Ledový kondenzátor je bezpečnostní systém v rámci jaderné elektrárny s tlakovodním reaktorem sloužící zejména k potlačení nárůstu tlaku a teploty uvnitř ochranné obálky (kontejnmentu) při havárii se ztrátou chladiva.
Princip funkce Při havárii se ztrátou chladiva dochází k porušení primárního okruhu a k úniku chladicí vody do prostoru kontejnmentu. Voda v primárním okruhu má vysoký tlak a výrazně vyšší teplotu, než je její teplota sytosti při atmosférickém tlaku. Při úniku do kontejnmentu, kde je atmosférický (případně i nižší) tlak, se primární voda velmi rychle vypařuje a důsledkem je rychlý nárůst tlaku v ochranné obálce.
V případě použití ochranné obálky s ledovým kondenzátorem je prostor uvnitř kontejnmentu rozdělen na tři hlavní části – spodní část, ledový kondenzátor a horní část.
Ve spodní části se nachází reaktor a parogenerátory propojené hlavním cirkulačním potrubím a všechny další součásti spojené s chlazením reaktoru (primární okruh).
Při havárii může vznikající pára proudit pouze přes ledový kondenzátor. Pára proudí skrz komory kondenzátoru obsahující koše naplněné ledem. Dochází k ochlazování páry a k její následné kondenzaci. To vede k potlačení nárůstu tlaku a teploty uvnitř kontejnmentu. Vzniklá směs kondenzované páry a roztátého ledu je odvedena do nádrží ve spodní části. Může být použita k chlazení aktivní zóny nebo také recirkulována do sprchového systému.
Největší horní část tvoří volný prostor s bezpečnostním sprchovým systémem nouzového dochlazování. Do horní části je vytlačován vzduch ze spodních částí.
Jaderné elektrárny s ledovým kondenzátorem Na světě se k začátku roku 2023 nachází celkově 14 jaderných bloků s ledovým kondenzátorem. Systém byl vyvinut americkou společností Westinghouse a poprvé nasazen v roce 1975 na prvním bloku jaderné elektrárny Donald C. Cook. Následně byl roku 1978 zprovozněn i druhý blok s ledovým kondenzátorem.HEŘMANSKÝ, Bedřich. Jaderné reaktory. 1. vyd. vyd. Praha: Nakladatelství technické literatury, 1981.
Dalšími podobnými elektrárnami v USA jsou: Watts Bar 1, 2; Sequoyah 1, 2; Catawba 1, 2; McGuire 1, 2. Dva bloky firmy Westinghouse s ledovými kondenzátory stojí také v Japonsku (Ohi 1, 2).
Zajímavou kombinací západních a východních technologií můžeme najít na finské elektrárně Loviisa. Zde jsou ve dvou blocích použity sovětské reaktory VVER-440/V-213 společně s americkými ledovými kondenzátory. Tím je významně zvýšena bezpečnost původního sovětského projektu.
Elektrárny s ledovými kondenzátory se nadále nerozšiřovaly zejména kvůli jejich náročnému a nákladnému provozu.
Technické informace
Konstrukce ledového kondenzátoru náhled|Kontrola ledového kondenzátoru na JE Watts Bar V obvyklé podobě je ledový kondenzátor zařízení tvořící prstenec podél obvodu kontejnmentu. Je rozdělen do několika sekcí, ve kterých jsou umístěny koše s ledem. Mezi koši jsou průtokové kanály, ve kterých se ochlazuje pára. Na jaderné elektrárně Watts Bar se prstenec ledového kondenzátoru skládá z 24 stejných oddílů. V každém je uspořádáno v síti 9x9 81 košů na led. Celkově je v kondenzátoru 1944 perforovaných válcových košů o průměru 12 palců (30,5 cm) a výšce 48 stop (14,6 m).
Ve spodu každé části kondenzátoru se nacházejí poklopy vybaveny pružinovými mechanismy. Za normálního provozu jsou uzavřeny, jejich poloha je sledována senzory. Pokud dojde k úniku a odparu chladiva, zvýší se tlak v reaktorové části kontejnmentu. Působící tlak otevře poklopy a pára může proudit do kanálů kondenzátoru. Podobné poklopy jsou i na vrchu kondenzátoru, kterými proudí vytlačovaný vzduch do vrchní části kontejnmentu.
