Reator avançado resfriado a gás - Advanced Gas-cooled Reactor

Estação de energia AGR em Torness

O reator avançado resfriado a gás ( AGR ) é um tipo de reator nuclear projetado e operado no Reino Unido. Trata-se da segunda geração de reatores britânicos refrigerados a gás , usando grafite como moderador de nêutrons e dióxido de carbono como refrigerante. Eles têm sido a espinha dorsal da frota de geração de energia nuclear do Reino Unido desde os anos 1980.

O AGR foi desenvolvido a partir do reator Magnox , o projeto de reator de primeira geração do Reino Unido. O primeiro projeto da Magnox havia sido otimizado para a geração de plutônio , por isso apresentava características que não eram as mais econômicas para geração de energia. A principal delas era a necessidade de funcionar com urânio natural , que exigia um refrigerante com uma seção transversal de nêutrons baixa , neste caso dióxido de carbono , e um moderador de nêutrons eficiente , grafite . O projeto da Magnox também funcionou com temperaturas de gás relativamente baixas em comparação com outros projetos de produção de energia, o que resultou em condições de vapor menos eficientes.

O projeto do AGR manteve o moderador de grafite da Magnox e o refrigerante de dióxido de carbono, mas aumentou a temperatura operacional do gás de resfriamento para melhorar as condições de vapor. Estes foram feitos idênticos aos de uma usina a carvão, permitindo a utilização do mesmo projeto de turbinas e equipamentos de geração. Durante os estágios iniciais de projeto, foi necessário trocar o revestimento do combustível de berílio para aço inoxidável . No entanto, o aço tem uma seção transversal de nêutrons mais alta e essa mudança exigiu o uso de combustível de urânio enriquecido para compensar. Essa mudança resultou em uma queima maior de 18.000 MW dias t por tonelada de combustível, exigindo reabastecimento menos frequente.

O protótipo AGR tornou-se operacional em Windscale em 1962, mas o primeiro AGR comercial não entrou em linha até 1976. Um total de quatorze reatores AGR em seis locais foram construídos entre 1976 e 1988. Todos estes são configurados com dois reatores em um construção única, e cada um dos reactores tem uma saída de energia térmica de criação de 1500 MW t dirigindo um 660 MW e conjunto de turbina-gerador. As várias estações AGR produzem saídas na faixa de 555 MWe a 670 MWe, embora algumas funcionem abaixo da saída projetada devido a restrições operacionais.

Design AGR

Diagrama esquemático do reator avançado resfriado a gás. Observe que o trocador de calor está contido no vaso de pressão combinado de concreto armado com a proteção contra radiação.
  1. Tubos de carga
  2. Hastes de controle
  3. Moderador de grafite
  4. Conjuntos de combustível
  5. Vaso de pressão de concreto e proteção contra radiação
  6. Circulador de gás
  7. Água
  8. Circulador de água
  9. Trocador de calor
  10. Vapor
Tamanho do reator AGR em comparação com outras tecnologias

O AGR foi projetado de forma que as condições finais de vapor na válvula de corte da caldeira fossem idênticas às das usinas convencionais a carvão, portanto, o mesmo projeto de planta turbo-gerador poderia ser usado. A temperatura média do refrigerante quente que sai do núcleo do reator foi projetada para ser 648 ° C. A fim de obter essas altas temperaturas, e ainda garantir a vida útil do núcleo de grafite (a grafite oxida facilmente em CO 2 em alta temperatura), um fluxo reentrante de refrigerante na temperatura de saída da caldeira inferior de 278 ° C é utilizado para resfriar a grafite, garantindo que as temperaturas do núcleo de grafite não variam muito daquelas vistas em uma estação Magnox . A temperatura e a pressão de saída do superaquecedor foram projetadas para ser 2.485  psi (170 bar) e 543 ° C.

O combustível são pelotas de dióxido de urânio , enriquecidas em 2,5-3,5%, em tubos de aço inoxidável. O conceito de design original do AGR era usar um revestimento à base de berílio . Quando isso se mostrou inadequado devido à fratura frágil, o nível de enriquecimento do combustível foi aumentado para permitir as maiores perdas de captura de nêutrons do revestimento de aço inoxidável . Isso aumentou significativamente o custo da energia produzida por um AGR. O refrigerante de dióxido de carbono circula através do núcleo, atingindo 640 ° C (1.184 ° F) e uma pressão de cerca de 40 bar (580 psi), e então passa pelos conjuntos de caldeira (gerador de vapor) fora do núcleo, mas ainda dentro do revestimento de aço , vaso de pressão de concreto armado. As hastes de controle penetram no moderador de grafite e um sistema secundário envolve a injeção de nitrogênio no refrigerante para absorver nêutrons térmicos e interromper o processo de fissão se as hastes de controle não entrarem no núcleo. Um sistema de desligamento terciário que opera injetando grânulos de boro no reator está incluído no caso de o reator ter que ser despressurizado com barras de controle insuficientes abaixadas. Isso significaria que a pressão do nitrogênio não pode ser mantida.

