Terrestrial Energy hat ein verbessertes 390-MWe-Design seines Integral-Molten Salt Reactor (IMSR)-Kraftwerks vorgestellt, um die Anforderungen der Versorgungsunternehmen zu erfüllen und seine Kostenwettbewerbsfähigkeit im Rahmen der Bemühungen, seine Kandidatur für den Einsatz bei Ontario Power Generation (OPGs) zu steigern, zu steigern. Kernkraftwerk Darlington. Diese Woche kündigte das kanadische Unternehmen auch eine Reihe von Entwicklungen an, die sein Angebot zur Kommerzialisierung der Technologie des kleinen modularen Reaktors (SMR) der Generation IV fördern und den Betrieb seiner ersten Anlage bis 2028 aufnehmen könnten.
Simon Irish, CEO des Technologieentwicklers mit Sitz in Oakville, Ontario, sagte, dass das verbesserte IMSR-Kraftwerksdesign von Terrestrial, das IMSR400, zwei 195-Mwe-IMSRs kombiniert. Es stützt sich auf Technologien, die „über viele Jahrzehnte entwickelt und demonstriert“ wurden, aber es „hat die Effizienz, Wirtschaftlichkeit und Flexibilität, um eine wichtige Rolle bei der Umstellung auf saubere Energie zu spielen, einschließlich der Produktion von sauberem Wasserstoff im industriellen Maßstab“, sagte er.
Eine Abbildung, die das neu vorgestellte IMSR400-Kraftwerk von Terrestrial Energy in der für den Standort Darlington in Ontario vorgeschlagenen Konfiguration zeigt. Die IMSR400 kann auf einem sieben Hektar großen Gelände 390 MWe (netto) erzeugen. Höflichkeit: Terrestrische Energie
Wie ENERGIE hat gemeldet, verwendet das IMSR von Terrestrial ein geschmolzenes Fluoridsalz – eine hochstabile, inerte Flüssigkeit mit robusten Kühlmitteleigenschaften – als primäres Brennstoffsalz sowie in einem sekundären Kühlmittelsalzkreislauf (ohne Brennstoff). Bemerkenswert ist jedoch, dass der Kernreaktor Design leitet sich stark von Oak Ridge Testreaktoren ab, es leiht sich auch ein „integrales“ Architekturkonzept aus dem kleinen modularen fortschrittlichen Hochtemperaturreaktor (SmAHTR) des Labors – was bedeutet, dass alle seine primären Reaktorkomponenten, einschließlich des Graphitmoderators, in einen abgedichteten und austauschbaren Reaktorkern integriert sind. Diese sogenannte „Core-Unit“ hat eine Lebensdauer von sieben Jahren und ist „einfach und sicher zu ersetzen“, so Terrestrial.
Ein Fokus auf Effizienz und thermische Fähigkeiten
Ursprünglich als 195-MWe-Anlage ausgerollt, erregte die IMSR die Faszination der Industrie, da es sich um einen Schmelzsalzreaktor der Generation IV handelt, der bei 70 °C betrieben wird. Es versorgt seine Dampfturbinen mit überhitztem Dampf von 60 °C, wodurch der Brennstoffwirkungsgrad des Systems potenziell auf bis zu 48 % gesteigert werden kann.
