zentrale Thema für die nukleare Sicherheit. Das Versagen dieser Abfuhr bewirkte Überhitzung und Kernschmelze sowohl in Three-Mile-Island als auch in Fukushima-Daiichi. Beim Unfall von Tschernobyl waren die resultierenden Folgen nach der ersten Explosion, die durch die Leis-tungsexkursion verursacht wurde, überwiegend mit dem Ausfall des Systems für die Nachzer-fallswärmeabfuhr verbunden. Für einen LWR ist es unerlässlich, ein sehr zuverlässiges Notkühl-system zu entwickeln, das durch eine zuverläs-sige Strom- und Wasserversorgung gewährleis-tet ist.
Inherently safe nuclear technology can be innovatively found, based on these phys-ical ideas: When we employ three measures—
using the more heat-resistant and sub-stantial silicon carbide (SiC) as the fuel clad-ding;
significantly lowering the volumetric power density of the reactor core; and
„dividing 1 into N,“ or dividing one large reactor into identical small reactor mo-dules—
then the reactor core can be designed such that the decay heat can never heat up the reactor core to the temperature limit.
Based on the law of energy conservation, the decay heat in the reactor core can only
Inhärent sichere Kerntechnik wird basie-rend auf diesen physikalischen Ideen innovativ erreicht: Wenn wir drei Maßnahmen einsetzen,
Gebrauch von hitzebeständigem und belast-barem Siliciumcarbid (SiC) als Brennstoffhülle;
signifikante Absenkung der volumetrischen Leistungsdichte des Reaktorkerns; und
„Teilung von 1 in N“ also Teilung eines gro-ßen Reaktors in identische kleine Reaktormodule – dann kann der Reaktorkern so ausgelegt sein, dass die Zerfallswärme den Reaktorkern niemals bis zur zulässigen Temperaturgrenze aufheizen kann. Gemäß dem Gesetz der Ener-gieerhaltung kann Zerfallswärme im Reaktor-kern nur durch Wärmeleitung und Strahlung ab-geführt werden. Diese hängt von den Materi-aleigenschaften ab; Wärmekonvektion ist nicht
be removed by heat conduction and radia-tion, which depend on material properties;
heat convection is not necessary. After stud-ying for more than 30 years in the interna-tional nuclear community, we have con-structed the world's first commercial-scale reactor of this kind. Regarding the fuel ele-ment of the HTR-PM, it can be proved that the maximum fuel temperature limit is 1600-1800 °C for maintaining the coated fuel particle integrity. The average power density in normal operations is 3.3 MW-m3, which is 1/30 of that in a PWR. The thermal power of one reactor module is chosen to be 250 MWth, which provides a sufficient mar-gin. Fig. 5 gives the reactor fuel peaking temperature during a loss-of-coolant pressurized accident, which does not de-pend on any engineering safety facility. The above-mentioned safety characteristics can be proved by repeatable full-plant safety demonstration tests, without affecting fur-ther operation.
The innovations for the inherent safety of the HTR-PM are easy to understand ac-cording to physical laws. However, two challenges still remain:
How can we construct and operate the HTR-PM? and
what are the economics of the HTR-PM?
The key problem is how a small HTR-PM can compete with an LWR plant, which is 10 times bigger.
We use the idea of „combining N into 1.“ We have finished a concept design of a 660 MWe multi-module HTR-PM nuclear power plant, which includes 6 HTR-PM re-actor modules connecting to a steam tur-bine. Each reactor module has the same de-sign as the HTR-PM demonstration plant, with an independent safety system and shared non-safety auxiliary systems. The footprint of a multi-module HTR-PM plant is not significantly different from that of a PWR plant generating the same power. Fig.
6 shows a 2 x 600 MWe HTR-PM nuclear power plant for cogeneration.
notwendig. Nach mehr als 30 Jahren Studium in der internationalen Nukleargemeinschaft ha-ben wir den weltweit ersten kommerziellen Re-aktor dieser Art konstruiert. Für das Brennele-ment des HTR-PM kann nachgewiesen werden, dass die maximal zulässige Temperatur 1600-1800°C beträgt, um die beschichteten Brenn-stoffpartikel unverletzt zu erhalten. Die durch-schnittliche Leistungsdichte im Normalbetrieb beträgt 3,3 MW pro cbm, 1/30 der Leistungs-dichte im PWR. Die thermische Leistung eines Reaktormoduls wurde mit 250 MWth gewählt, was einen ausreichenden Spielraum bietet. Fig.