O AGR foi projetado para ter uma alta eficiência térmica (relação eletricidade gerada / calor gerado) de cerca de 41%, que é melhor do que um moderno reator de água pressurizada (PWR) com uma eficiência térmica típica de 34%. Isso se deve à maior temperatura de saída do refrigerante de cerca de 640 ° C (1.184 ° F), prática com resfriamento a gás, em comparação com cerca de 325 ° C (617 ° F) para PWRs. No entanto, o núcleo do reator deve ser maior para a mesma produção de energia, e a queima de combustível de 27.000 MW (th) dias por tonelada na descarga é inferior a 40.000 MW (th) dias por tonelada de PWRs, de modo que o combustível é usado com menos eficiência , contrariando a vantagem da eficiência térmica.

Como os reatores Magnox, CANDU e RBMK , e em contraste com os reatores de água leve , os AGRs são projetados para serem reabastecidos sem serem desligados primeiro (consulte Reabastecimento online ). Este reabastecimento em carga foi uma parte importante do caso econômico para a escolha do AGR em vez de outros tipos de reatores, e em 1965 permitiu que o Conselho Central de Geração de Eletricidade (CEGB) e o governo alegassem que o AGR produziria eletricidade mais barata do que o melhor carvão - centrais elétricas com fogo. No entanto, problemas de vibração do conjunto de combustível surgiram durante o reabastecimento em carga com potência total, então em 1988 o reabastecimento com potência total foi suspenso até meados da década de 1990, quando novos testes levaram a uma haste de combustível presa no núcleo do reator. Somente o reabastecimento com carga parcial ou quando o desligamento é realizado agora em AGRs.

O vaso de pressão de concreto protendido contém o núcleo do reator e as caldeiras. Para minimizar o número de penetrações no vaso (e assim reduzir o número de possíveis locais de violação), as caldeiras têm um design único, onde toda a ebulição e superaquecimento são realizados dentro dos tubos da caldeira. Isso requer o uso de água ultra pura para minimizar o acúmulo de sais no evaporador e os problemas de corrosão subsequentes.

O AGR pretendia ser uma alternativa britânica superior aos projetos de reatores de água leve americanos. Foi promovido como um desenvolvimento do projeto Magnox operacionalmente (se não economicamente) bem-sucedido e foi escolhido entre uma infinidade de alternativas britânicas concorrentes - o reator de temperatura muito alta resfriado a hélio , o reator de geração de vapor de água pesada e o reator reprodutor rápido - bem como os reatores americanos de água leve pressurizada e água fervente (PWR e BWR) e projetos canadenses CANDU. O CEGB conduziu uma avaliação econômica detalhada dos projetos concorrentes e concluiu que o AGR proposto para Dungeness B geraria a eletricidade mais barata, mais barata do que qualquer um dos projetos rivais e as melhores estações a carvão.

História

Estação de energia Dungeness B AGR, com uma aparência externa diferente da maioria dos AGRs, conseqüência do uso de várias empresas de construção

Havia grandes esperanças para o design AGR. Um ambicioso programa de construção de cinco estações de reatores gêmeos, Dungeness B , Hinkley Point B , Hunterston B , Hartlepool e Heysham foi rapidamente implementado e os pedidos de exportação foram ansiosamente aguardados. No entanto, o projeto do AGR provou ser muito complexo e difícil de construir no local. As relações de trabalho notoriamente ruins na época aumentaram os problemas. A estação principal, Dungeness B, foi encomendada em 1965 com a data de conclusão prevista para 1970. Após problemas com quase todos os aspectos do projeto do reator, ele finalmente começou a gerar eletricidade em 1983, com 13 anos de atraso. Os projetos de reatores a seguir em Hinkley Point e Hunterston melhoraram significativamente o projeto original e, de fato, foram encomendados antes de Dungeness. O próximo projeto de AGR em Heysham 1 e Hartlepool buscou reduzir o custo geral do projeto, reduzindo o espaço ocupado pela estação e o número de sistemas auxiliares. Os dois últimos AGRs em Torness e Heysham 2 retornaram a um design Hinkley modificado e provaram ser os mais bem-sucedidos da frota. O ex-conselheiro econômico do Tesouro, David Henderson , descreveu o programa AGR como um dos dois erros de projeto patrocinados pelo governo britânico mais caros, ao lado do Concorde .

Quando o governo começou a privatizar a indústria de geração de eletricidade na década de 1980, uma análise de custo para potenciais investidores revelou que os verdadeiros custos operacionais haviam sido obscurecidos por muitos anos. Os custos de desativação, especialmente, foram significativamente subestimados. Essas incertezas fizeram com que a energia nuclear fosse omitida da privatização da época.

O protótipo de pequena escala AGR em Sellafield (Windscale) foi desativado em 2010 - o núcleo e o vaso de pressão foram desativados, deixando apenas a "Bola de Golfe" do edifício visível. Este projeto também foi um estudo do que é necessário para descomissionar um reator nuclear com segurança.

Em outubro de 2016, foi anunciado que as hastes de controle superarticuladas seriam instaladas em Hunterston B e Hinkley Point B devido a preocupações com a estabilidade dos núcleos de grafite dos reatores . No início de 2018, uma taxa ligeiramente mais alta de novas rachaduras na raiz de chaveta do que o modelado foi observada no Hunterston B Reactor 3 durante uma interrupção programada, e a EDF anunciou em maio de 2018 que a interrupção seria estendida para investigação, análise e modelagem adicionais.

