Ekim ayında Rosatom’un üst düzey yöneticileri, araştırmacıları ve mühendisleri, Rusya’daki önemli reaktör teknolojisi gelişmelerini tartışmak üzere Yeni Nükleer Enerji konferansında bir araya geldi. Söz konusu gelişmelerden biri, büyük ve orta ölçekli reaktörler için kanıtlanmış VVER tasarımında yapılan bir değişiklikti. Spektrum değişim kontrollü, su soğutmalı, su moderatörlü bir güç reaktörü olan VVER-S ile ilgili bilgiyi aşağıda bulabilirsiniz.
Geçmiş
1980’lerde dünya genelinde araştırmacılar, moderatör hacmini artırarak nötron spektrumunu yumuşatma yoluyla reaktivite kontrolü kavramını değerlendirdiler. Hacim ya yakma işlemi sırasında çekirdekten çıkarılan displacer çubukların kullanımı ya da soğutma sıvısının ağır su ile seyreltilmesi olmak üzere iki şekilde arttırılabilirdi. Spektrum değişim kontrolü, bölünebilir izotop üretimiyle yakıt tasarrufu sağlama yöntemlerinden biri olarak görülmüştü.
Daha sonra rafa kaldırılan bu fikir, 2005 yılında yeniden gündeme getirildi. Şu anda Rosatom Genel Müdürü Danışmanı olan Vladimir Asmolov liderliğindeki bir ekip “süper VVER” geliştirmek için çalışmalara başladı. Ekip, bir spektrum değişim kontrol reaktörünün geliştirilmesine odaklandı ve bunun için 600 MWe güç kapasitesine sahip orta ölçekli bir reaktör tasarımı seçti. VVER-S için tahmin edilen yeniden üretim faktörü 0,7 ila 0,8 iken, geleneksel VVER reaktörleri 0,35 ila 0,4 arasında bir faktöre sahip. İlk Ar-Ge aşamasında elde edilen sonuçlar, bir sonraki geliştirme çabalarının temelini oluşturdu. 2019-2020 yıllarında söz konusu VVER konsepti çalışmaları devam etti. Ekip tarafından yürütülen araştırma, bir VVER-S reaktörü ile uygun maliyetli bir nükleer tesis inşa etmenin mümkün olduğunu kanıtladı.
VVER-S projesindeki mevcut Ar-Ge faaliyetleri beş hedefe ulaşmayı amaçlıyor. Bu hedeflerden ilki, açık nükleer yakıt çevriminde doğal uranyum tüketiminin azaltılması. İkincisi, reaktörün tam uranyum-plütonyum çekirdeği ve kapalı nükleer yakıt çevriminde 0,7 ila 0,8’lik bir yeniden üretim faktörü ile verimli bir şekilde çalışabilmesini sağlamak. Üçüncüsü reaktörün günlük % 100-40-100 aralığında yük takip modunda çalışmasını sağlamak. Dördüncüsü, temelde yeni tasarım çözümleriyle inşaat süresinin ve maliyetinin azaltılmasını sağlamak. Beşincisi ise radyoaktif atık miktarının azaltılması.
VVER-S konsepti, geleneksel VVER reaktör ünitelerinin işletilmesinden elde edilen deneyime dayanıyor. VVER-S için düşünülen çözümlerin tamamen yeni olduğu söylenemese de araştırmacılar, mühendisler ve tasarımcılar reaktör performansını artırabilecek çok çeşitli öneriler üzerinde çalıştılar. Yenilikçi çözümlerin bir araya gelmesiyle, yeni tasarım yerel ve uluslararası pazarlar için oldukça umut verici olabilir.
VVER-S teknolojisi, 2021 yılında Rosatom Denetleme Kurulu tarafından onaylanan Rusya’nın Nükleer Kalkınma Stratejisi 2050 ve Beklentiler 2100’de yer alıyor.
Nasıl çalışıyor?
VVER-S Proje Yönetim Ofisi Başkanı Viktor Mokhov, konuyla ilgili olarak “Geleneksel VVER teknolojisi, yanma ve emilim kontrolü için ilk reaktivite marjının boron sistemi tarafından telafi edilmesini sağlar, yani bunu ana soğutma sıvısındaki borik asit konsantrasyonunu değiştirerek yapar” dedi.
