Advanced CANDU Reactor

Der Advanced CANDU Reactor (kurz ACR) ist eine Weiterentwicklung der CANDU-Reaktoren von Atomic Energy of Canada Limited. Dieser ist ein leichtwassergekühlter Reaktor. Wie bei allen CANDU-Reaktoren wird als Moderator schweres Wasser benutzt. Er gehört zu den Reaktoren der Generation III+.

Technische Daten

Der ACR-1000 hat eine Gesamtleistung von 3187 MWth und eine elektrische Leistung von 1200 MW. Der Moderator ist schweres Wasser (D₂O) und als Kühlung in vier gesonderten Kreisläufen leichtes Wasser (H₂O). Diese Kreisläufe sind mit den Turbinen verbunden. Pro Kreislauf gibt es eine Pumpe. Jede Pumpe hat eine Leistung von 10 MW und fördert 4300 Liter pro Sekunde. Der ACR wird unter anderem als ganzes Kraftwerk mit einer Zwillingskonstruktion angeboten, um eine perfekte Raumaufteilung zu haben. Dadurch können auch die Pumpen in einem Raum untergebracht werden. Diese Bauart ist billiger, als zwei Reaktoren einzeln zu bauen und damit wirtschaftlicher für arme und Entwicklungsländer.

Eigens für den Advanced CANDU Reactor wurde eine neue Generation von Brennstoffbündel entwickelt. In jedem CANFLEX-ACR-Brennstoffbündel befinden sich 43 Brennelemente, die leicht angereichert sind. Die Bündel sollen auch in zukünftige CANDU-Reaktoren eingesetzt werden. Insgesamt befinden sich 6240 Brennstoffbündel im Reaktor in 520 Druckröhren. Im Normalfall befinden sich 12 Brennstoffbündel in jeder Druckröhre. Jede dieser Röhren hat eine Dicke von 6,5 mm. Außer CANFLEX-ACR-Brennstoffbündeln eignen sich auch MOX-Brennelemente.

Der ACR hat einen Durchmesser von 7,5 Metern. Damit ist der ACR etwas kleiner als seine Vorgänger, erzielt aber durch die hohe Anzahl und Dichte an Brennelementkanälen eine höhere Leistung. Dabei wird der Dampf in dem Leichtwasser-Kreislauf auf 273 °C erhitzt und zur Turbine geleitet. Danach wird das Wasser auf eine Temperatur von 18,8 °C gekühlt und wieder in den Kreislauf eingeführt.

Im Falle einer Störung oder eines Unfalls hat der ACR sieben verschiedene Schutzvorrichtungen:

• 1. ein spezieller Schutzmantel um das Brennstoffbündel
• 2. ein spezielles Hitzeabführsystem, um den Reaktor vor Überhitzung zu schützen
• 3. Druckröhren im Reaktor sind extra dafür gefertigt, hohem Druck standzuhalten
• 4. der Moderator D₂O
• 5. Eine spezielle Betonsperre, die Radioaktivität abschirmen kann
• 6. ein Notwassersystem, das Wasser von einem Tank in der Reaktorhalle an der Decke durch Schwerkraft und ohne Strom in den Reaktor fließen lassen kann und außerdem bei einem Brandfall als Wasserreserve der Feuersprinkler dient
• 7. ein spezielles Containement aus Stahl und Beton, das eine Höhe von 74 Metern und einen Durchmesser von 56,5 Metern hat. Die Wandstärke beträgt 1,8 Meter.

Der Reaktor hat außerdem noch zwei völlig unabhängige Notabschaltsysteme. Mehr zu den Systemen in dem Abschnitt Sicherheitssysteme.

Sicherheitssysteme

Der ACR-1000 besitzt eine Vielzahl von Sicherheitssystemen, von denen die meisten auf dem des CANDU-6 basieren.

Safety Shutdown System 1 (SDS1)

Das SDS1 wurde entwickelt, um den Reaktor schnell und automatisch abzuschalten. Dabei werden zwei der Kontrollstäbe, die sich normalerweise in isolierten Kanälen außerhalb des Reaktordruckbehälters befinden, in den Reaktor eingeführt und die Leistung dadurch verringert. Diese Kontrollstäbe absorbieren die Neutronen doppelt so stark wie normale Kontrollstäbe. Außerdem werden diese durch elektrische Steuerungen betätigt, so dass man diese nach kurzer Zeit wieder heraus ziehen kann. Jeder der Kontrollstäbe kann die thermische Bruttoreaktorleistung innerhalb von zwei Sekunden um etwa 90% verringern. Insgesamt gibt es drei solcher Kontrollstäbe.