5 zeigt die Spitzentemperatur des Brennstoffes, die bei einem Unfall durch Verlust des Kühlmit-tels entsteht und keine technische Sicherheits-einrichtung erforderlich macht. Diese Sicher-heitsmerkmale können wiederholt durch De-motests für das ganze Kraftwerk nachgewiesen werden, ohne den Weiterbetrieb zu beeinträch-tigen.
Die Innovationen für die inhärente Si-cherheit des HTR-PM erklären sich leicht aus den physikalischen Gesetzen. Allerdings bleiben noch zwei Herausforderungen:
Wie können wir den HTR-PM bauen und be-treiben? Und
Wie sieht es mit der Wirtschaftlichkeit aus?
Die Hauptfrage ist, wie ein kleiner HTR-PM mit einer LWR-Anlage konkurrieren kann, die 10 mal größer ist.
Wir folgen der Idee, „N zu 1 zu kombinie-ren“. Wir haben das Konzept eines 660 MWe-KKW in Multimodul-HTR-PM-Bauweise erstellt, das 6 HTR-PM-Reaktormodule mit einer Dampf-turbine umfasst. Jedes Reaktormodul hat das gleiche Design wie die HTR-PM Demoanlage. Je-des Modul hat ein eigenständiges Sicherheits-system. Die Nicht-Sicherheitsrelevanten-Hilfs-systeme werden gemeinsam genutzt. Der Flä-chenbedarf einer Multimodul-HTR-PM-Anlage unterscheidet sich nicht wesentlich von der ei-ner PWR-Anlage mit gleicher Leistung. Fig. 6 zeigt ein 2 x 600 MWe HTR-PM KKW für KWK.
To date, supply contracts have been signed for all the components of the HTR-PM project. From the actual contract costs, we can compare the detailed capital costs of a 2 x 600 MWe multi-module HTR-PM plant with those of a real 2 x 600 MWe PWR plant constructed at the same time in China.
Using the capital costs of the HTR-PM plant as evaluated by the government in 2014, the total price of a 2 x 600 MWe multi-module HTR-PM plant is about 110%-120% of the price of the PWR. The electricity price to the grid thus increases from 0.4 CNY-(kW-h)-1 to 0.48 CNY-(kW-h)-1, which is still much lower than the costs of gas, wind power, and solar power in the Chinese mar-ket. The costs of the RPV and reactor inter-nals are very small, about 2% of the total plant costs. Therefore, assuming that the other costs of the plant are unchanged, even if the costs of the RPV and reactor internals increase to 10 times their original value, the increase of the total plant costs can be lim-ited to within 20%. This is the reason behind the above economic evaluation results; de-tails can be found in Ref. [7].
To realize the dream of inherent safety, the philosophy of „dividing 1 into N“ is adopted, and to limit the cost increase, the philosophy of „combining N into 1“ is pre-ferred.
Bis heute wurden Lieferverträge für alle Komponenten des HTR-PM Projektes abge-schlossen. Aus den tatsächlichen Auftragskos-ten können wir die detaillierAuftragskos-ten KapitalkosAuftragskos-ten einer 2 x 600 MWe Multimodul-HTR-PM-Anlage mit denen einer realen 2 x 600 MWe PWR-An-lage vergleichen, die gleichzeitig in China ge-baut wurde. Mit den von der Regierung im Jahr 2014 ermittelten Kapitalkosten der HTR-PM-An-lage, beträgt der Gesamtpreis einer 2 x 600 MWe MultimodulHTRPMAnlage etwa 110% -120% des PWR-Preises. Der Strompreis für das Stromnetz steigt also von 0,4 CNY/kWh auf 0,48 CNY/kWh. Das liegt noch deutlich unter den Kosten von Gas-, Wind- und Solarenergie im Chinesischen Markt. Die Kosten der RPV- und Reaktoreinbauten sind sehr niedrig und machen etwa 2% der gesamten Anlagenkosten aus. Un-ter der Annahme unveränderUn-ter sonstiger Kos-ten der Anlage könnKos-ten die KosKos-ten der RPV- und Reaktoreinbauten auf das 10-fache ihres ur-sprünglichen Wertes ansteigen, und die Erhö-hung der Gesamtbetriebskosten wären immer noch auf 20% begrenzt. Hierauf beruht das obige Ergebnis der wirtschaftlichen Bewertung.
Details findet man in Ref. [7]
Um den Traum „inhärente Sicherheit“ um-zusetzen, wird die Philosophie der „Teilung von 1 zu N“ genutzt. Um die Kosten zu begrenzen,
60 80 100 Time (h)
16 0
Fig. 5. The fuel peaking temperature of the HTR-PM during a loss-of-coolant
Fig. 6. The 2 x 600 MWe HTR-PM multi-modules plant.
wird die Philosophie der „Kombination von N zu 1“ bevorzugt.