritiska reaktorer, och i viss mån även tryckvattenreaktorer, är att det kostar att konstruera för så höga tryck. Om det bara är ett kolkraftverk som man bygger kan man räkna med vad ett haveri kan kosta men för ett kärnkraftverk måste man innan man får tillstånd att bygga kunna garantera att ett haveri inte kan inträffa. Med tanke på att ett kärnkraftverk skall leva i drygt 60 år och materialet ständigt utsätts för strålning som försvagar stålkonstruktioner så är det inte någon enkel uppgift. Vad jag vet så finns det inga superkritiska reaktorer som planeras idag. Det kommer dock visa sig att de superkritiska ångturbinerna kan komma till användning.
Gaskylda reaktorer
För att komma upp i temperaturer som närmar sig Ebba Gröns 800 grader så måste vi bort från vatten som moderator och kylmedium. Det som ligger närmast tillhands är då grafit som moderator och någon form av gas som kylmedium. Englands samtliga reaktorer är, förutom en, just av den typen men där var det primära intresset inte att höja temperaturen utan att kunna använda naturligt uran som bränsle. Det finns dock betydligt modernare reaktorer i denna klass och en stor fördelen med dessa är att temperaturerna blir så höga att den heta gasen kan driva en gasturbin direkt utan att gå vägen via vattenånga. Vi kommer även se att de höga temperaturerna öppnar upp för nya användningsområden.
De mest intressant just nu är de som i skrivande stund blir färdiga i Kina med planerad start sent i år eller 2020.
De kinesiska reaktorerna är av typen HTR-PM och kyls med helium med en ut-temperatur på 650 grader. Två reaktorerna driver tillsammans en ångturbin på 210 MWe men värmen kan även användas för avsaltning mm. Reaktorerna är av typen ”pebble bed” där en reaktortank fylls med biljardbollar gjorda av grafit med insprängda korn av uran s.k. TRISO-bränsle. När dessa kulor ligger tätt packade så är de kritiska och en kärnreaktion inleds. Om kylningen av någon anledning fallerar så kommer grafitens moderande förmåga att förändras av värmen och reaktionen avstanna av sig självt. Vi har en betydande negativ komponent som motverkar en okontrollerad uppvärmning. Själva kulorna klarar temperaturer på över 1800 grader utan att skadas vilket är lång över de temperaturer som kan bildas även om alla kylsystem slås ut.
Reaktortypen är inte ny utan har använts i experimentreaktorer i bl.a. USA, England, Tyskland, Japan mm. De två som nu byggs i Kina är däremot del i en större satsning där dessa kan komma att byggas på löpande band och installeras i befintliga kolkraftverk. De skulle då kunna återanvända existerande infrastruktur så som ångturbiner mm.
Om CNNC som utvecklad och byggde de kinesiska HTR-PM reaktorerna hade varit ett amerikanskt bolag så hade vi nog fått höra mer om hur kärnkraftens alla problem lösts. Nu finns det mycket lite information att hämta om kraftverken och det lilla som kommer ut drunknar i Kinas alla andra kärnkraftsprojekt.
Även USA är med i tävlingen med företaget X-Energy men här maler kvarnarna lite långsammare. X-Energy planerar en reaktor Xe-100 på 75 MWe vilket storleksmässigt ligger i samma grupp som NuScale och planerar för kraftverk med upp till fyra reaktorer. Om man tittar på den här presentation så hör man en av företagets representanter med en Sydafrikansk brytning och det är ingen slump. I Sydafrika har de länge drivit ett projekt med just en pebble-bed reaktor. Vi har även Franska Framatom som har en liknande design av reaktor. De har dock block av TRISO-bränsle istället för kulor. Japan vill vara med i leken och erbjöd för något år sedan ett samarbete med Polen.
