เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ Pebble bed

ตอนที่ 2

เยอรมัน

เครื่องปฏิกรณ์สาธิต Arbeitsgemeinschaft Versuchsreaktor (AVR – แปลว่า เครื่องปฏิกรณ์ทดสอบของคณะทำงาน) ขนาด 15 MWe สร้างขึ้นที่ศูนย์วิจัย J?lich ในเมือง J?lich เยอรมันตะวันตก โดยมีวัตถุประสงค์ในการทดลองเดินเครื่องปฏิกรณ์อุณหภูมิสูง แบบใช้ก๊าซระบายความร้อน เครื่องปฏิกรณ์นี้เดินเครื่องถึงค่าวิกฤต เมื่อวันที่ 26 สิงหาคม 1966 โดยประสบความสำเร็จในการเดินเครื่องอยู่ 21 ปี และยุติการทำงานไป เมื่อวันที่ 1 ธันวาคม 1988 ภายหลังการระเบิดของโรงไฟฟ้าเชอร์โนบิล

เครื่องปฏิกรณ์ AVR ได้รับการออกแบบในตอนต้น สำหรับใช้ในการผลิต 233Uranium จาก 232Thorium ปริมาณทอเรียมบนเปลือกโลกมีประมาณ 3 เท่าของยูเรเนียม เครื่องปฏิกรณ์ผลิตทอเรียม (thorium breeder reactor) จึงเป็นเทคโนโลยีที่มีความสำคัญ แต่การออกแบบเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์ AVR บรรจุเชื้อเพลิงไว้แน่นหนามาก จนไม่คุ้มค่าที่จะสกัดออกมา การใช้ไอโซโทปของยูเรเนียมธรรมชาติมีต้นทุนที่ต่ำกว่า

เครื่องปฏิกรณ์ AVR ใช้ก๊าซฮีเลียมระบายความร้อน เนื่องจากก๊าซฮีเลียมมีครอสเซคชัน (neutron cross-section) ในการทำปฏิกิริยากับนิวตรอนต่ำ ทำให้นิวตรอนถูกดูดกลืนน้อย และทำให้สารระบายความร้อนมีกัมมันตภาพรังสีต่ำกว่า และแม้ว่าจะใช้สารระบายความร้อนระบบแรก ในการถ่ายเทพลังงานให้กังหันผลิตไฟฟ้าโดยตรง แต่จากรายงานนั้น เจ้าหน้าที่ได้รับรังสีจากเครื่องปฏิกรณ์ AVR น้อยกว่าเครื่องปฏิกรณ์แบบใช้น้ำมวลเบา 5 เท่า

การระบายความร้อนในระบบควบแน่นของเครื่องปฏิกรณ์ โดยใช้แหล่งน้ำภายนอก

สาธารณรัฐประชาชนจีน

จีนได้รับสิทธิ์ในเทคโนโลยีของ AVR และได้พัฒนาเครื่องปฏิกรณ์ pebble-bed modular สำหรับผลิตไฟฟ้า เครื่องต้นแบบขนาด 10 เมกะวัตต์ เรียกว่า HTR-10 โดยออกแบบให้ระบายความร้อน โดยใช้ก๊าซฮีเลียม โครงการนี้ตั้งอยู่ที่มหาวิทยาลัย Tsinghua ในกรุงปักกิ่ง และมีแผนที่จะสร้างโรงไฟฟ้าขนาด 200 เมกะวัตต์ ในปี 2007 จีนมีแผนที่แน่นอนในการมีโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ 30 โรง สำหรับผลิตไฟฟ้า 6 gigawatts ในปี 2020 และมีแผนที่จะปรับขึ้นเป็น 300 gigawatts ในปี 2050 ถ้าเครื่องปฏิกรณ์ PBMR ได้รับความสำเร็จ จีนจะมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จำนวนมากมาย และอาจจะเป็นแผนการสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ ที่เป็นโครงการใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์

โครงการเทคโนโลยีพลังงานนิวเคลียร์และเทคโนโลยีพลังงานใหม่ของจีน มีขึ้นในปี 2006 ซึ่งจะเริ่มการพัฒนาระบบ เครื่องปฏิกรณ์ pebble bed แบบใช้ก๊าซอุณหภูมิสูง เพื่อแตกไอน้ำออก สำหรับผลิตไฮโดรเจน เนื่องจากไฮโดรเจนสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงในยานยนต์ได้ ซึ่งจะทำให้จีนลดการพึ่งพาการนำเข้าน้ำมัน ไฮโดรเจนสามารถเก็บไว้ได้ ไม่เหมือนไฟฟ้า และสามารถส่งไปตามท่อ ซึ่งบางครั้งมีประสิทธิภาพดีกว่าการส่งไฟฟ้าไปตามสายส่ง