Wie Iren hat erklärt zu ENERGIE: „Ein konventioneller Reaktor steckt Mitte der 30er Jahre fest, und wenn es sich um einen kleinen konventionellen Reaktor handelt, erreicht er möglicherweise überhaupt keine 30 %“, sagte Irish. „Wenn Sie bei einer viel höheren Temperatur arbeiten, können Sie viel effizienter Strom erzeugen und mit Ihrem Kernreaktor viel mehr tun. Sie können hochwertige Industriewärme bereitstellen, die in industriellen Prozessanwendungen genutzt werden kann, die sich stark von der dampferzeugten Strombereitstellung unterscheiden – die heute so ziemlich die einzige Aktivität der Kernenergie ist.“
Das 195-Mwe-IMSR-Kraftwerk von Terrestrial ist ein graphitmoderiertes Reaktorsystem mit geschmolzenem Fluoridsalz mit thermischem Spektrum, das niedrig angereicherten Uran (weniger als 5 % U-235)-Brennstoff verwendet. Beim integralen Prozess – der innerhalb der „Core-unit“ stattfindet – wird das Brennsalz mit Kühlsalz (bestehend aus Fluoriden wie Natriumfluorid, Berylliumfluorid und/oder Lithiumfluorid) verdünnt und das Gemisch dient beides als Brennstoff und Primärkühlmittel. Das Gemisch wird zwischen einem kritischen, graphitmoderierten (thermisches Spektrum) Kern und dann durch die integrierten Wärmetauscher gepumpt, um seine Wärme an den externen sekundären Kühlmittelsalzkreislauf zu übertragen. Der Sekundärkreislauf besteht aus bloßen Verdünnungssalzen (ohne Brennsalzzusatz) und gibt seine Wärme wiederum an einen weiteren Nitratsalz-Zwischenkreislauf ab, der im Wesentlichen als Barriere zwischen den radioaktiven Primärkomponenten und den Endverbrauchern dient. Der Nitratsalz-beheizte Dampferzeuger erzeugt schließlich Dampf, der für die Stromerzeugung oder industrielle Anwendungen genutzt werden kann. Höflichkeit: Terrestrische Energie.
Das neu in Betrieb genommene größere Kraftwerk IMSR400 erzeugt jedoch „Strom um 50 % effizienter als konventionelle Kernkraftwerke, die wassergekühlte und moderierte Reaktortechnologie verwenden“, behauptet das Unternehmen. „Mit dieser Effizienzsteigerung von 50 % hat der IMSR400 einen geringeren Kapitalbedarf und einen geringeren Abfallbedarf sowie eine verbesserte Wirtschaftlichkeit pro kWh Strom für neue Kernkraftwerke“, sagte das Unternehmen.
Es ist jedoch unklar, wie sich das neue Anlagendesign in die bereits laufenden behördlichen Überprüfungen einfügt. Das Unternehmen reichte sein 195-MWe-Anlagendesign 2016 bei der Canadian Nuclear Safety Commission (CNSC) ein und hat seitdem den Phase 1 Vendor Design Review-Prozess genehmigt und ist auf dem besten Weg, Phase 2 „bis Anfang 2022“ abzuschließen. Das Unternehmen hat sich jedoch auch engagiert in Vorantragsaktivitäten bei der US Nuclear Regulatory Commission (NRC) seit Oktober 2019, und die jüngsten Einreichungen bei der Agentur spiegeln das Ziel von Terrestrial wider, eine langfristige Lizenz für den kommerziellen Einsatz des IMSR400 in den USA zu erhalten. SDA) für die IMSR-Kerneinheit gemäß 10 CFR Part 52, Subpart E. NRC und CNSC arbeiten insbesondere auch bei der Methodik und Auswahl postulierter initiierender Ereignisse (PIE) für das IMSR-Design zusammen.
Dringlichkeit durch OPGs SMR-Bereitstellungszeitrahmen 2028 erhöht
Das Timing ist ein wesentlicher Aspekt. Ein wesentlicher Grund dafür ist, dass OPG im vergangenen Jahr die Planungsaktivitäten zum Bau eines SMR von bis zu 300 MW bereits 2028 in seinem Kernkraftwerk Darlington in Clarington, Ontario – Kanadas einzigem Standort, der über eine Vorbereitungslizenz für zukünftige neue Nuklearentwicklungen verfügt, wieder aufgenommen hat abgeschlossene und akzeptierte Umweltprüfung (EA). Der vorläufige Zeitplan des Versorgungsunternehmens geht davon aus, dass das CNSC eine Baugenehmigung bis 2024 und eine Betriebsgenehmigung bis 2027 erteilt. Im vergangenen Oktober startete OPG unterdessen fortschrittliche Konstruktions- und Konstruktionsarbeiten für dieses Projekt, indem Sie drei SMR-Entwickler auswählen: GE Hitachi Nuclear Energy (GEH), terrestrische Energie und X-Energie.
