10 najważniejszych osiągnięć sektora jądrowego w USA w 2020 roku

1. Wybór zespołów w ramach programu demonstracji zaawansowanego reaktora

Jedno z najważniejszych osiągnięć to uruchomienie programu demonstracyjnego zaawansowanych reaktorów Advanced Reactor Demonstration Program (ARDP) w maju 2020 r. ARDP bezpośrednio wspiera przemysł, poprzez udział w kosztach programów, aby zademonstrować różnorodne obiecujące zaawansowane projekty reaktorów, które oferują znaczące ulepszenia w stosunku do dzisiejszej technologii. DOE przekazało 210 milionów dolarów za pośrednictwem ARDP 10 zespołom z USA, aby pomóc w udoskonaleniu ich technologii i zademonstrowaniu reaktorów w ciągu najbliższych 15 lat. Obejmuje to 160 milionów dolarów początkowego finansowania przeznaczonego dla TerraPower LLC (Bellevue, WA) i X-energy (Rockville, MD) na testowanie, licencjonowanie i budowę dwóch zaawansowanych reaktorów, które mają zacząć działać w ciągu siedmiu lat od przyznania funduszy.

Zademonstrowanie tych zaawansowanych projektów reaktorów pomoże wzmocnić zdolność USA do wdrażania wysoce konkurencyjnych reaktorów na całym świecie. Nowe reaktory stworzą miejsca pracy, rozwiną gospodarkę i ostatecznie zapewnią większy dostęp do czystej energii niż kiedykolwiek wcześniej.

2. NRC zatwierdza pierwszy amerykański projekt SMR

NuScale Power przeszedł do historii w tym roku, stając się pierwszym projektem małego reaktora modułowego w USA, który otrzymał ostateczny raport oceny bezpieczeństwa od Nuclear Regulatory Commission (NRC). To osiągnięcie jest bezpośrednim wynikiem ponad 400 milionów dolarów dofinansowania z DOE od 2014 r. na pomoc w opracowywaniu i wdrażaniu SMR. DOE zgodził się również na przyznanie wieloletniej dotacji w postaci udziału w kosztach projektu Carbon Free Power Project, który może zapewnić do 1,4 miliarda dolarów na budowę pierwszej w kraju elektrowni NuScale w Idaho National Laboratory. Oczekuje się, że pierwszy moduł zasilania zacznie działać do 2029 r., zapewniając dodatkową bezemisyjną energię elektryczną dla zakładów energetycznych w regionie.

3. Wszechstronny reaktor badawczy otrzymuje CD-1

USA są również bliżej o krok od zbudowania pierwszego od ponad 20 lat badawczego reaktora prędkiego. DOE zatwierdziło Critical Decision 1 dla Versatile Test Reactor (VTR), która jest drugim etapem formalnego procesu do zarządzania projektami budowy infrastruktury.

VTR to projekt reaktora na neutronach prędkich chłodzonego ciekłym sodem, który będzie wspierał badania i rozwój nowych zaawansowanych paliw, materiałów, detektorów i oprzyrządowania. Ta zdolność jest absolutną koniecznością, aby wspierać rozwój nowych i istniejących technologii reaktorów i pozwoli przyspieszyć komercyjne wdrożenie zaawansowanych reaktorów. Wypełnia również ogromną lukę w infrastrukturze badawczo-rozwojowej w dziedzinie jądrowej, która ma zasadnicze znaczenie dla długoterminowych innowacji.

DOE niedawno opublikowało projekt analizy wpływu VTR na środowisko draft VTR Environmental Impact Statement (EIS), który jest teraz otwarty na komentarze ze strony opinii publicznej. W oczekiwaniu na ukończenie EIS i wydanie Record of Decision, prace inżynieryjne i budowlane mogą zostać zakończone już w 2026 roku.

4. Wspieranie projektu łazika marsjańskiego Perseverance (Wytrwałość)

30 lipca 2020 r. z Centrum Kosmicznego im. Kennedy'ego został wystrzelony w kierunku Marsa pojazd kosmicznegy Mars 2020 Perseverance. Najnowszy łazik marsjański NASA jest zasilany przez wielozadaniowy radioizotopowy generator termoelektryczny (Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator, MMRTG), który został zbudowany przez Idaho National Laboratory (INL). Paliwo Pu-238 zostało dostarczone przez Oak Ridge National Laboratory (ORNL) należące do DOE. Perseverance przebył ponad połowę drogi do Marsa i prawdopodobnie wyląduje około 18 lutego 2021 r. W przygotowaniu jest kolejny jądrowy system zasilania dla misji lądownika wiropłatowego Dragonfly, który ma zbadać największy księżyc Saturna, Tytan. Misja Dragonfly ma wystartować w 2026 roku.

5. Wspieranie nowych aplikacji kosmicznych

DOE poszerza ofertę, aby wspierać nową strategię dotyczącą kosmicznej energetyki jądrowej i jądrowych systemów napędowych. Obecnie współpracuje z NASA nad opracowaniem jądrowego kosmicznego systemu energetycznego (Fission Surface Power System, FSPS), planowanego do rozmieszczenia na powierzchni Księżyca do końca lat 2020. Wstępna demonstracja ma trwać co najmniej rok, ale system zostanie zaprojektowany do dłuższej pracy, co umożliwiłoby podtrzymanie stałej obecności na Księżycu i eksplorację Marsa. Może to ostatecznie doprowadzić do prowadzenia wydłużonych misji na Księżycu, Marsie i dalej w Układzie Słonecznym.

