In dit hoofdstuk worden enkele technische aspekten van een kerncentrale toegelicht
- DEEL 1
- – De vrijkomende nucleaire energie wordt als warmte benut door via warmte-overdracht stoom (van hoge druk en temperatuur) te maken. Die stoom drijft een turbine-generator aan. (Fig.9.9.1).
- Alle nucleaire centrales zijn dus in feite thermische centrales.
- – Het produktie-rendement van zo’n centrale wordt in belangrijke mate begrensd in de stoom-fase . De hoogste en laagste optredende temperaturen in het circuit stellen namelijk een bovengrens aan het rendement van deze fase.
- – Het hoogste rendement zou je in deze fase halen als de ideale Carnot-cyclus gevolgd zou (kunnen) worden. In het beste technisch realiseerbare geval kan dan een theoretisch rendement van 64% gerealiseerd worden
- Op Internet vind ik echter voor reactor-temperaturen waarden van 290….320°C ; flink lager dan aangenomen voor die 64%
- – In de praktijk loopt de stoomfase volgens de Rankine-cyclus , die zelf al een iets lager theoretisch rendement heeft dan de Carnot-cyclus.
- En natuurlijk loopt ook het Rankine-proces niet volgens het ideaal ; bovendien zijn er in het hele produktieproces nog meer plaatsen waar verliezen optreden (bijv in de generator)
- Bij elkaar komt in de praktijk het totale produktie-rendement op 33…37% [FA.04]
- ** De gebruikte materialen
- – in de reactorkring moeten combinaties van druk, temperatuur en radioaktieve straling op levensduur (>50jr ?) aankunnen.
- – in de generatorkring moeten ze combinaties van temperatuur , druk , trillingen en centrifugaalkrachten kunnen uithouden
- Je mag gerust aannemen dat in de laatste 60 jaar veel onderzoek is gedaan naar ontwikkeling van nieuwe/betere materialen. De kans op een significante doorbraak acht ik dan ook niet zo groot.
- Daarom is het onwaarschijnlijk dat met deze processing binnen enkele decenia hogere rendementen dan 40% gehaald zullen worden
- DEEL 2
- Brayton-cyclus
- – N.28a meldt de ontwikkeling van micro-centrales. De kleinste uit het systeem HOLOS zou 3 MW aan elektra leveren.
- – Belangwekkend vind ik dat in HOLOS het idee van stal gehaald wordt om flink hogere temperaturen te benutten [N.26a] met een Helium-circuit
- In een zgn. “gesloten Brayton-cyclus” wordt Helium op zeer hoge temperatuur gebracht door de nucleaire reactie. De Helium expandeert daarna in een turbine , die vermogen levert aan een elektr. generator èn aan de compressor die de He terug op druk brengt nadat het gas gekoeld is in een warmtewisselaar. De daar afgegeven warmte wordt opgenomen door een verdampend koelmiddel (water , of een ander medium ?) dat in een Rankine-cyclus een 2e generator aandrijft.
- Deze twee serie-geschakelde cycli zouden samen een fors hoger rendement leveren : 60% wordt voorgespiegeld !
- – De beschrijving van ook de andere voordelen (zie N.28a) eindigt met de opmerking dat onbekend is of er (2021-05) al een prototype in aanbouw is…..
- .
- Opmerkingen :
- 1. – klinkt mooi. Maar…
- …tot nu toe is dit idee uit jaren 1950 [N.28b] in de industriële praktijk niet realiseerbaar gebleken (anders was het al lang om ekonomische redenen ingezet !).
Misschien brengen modernere materialen en inzichten ons verder ? - Ben benieuwd hoe die voorspelling van 60% rendement alsdan uitpakt
- 2. – het verrijken van Uranium tot 15% kost (veel) meer moeite dan tot de gebruikelijke 3,5…5%. Staat tegenover dat uitwisseling van het “brandstof”-pakket minder vaak hoeft te gebeuren…. Als 3,5….5% niet optimaal was zou het wel veranderd zijn in de loop der jaren
- Wordt het niet aantrekkelijker om eventueel dit extra verrijkt spul voor terroristische doelen te bemachtigen ? (“beschikbaar” bij alsdan veel gedistribueerde micro-centrales die op afstand bewaakt worden)
- 3. – in 2006 stelde de auteur Sorensen [N.26] zonder uitleg dat dankzij de inzet van heliumgas-turbines in Thorium-centrales een produktie-rendement van 50% gehaald zou worden.
- In mijn berekening van het Th-verbruik stelde ik dat als dit realistisch was die turbines ook bruikbaar zouden zijn voor Uranium-centrales.
- Dus waren ze geen eksklusief voordeel voor Thorium (zoals het min of meer leek in het artikel
- In mijn berekening van het Th-verbruik stelde ik dat als dit realistisch was die turbines ook bruikbaar zouden zijn voor Uranium-centrales.
- In elk geval is duidelijk dat ook in 2006 de tijd nog niet rijp was voor een Helium-circuit in nucleaire centrales
- .