Smältsaltkylda reaktorer
En annan typen av högtemperaturreaktorer använder smält salt som kylmedium. Detta är ingen ny teknik utan har funnits sedan femtiotalet bl.a. i en försöksreaktor i Oak Ridge USA. Tekniken kom dock i skymundan då vatten-vatten reaktorerna tog över marknaden. Den stora fördelen med att använda smält salt som kylmedium är att man kan låta saltsmältan vara vid normalt atmosfärstryck; man slipper helt problemet med att ha höga tryck.
De flesta smältsalt-reaktorerna fungerar lite annorlunda än vad vi har sett hittills. I en vanlig reaktor så befinner sig bränsleelementen och moderatorn i en kärna. I en smältsalt-reaktor kan man göra någonting så annorlunda som att låta bränslet vara upplöst i smältan. Själva kärnan består då endast av grafitelement som fungerar som moderator och det är endast där en kärnreaktion är möjlig. I kärnan kommer de smälta saltet att värmas upp och man kan genom naturlig cirkulation få allt salt att strömma genom reaktorn.
Det finns lite olika sätt på hur man bygger själva reaktorn men det vanligaste är att man har värmeväxlare nedsänkta i reaktorkärlet som kan föra värmen vidare till en värmeväxlare utanför reaktorn och där producera ånga för turbinerna mm. Bilden ovan visar en hur kanadensiska Terrestrial Energy har konstruerat sin reaktor. Reaktorn är på 400 MWt (värme) och kan leverera upp till 195 MWe enligt företaget (kanske lite marknadsföring i den siffran).
Terrestrial Energy är en av flera nya spelare på marknaden och det är inte för inte som det är ett kanadensiskt företag. Kanada har tagit ledningen i att främja nya reaktorteknologier och världens samtliga aktörer finns representerade i Kanada för att där gå igenom deras tillståndsprocesser. Jag hoppas kunna återkomma till den utvecklingen för det visar på hur ett relativt litet land (BNP ca tre gånger större än Sverige) kan ändra regelverk och därmed driva utvecklingen.
Utmaningarna för smältsalt-reaktorer är flera; man måste ha material som inte korroderar i ständig kontakt med 600 gradigt salt. Korrosion är inte bara ett problem för reaktorn utan även för de grafitblock som används som moderator. Om man blandar upp bränslet i saltet så måste man processa saltet kontinuerligt, plockar bort oönskade restprodukter och tillför nytt bränsle. Förespråkarna för smältsaltreaktorer vill gärna beskriva detta som en fördel men det är inte mist ett regelmässigt problem. En värld där varje bränslestav skall räknas är inte riktigt förbered på att bränsle börjar räkans i liter. Terrestrial Energy har helt enkelt löst det genom att paketera allt i en reaktortank som skall bytas efter sju års drift.
Nya möjligheter
Högre temperatur i en reaktor förbättrar inte bara ångturbinernas effektivitet de kan även öppna upp för industriella tillämpningar där man använder energin direkt utan att gå omvägen via elektricitet. Ett exempel är tillverkning av vätgas, som idag görs från naturgas, vattenånga och höga temperaturer. Att man utgår från naturgas lär väl få en del att se rött men man kan även börja från bara vatten och använda sig av elektrolys. Elektrolys av vatten är någonting som även vindkraftsindustrin tittar på men fördelen som kärnkraften har är att det blir så mycket mer effektivt om man kan göra det vid 800 grader.
En annan tillämpning skulle vara att använda värmen i ett oljeraffinaderi. Preem hade i somras problem med att få igenom sina planer på ett nytt raffinaderi på västkusten. Man kan tänka sig vilket ramaskri det skulle blivit om de dessutom ville driva det med en liten högtemperatursreaktor. Preem levererar idag överskotts värmen från produktionen som fjärrvärme och det är inga små mängder energi som används vid raffinaderier.
Ammoniakproduktion är ett annat område som idag kräver mycket energi. Vid storskalig produktion så ligger temperaturen kring 500 grader. Det är inte för inte som Norsk Hydro började sin bana i Norge med tillgång till billig energi från vattenkraft.
