Drukwaterreactor

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Schematisch aanzicht van een hogedrukreactor. Legenda: 1. Reactorvat 2. splijtstofelementen 3. regelstaven 4. aandrijving van de regelstaven 5. drukregelvat 6. warmtewisselaar 7. toevoer van koud water 8. hogedrukturbine 9. lagedrukturbine 10. generator 11. bekrachtiger 12. condensor 13. koelwater 14. voorverwarmer 15. koudwaterpomp 16. koelwaterpomp 17. pomp van de primaire kring 18. aansluiting op het elektriciteitsnet 19. stoom 20. betonnen wand

Een drukwaterreactor of hogedrukreactor (Engels: pressurized water reactor, PWR) is een type kernreactor van de tweede generatie, dat water onder hoge druk (155 bar) gebruikt als koeling en als moderator. Het is ontworpen door het Bettis Atomic Power Laboratory als aandrijving voor onderzeeboten.

De naam, drukwaterreactor of hogedrukreactor, komt voort uit de noodzaak om in de primaire koelring de hoge druk te handhaven om te voorkomen dat het water gaat koken.

Dit type is geschikt voor een kerncentrale om kernenergie te produceren uit kernbrandstof.

Lijst van PWR reactors[bewerken]

België[bewerken]

Nucleaire reactor Stad (Provincie) Systeem Vermogen in MWe Bestelling Constructie Oplevering Afbraak
Doel I Doel (Oost-Vlaanderen) PWR 460 1969 1974
Doel II Doel (Oost-Vlaanderen) PWR 460 1971 1975
Tihange I Tihange (Luik) PWR 1009 1975
Doel III Doel (Oost-Vlaanderen) PWR 1006 1975 1982
Tihange II Tihange (Luik) PWR 1055 1982
Doel IV Doel (Oost-Vlaanderen) PWR 1095 1978 1985
Tihange III Tihange (Luik) PWR 1065 1986

Nederland[bewerken]

Engeland[bewerken]

Finland[bewerken]

Frankrijk[bewerken]

  • Bijna alle Franse reactoren zijn van het type PWR

Een hogedrukreactor is het meest voorkomende type, wereldwijd zijn hiervan meer dan 230 reactors in bedrijf. Een uitgebreide lijst.

Werking[bewerken]

Door de hoge druk in een drukwaterreactor is het water niet in staat om te koken (hoewel de temperatuur van het water gemiddeld 300 graden Celsius is). Het zeer warme water wordt afgevoerd naar de stoomgenerator, waar de stoom wordt geproduceerd, die gebruikt wordt om een turbine aan te drijven die op zijn beurt voor de energieopwekking zorgt.

In de reactor zitten splijtstofstiften in splijtstofelementen. De reactor zelf is een dikwandige stalen kuip waarin water van onder naar boven stroomt. Dit water, dat het water is van de primaire kring, neemt de warmte die wordt uitgestraald door het splijtstofelement op. Dit water krijgt op die manier een temperatuur van 315 °C maar gaat niet aan de kook. Reden is omdat een drukregelvat het op een druk houdt van 157 bar (vandaar de naam hogedrukreactor). Het drukregelvat is gevuld met datzelfde water maar staat boven in het reactorgebouw. De reden waarom het water in vloeibare aggregatietoestand moet blijven heeft te maken met de vorming van dampbellen rond de splijtstofelementen. Deze dampbellen beïnvloeden de warmteoverdracht tussen de elementen en het primair water en beïnvloeden daarnaast de werking van het water als moderator.

Om de druk constant te houden op 157 bar is er een speciaal regelmechanisme. In het onderste deel van het drukregelvat zitten elektrische weerstanden die het water daar wel kunnen doen koken en dus stoom van 155 bar vormen. Het is dit stoomkussen dat de druk van 155 bar op het water van de primaire kring gaat uitoefenen. Als de druk te hoog wordt kan de druk verlaagd worden met een sproeisysteem dat een deel van dit stoomkussen condenseert.