Während OPG sagte kürzlich es ist noch nicht „absolut entschieden, dass es einer von diesen drei sein wird“, es wird voraussichtlich Ende dieses Jahres (2021) einen Anbieter auswählen. Dann wird es seine Bemühungen darauf konzentrieren, „mit den Entwicklern zusammenzuarbeiten, um die erforderlichen vorläufigen Sicherheitsanalyse- und Entwurfsinformationspakete für die Einreichung eines Baugenehmigungsantrags bis ungefähr 2022 abzuschließen“. OPG sagt, dass der Betriebszeitrahmen 2028 für einen SMR – vermutlich ein erster Einsatz seiner Art – angesichts der kürzlichen Renovierung des Versorgungsunternehmens erreichbar ist von CANDU-Einheiten in Darlington. „Mit einer überholten Darlington-Einheit, die termin- und budgetgerecht fertiggestellt wurde, wissen wir, dass wir komplexe Projekte mit Sicherheit und Qualität ausführen können“, heißt es darin.
Die Provinzbehörde betonte im Mai, dass die wichtigsten Kriterien für die Auswahl eines SMR-Designs (das eine Lebensdauer von wahrscheinlich 60 Jahren haben wird) die Sicherheit ist. „Der SMR muss über erstklassige Sicherheitsfunktionen verfügen, die direkt in das Design integriert sind“, heißt es. „Außerdem suchen wir nach einem kostengünstigen und einfacher zu bedienenden Design, das die Strompreise für Ontarier senkt. Schließlich wollen wir eine Technologie, von der wir überzeugt sind, dass sie in die Parameter unseres EA passt.“ Das Versorgungsunternehmen erkennt jedoch Herausforderungen: „Als der EA durchgeführt wurde, wurde keine Technologie ausgewählt. Daher wurde unsere Umweltverträglichkeitserklärung erstellt, die eine Reihe potenzieller Reaktortechnologien abdeckte, die zu dieser Zeit verfügbar waren. Wenn wir mit dem Bau von vorankommen [Darlington], müssen wir beim CNSC eine Lizenz zum Bau einer bestimmten Technologie beantragen. Während dieses Prozesses müssen wir zeigen, dass die ausgewählte Technologie die Schlussfolgerungen des EA nicht grundlegend ändern würde“, heißt es darin.
Ein harter Wettbewerb um drei viel beachtete SMR-Technologien
Terrestrisch hat eine starke Konkurrenz. X-energy, ein prominenter Gewinner des US-Energieministeriums (DOE) Erweiterte Reaktordemonstration (ARDP) hat bereits einen Hauptvertrag mit der Agentur im Wert von rund 1,23 Milliarden US-Dollar über den Bau eines kommerziellen Kraftwerks mit vier Blöcken auf Basis seiner Xe-100-Reaktor ein 80-MWe/200-MWth-(565C-Dampf)-Kieselbett-Hochtemperatur-Gasreaktor. Im Rahmen des ARDP beabsichtigt X-Energy, im Jahr 2027 mit dem Betrieb eines 320-MWe-Vier-Pack-Projekts im US-Bundesstaat Washington zu beginnen TRISO-X-Kraftstoff, die im Rahmen der 2015 entwickelt wird DOE Advanced Gas Reactor Kraftstoff-Qualifizierungsprogramm. Vermutlich um seine Aussichten bei OPG zu verbessern, sagte X-energy am 16. September auch, dass es mit dem kanadischen Uranlieferanten Cameco zusammenarbeitet, um „mögliche Bereiche der Zusammenarbeit zur Unterstützung der potenziellen zukünftigen Bereitstellung, Betankung und Wartung“ von Xe-100 in Kanada zu erkunden und die USA
GEH-Präsident und CEO Jay Wileman sagte unterdessen ENERGIE im Juni seiner Firma BWRX-300 SMR kann bereits 2028 eingesetzt werden. Die Kandidatur des BWRX-300 in Darlington wird durch GEHs Technologie und „Gewissheit“ gestärkt, sagte er. Der BWRX-300, abgeleitet vom Design des Economic Simplified Boiling Water Reactor (ESBWR), profitiert von fundiertem Know-how in der Bauentwicklung. „Unser Ziel ist es, unter 3.000 US-Dollar/kW und Kapitalkosten von etwa 1 Milliarde US-Dollar zu liegen – und das ist in den Bilanzen einiger unserer Kunden viel praktikabler als bei einigen der Bauarbeiten, die heute hier in den USA stattfinden.“ sagte Wilemann. Ein weiterer Bonus: Das BWRX-300-Design verwendet ein vorhandenes Brennstoffdesign von Global Nuclear Fuel (GNF), einem von GE geführten Joint Venture mit Hitachi, und profitiert von einer bewährten Komponenten- und Lieferkette. All dies positioniert den BWRX-300 als „SMR mit dem geringsten Risiko, dem wettbewerbsfähigsten und am schnellsten auf dem Markt“, sagte Wileman.