När Polen börjar bygga högtemperatursreaktorer så kanske de går från att exportera kol till att förädla den till diesel innan export (detta är naturligtvis mycket spekulativt eftersom det snart blir förbjudet att tanka med diesel och Polen kommer tvingas av EU att stänga sina kolgruvor, men rent hypotetiskt :-). Att omvandla kol till flytande bränsle är inget nytt; det användes i Tyskland under kriget och sedan dess i Sydafrika som inte har några egna oljetillgångar men mängder av kol.
Att driva ett smältverk vet jag inte om det är praktiskt möjligt. Ett stålverk kräver väl temperaturer på 1600 grader och där är vi ännu inte. Det kanske kan hjälpa till med att förvärma till 800 grader men det är säkert mer lukrativt att plocka in bidrag från staten och satsa på Hybrit (obs, lite ironisk).
Även om elproduktion är det enda vi vill komma åt så har högtemperatursreaktorerna flera fördelar. Som visas i bilden från Terrestrial Energy så kan man man låta den heta saltsmältan värma upp stora tankar med smält salt. Tankarna fungerar då som ett energilager och man kan välja när och hur mycket el man vill producera. En reaktor på 300 MWt skulle kunna värma upp en saltsmälta som i sin tur skulle kunna leverera upp till 600 MWt under kortare perioder när el verkligen behövs. Tekniken används redan idag i de solkraftverk som byggs för att kunna leverera el under dygnets alla timmar. Ett kärnkraftverk med en energibuffer skulle gå från att leverera baskraft till att leverera reglerkraft, inte minst viktigt i vindkraftstider.
Om vi går tillbaks till de superkritiska ångturbinerna så inser man att vi mycket väl skulle kunna bygga en superkritisk ångturbin som drivs av en högtemperatursreaktor. De höga trycken och superkritiska vattnet är nu inte en del av själva reaktorns kylning eller moderering och man kan använda samma konfiguration som används vid vilket kolkraftverk som helst. Vi har då en helt säker reaktor, som om den kyls med salt arbetar vid normalt tryck, och som ha en verkningsgrad på upp emot 50%; det skulle göra stor skillnad i kostnadskalkylen.
Elefanten i rummet
Vi skulle kunna sluta den här genomgången nu och säga att detta är hur kraftverken kommer se ut den närmaste tiden. Det är dock så att vi hela tiden har undviket två problem och för att lösa dessa så kanske det är en annan typ av reaktorer som kommer att dominera i framtiden. Vi skall inte titta på dessa reaktorer idag men gå igenom de problem som vi har.
Hur mycket uran finns det?
Hur mycket uran finns det egentligen i världen? Även om det inte tar slut inom den närmaste tiden så kommer det kanske gå upp i pris, hur står sig kostnadskalkylen då? Detta var frågor som kanske var mer relevanta att ställa på 80-talet då vi såg en snabb ökning av antalet reaktorer i världen. Med facit i hand kan vi dock konstatera att rädslan för skenande priser var lite överdriven. Likt vilken mineral som helst så driver efterfrågan på prospektering och bättre teknik för brytning. Uran blev inte dyrare men även om så skulle vara, så är själva priset för uranet en mycket liten kostnad i sammanhanget.
Vi kan naturligtvis börja räkna på hur länge vi kan tänkas kunna bryta uran till rimliga kostnader men alla sådana kalkyler är mycket svåra. Den teknisk utveckling gör att fler fyndigheter blir ekonomiskt lönsamma och när priset stiger så ökar prospekteringen. De beräkningar som har gjorts slutar med att de brytvärda fyndigheterna, med dagens reaktorer och dagens konsumtion, skulle räcka några hundra år. Inte för evigt men kanske inte någon ko på isen just idag.
