Mengapa butuh begitu lama untuk memulai kembali pembangkit listrik tenaga nuklir?

Saya telah mendengar beberapa kali bahwa pembangkit listrik tenaga nuklir yang beroperasi yang dimatikan (tidak darurat; misalnya untuk pemeriksaan rutin) membutuhkan lebih dari 24 jam (hingga 72 jam?) Untuk bangun berjalan kembali.

Kenapa butuh waktu lama?

Ketika reaktor dimatikan inti menghasilkan jauh lebih sedikit panas, tetapi mereka lakukan masih menghasilkan panas melalui mekanisme yang dikenal sebagai panas peluruhan . Fakta bahwa inti menghasilkan lebih sedikit panas berarti suhu pendingin akan turun, tetapi seberapa jauh suhu turun tergantung pada tingkat pembusukan panas pembusukan. Ini pada gilirannya didasarkan pada riwayat operasi, atau kekuatan di mana pabrik beroperasi sebelum dimatikan. Ini bisa besar untuk pabrik komersial, karena mereka biasanya beroperasi pada atau sangat dekat kapasitas dan perusahaan listrik membawa batubara atau gas alam naik dan turun untuk memodulasi kapasitas jaringan. Panas peluruhan setelah sehari sekitar setengah persen dari sejarah daya, yang, untuk pembangkit 500 MW yang beroperasi pada kapasitas, berarti panas peluruhan bisa 2,5 MW.

Jadi, jika ada penutupan singkat, tingkat pembusukan panas sangat tinggi sehingga tanaman utama tetap panas dan dengan demikian mereka biasanya dapat memulai cukup "cepat". Saya katakan "cepat" karena, sementara yang utama (sisi radioaktif) dari pabrik mungkin masih panas, pembangkit uap sekunder kemungkinan akan menjadi dingin. Untuk startup pabrik sekunder, salah satu masalah besar adalah pembentukan kelembaban di dalam pipa. Ini terjadi ketika uap menyentuh pipa dingin (relatif). Kelembaban di pabrik uap dapat menyebabkan semua jenis hal yang mengerikan, tetapi terutama kerusakan berasal dari palu air di pipa dan pelampiasan uap dari bilah turbin.

Sebagai catatan: Saya tahu ini karena saya adalah seorang nuke Angkatan Laut. Dalam tugas saya di Angkatan Laut, hal yang paling menakutkan yang saya saksikan di kapal adalah pipa uap, mungkin berdiameter 18 inci, benar-benar melonjak 2-3 inci dengan setiap pukulan palu air, mengetahui bahwa jika pipa itu gagal semua orang di engineroom mungkin akan dimasak hidup-hidup. Perlu diingat bahwa, dalam video yang terhubung di atas, uap kemungkinan berada pada atau tepat di atas tekanan atmosfer dan aliran yang sangat rendah dan masih terdengar seperti seseorang yang memukul radiator dengan palu. Pipa itu mungkin berdiameter satu inci atau kurang.

Kondensat yang terbentuk ketika uap menyentuh pipa "terperangkap" dalam aliran uap melalui pipa. Uap mendorong sumbat air ini dengan kecepatan yang sangat tinggi, seperti palu (karenanya "palu air"), mematahkan bilah turbin dan merusak perpipaan dan khususnya sambungan perpipaan.

Ada perangkat yang disebut "perangkap air" atau " perangkap uap " yang menghilangkan kelembaban dari sistem selama operasi normal, tetapi volume kondensat yang terbentuk pada startup pabrik dingin sangat banyak sehingga perangkap kelembaban tidak dapat mengimbangi. Ini, dikombinasikan dengan bahaya yang ditimbulkan oleh palu air dan pelampiasan kelembaban dalam turbin berarti bahwa uap masuk ke pembangkit uap sangat, sangat, sangat lambat. Operator instalasi harus secara berkala berkeliling ke steam traps yang dioperasikan secara manual untuk " meledakkan " kondensat. (Catatan: pembangkit uap dalam video itu sangat menghebohkan dan saya tidak akan bekerja di sana, tetapi suara geraman yang dihasilkannya ketika kondensat mulai bersih dan uap mulai keluar persis seperti yang saya ingat ketika terdengar)

Jadi untuk meringkas sekarang: startup "cepat" (24 jam) biasanya dibatasi oleh pembangkit uap air di pembangkit uap sekunder, yang disebabkan oleh uap yang menghubungi pipa dingin.

Awal pabrik utama memiliki potensi untuk mengambil lebih banyak, lebih lama. Sebagian besar (semua?) Reaktor di AS adalah reaktor air bertekanan . Ini berarti bahwa, meskipun berada pada 2-3 kali (atau lebih!) Suhu di mana air biasanya mendidih, ada cukup tekanan di pabrik utama untuk menjaga air dalam bentuk cairnya. Ini banyak tekanan, dan pipa di pabrik utama memiliki dinding yang sangat tebal untuk menahan tekanan itu.

Dinding tebal berarti ada potensi bagian dalam pipa menjadi "panas" sedangkan bagian luar pipa "dingin". Ini adalah istilah relatif; semuanya panas.

Pemanasan tanaman utama adalah masalah ayam dan telur. Perhatian utama di sini adalah memastikan bahwa tidak ada uap yang pernah terbentuk di reaktor. Uap sebenarnya baik isolator yang cukup, yang berarti bahwa, jika pernah melakukan bentuk dalam reaktor, tiba-tiba akan ada apa-apa untuk mendinginkan bahan bakar, sehingga akan sangat sangat panas sangat cepat (baca: meleleh).