Współpraca z NASA dotyczy również testowania, opracowywania i ocenie wykonalności produkcji nowych paliw uranowych, które znajdą zastosowanie w jądrowych termicznych systemach napędowych (Nuclear Thermal Propulsion, NTP). Rakiety z takim napędem mają większą gęstość energetyczną niż rakiety na paliwo chemiczne i są dwukrotnie wydajniejsze, co może znacznie skrócić czas podróży na Marsa nawet o 25%. Idaho National Laboratory testuje obecnie kompozyty paliwowe w swoim ośrodku Transient Reactor Test, aby zbadać, jak działają w wysokich temperaturach występujących w przypadku jądrowego napędu termicznego.

6. Nowy stop zatwierdzony do użytku w reaktorach wysokotemperaturowych

Stop o nazwie Alloy 617 jest szóstym materiałem dopuszczonym do użytku w reaktorach wysokotemperaturowych przez Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Mechaników. Kombinacja niklu, chromu, kobaltu i molibdenu powoduje, że nowy stop może wytrzymać temperaturę roboczą 1750 ° Fahrenheita (ok. 950 ° C) - prawie 400 ° F (ok. 200 ° C) wyższą niż następny w kolejności najlepszy materiał. Chociaż początkowo został opracowany dla wysokotemperaturowych reaktorów gazowych, Alloy 617 może być również stosowany do konstrukcji reaktorów ze stopioną solą i ciekłym metalem. W ciągu 12 lat DOE zainwestowało 15 milionów dolarów, aby udostępnić materiały na potrzeby demonstracji i wdrażania projektów zaawansowanych reaktorów.

7. NRC zatwierdza nowe podejście do licencjonowania reaktorów niechłodzonych wodą

NRC zatwierdziło nowe podejście do licencjonowania technologii innych niż reaktory lekkowodne, usuwając kluczową przeszkodę we wdrażaniu zaawansowanych reaktorów. Nowe wytyczne koncentrują się na procesie przeglądu opartym na analizie ryzyka i wydajności, uwzględniającym bardziej realistyczne scenariusze, które konstruktor musi uwzględnić. Nowe podejście jest również dostosowane do unikalnych aspektów każdego projektu zaawansowanego reaktora, umożliwiając jasny i spójny przegląd jego bezpieczeństwa. Realizacja jest wynikiem 4-letniego projektu modernizacji licencji, wspieranego przez DOE, który był koordynowany przez Nuclear Energy Institute i kierowany przez Southern Company oraz ekspertów branżowych.

8. Utworzenie rezerwy uranu

DOE opublikował 23 kwietnia 2020 r. swoją strategię przywracania przewagi konkurencyjnej w dziedzinie energii jądrowej (Restoring America's Competitive Nuclear Energy Advantage). W ramach tej strategii ustanowiono program mający na celu utworzenie w USA rezerwy uranu. Uran będzie kupowany bezpośrednio z krajowych kopalń, a umowy będą zawierane również na usługi konwersji uranu. Nowa rezerwa uranu zapewni niezbędne jego ilości dla operatorów energetyki jądrowej w przypadku zakłóceń na rynku dostaw.

9. Demonstracja produkcji wodoru

Aby zmaksymalizować potencjał obecnej floty reaktorów jądrowych DOE przekazało w minionym roku firmie Xcel Energy ponad 11 milionów dolarów, aby mogła zademonstrować produkcję wodoru w jednej ze swoich elektrowni jądrowych działających w stanie Minnesota. Ten hybrydowy system energetyczny będzie w stanie przetestować różne technologie elektrolizy wody do produkcji wodoru, utrzymując jednocześnie normalną pracę elektrowni. To jeden z dwóch projektów demonstracyjnych elektrolizy, które DOE wspiera w istniejących reaktorach w USA. Może również otworzyć nowe rynki dla przemysłu jądrowego poprzez regionalną sprzedaż wodoru w celu wytwarzania różnorodnych produktów, od nawozów po paliwa syntetyczne.

10. Testowanie paliwa odpornego na wypadki

Program paliwa odpornego na wypadki (Accident Tolerant Fuel, ATF) w listopadzie 2020 roku osiągnął kolejny etap, dzięki pomyślnemu przeprowadzeniu eksperymentu z napromieniowanym paliwem ATF. W Oak Ridge National Laboratory (ORNL) zostanie zbadane paliwo ATF opracowane przez firmę GE Global Nuclear Fuel, które przez dwa lata pracowało w komercyjnym reaktorze energetycznym.

Global Nuclear Fuel załadował dwa różne rodzaje paliwa odpornego na awarie do elektrowni Edwin I. Hatch w Georgii w 2018 roku. Pręty testowe zostały usunięte po pierwszym 24-miesięcznym cyklu podczas lutowej przerwy na przeładunek paliwa i wysłane do ORNL na początku listopada. Laboratorium przeprowadzi testy dostarczonego paliwa w ciągu bieżącego roku, aby zebrać niezbędne dane potrzebne do certyfikacji opracowanych technologii paliwa ATF przez NRC.

Westinghouse i Framatome również testują takie paliwa w reaktorach komercyjnych. Wszyscy trzej dostawcy paliw są na dobrej drodze, aby ich paliwa odporne na wypadki były gotowe do wdrożenia do połowy lat 2020.

10 najważniejszych osiągnięć sektora jądrowego w USA w 2020 roku

Rok 2020 nie jest rokiem, za którym będziemy tęsknić. Jednak pomimo wielu wyzwań Departament Energii Stanów Zjednoczonych może pochwalić się osiągnięciami, które przygotują grunt pod rozwój przemysłu jądrowego w kolejnych dekadach.