Vad gör vi med avfallet
Det problem som de flesta säkert tänker på när det gäller kärnkraft är vad vi skall göra med det utbrända kärnbränslet. I Sverige förbrukar vi ca 200 ton uranbränsle om året och även om det är helt ok att begrava det i cylindrar 500 m ner i berget så ställer det naturligtvis en del frågor och en anledning till oro.
Det alternativ som vi till viss del använder, och som gör problemet lite mindre, är att upparbeta det utbrända bränslet och ta bort de oönskade beståndsdelarna. Det upparbetade bränslet kan då användas för tillverkning av nytt bränsle men det finns begränsningar även här. Processen användes flitigt i Japan, Frankrike och England men det är en dyr process och med det alltjämt låga priset på uran så är det inte ekonomiskt lönsamt. I slutändan står vi i vilket fall som helst med en hel del radioaktivt material som måste slutförvaras så det kanske är lika bra att gräva ner det från början om det inte är ekonomiskt lönsamt att återvinna.
De snabba reaktorerna
Det vi skall titta på i nästa inlägg är det som kallas snabba reaktorer. Det visar sig att dessa faktiskt till mångt och mycket löser ovanstående problem. Om vi inte är oroliga för att gräva ner utbränt bränsle så skulle vi kunna använda de termiska reaktortyperna i flera hundra år. Om vi vill göra någonting mer vettigt än att gräva ner en energiresurs, eller planerar för att använda kärnrektorer i flera tusen år, så är det nog de snabba reaktorerna som vi skall titta på.
Lektor inom datakommunikation, KTH.
I <3 CO2 – Koldioxid är kanske inte världens viktigaste gas men den kommer som bra tvåa efter syre.
En utmärkt genomgång. Ser med spänning fram emot ditt nästa inlägg om snabba reaktorer. Keep up the good work.
Hej Johan,
jag försökte förstå vad ett tryck på först 7 MPa innebär och omvandlade till kilopond per kvadratcentimeter
och fick det till drygt 70, d.v.s ungefär som om en kvinna på 70 kg lägger hela sin vikt på en stilettklack.
Trycket mot ytan är alltså begripligt.
Om vi tänker oss tryck utifrån så är väl trycket på 7 000 meters djup nästan 7 MPa. Dock borde det vara lättare att skydda mot tryck utifrån, än mot tryck inifrån.
Det här var bara ett litet försök att förstå storleksordningarna på de tryck du talar om. Jag kan för lite om hållfasthetslära föra arr ha en aning om vilka material eller hur tjocka väggar som behövs.
En illustration av 7MPa :
https://youtu.be/SbyAZQ45uww
”Om vi tänker oss tryck utifrån så är väl trycket på 7 000 meters djup nästan 7 MPa”
En nolla för mycket, varje 10m vatten motsvara 1bar vilket i runda slänger är atmosfärstryck. 7 MPa är ca 70 bar vilket då skulle vara 700 meters djup.
Att bygga ubåtar som skall stå emot tryck utifrån är nog enklare än att att bygga det omvända och jag skulle tänka mig att en ubåt som klarar 200 meters djup skulle sprängas om man fyllde den med vatten med samma tryck (om den då inte befinner sig på 200 meters djup).
Ångtrycken i vanliga kraftvärmeverk ligger på ca 10 MPa så trycken är i sig kanske inte så stort problem. Problemet är att vi skall använda vattnet inte bara för ångan i turbinerna utan för att kyla och moderera reaktorn. Om vi får ett brott på en rörledning i en superkritisk reaktor så försvinner kylningen nästan omedelbart. Jag tror att det är detta som är utmaningen.