Safety Shutdown System 2 (SDS2)

Das SDS2 ist darauf ausgelegt, schnell und automatisch den Reaktor herunterzufahren. Dabei wird Gadoliniumnitrat (über den Moderator schweres Wasser (D₂O)) in den Reaktor gepumpt, um die Neutronen zu vergiften. Das Gadoliniumnitrat wird direkt in die Kanäle geführt, um eine negative Reaktivität zu erzielen. Jeder Kanal enthält eine solche Einspritzdüse, die mit elektrischen Hochgeschwindigkeitsventilen gesteuert werden. Insgesamt gibt es drei Einspritzdüsen im Reaktor. Es werden immer zwei sofort geschaltet, um eine Düse als Reserve zu haben, falls eine andere versagt. Aber auch jede dieser Düsen lässt sich einzeln regeln. Wie auch bei den Kontrollstäben, verringert dieses Abschaltsystem innerhalb von zwei Sekunden die thermische Reaktorbruttoleistung um 90%.

Emergency Core Cooling System (ECC)

Das ECC besteht aus einem Wasserspeichersystem im Reaktorgebäude oberhalb des Reaktordruckbehälters, um bei einem Ausfall der Kühlung den Reaktor zu kühlen. Dabei wird die Schwerkraft genutzt, um das Wasser in den Reaktor laufen zu lassen.

Electrical Power Supply System (EPS)

Das EPS-System ist so konzipiert, dass jeder Reaktorblock genügend Strom produziert, um seine Sicherheitssysteme auch im Falle eines Unfalls oder Störfalls funktionsfähig zu halten. Um das zu gewährleisten, gibt es Generatoren, ein spezielles Batteriesystem und ein spezielles Steuerungssystem.

Cooling Water System (CWS)

Das CWS steuert die Pumpen für das Leichte Wasser (H₂O) im Falle einer Störung oder eines Unfalls.

Kosten des ACR

Der ACR hat eine Laufzeitkapazität von mehr als 93%. Hierbei geht man von 21-tägigen Ausfällen aus, die insgesamt drei Jahre ausmachen, was einer Ausfallzeit von ca. 1,5% pro Jahr entspricht. Das System erlaubt Wartungen sowie das Ausfallsmanagement während des laufenden Betriebs. Dadurch und durch den hohen Automationsgrad bei den Testroutinen der Sicherheitssysteme können die Kosten reduziert werden. Die Lebensdauer eines ACR sind 60 Jahre. Die Bauzeit beträgt ca. 3 bis 4 Jahre.

Der Kapitaleinsatz bei einem ACR-700 als Zwillingskonstruktion soll $1000 pro kW installierter Leistung betragen. Die Kosten für produzierten Strom sollen bei $28 bis $32 pro MWh liegen. Beim ACR-1000 als Zwillingskonstruktion soll sich dieser Wert auf $25 bis $29 also im Durchschnitt 90% der Kosten des ACR-700 verringern. ^[1]

Projekte

Laut der Webseite von AECL ist der erste ACR-1000-Reaktor für das Jahr 2016 geplant. Unter anderem sind auch schon Projekte in Korea und China im Gespräch. In Kanada sind Kraftwerksprojekte in Point Lepreau mit einem ACR-1000 und in Peace River mit ebenfalls einem ACR-1000 in Planung.

Quelle

• CANDU-Reactors ACR-1000
• CANDU 6 - Safety Systems - Special Safety Systems
• Englischer Wikipedia Artikel über den Advanced CANDU Reactor
• Technischen Daten des ACR-1000 (englisch, PDF, 3,3 MiB)
• Informationen über die Kosten des ACR und über das Entwicklungsteam in Toronto (englisch, PDF, 3,3 MiB)

Siehe auch

• Liste der CANDU-Reaktoren

Weblinks

• Atomic Energy of Canada Limited
• Canadian Nuclear Safety Commission
• Canadian Nuclear Society
• Canadian Nuclear Association

Einzelnachweise

1. ↑ Informationen über die Kosten des ACR und über das Entwicklungsteam in Toronto, S. 8 f. (englisch, PDF, 3,3 MiB)