Reaktor APR-1400 (Advanced Power Reactor) je novým projektem pokročilého tlakovodního reaktoru jihokorejské firmy Korea Hydro & Nuclear Power – KHNP, která je dceřinou společností firmy KEPCO. Tento reaktor je vývojovým nástupcem standardizovaného projektu reaktoru OPR-1000 (Optimum Power Reactor 1000 MWe), které KHNP spolehlivě provozuje v Jižní Koreji od 90. let minulého století. APR-1400 je reaktorem generace III+, v roce 2014 získal licenci od NRC a o dva roky později licenci EUR, a proto se stává potenciálním kandidátem pro nově vznikající bloky po celém světě.
Specifikace APR-1400
Reaktor APR-1400 je pokročilý tlakovodní reaktor patřící mezi reaktory velkých výkonů. Jeho tepelný výkon je 4000 MWt, hrubý elektrický výkon 1455 MWe. Aktivní zónu tvoří celkem 241 palivových souborů, palivový soubor je čtvercové geometrie a tvoří ho 16×16 palivových proutků s aktivní délkou 3,81 m. Palivo je ve formě UO2 s průměrným obohacením 4,09 % o izotop U235 s vyhořením až 60 000 MWd/MtU. Reaktor je navržen tak, že umožňuje provoz se směsnou zónou s MOX palivem – až 33% MOX paliva v dané AZ.
Životnost tlakové nádoby reaktoru je projektována na 60 let, přičemž reaktor je provozován v projektovaném 18-ti měsíčním kampaňovém provozu. Reaktor má dvě horké větve a čtyři studené větve. Na každé horké větvi je instalován jeden vertikální parní generátor o tepleném výkonu 2000 MW, na každé studené větvi je jedno hlavní cirkulační čerpadlo. Další parametry reaktoru jsou vypsány níže.
Hlavní technické parametry APR-1400:
| Čistý elektrický výkon | 1400 MWe |
| Tepelná účinnost bloku | 35 % |
| Koeficient využitelnosti | > 90 % |
| Tlak v primárním okruhu | 15,5 MPa |
| Teplota chladiva na vstupu do reaktoru | 290,6 °C |
| Teplota chladiva na výstupu z reaktoru | 323,9 °C |
| Průtok AZ reaktoru | 21 000 kg/s |
| Tlak páry na výstupu z PG | 6,9 MPa |
| Teplota páry na výstupu z PG | 285 °C |
| Parní turbína | 1 VT díl + 3 NT díly – 1800 ot/min |
| Pravděpodobnost havárie s tavením AZ | < 10-5/reaktorrok |
Historický vývoj a výhled do budoucna
Reaktor APR-1400 je kombinací a vývojovým nástupcem jihokorejského standardizovaného projektu OPR‑1000 a amerického projektu System 80+ firmy Combustion Engineering. V Jižní Koreji byl reaktor označován jako KNGR (Korean Next Generation Reactor), poté přejmenován na „pokročilý lehkovodní reaktor“. Práce na jeho vývoji započaly v roce 1992 a skončily jeho licencováním v květnu v roce 2002.
Od roku 2002 byly postaveny dva reaktory – elektrárna Shin Kori 3 a 4, dalších šest bloků je ve výstavbě – Shin Hanul 1 a 2 v Jižní Koreji, čtyři bloky ve Spojených Arabských Emirátech v lokalitě Barakah, které mají být spuštěny do roku 2020. Do komerčního provozu byl zatím uveden pouze blok JE Shin Kori 3. Do budoucna je plánovaná výstavba dalších čtyř bloků – 2 v lokalitě Shin Kori a 2 v lokalitě Shin Hanul.
KHNP nedávno představilo další projekt generace III+ – APR+, který navazuje na APR-1400. Tento typ reaktoru je výkonnější než APR-1400 a má další drobné změny. První dva plánované bloky s APR+ mají být v lokalitě Cheonji 1 a 2 a mají být uvedeny do provozu v roce 2028, respektive 2029.
Srovnání s reaktory II. generace stejné výkonové úrovně
Ačkoli reaktor APR-1400 vznikl kombinací amerického projektu CE System 80+ a reaktoru OPR-1000, je svými parametry a konstrukcí velice blízký reaktorům, které byly budovány již v minulosti a patřily do II. generace. Podobnost lze nalézt u reaktorů N4 od společnosti Framatome (později Areva, dnes opět Framatome) a u reaktorů 4-loop firmy Westinghouse. Obě firmy stály u zdrodu jihokorejské jaderné energetiky.
| Parametr | APR-1400 | N4 | 4-loop |
| Tepelný výkon (MWt) | 4000 | 4250 | 3410 |
| Hrubý el. výkon (MWe) | 1450 | 1475 | 1150 |
| Tepelná účinnost (%) | 35 | 34 | 34 |
| Počet smyček | 2/4 | 4 | 4 |
| Plánovaná životnost (let) | 60 | 40 | 40 |
| Tlak v PO (MPa) | 15,5 | 15,5 | 15,5 |
| Teplota na výstupu z AZ (°C) | 323,9 | 329,1 | 326,1 |
| Teplota na vstupu do AZ (°C) | 290,6 | 292,1 | 292,7 |
| Průtok chladiva AZ (kg/s) | 20 991 | 20 193 | 17 438 |
| Počet kazet v AZ | 241 | 205 | 193 |
| Typ paliva | 16×16 | 17×17 | 17×17 |
| Aktivní délka paliva (m) | 3,81 | 4,27 | 3,66 |
| Vyhoření (MWd/MTU) | 60 000 | 40 000 | / |
| Možnost použití MOX | Ano 33% | Ne | Ne |
Tab.1: Vybrané parametry reaktorů APR-1400, N4 a 4-loop.
Jak je vidět z Tab.1., většina parametrů reaktoru APR-1400 je velice podobná či shodná se starší generací reaktorů. Větší rozdíly lze pozorovat u hodnot maximálního vyhoření paliva. To je dáno lepšími výpočetními kódy a vývojem materiálů pro tuto aplikaci. Nejzásadnější rozdíl lze nalézt v bezpečnostních systémech daných reaktorů. Reaktory II. generace byly projektovány na maximální projektovou havárii s prasknutím hlavního cirkulačního potrubí gilotinovým řezem na studené větvi za hlavním cirkulačním čerpadlem s oboustranným výtokem chladiva – LB LOCA. Reaktory generace III+ jsou nyní projektovány s vyšším důrazem na pasivní a inherentní bezpečnost, musí zvládat nadprojektové havárie, které v sobě zahrnují LB LOCA i tavení AZ apod.
Zvláštností tohoto projektu je, že APR-1400 nemá v projektu lapač aktivní zóny, jak je tomu u většiny projektů generace III+. V tomto projektu se uvažuje zaplavení šachty reaktoru vodou, čímž by se daná tavenina – corium AZ mělo udržet uvnitř reaktorové nádoby.
Bc. Tomáš Peltan
Zdroje:
Atominfo.cz
World-nuclear.org
Databáze ARIS IAEA
Databáze PRIS IAEA
KHNP.co.kr
Tento článek byl napsán ve spolupráci se studenty oboru Jaderná energetická zařízení Fakulty strojní ČVUT v Praze.