อัฟริกาใต้

เครื่องปฏิกรณ์ Pebble Bed Modular Reactor (PBMR) ของบริษัท Pty. Ltd. ในอัฟริกาใต้ น่าจะเป็นผู้นำเทคโนโลยีนี้ในปัจจุบัน โดยพัฒนามาจากเครื่องปฏิกรณ์ modular pebble-bed เมื่อวันที่ 25 มิถุนายน 2005 กระทรวงสิ่งแวดล้อมและการท่องเที่ยว ของสาธารณรัฐอัฟริกาใต้ ได้ให้การรับรองเครื่องต้นแบบ ของเครื่องปฏิกรณ์ pebble-bed modular ขนาด 110 MW ของ Eskom ที่เมือง Koeberg ประเทศอัฟริกาใต้ โดยเครื่องปฏิกรณ์ PBMR ได้รับการรับรองโรงงงานผลิตเชื้อเพลิง pebble-bed ที่เมือง Pelindaba โดยนำเข้ายูเรเนียมจากรัสเซียตรงไปยังอัฟริกาใต้ที่ท่าเรือ Durban

เครื่องปฏิกรณ์ PBMR ใช้ฮีเลียมเป็นสารระบายความร้อนระบบแรก ในส่วนปฐมภูมิ (primary coolant) โดยฮีเลียมจะถูกทำให้มีความดันลดลงอย่างรวดเร็วด้วยระบบ turbomachinery โดยไม่มีการสูญเสียพลังงานในระบบแลกเปลี่ยนความร้อน ฮีเลียมเป็นก๊าซที่ใช้งานได้ดี เนื่องจากเป็นก๊าซเฉื่อย เกิดปฏิกิริยาเคมีได้ต่ำ เกิดปฏิกิริยากับนิวตรอนแล้วไม่กลายเป็นสารกัมมันตรังสี ทำให้ระบบ turbomachinery ไม่มีกัมมันตภาพรังสี แม้ว่าจะอยู่ในระบบระบายความร้อนปฐมภูมิ ข้อเสียของเทคนิคนี้ คือส่วนกังหันต้องมีขนาดใหญ่กว่า ทำให้มีราคาสูงกว่า

เครื่องคอมเพรสเซอร์ของกังหันนั้น แยกออกมาจากส่วนของกังหัน ทำให้การอัดความดันของกังหัน ไม่ขึ้นกับความเร็วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งส่วนของเครื่องกำนิดไฟฟ้าต้องทำงานสอดคล้องกับการส่งกำลังไฟฟ้า เครื่องต้นแบบที่ทดลอง ใช้ก๊าซฮีเลียมอยู่ในระบบปิด มีคอมเพรสเซอร์ กังหัน และ recuperator อยู่ในระบบด้วย โดยได้รับการพัฒนาจากห้องปฏิบัติการวิศวกรรม วิทยาลัย Potchefstroom มหาวิทยาลัย North-West

ฮีเลียมเป็นก๊าซที่เบากว่าอากาศ ถ้าเกิดรอยแตกของเครื่องปฏิกรณ์ อากาศจะเข้าไปแทนที่ฮีเลียมได้ เครื่องปฏิกรณ์ pebble bed จึงต้องมีอุปกรณ์ป้องกันไฟไหม้ เพื่อไม่ให้กราไฟท์ของเม็ดเชื้อเพลิง pebble เกิดลุกไหม้ขึ้นถ้ามีอากาศ

การออกแบบของเครื่องปฏิกรณ์ pebble bed ทำให้สามารถควบคุมการผลิตไฟฟ้าให้ถึงค่าสูงสุด (peak) ได้อย่างรวดเร็ว (real time) แบบเดียวเครื่องปฏิกรณ์แบบอื่น ที่สามารถปรับการผลิตไอน้ำได้ในเวลาไม่กี่วินาที การออกแบบให้ปรับขนาดได้ (modular) มีผลดีต่อการผลิตของโรงไฟฟ้า หากจะมีการเพิ่มขึ้นในอนาคต ประเทศอัฟริกาใต้นั้นขนาดแคลนเชื้อเพลิงฟอสซิล โดยโรงไฟฟ้าจะใช้กังหันก๊าซในช่วงการใช้สูงสุด (peak load) แต่เป็นผู้ส่งออกยูเรเนียมและทอเรียม