VVER-S reaktöründe spektrum değişimi, reaktör nominal işletim gücünde çalıştığı sırada güçte değişiklik yapılırken su-uranyum oranının değiştirilmesi yoluyla kontrol edilir. Bu, çekirdekteki özel yakıt demeti kanallarında bulunan su displacer çubukların mekanik olarak çıkarılmasıyla gerçekleştirilir. Displacerler yakıt döngüsünün başında çekirdeğe daldırıldığından, reaktörde daha az moderatör bulunur ve nötron spektrumu daha serttir. Bu, tek sayılı fisyon yapabilen izotopların fisyon kesitini azaltır ve uranyum-238 izotopunun rezonans yakalama kesitini artırır. Her iki etki de çekirdekte daha fazla bölünebilir malzemenin üretildiği süreci azaltır ve bölünebilir plütonyum-239’un birikmesine katkıda bulunur, bu da yıllık yakıt yükünde bölünebilir malzeme tasarrufu sağlar. Spektrum sertleşmesinin bir diğer etkisi de uranyum-238 izotopundaki fisyon oranının artmasıdır. Displacer çubuklar çıkarıldığında nötron spektrumu sertten termal olana değişir ve reaktivite artar.
Yanma sürecinde reaktiviteyi kontrol etmek için displacerların kullanılması, reaktörün nominal işletme gücünde çalışması sırasında bor kontrolünün kullanımından vazgeçilmesini mümkün kılıyor. Ancak VVER tipi reaktörlerde bor kontrolünden tamamen vazgeçmek zor çünkü bu tasarım reaktörü kritik altı duruma getirmeyi ve bu durumda tutmak için farklı fiziksel ilkelere dayanan iki bağımsız güvenlik sisteminin kullanılmasını gerektiriyor.
Yakıt ve ekipman özellikleri
Uzmanlar VVER-S’nin, açık nükleer yakıt çevriminden kapalı nükleer yakıt çevrimine etkili geçişi kolaylaştıran VVER teknolojisinin bir evrimi olduğuna inanıyor.
VVER-S için iki yakıt montajı tasarımı düşünülüyor. İlk tasarım geleneksel bir tip olup, kontrol çubukları için artan sayıda kanala sahip, bazı “gri” kontrol çubukları reaktivite kontrolü için kullanılıyor. İkinci tasarım ise evrimsel niteliğe sahip ve yakıt çubukları ile displacer kanalları arasındaki boşlukları küçültüyor, bu da yakıt montajları içinde su-uranyum oranını 1.5 ile 2.0 arasında değiştirmeyi mümkün kılıyorr.
VVER-S yakıt çubukları ve ana reaktör sistemleri için mümkün olduğunca kanıtlanmış çözümler kullanılacak. Bunlar AES-2006 ve VVER-TOI tasarımlarında test edilen ve kullanılan çözümler olma özelliği taşıyor. Reaktör 1600 MW termal kapasiteye ve %38 verimlilik oranıyla 650 MW’a kadar elektrik kapasitesine sahip olacak. Gerekli miktarda yakıt ve displacer sağlamak için VVER-1000 için tasarlanmış büyük bir reaktör kabı kullanılması planlanıyor.
VVER-S çekirdeğinin tamamı uranyum-plütonyum yakıtla yüklenecek, dolayısıyla bu reaktör tasarımına sahip güç santralleri kapalı nükleer yakıt döngüsü konseptine en etkin şekilde uyacak.
Kola NGS
VVER-S için seçilen orta güç kapasitesi, Rosatom’un emekliye ayrılan kömürlü termik santrallerin yerini almayı veya şebeke altyapısı gelişmemiş ya da izole şebekelere sahip bölgelere elektrik sağlamayı planlayan müşterilere rekabetçi bir teklif sunmasını sağlayacak.
Kola NGS, VVER-S reaktörlü ilk güç ünitesini inşa etmek için seçildi çünkü mevcut I. Nesil VVER-440 güç üniteleri yakında hizmet dışı bırakılacak. Rusya Federasyonu’ndaki Enerji Tesisleri için mevcut Genel Plan, teknik çözümlerinin haklılığını ortaya koymak ve tasarımın geleneksel VVER reaktörleri ve alternatif güç kaynakları ile rekabet edebilir olduğunun kanıtlanması halinde 2035 yılına kadar bir VVER-S ünitesinin inşa edilmesini öngörüyor. VVER-S güç üniteleri, teknoloji Kola NGS’de test edildikten ve yeni reaktörün verimliliği onaylandıktan sonra uluslararası müşterilere de sunulabilecek.
AR&Ge aşamaları
Ön Ar-Ge aşamasının tamamlanmasıyla proje, reaktör ünitesi ve güç santrali için temel tasarım çözümlerinin geliştirileceği tam ölçekli bir mühendislik aşamasına girdi. VVER-S projesi için benimsenen tasarım çözümlerinin haklılığını ortaya koymaya yönelik araştırmalar da devam ediyor. Maliyetlerin, geliştirme beklentilerinin vb. değerlendirilmesi için 2024 yılı sonuna kadar bir dizi belge hazırlanacak. Kola NGS’deki ilk VVER-S ünitesinin 2035 yılında devreye alınması planlanıyor.
