Prima centrală nucleară de generaţia a 4-a din lume, construită în China, va deveni şi mai mare, ajungând la parametri fascinanţi, totodată generând şi hidrogen ca produs aferent

China are prima centrală nucleară de generaţia a 4-a operaţională din lume, inaugurată în luna decembrie a anului trecut, despre care scriam atunci. Parametrii şi tehnologia acesteia sunt deja impresionanţi, însă inginerii chinezi nu se opresc aici şi anunţă că vor extinde şi mai mult această centrală, aducând-o până la parametri tehnici de-a dreptul fascinanţi, încât ea va produce energie suficientă cât pentru o ţară medie europeană, iar pe lângă asta, va genera şi hidrogen ca produs aferent.

În lumea energiei nucleare, reactoarele de generaţia a 4-a sunt cele care se pot baza pe câteva variaţii de tehnologii de răcire, dar care prin conceptul lor constructiv trebuie să permită operarea la temperaturi mult mai mari decât reactoarele curente, de până la generaţia a 3-a inclusiv. La baza reactoarelor de generaţia a 4-a stă tot fisiunea nucleară, însă temperatura admisă de funcţionare e mult mai înaltă, iar odată cu asta şi stabilizarea temperaturii lor de operare e diferită, printre tehnologiile acceptate ca făcând parte din conceptul de generaţie a 4-a fiind răcirea cu sare topită, răcirea cu gaz, şi alte câteva variaţii.

Temperatura mult mai mare a acestor reactoare permite obţinerea unui randament mai mare a reacţiei de fisiune nucleară, deci efectiv se obţine mai multă energie din aceeaşi cantitate de combustibil nuclear utilizat. Şi tot această permisivitate a temperaturii mai mari le face mai sigure, pentru că ele se pot răci pasiv în cazul unei situaţii atipice, şi nu au nevoie de proximitatea lângă o sursă mare de apă, ca în cazul centralelor clasice.

Însă un avantaj la fel de mare al reactoarelor de generaţia a 4-a este altul, unul care poate fi de un impact şi mai mare. Datorită temperaturilor mari de funcţionare a acestor reactoare, de obicei de 800-900 grade Celsius, căldura generată în acele reactoare poate împinge cu şi mai multă putere turbinele cu abur obişnuite, pentru a genera electricitate, însă după această etapă căldura reziduală este încă imensă şi e perfectă pentru folosirea ei într-un scop auxiliar, de producţie a hidrogenului din apă prin descompunerea termochimică a apei.

Acest proces chimic are loc la temperaturi cuprinse între 500 şi 2.000 grade Celsius, atunci când apa, sub acţiunea acestor temperaturi, îşi separă atomii de hidrogen de cei de oxigen. Practic, vorbim despre un proces alternativ de producţie a hidrogenului faţă de electroliza obişnuită, fiind un proces care are un randament inerent mai mare decât electroliza. În viaţa reală, asigurarea unor asemenea temperaturi ar fi posibilă cu arderea unor hidrocarburi sau instalaţii electrice ce ar fi foarte energofage sau ar aduce emisii mari de CO2, de asta procesul nu e unul preferabil. Dar atunci când într-un asemenea reactor căldura e livrată ca un efect auxiliar, toată eficienţa producţiei de hidrogen prin această metodă capătă o cu totul altă amploare. Iar astfel reactoarele de generaţia a 4-a nu sunt privite doar ca soluţii de a produce mai multă electricitate, ci şi de a produce hidrogen în cantităţile uriaşe de care ar fi nevoie ca acest hidrogen să poată conta cu adevărat în mixul energetic al lumii, şi să poată fi utilizat la scară mare.

Centrala inaugurată în decembrie în China are două reactoare clasificat drept HTR-PM, cu temperatură înaltă, cu pat fluidizat. Într-o asemenea construcţie, combustibilul nuclear e introdus sub formă de granule într-un pat de forma unei pâlnii, iar granulele conţin în interior şi metale grele radioactive, şi absorbant de neutroni pentru a garanta revenirea la starea de repaos. Combustibilul consumat e expulzat la baza pâlniei. Iar partea cea mai importantă e că în cazul unei situaţii excepţionale aceste granule fac reacţia în lanţ să înceteze şi materialul să revină la o stare de repaos, deci nu e nevoie de răcire activă cu apă, în regim de avarie, ca la alte reactoare nucleare.

Cititorii noştri fideli ar putea să-şi amintească că am menţionat despre acelaşi principiu de combustibil nuclear în articolul recent cu micro reactorul Rolls-Royce de 3 metri lungime, conceput să funcţioneze pe Pământ, în spaţiu şi pe Lună, care a obţinut de curând finanţare pentru a fi construit.

Ei bine, acolo principiul combustibilului e similar, el având aceeaşi formă de granule încapsulate, fiind numit combustibil triso.

Foto: Combustibil treso

În cazul centralei din China, combustibilul vine sub forma unor bile de 6 cm în diametru, deci practic de dimensiunea unor bile de biliard, iar acestea conţin în interior 12.000 granule de 1 mm diametru, cu combustibil în interiorul lor. O singură asemenea sferă echivalează cu energia conţinută în 1,5 tone de cărbune, spun chinezii, iar realimentarea reactorului nu necesită oprirea lui.