Mycket bra sammanställning – tack, Johan. Jag erinrar mig gångna tiders Secure-projekt från ASEA (nutida ABB), samt en bok från 50-talet som fanns i vårt lokala bibliotek på KTH – ett kapitel innehöll en plan över fjärrvärme i Malmö, baserat på något 20-tal(?) värmealstrande reaktorer, utspridda i staden…
Se ex https://analys.se/wp-content/uploads/2015/05/karnkraftens-utvecklingsmojligheter-bakgrund1999-1.pdf
Birgitta Dahl’s tankeförbudslag stoppade effektivt upp mycken kompetensuppbyggnad i landet
Stod det inte att 7MPa är lika med 70 bar! I en fylld dykluftflaska i aluminium är trycket normalt 200 bar ( alltså för ej flytande medium). På jordytan är atmosfärstrycket 1 bar ( 1 kg/cm2 ) och 10 m ner i vattnet det dubbla, dvs 2 bar (eller 1 atö). På 100 meters djup bör trycket därför vara drygt 10-dubblat (jmf med ytan) eller 11 bar, dvs 11 kg/cm2. Lägger vi till 59 bar blir det 590 meter + 100 m, dvs ett totalt ett djup på 690 meter ger ett tryck av 70 kg per cm2. En 70-faldig tryckökning jämfört med atmosfärstrycket. Mao en kvinna ställer sig med sina stilettklackar på dig istället för en 1-kilosvikt. Problemet i denna upplevelse är att denna enkilos-vikt känner vi inte av eftersom den motsvarar gravitationen vid jordytan. Men att dubbla trycket till 2 bar är en enorm belastningsökning för den ovane.
Jag säger det igen, intressant och nyttig info! Av det som beskrivs, så är kärntekniken möjligheternas teknik, tveklöst. När skall det poppa upp någon karismatisk politiker som förstår detta och sätter Sverige på kartan med en utbildningsboom inom teknisk fysik?
#2 Sten och Johan M,
”Dock borde det vara lättare att skydda mot tryck utifrån, än mot tryck inifrån.”
Jag ser att ni inte några M-ingenjörer. De flesta tryckkärl tål mycket högre tryck inifrån än utifrån. Det gäller även ubåtar och flygplan. Vid för högt tryck utifrån bucklar oftast konstruktionen. Tjörnbron som rasade är ett exempel på att en belastat tunn cylindrisk rörbåge bara behövde en liten deformation på utsidan från en båt för att kollapsa.
Ringhals producerade 2018 el till en kostnad av 22 öre/kWh. Kärnbränslet stod för 5 öre/kWh och kärnavfallsfonden 5,2 öre/kWh. Den största posten var drift och underhåll 8 öre/kWh. Kapitalkostnaderna var små. Av kärnbränslet står kanske uranet för något öre och tillverkning av färdigt bränsleelement för större delen.
Då man tittar på kostnaderna för nya verk d.v.s. 50-100 öre/kWh förstår man att det är kapitalkostnaderna och i någon mån drift och underhåll, som bestämmer priset på elen. Inom överskådlig tid kommer befintliga ganska stora lättvattenreaktorer av gen 3+ att ha störst möjlighet att få de lägsta kostnaderna eftersom de är beprövade och ger låga drift- och underhållskostnader, speciellt Westinghouse AP1000 och kinesiska CAP 1200 som bara har hälften så mycket komponenter som motsvarande franska, koreanska och ryska reaktorer och kan byggas på kort tid. Ett kärnkraftverk kräver inte speciellt mycket driftpersonal utan det är lärare för simulatorer, brandkår, vaktstyrka, underhållspersonal, teknisk analyspersonal, ekonomiavdelning, matsal, städpersonal, sjukstuga m.m som står för den stora delen av driftkostnaden. (Totalt i Sveriga ca 1000 pers. för verk med 4 block.) Om man kan slå ut dessa kostnader på stor elproduktion minskar förstås kostnaden per kWh.
I Sverige finns uran så att det räcker för 1000-tals års drift av reaktorer för hela Sveriges elkonsumtion med befintliga lättvattenreaktorer. Det är bara det att det är förbjudet att bryta uranet. Om vi beställde 20 sådana reaktorer skulle vi få bra inköpspriser och kunna minska Europas utsläpp av föroreningar och koldioxid rejält. Westinghouse, som är Kanadaägt, har ju fortfarande fabrik med stort kunnande i Västerås.
