Kernekraft i det 21. århundrede – 2

Del 2: VVER

Dette er anden del i den lille serie om moderne teknologi i kernekraftværkerne. Del 1 kan ses her.

Mens Putin i disse år åbenbart har meget travlt med at slette og tilintetgøre alt håb om en fredelig og frugtbar sameksistens af Europas nationer, så bør vi helst ikke glemme, at Rusland en gang har frembragt store hjerner indenfor matematik, naturvidenskab, kunst og kultur. I flere årtier efter 2. Verdenskrigs afslutning havde Sovjetunionen og USA et teknologisk kapløb om førerskabet i rumteknologi, som Sovjetunionen ”vandt” ad flere omgange (til de interesserede læsere kan jeg anbefale bogen ”Two Sides of the Moon” skrevet i fællesskab af de to astronauter amerikaneren David Scott og russeren Alexej Leonov).

VVER-reaktoren, som denne del 2 i vores lille serie om reaktortyper i det 21. århundrede skal handle om, er russisk, og dens første generation går helt tilbage til rumkapløbets tider. Det er altså et ”gammelt design”, som dog løbende har udviklet sig, og som måske kan have en fremtid i mange år endnu – men det vender vi tilbage til. 

VVER står for водо-водяной энергетический реактор, hvor ”водa” (udtalt: Vóda) betyder vand, og ja – sprognørder vil spotte det med det samme – vóda og vódka er ganske tæt beslægtede ord.  

De 5 vigtigste ting som huskeliste:

• VVER-1200, den nyeste type i serien af VVER i kommerciel drift, har en netto elproduktion af 1.198 MWe og en byggetid på 4½ år
• Kendetegnet ved dens horisontalt liggende dampgenerator PGV-1000 MKP
• VVER-1200/392M (AES-2600) i Novovoronezh var verdens første kommercielle Generation III+ reaktor (hvormed Rusland endnu en gang har vundet et kapløb).
• Sikkerhedskonceptet i de nyeste typer inkluderer både aktive og passive principper
• Efterfølgeren VVER-TOI (med kontrolsystemer fra franske Framatome SAS og tyske Siemens AG) er blevet sikkerhedscertificeret og godkendt af de Europæiske myndigheder i 2019

Teknisk konstruktion

VVER-1200 reaktoren er en trykvandsreaktor med fire kredsløb og en nominel ydelse på 1200 MW elektricitet. Den er designet til en levetid på 60 år. Det typiske kendetegn på en VVER-reaktor er dens horisontalt liggende dampgeneratorer, og desuden at dens brændstofstænger er samlet i en unik sekskantet form. Fig. 1 viser et tredimensionelt billede af den reaktor der var planlagt til atomanlægget i Hanhikivi, Finland. Kontrakten er dog blevet opsagt i 2022 som følge af Ruslands invasion i Ukraine. 

VVER-1200 er blevet konstrueret efter internationale sikkerhedskoncepter og har en negative void coefficient of reactivity: Vand i reaktoren fungerer både som kølemiddel og moderator. Svigter kølekredsløbet, så mindskes neutronmoderationseffekten af vandet på grund af bobler, der opstår og ikke modererer neutronerne, hvilket reducerer reaktionsintensiteten og kompenserer for tab af køling.

Reaktiviteten styres af kontrolstænger, der kan indsættes i reaktoren fra oven. Disse stænger er lavet af et neutronabsorberende materiale og hindrer kædereaktionen afhængigt af indføringsdybden. Opstår der er en nødsituation, kan et reaktorstop udføres ved fuld indføring af kontrolstængerne i kernen.

VVER-TOI er en ny type reaktordesign udviklet på basis af mange års erfaringer med VVER-serien. TOI kan oversættes til typical optimised, with enhanced information (da. “opdateret type med forøget data-opsamling”) og det er dette design, der har fået typegodkendelse af de Europæiske myndigheder i 2019. Referenceinstallationen i Kursk i det nordlige Rusland er i opførelsesfasen.

Sikkerhedsprincip

Ligesom andre moderne reaktortyper er også VVER-1200 udstyret med flere aktive og passive systemer, der er i stand til at fjerne henfaldsvarmen fra kernen og bevare brændstoffets integritet. Vi kan ikke gennemgå dem alle sammen, men for eksempel kan primærkredsløbets vand køles direkte gennem dampgeneratorerne, hvor turbine-omløbsventilen åbnes, og sekundærkredsløbsdampen kondenserer direkte i hovedkondensatoren. I tilfælde af tab af ekstern strømforsyning kan henfaldsvarmen ikke føres til hovedkondensatoren. I en sådan situation kan nøddieselgeneratorer levere forsyningsstrøm til flere parallelle aktive systemer til at fjerne henfaldsvarmen. Det skal bemærkes, at disse aktive systemer enten kan lede henfaldsvarmen til en ”Ultimate Heat Sink (UHS)” eller ud i atmosfæren. En anden avanceret egenskab ved VVER-1200 er, at den er udstyret med et passivt decay heat removal system (da. ”system til fjernelse af [radioaktiv] henfaldsvarme”) – PHRS, der er i stand til at håndtere situationer, hvor både strømforsyningen udefra såvel som nøddieselgeneratorens strøm går tabt. Systemet består af fire indbyrdes uafhængige led, der hver er forbundet til en dampgenerator på den ene side, og på den anden side en nødafkølingsvarmeveksler til at lede henfaldsvarmen til atmosfæren ved at fordampe vandet fra fire store tanke placeret i et mellemrum mellem den indre og ydre indkapsling.

Har VVER en fremtid?

Hvis man holder sig for øje, hvor fremskredne Ruslands eksportmuligheder, og dermed indtægtsmuligheder, for VVER har været frem til 2020, forekommer Ukrainekrigen endnu mere uforståelig og tåbelig og i alle henseender destruktiv. VVER-TOI så ellers ud til at have en lysende fremtid. Idriftsættelsen af verdens første Generation III+ reaktor i Novovoronezh II Power Plant markerede en milepæl, der accelererede kontrakter og byggeprojekter i Akkuyu, Tyrkiet, El Dabaa, Egypten, Roopuur, Bangladesh, Hanhikivi, Finland, Mochovce, Slovakiet, førte til samarbejder med industrigiganterne Framatome og Siemens om levering af sikkerheds- og kontrolsystemer, og kulminerede i sikkerhedsgodkendelsen fra de Europæiske myndigheder. 

Det er uvist, hvilke af disse projekter fortsætter. Ukraine har haft planer til flere VVER-reaktorer, som er blevet skrinlagt, og Europas største kernekraftværk, Zaporizhzhia med 6 VVER-1000 og en netto ydelse af 5700 MWe, er under russisk kontrol. Ukraine er nu i gang med at indgå aftaler med ikke-russiske leverandører, såsom Westinghouse.

Planer for Hanhikivi i Finland er også skrottet, og parterne er i gang med at sagsøge hinanden for deres økonomiske tab. Hvordan krigen i Ukraine kommer til at påvirke de andre igangværende projekter, vil tiden vise. Faktum er, at det russiske design ikke er enestående, og at leverandører af kontrol- og sikkerhedssystemer, serviceenheder, vedligeholdelsesudstyr og brændselsstænger kan indtage den tomme plads, som Rusland efterlader.