Em 2018, as inspeções ordenadas pelo ONR em Dungeness B mostraram que as restrições sísmicas, as tubulações e os vasos de armazenamento estavam "corroídos a uma condição inaceitável", e esse seria o estado quando o reator estava operando. O ONR classificou este como um incidente de nível 2 na Escala Internacional de Eventos Nucleares .

Reatores AGR atuais

Em junho de 2021, havia seis usinas de geração nuclear, cada uma com dois AGRs em operação no Reino Unido, pertencentes e operados pela EDF Energy :

AGR Power
Station
MWe líquido		 Construção
iniciada		 Conectado
à rede
Operação comercial
Data de fechamento contábil
Dungeness B 1110 1965 1983 1985 2021
Hartlepool 1210 1968 1989 2024
Heysham 1 1150 1970
Heysham 2 1250 1980 1988 2030
Hinkley Point B 1220 1967 1976 Julho de 2022
Hunterston B 1190 2022 de janeiro
Torness 1250 1980 1988 2030

Em 2005, a British Energy anunciou uma extensão de vida de 10 anos em Dungeness B, que fará com que a estação continue operando até 2018, e em 2007 anunciou uma extensão de vida de 5 anos de Hinkley Point B e Hunterston B até 2016. Extensões de vida em outros AGRs serão considerados pelo menos três anos antes de suas datas de fechamento programadas.

A partir de 2006, Hinkley Point B e Hunterston B têm sido restritos a cerca de 70% da produção MWe normal devido a problemas relacionados à caldeira que exigem que operem em temperaturas de caldeira reduzidas. Em 2013, a energia dessas duas estações aumentou para cerca de 80% da produção normal após algumas modificações na planta.

Em 2006, os AGRs foram noticiados quando documentos foram obtidos sob o Freedom of Information Act 2000 pelo The Guardian, alegando que a British Energy não tinha conhecimento da extensão da quebra de tijolos de grafite nos núcleos de seus reatores. Também foi alegado que a British Energy não sabia por que o craqueamento ocorrera e que não era possível monitorar os núcleos sem primeiro desligar os reatores. Posteriormente, a British Energy emitiu um comunicado confirmando que o rompimento de tijolos de grafite é um sintoma conhecido de extenso bombardeio de nêutrons e que eles estavam trabalhando em uma solução para o problema de monitoramento. Além disso, afirmaram que os reatores eram examinados a cada três anos como parte de "interrupções legais".

As duas centrais elétricas com quatro AGRs em Heysham

Em 17 de dezembro de 2010, a EDF Energy anunciou uma extensão da vida útil de 5 anos para Heysham 1 e Hartlepool para permitir uma nova geração até 2019.

Em fevereiro de 2012, a EDF anunciou que espera extensões de vida de 7 anos em média em todos os AGRs, incluindo o Heysham 1 e Hartlepool recentemente estendido. Essas extensões de vida útil estão sujeitas a revisão e aprovação detalhadas e não estão incluídas na tabela acima.

Em 4 de dezembro de 2012, a EDF anunciou que Hinkley Point B e Hunterston B haviam recebido extensões de vida de 7 anos, de 2016 a 2023.

Em 5 de novembro de 2013, a EDF anunciou que Hartlepool havia recebido uma extensão de vida de 5 anos, de 2019 a 2024.

Em 2013, um defeito foi encontrado por uma inspeção regular em uma das oito caldeiras de pod do reator Heysham A1. O reator retomou a operação em um nível de produção inferior com esta caldeira pod desativada, até junho de 2014, quando inspeções mais detalhadas confirmaram uma rachadura na coluna da caldeira. Como precaução, Heysham A2 e a estação irmã Hartlepool também foram fechadas para uma inspeção de oito semanas.

Em outubro de 2014, um novo tipo de rachadura nos tijolos moderadores de grafite foi encontrado no reator Hunterston B. Essa rachadura na raiz da chaveta foi teorizada anteriormente, mas não foi observada. A existência deste tipo de fissura não afeta imediatamente a segurança de um reator - no entanto, se o número de fissuras ultrapassar um limite, o reator seria desactivado, uma vez que as fissuras não podem ser reparadas.

Em janeiro de 2015, Dungeness B foi prorrogado por dez anos, com uma atualização para os sistemas de computador da sala de controle e melhores defesas contra inundações, levando a data de encerramento contábil para 2028.

Em fevereiro de 2016, a EDF estendeu a vida útil de quatro de suas oito usinas nucleares no Reino Unido. Heysham 1 e Hartlepool tiveram sua vida útil estendida em cinco anos até 2024, enquanto Heysham 2 e Torness tiveram suas datas de encerramento adiadas em sete anos para 2030.

Em 7 de junho de 2021, a EDF anunciou que Dungeness B, que estava em um período prolongado de paralisação desde setembro de 2018, entraria na fase de descompactação com efeito imediato.

Veja também

Referências

links externos