Lars-Eric Bjerke #8
Om tryck inifrån är lättare att hantera innebär det alltså att ”draghållfastheten” är ”starkare” än ”styvheten”?
Tack för upplysningen!
#8 Lars-Eric Bjerke
Tack, det hade jag inte gissat. Såg bara stenbron framför mig och hur blocken pressas på plats av rycket ovanifrån.
#9 Lars-Eric Bjerke
Håller med dig om att det med all säkerhet är de stora reaktorerna som har skalfördelar och om de byggs i stora serier så får man också fördelen av att kunna tillverka delar på löpande band. Men är de dessa som kommer att väljas med tanke på de höga initiala kostnaderna och det kanske på varje plats där de byggs kommer krävas en betydligt större organisation för att genomföra projektet?
Hur ser du på möjligheten för de mindre kraftverken att öppna upp nya marknader?
.. och är inte Westinghouse Amerikanskt?
Det är två olika fall.
Det ena är om ett visst material har olika drag- respektive tryckhållfasthet.
Exempelvis betong har väsentligen högre tryck- än draghållfasthet.
Det andra fallet är om det finns inneboende instabiliterer i belastningssituationen.
Exempelvis en hisslina, eller en leksaksballong, är inneboende stabila.
En ubåt är instabil, om designtrycket överskrids knycklas skrovet ihop, som en plåtburk.
Fyra år på KTH M komprimerat till 20 sekunder.
#5 Peter Stilbs
Intressant läsning, det var en rätt träffsäker genomgång. Han prickade in utvecklingen av tryckvattenreaktorerna och det ökade fokuset på passiva säkerhetssystem. Snabba reaktorer och torium var på tapeten redan då men rätt bedömt så låg det längre fram i tiden pga ekonomiska skäl. Han nämner inte SMR med det gjorde han ju helt rätt i eftersom det de facto inte är på marknaden idag.
#13 Bengt Abelsson
”Exempelvis betong har väsentligen högre tryck- än draghållfasthet.”
Då är de här inte helt ute och cyklar 🙂
http://imulead.com/tolimared/concretesubmarine/picturegallery/
Betong som båtbyggnadsmaterial är känt sedan länge. Statfjord B oljeplattform byggdes i betong.
Så, varför inte en ubåt?
Gissningsvis så är designmaxdjupet inte mer än 30- 40 meter så instabilitetsfenomenen bör vara lätt hanterliga.
Stort tack Johan, mycket intressant!
Du skriver om supernritiskt vatten i turbiner. Men det finns väl numera superkritisk CO2 som driver mkt kompakta och effektiva turbiner. Är det mest med smält salt dessa är intressanta? Har sådana kommit till användning i andra sammanhang,?
# Sten Kaijser
”Om tryck inifrån är lättare att hantera innebär det alltså att ”draghållfastheten” är ”starkare” än ”styvheten”?”
Nja. Ett tryckkärl med invändigt tryck är i princip bara utsatt för dragspänningar (omkretsspänningar) även om det skulle deformeras något t.ex. om man överskrider sträckgränsen och det plasticeras. Ett tryckkärl med utvändigt tryck får ett komplicerat spänningstillstånd med tryckspänningar, dragspänningar och böjspänningar, och kan lätt deformeras vid hög belastning och då bli utsatt för stora böjmoment. För sådana tryckkärl t.ex. rör svetsar man förstärkningsringar med jämna mellanrum på utsidan för att stabilisera formen i stället för att använda tjockare gods.
En enkel liknelse är masten på en båt. Masten är i princip bara utsatt för tryckspänningar från förspänning i vant och stag. Men det minsta masten skulle böja ut på mitten får den ett böjmoment och kan knäckas. Det är därför man har spridare och undervant.
#12 Johan M
”Hur ser du på möjligheten för de mindre kraftverken att öppna upp nya marknader?”