แผนภาพของเครื่องปฏิกรณ์ pebble bed

เครื่องปฏิกรณ์ของอัฟริกาใต้มีขนาด 165 MWe จึงสามารถเป็นสินค้าส่งออกที่สำคัญของประเทศได้

เวบไซต์ของ PBMR กล่าวว่า เครื่องปฏิกรณ์ได้รับการออกแบบ ให้ใช้สำหรับผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเล (desalinate) ซึ่งอัฟริกาใต้กำลังเริ่มเกิดปัญหาการขาดแคลนน้ำจืด

ความปลอดภัยของเครื่องปฏิกรณ์ modular ที่สามารถรองรับการผลิตไฟฟ้าให้ถึงค่าสูงสุด (peaking-power) และใช้ในการผลิตน้ำจืดได้ จึงเป็นจุดแข็งที่สำคัญทางการตลาดและจะเป็นการเพิ่มมูลค่าในการส่งออก ถ้าประสบความสำเร็จ อัฟริกาใต้คาดว่าจะสร้างโรงไฟฟ้า PBMR จำนวน 10 แห่งตามแนวชายฝั่งของประเทศ และต้องการส่งออก PBMR ประมาณ 20 โรงต่อปี ซึ่งคาดว่าจะมีรายได้จากการส่งออกประมาณ 8 พันล้าน rand (ประมาณ 1.2 พันล้านเหรียญสหรัฐ) และจะสร้างงานได้ 57,000 ตำแหน่ง โครงการนี้ใช้เงินลงทุนทั้งหมดประมาณ 1 พันล้านเหรียญสหรัฐ ผู้พัฒนาคาดว่า จะมีความต้องการก่อสร้างโรงไฟฟ้าในขั้นแรกประมาณ 30 เครื่อง

ในปี 2005 กลุ่มนักสิ่งแวดล้อม Earthlife Africa ได้รับชัยชนะในการรับฟังความคิดเห็น เรื่องเครื่องปฏิกรณ์ Koeberg ซึ่งได้รับการรับรองครั้งแรกเมื่อเดือนกันยายน 2003 รัฐบาลท้องถิ่นของเมืองCape Town กับเทศบาลและกลุ่มนักสิ่งแวดล้อมกล่าวว่า พวกเขายังคงคัดค้านการสร้างโรงงาน ในเดือนกรกฎาคม 2003 หลังจากได้รับการรับรอง การประเมินผลกระทบสิ่งแวดล้อม ประชาชนยังคงต่อต้านโครงการ ทั้งในเมือง Johannesburg และ Cape Town นอกจากนั้นกลุ่ม Earthlife Africa ยังต่อต้านโรงงงานผลิตเชื้อเพลิง Pelindaba ด้วยเช่นกัน

ในเดือนธันวาคม 2005 บริษัท PBMR ของอัฟริกาใต้ ได้ทำสัญญาทางวิศวกรรม การจัดหา และการควบคุมการก่อสร้างกับบริษัท SLMR ซึ่งเป็นบริษัทร่วมทุนแคนาดากับอัฟริกาใต้ (Canadian-South African joint venture) ในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์สาธิต Pebble Bed Modular Reactor ที่เมือง Koeberg โดยคาดว่าการก่อสร้างจะเริ่มขึ้นในปี 2007 หลังจากมีการรับฟังความคิดเห็นทางด้านสิ่งแวดล้อมครั้งที่สอง ขณะเดียวกัน BNFL ซึ่งถือหุ้นใน PBMR ได้ส่งต่อให้ Westinghouse และกำลังเจรจาเพื่อหาผู้ร่วมทุนรายอื่น เพื่อให้ Eskom ซึ่งเป็นผู้ผลิตไฟฟ้าของอัฟริกาใต้ ให้ลดสัดส่วนการถือหุ้นจาก 30% ลงเหลือ 5%

 
ถอดความจาก pebble bed reactor
เวบไซต์ www.wikipedia.com