Prstenec kondenzátoru zaujímá 300 stupňů z celkového kruhového tvaru kontejnmentu. Zbytek prostoru podél obvodu je uzpůsoben pro manipulaci s novým palivem.
Led Tenké pásy ledu jsou vyráběny ve vedlejší pomocné budově a následně skladovány v chlazených zásobnících. V zásobnících je led zpracován na malé vločky. Na elektrárně Watts Bar mají vločky rozměry přibližně 2 palce x 2 palce x 1/8 palce (cca 5 cm x 5 cm x 0,3 cm). Led v této podobě potom může být dopraven do ledového kondenzátoru, kde je doplněn do košů.
Ledový kondenzátor pro VVER-440 Na finské jaderné elektrárně Loviisa pracují dva reaktory VVER-440/V-213. Oproti běžnému sovětskému projektu jsou zde použity kontejnmenty s ledovými kondenzátory, které byly postaveny pod licencí firmy Westinghouse. Provedení ve Finsku se však liší od těch v USA nebo v Japonsku. Ledové kondenzátory na JE Loviisa jsou rozdělené na dva samostatné úseky oproti běžnému souvislému prstencovému tvaru. Dohromady obě části obsahují minimálně 835 tun ledu.
Kontejnment je dvojitý. Skládá se z primární ocelové a sekundární betonové obálky. Kontejnment je projektován na tlak 1,7 baru. Jeho celkový objem je 58000 m3, z toho je 6300 m3 objem spodní části a 47000 m3 objem horní části. Zbytek zaujímá ledový kondenzátor. Ocelová obálka je při havárii externě dochlazována sprchovým systémem.
Specifické vlastnosti kontejnmentu s ledovým kondenzátorem Oproti nejčastěji používaným plnotlakým kontejnmentům mají kontejnmenty s ledovým kondenzátorem díky vysoké efektivitě potlačování nárůstu tlaku některé výhody:
Celkové rozměry budovy kontejnmentu mohou být znatelně menší (v případě s vertikálními parogenerátory až o 50 %).
Kontejnment může být projektován na nižší přetlak (přibližně mezi 70 až 105 kPa – více než pětkrát nižší než u plnotlakých obálek).
Náklady na výstavbu kontejnmentů poté mohou být výrazně nižší.
V ledovém kondenzátoru je zachycena velká část radioaktivních štěpných produktů.
Ledové kondenzátory však mají značné nevýhody při jejich provozování jako je energetická náročnost výroby a chlazení velkého množství potřebného ledu. Pro blok o výkonu 1000 MWe je potřeba přibližně 1100 tun ledu. Navíc je také nutné udržovat vyhovující strukturu a chemické složení ledu z hlediska proudění páry kondenzátorem a zachytávání radioaktivních izotopů. Led se udržuje přibližně při teplotě mezi –7 a −9 °C. Na elektrárně Watts Bar se každých 18 měsíců doplňuje led ztracený sublimací. To jsou asi 3 % z celkového množství ledu.
Problém představuje také vodík. V případě těžkých havárií, při kterých by spolu za vysokých teplot reagovalo kovové pokrytí paliva a chladicí voda, dochází ke generaci velkého množství plynného vodíku. V prostoru kontejnmentu hrozí nebezpečí nahromadění vodíku až na výbušnou koncentraci. V případě kontejnmentů s ledovými kondenzátory, které mají nižší rozměry a jsou dále rozděleny na tři menší části, je toto nebezpečí o to vážnější. Kritického množství může být dosaženo daleko snadněji než u objemných plnotlakých kontejnmentů. V případě dosažení výbušné koncentrace vodík vzplane a může dojít až poškození kontejnmentu. Kvůli tomu jsou instalovány zařízení pro bezpečné spalování (nebo také jiné způsoby odstraňování) vodíku, které zamezují jeho nebezpečnému nahromadění.
Odkazy
Reference
Související články tlakovodní reaktor jaderná elektrárna kontejnment Jaderná elektrárna Loviisa
Kategorie:Jaderná energetika Kategorie:Jaderná technika