Jag är tveksam till detta. Det krävs en stor kunskap och byråkrati i landet för att hantera kärnkraft oberoende av storlek. Man måste bygga upp en myndighet typ SSM och också kunna hantera avfall och terrorister. Det är inte bara kärnbränsle som är aktivt utan också jonbytarmassor och filter t.ex. Även att utbilda operatörer, tekniker och driva simulatorer är krävande. Ett par av de koreanska reaktorerna i FAR är färdigbyggda men har stått still länge för att de inte har driftpersonal. FAR har svensk personal för att bygga upp myndigheten och har även svensk och annan utländsk personal för teknikstöd och drift.
#12 Johan M.
”.. och är inte Westinghouse Amerikanskt?”
W kärnkraftsdivision såldes först till British nuclear fuel för 7 Gkr och sen vidare till Toshiba för 24 Gkr. Sedan 2018 ägs W av Brookfield Business Partners L.P. från Kanada. De har hittills mest hållit på med vattenkraft. W har just köpt Rolls Royce civila nuklära division.
Jag reser en del till Balkan och anser att forna östblocket är rätt befriade från överdriven kärnkraft skräck. Rumänien är ett intressant land med två CANDU-resktorer i drift! Nu är de p.g. att bygga en halvstor fast-lead-reaitor med 550 gr C I kärnan. Se mer här färska nyheter.
http://www.world-nuclear-news.org/Articles/Nuclearelectrica-to-cooperate-in-development-of-AL
Bör väl likna Leadcolds konstruktion eller?
#8 Lars-Eric Bjerke,
Intressant det här med tryck inifrån kontra utifrån. Ett tryckkärl, antar jag, är konstruerat för att motstå ett jämnt tryck inifrån eller utifrån. Bron, som nämns, rasade på grund av en yttre, oväntad händelse, som deformerade konstruktionen.
Ubåten i betong, som # 15Johan Montelius skrev om är enligt bilden äggformad, vilket ger det starkaste motståndet mot yttre tryck. Åstadkommer man en deformation i ”äggskalet” går det lätt sönder.
Jag lämnar osagt om tryckkärlet håller bättre för tryck inifrån eller utifrån, för det vet jag inte.
Sten Kaijser #10
”Om tryck inifrån är lättare att hantera innebär det alltså att ”draghållfastheten” är ”starkare” än ”styvheten”?”
Just det. ta en linjal och dra i den och du upptäcker hur stark den är. Tryck sedan ihop den och se hur lite som behövs för att ska böja ut och kollapsa.
En ”tipping point” som utreddes på 1700-talet av din kollega Leonard Euler. 🙂
Hållfasthetsteknik handlar vid sidan av elasticitetsteori också om utmattning, dvs. upprepade belastningar, som efter en tid leder till sprickor och haveri.
Länk:
https://sv.wikipedia.org/wiki/Knäckning
Lars-Eric Bjerke och Gunnar Strandell,
stort tack för att ni delar med er av er sakkunskap.
Vore det inte förnuftigare att satsa på en subkritisk reaktor och med värmeväxlare mellan turbinen? Inget radioaktivt överhettat högtrycksånga i turbinhallen. Öka verkningsgraden istället genom att försöka få gehör för fjärrvärme.
# 21
Intressant projekt det där i Rumänien. Det återstår dock en lååång Golgata vandring genom EUs otaliga institutioner innan alla godkännanden kan inhämtas. För Ungerns del tog det 10 år tills man nu är klara för byggstart. Trotts stor politisk enighet i hemlandet och att projektet gällde en konventionell välbeprövad gen III reaktor från Rosatom. Brussel gillar icke kärnkraft!
#25 Istvan
Jag tror du har missuppfattat. Superkritiskt vatten (eller koldioid ) handlar om att vid höga tryck och temperaturer antar ämnet en underlig form som är lite mellanting mellan gas och vätska. Men som innebär att turbiner kan drivas effektivare. Detta har ingenting med radioaktivitet att göra.