Secundaire kring[bewerken]

Het water uit de primaire kring wordt nu naar de stoomgenerator gebracht. Daar komt het via dunne buisjes in de warmtewisselaar indirect in contact met het water van de secundaire kring en geeft het zijn warmte aan dat water af. Omdat het water uit de secundaire kring op een druk van 60 bar staat (dus een lagere druk dan in de primaire kring), gaat dit wel koken. Merk dus op dat er géén enkel contact is tussen het water van de primaire en de secundaire kring. De stoomgenerator is het laatste onderdeel dat zich in het reactorgebouw bevindt en dus een extra veiligheidsbarrière vormt. Als extra beveiliging zijn er metingen aangebracht in de secundaire kring die bij de kleinste afwijking in kwaliteit van water (bv. door een lek in de stoomgenerator) ervoor zorgen dat de groep uitgeschakeld wordt.

De stoom die uit de stoomgenerator komt wordt nu naar de hogedruk turbine gevoerd. Hierbij gaat het expanderen van 60 bar tot ongeveer 10 bar. De temperatuur neemt evenredig af. Door de expansie van de stoom gaat er thermische energie worden omgezet in mechanische. De stoom drijft dus de turbine aan die op zijn beurt de alternator aandrijft. Alvorens de stoom van de hogedruk turbine naar de lagedruk turbine gaat, wordt deze opnieuw verhit met stoom uit de stoomgenerator om de waterdruppels eruit te verwijderen en om nog eens extra energie aan de stoom toe te voegen. Aan de uitgang van de lagedruk turbine wordt uiteindelijk een druk bereikt van 0.05 bar of minder.

Tertiaire kring[bewerken]

Voordat de stoom terug naar de stoomgenerator gaat wordt het eerst nog eens afgekoeld door een condensor met water uit de tertiaire kring. Bedoeling hiervan is om het rendement te verhogen (het rendement wordt groter als er een zo groot mogelijk verschil is tussen de begin- en eindtemperatuur/druk). Het koelwater uit de tertiaire kring is meestal koeltorenwater. Men maakt gebruik van een koeltoren. Door zijn vorm (beetje gelijk een straalpijp) wordt er lucht van onder naar boven aangezogen (schoorsteeneffect). Deze lucht passeert kanalen waardoor het opgewarmde koelwater zijn warmte kan afgeven aan de luchtstroom. Een deel van het koelwater verdampt door contact met de luchtstroom en geeft verdampingswarmte af aan de stoom die bovenaan ontsnapt. Onderaan de koeltoren wordt het afgekoelde koelwater terug opgevangen en slechts een kleine hoeveelheid wordt geloosd in de rivier. Dit is om concentratieverhogingen van vaste deeltjes in het koelwater te verhinderen.

Veiligheid[bewerken]

Een PWR-reactor biedt een aantal intrinsieke of interne veiligheden.

  • Ten eerste is de moderator (nodig om de snelle neutronen af te remmen om zo een splijting van U-235 kernen te verkrijgen) water. Dit is, in tegenstelling tot grafiet die in RBMK-reactoren wordt gebruikt, onontvlambaar.
  • Mocht nu de reactor oververhit geraken, dan zal het water uit de primaire kring toch overgaan in stoom. Waar er stoom is (gasbellen) is er dus geen vloeibaar water meer. De moderator valt weg, de neutronen versnellen en het splijtingsproces remt af waardoor de kettingreactie niet uit de hand loopt en de warmteproductie weer afneemt.
  • Er is het dopplereffect. Dit vindt plaats als de reactor een te hoog vermogen zou leveren. Dan gaan de kernen in de splijtstofelementen meer trillen waardoor de kans groter wordt dat de neutronen worden opgenomen door het niet-splijtbare U-238 in plaats van U-235 wat wel splijtbaar is. Ook dit remt het splijtingsproces en vermindert daarmee het vermogen. Hierdoor escaleert de reactie niet verder.

Bij al deze veiligheden moet wel worden aangetekend dat zij alleen de kettingreactie in de hand houden en brand voorkomen. Ook na volledige uitschakeling van de reactor blijft deze, door verval van radioactieve splijtingsproducten, nog gedurende lange tijd nawarmte leveren, tot ca. 10% van het oorspronkelijke thermische vermogen. Hierdoor blijft bij veel reactormodellen actieve nakoeling vereist gedurende lange tijd na het uitschakelen. Uitvallen van de nakoelsystemen kan alsnog leiden tot grote problemen met smeltende brandstofelementen (meltdown).