Festhalten von Kernbrennstofflieferungen, öffentliche Akzeptanz
Terrestrial sagt, dass ein Vorteil darin besteht, dass der IMSR400 „Kernbrennstoff bei Standardanreicherung“ verwendet und damit „das einzige SMR-Kraftwerk der Generation IV, das heute dafür ausgelegt ist“. Dieser Aspekt vermeidet „die erheblichen Kosten und den Zeitaufwand für die Neulizenzierung von Urananreicherungsanlagen und beseitigt Hürden für die Kommerzialisierung und beschleunigt den Einsatz“.
In einer weiteren Premiere für ein Gen IV SMR schloss Terrestrial am 17. August eine Vereinbarung mit Westinghouse und dem britischen National Nuclear Laboratory, um die Kernbrennstoffversorgung des IMSR bereitzustellen. Diese Woche schloss das Unternehmen außerdem eine Vereinbarung mit dem französischen globalen Unternehmen Orano für Kernbrennstoffkreislauf über ein breites Leistungsspektrum ab. „Der breite Leistungsumfang der Vereinbarung umfasst die Urananreicherung, die chemische Umwandlung in IMSR-Brennstoffform, die Produktion, den Transport, die Verpackung und die Logistik“, sagte das Unternehmen. Die Vereinbarung umfasst insbesondere auch „Analysen für die kommerzielle Produktion und Lieferung von IMSR-Kraftstoff in großem Maßstab“. Es gilt für wichtige Märkte, die Terrestrial für den potenziellen Einsatz von IMSR-Kraftwerken identifiziert hat, darunter Kanada, die USA, Großbritannien und Japan.
Als einzige kanadische Firma im Darlington-Wettbewerb ist Terrestrial inzwischen auch bereit, mehrere Empfehlungen der kanadischen Dezember 2020 – veröffentlichter SMR-Aktionsplan. Diese Empfehlungen umfassen Abfallmanagement, regulatorische Bereitschaft und internationales Engagement sowie die Entwicklung einer koordinierten Beschaffung durch zusammenhängende Lieferketten.
Die Bedeutung des kanadischen SMR-Aktionsplans besteht darin, dass „er den Bedarf an SMRs zeigt, diesen sehr verteilbaren, skalierbaren sauberen Wärme- und Stromquellen in zahlreichen Teilen unserer Wirtschaft und in wichtigen Teilen unserer Gesellschaft“, wie John Gorman, Präsident und CEO der Canadian Nuclear Association (CNA), sagte ENERGIE. Ein entscheidender Faktor für die Aufnahme von SMR werde jedoch von der öffentlichen Zustimmung abhängen, bemerkte er.
Aber auch dort scheint Terrestrial Einzug zu halten. Am 28. September gab es eine Absichtserklärung mit der in Saskatoon ansässigen First Nations Power Authority (FNPA) – dem einzigen nordamerikanischen, gemeinnützigen, indigenen und kontrollierten Stromentwickler – bekannt, um die Entwicklung von SMR-Technologien zum Nutzen indigener Gemeinschaften zu untersuchen in Kanada.
„Die kanadische Kernenergieindustrie erkennt die Bedeutung einer frühzeitigen Zusammenarbeit mit allen Gemeinschaften an, die am langen Lebenszyklus eines Kernkraftwerks beteiligt sind, und das gilt insbesondere für die vielen indigenen Gemeinschaften Kanadas“, sagte Terrestrial’s Irish. „Die FNPA wird Terrestrial Energy und ihre kanadischen Aktivitäten beraten, wenn sie diese Gemeinden über den ökologischen, ökologischen und wirtschaftlichen Wert des Einsatzes von IMSR-Kraftwerken berät und berät, und wir schätzen die Beteiligung der FNPA.“
—Sonal Patel ist ein Senior Associate Editor von POWER (@sonalcpatel, @POWERmagazine).
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