En subkritisk reaktor skickar iväg för få neutroner för att kunna hålla ingång reaktionen. Den måste bli neutronmässigt superkritiskt men med ett lagom stort överskott så att den inte skenar. (Som i Tjernobyl) Ävennga blir radioaktivt bara vid oönskade läckage, riktigt illa antar jag.
Jag blev informerad om att den negativa komponenten i TRISO-bränsle inte har med bränslets expansion att göra utan med att dess modererande förmåga förändras vid höga temperaturer. För en termiska reaktor som HTR-PM så är det det som får reaktionen att avstanna.
#17 Rolf Mellberg
När man tittar på de gaskylda reaktorer som finns så är det få om någon som verkligen använder kylgasen direkt i en turbin. Englands samtliga AGR (Advanced Gas-cooled Reactor) använder koldioxid som kylgas men har sedan en värmeväxlare som producerar ånga till turbinerna. Gasen där hade hög temeoratur men hade inte (enl wikipedia) tryck nog för att gasen skulle vara superkritisk (4 MP och inte 7.4 MPa).
Inte heller HTR-PM eller Xe-100 låter gasen driva en turbin direkt utan omvandlar först till vattenånga.
Kan tänka mig att man vill begränsa den krets som kylgasen rör sig i och ha en sekundär loop som driver turbinerna av säkerhetsskäl. Om kylgasen är superkritisk eller inte om den endast är i den inre loopen kanske inte har lika stor betydelse som för en vattenkyld reaktor där man vill undvika fasövergången mellan flytande och gas. Detta är mera ”tänka fritt” än ”tänka rätt” så maskinarna får gärna rätta 🙂
https://en.wikipedia.org/wiki/Advanced_Gas-cooled_Reactor
#25 Istvan
Jag tror du har rätt där, det är kanske inte effektiviteten i turbinerna som till varje pris skall optimeras om det finns avsättning för värmen på anda håll.
Glömde att ta upp Urencos U-battery som exempel på gaskylda reaktorer. Urenco är en stort brittiskt företag som länge varit aktiva inom kärnbränslebranchen. De presenterade för några år sedan en liten gaskyld reaktor som använde TRISO-bränsle. U-battery är på endast 10 MWt (värme) vilket skulle kunna leverera 4 MWe (el). Den är heliumkyld men turbinerna drivs av en sekundär loop av kväve. U-battery är med i tillståndsprocessen i Kanada.
https://www.u-battery.com/what-is-u-battery
https://urenco.com/
Ultra Safe Nuclear – en kanadensisk spelare med en gaskyld reaktor som även den använder ett TRISO-bränsle men här med sin egen design FCM. USN presenterar en micro-reaktor likt U-battery men där själva reaktorn kommer i ett förslutet paket som byts ut (likt Terrestrial Energy men betydligt mindre). Reaktorn är heliumkyld med en sekundärloop av smält salt.
https://usnc.com/FCM.html
https://usnc.com/MMR.html
När jag jobbade i pannhuset på pappersbruk på 80 talet var trycket i pannan och domen ca 60 kg per kvadratcentimeter, 260 grader Celsius. Och det var inte att leka med. Att öppna en ventil manuellt även vid lägre tryck krävde tålamod, uppvärmning, annars blev det explosioner. 60 kg hanterades inte manuellt. Så det tryck som nämns i inlägget måste kräva enormt mycket av materialet. Dyrt alltså. Utvecklingen går verkligen framåt.
Tack Johan för sammanställningen och inläggen. Ser fram emot fortsättningen.
Vad gäller saltsmältereaktorers reglerbarhet, ska man komma ihåg att Xe och I ventileras bort i en sådan reaktor eftersom bränslet inte är inneslutet. Det betyder att den stora barriären mot att reglera kraften i en LWR är borta, d v s ingen ”Xe-swing”.