Jadi, Anda harus menjaga tekanan sistem cukup tinggi sehingga uap tidak terbentuk di reaktor. TETAPI , jika Anda menekan pipa sebanyak itu saat dingin, itu akan retak, melalui mekanisme yang disebut, " patah getas ". Ini adalah kegagalan tiba-tiba dan bencana yang dapat dihindari jika pipa dipanaskan ke titik yang memiliki keuletan.

Jadi, Anda perlu memanaskan pipa, tetapi Anda tidak bisa membuatnya sangat panas sampai mendidih. Jadi, panaskan sedikit, lalu tambah sedikit tekanan, lalu panaskan, beri tekanan, dll.

Biasanya ada jeda yang dikenal sebagai "rendam", yang memberikan logam pada waktu perpipaan untuk menyamakan suhu. Ini mencegah tekanan internal menumpuk karena bagian dalam pipa "panas" dan bagian luar "dingin". Rendam biasanya mengambil porsi besar untuk sebagian besar waktu startup - rendam biasanya 12-24 jam.

Jadi, Anda memanaskan hingga titik rendam, kemudian secara khusus menekan ke tekanan menengah, panas ke titik rendam yang lain, kemudian meningkatkan tekanan ke tekanan menengah yang lebih tinggi, lalu panaskan dan tekan bersama. Semua ini dilakukan untuk tetap berada di bawah batas fraktur yang dikenal sebagai "batas pencegahan patah getas", yang lagi-lagi adalah untuk memastikan bahwa tekanan suhu yang dialami pipa adalah sedemikian rupa sehingga pipa tidak jatuh.

Jadi, begitu Anda telah memanaskan pabrik utama, maka Anda dapat mulai membawa pabrik sekunder online, jadi biasanya 2 hari untuk pabrik primer dan kemudian hari lain untuk pabrik sekunder - ini adalah startup 72 jam.

Seperti yang disebutkan, peluruhan panas membuat tanaman utama tetap panas untuk waktu yang lama (hingga mungkin sebulan), jadi kecuali jika Anda dalam pemadaman yang lama Anda biasanya dapat memulai dengan cukup "cepat", di mana lagi "cepat" adalah sekitar 24 jam .

Xenon adalah hasil dari reaksi nuklir dan racun neutron. Jika Anda tidak menunggu xenon membusuk, ia memakan terlalu banyak neutron dan Anda tidak bisa menjadi kritis. Mereka selalu mengatakan "tidak ada cukup batang untuk ditarik." Jika Anda memiliki inti reaktif baru yang bagus, Anda dapat memulai lebih cepat. Jika intinya sudah tua, Anda harus menunggu lama sebelum pembusukan xenon yang cukup (dan racun lainnya).

Pabrik saya dulu bekerja dengan biaya sekitar satu juta dolar sehari untuk pemadaman. Percayalah, jika mereka bisa memulai lebih cepat, mereka akan melakukannya.

Jawabannya benar-benar bermuara pada dua faktor: keamanan dan pengujian. Saya akan memberikan ringkasan umum dari dua hal di bawah ini, tetapi jawaban sebenarnya cukup rumit.

Inti dari operasi pembangkit nuklir berkisar pada keselamatan nuklir. Saya tidak berbicara tentang keselamatan pribadi, yang merupakan bidang Administrasi Keselamatan dan Kesehatan Kerja (OSHA), meskipun itu memang memiliki beberapa faktor. Terlebih lagi, ini adalah keamanan umum bagi publik terhadap peristiwa radiologis. Pembangkit nuklir dirancang sedemikian rupa sehingga risiko peristiwa semacam itu diminimalisasi sebanyak mungkin.

Saat pembangkit menyala, ia mengalami Mode yang berbeda . Setiap Mode memiliki serangkaian pengujian dan kriteria penerimaan yang harus dipenuhi sebelum instalasi dapat lebih tinggi dalam Mode. Ada banyak sistem, dan hal ini membutuhkan waktu. Sistem yang penting bagi keselamatan nuklir terutama memiliki sejumlah besar pengawasan.

Pembangkit nuklir hanya akan beroperasi penuh setelah semua sistem lulus pengujian dan instalasi aman untuk dijalankan.

Ada banyak alasan untuk waktu yang diperlukan untuk memulai atau kembali ke operasi tenaga penuh di pembangkit listrik tenaga nuklir komersial. Di AS ada dua jenis utama tanaman, Reaktor Air Mendidih (BWRs) dan Reaktor Air Bertekanan (PWR). Jawaban akan berbeda sesuai dengan jenis reaktor dan bahkan versi jenis apa. Penjelasan umum yang saya tidak lihat disebutkan adalah bahwa semua pembangkit listrik tenaga nuklir komersial menghindari membuat> 15% perubahan daya termal dalam periode 4 jam. Ini untuk melindungi integritas kelongsong bahan bakar. Saya bekerja di industri tenaga nuklir komersial selama hampir 20 tahun - dan telah keluar dari situ selama lebih dari 20 tahun - jadi mungkin mereka telah memperbaiki kelongsong bahan bakar dan ini bukan lagi masalah - tetapi itu merupakan kendala wajib pada zaman saya.

Chuk hampir berhasil sampai akhir. Tetapi dari sudut pandang untuk menjawab pertanyaan, (sekarang saya diberitahu demikian) Kode AS&E B&PV membatasi laju pemanasan hingga 30 derajat celcius per jam. Tanaman normal bekerja sekitar 300 derajat celcius. Ini akan memberi Anda tingkat teori panas minimum tanaman. Kedua ketika tanaman tersandung penyebab pertama perjalanan ditemukan dan perbaikannya. Untuk memanaskan sisi kedua, diperlukan uap yang ada boiler tambahan yang dimulai. Terakhir kimia air semua tanaman dipulihkan dan ini membutuhkan waktu.