Reactoarele din China sunt răcite cu heliu, deci cu gaz, care circulă într-un circuit închis. Pentru că nu se mai foloseşte răcirea cu apă, centrala nu mai are acele guri cilindrice tipice imense, din care ies aburi. În momentul lansării, cele două reactoare erau cotate la putere termică de 250 MWth fiecare, ambele reactoare transferând căldura într-un circuit comun cu o turbină cu abur, care generau 210 MW putere electrică la etapa iniţială de test, putere care a fost adusă ulterior la 300 MW. Era o putere relativ mică, iar producţia de hidrogen nu era incusă la acea etapă, deşi reactoarele şi construcţia aferentă are prevăzută şi producţia de hidrogen prin metoda menţionată mai sus, de care sunt capabile reactoarele de generaţia a 4-a. Inginerii chinezi spuneau că au nevoie de urmărirea minuţioasă a tuturor proceselor, iar ulterior vor urma creşteri, extinderi şi adăugări de componente cu funcţii noi la această primă centrală, situată în provincia Shandong.

Acum chinezii au anunţat următoarele două faze de expansiune a centralei. Pe lângă cele două reactoare de generaţia a 4-a, chinezii au demarat şi construcţia a două reactoare de tip nou de generaţia a 3-a, numite Hualong One, ele fiind complet concepute în China. Centrala va opera astfel două reactoare de generaţia a 4-a şi încă două de generaţia a 3-a.

Acum, cu 300 MW producţie constantă de putere din cele două reactoare de generaţia a 4-a, centrala din Shandong poate produce anual 2,6 TWh de electricitate. Noile generatoare Hualong One, însă au puteri mult mai mari, de 1.090 MW putere netă, iar cele două reactoare vor cumula împreună 2.180 MW. În producţie anuală, asta va însemna încă 19,1 TWh de electricitate produsă, care, împreună cu cantitatea de 2,6 TWh de la reactoarele de generaţia a 4-a, va însuma 21,7 TWh produşi anual. Pe lângă asta, căldura generată şi neutilizată de aceste reactoare de generaţia a 3-a va fi folosită la încălzirea centralizată pentru zonele rezidenţiale din apropierea centralei pe o rază de 20 kilometri pătraţi, către 600.000 de puncte de consum.

Mai există şi o a doua fază de extindere aprobată, însă. Cea de-a doua ar urma să includă construcţia a încă un reactor nuclear de generaţia a 3-a, aparent unul singur, dar mai puternic, pentru că e anunţată doar puterea suplimentară de circa 13,5 TWh pe care noul modul o va produce anual. Asta ar însemna o putere netă de 1.500 MW, ceea ce ar depăşi orice reactor actual, aşa că aici ori e vorba de o iteraţie viitoare, mai puternică, ori de două reactoare care şi-ar cumula puterile. Fiind vorba de anul 2029 anunţat ca termen, însă, putem prezuma şi varianta unui singur reactor.

Odată cu cei 13,5 TWh adăugaţi la producţia anuală, cifra totală va ajunge la puţin peste 35 TWh de electricitate produsă anual de o singură centrală. România consumă anual cam 50-52 TWh, deci această centrală ar acoperi de una singură 70% din cosumul României. Multe ţări ceva mici decât România, din Europa, au cifre de consum similare sau mai mici decât producţia anuală a acestei centrale nucleare. Chinezii spun că această singură centrală, prin electricitatea produsă, va evita emiterea a 27,6 milioane tone de CO2 anual şi va scoate 11,6 milioane de tone de cărbune din circuitul actual de producţie a electricităţii în China.

Dar extinderile şi actualizările nu se vor opri aici. În viitor sunt planificate şi alte reactoare de generaţia a 4-a, după ce reactoarele actuale vor fi urmărite câţiva ani şi vor fi determinate drept sigure. Viitoarele reactoare de aici vor replica aceiaşi tehnologie, dar ar putea fi mai mari şi mai puternice. Şi, desigur, către anii-2029-2030 ar trebui să fie activată şi producţia de hidrogen la această centrală cu reactoare de generaţia a 4-a, prin acea descompunere termochimică a apei, menţionată mai sus, motiv pentru care centrala a fost totuşi localizată lângă apă. Estimările actuale arată că un singur reactor de 250 MWth din cere care sunt deja funcţionale ar putea asigura producţia a circa 100-109 tone de hidrogen pe zi, ceea ce la două reactoare ale centralei ar însemna 200-218 tone de hidrogen produse pe zi. Asta ar însemna o producţie anuală de 73.000-79.570 tone de hidrogen din aceste două reactoare de putere reactiv mică.

Luând în calcul că hidrogenul aici e un produs auxiliar, pe lângă cei 300 MW de putere electrică furnizată în reţea, parametrii sunt cu adevărat fascinanţi, mai ales dacă-i comparăm cu cea mai mare centrală de producţie a hidrogenului din Germania, prin electroliză, contractată pentru construcţie recent cu cei de la Siemens, unde din instalaţii de 280 MW electrică consumată se vor produce 26.000 tone de hidrogen anual.