Copenhagen Atomics Waste Burner koncept design
Vi overvejede at holde en sommerpause i vores blogaktiviteter fra Copenhagen Atomics. Men så kom vi til at tænke på, at slaverne jo ikke holder ferie og CO2 problemet og den ekstreme udnyttelse af naturens resourser ej heller. Faktisk så kører air-condition på MAX i disse dage i mange af OECD landene, og flere af I læsere har efterspurgt forklaring på tekniske detajler og designvalg i vores koncept. Derfor trodser vi sommervarmen og giver en kort præsentation af Copenhagen Atomics Waste Burner concept design.
Vi tager udgangspunkt i samme tegning som blev vist i sidste blog, som handlede om de passive kølerør.
Skal den lave strøm? Hvor maget?
Normalt, når man tænker på kraftværker, så tænker man, at de laver strøm, så det gør vores også i denne tegning. Men i virkeligheden laver den jo varme, som man så kan bruge til alt muligt. Det mest oplagte er strøm, syntetisk brændstof, fjernvarme og afsaltning af havvand. Pengene fra disse outputprodukter er meget vigtige, for uden dem hænger økonomien slet ikke sammen, og så vil vi ikke kunne bruge dette koncept til at reducere verdens lagre af brugt atombrændsel og bomber, som jo er det primære mål med projektet. Lige meget om man brænder kul, olie, gas, husholdnings affald eller halm af, så får man jo varme, men thoriumenergi adskiller sig ved hverken at producere røg eller CO2. Vores varme transporteres via salt ved 600 – 800° C hvor de fleste andre kraftværker bruger vanddamp ved 300° C.
I andre blogs vil vi på et senere tidspunkt skrive om afsaltning af havvand og syntetisk brændstof. Her skal det blot nævnes, at syntetisk brændstof giver rigtig god mening sammen med den varme salt og en ”open air brayton turbine”. Den høje temperatur giver en meget høj konverterings-effektivitet til syngas, og syngas kan lagres og bruges til at opnå over 60% virkningsgrad i vores ”brayton cycle turbine” og ”extreme load following” i elnet med meget sol- og vindenergi. Alt dette er blot muligheder på den lange bane, men hvis vi skal have en testreaktor online, så skal vi selvfølgelig skære disse eksotiske ting fra og lave noget simpelt til at begynde med.
Hvorfor starter I så ikke med dampturbiner. Det er en hundrede år gammel teknologi?
Det vil jeg heller ikke afvise, at vi vil gøre med den første reaktor. Men på nuværende tidspunkt handler det mere om at tegne ”billedet” af et reaktorkoncept, hvor det er muligt at bygge én hver dag året rundt. Problemet med dampturbiner er, at de er kæmpestore og skallre meget dårligt i forhold til logistik og materialeforbrug og masseproduktion. Priskurven for ”brayton cycle turbiner” ser meget mere lovende ud. De kan leveres på en lastbil og passer derfor godt sammen med vores containerkoncept. Det er selvfølgelig også en fordel, at vi ikke skal bruge kølevand eller køletårne. Det gør hele byggeprojektet meget mere simpelt. Eksperter har fortalt mig, at man kan få en acceptabel virkningsgrad på ”open air brayton cycle turbiner”, helt ned i nærheden af salt temperature på 650° C. Kan vi nå 700° eller 800° C, så er det rigtig godt. Men jeg er ikke ekspert, og vi modtager gerne råd fra læsere, som arbejder med dette felt. De største spillere på markedet ser ud til at være: Alston, GE, Siemens, Mitsubishi, MAN, ABB. Men der er en lang liste med producenter i Asien, så det giver mig en stærk tro på, at vi vil se et meget stærkt prisfald, hvis nogen begynder at bestille flere stk. hver måned. Vi leder i øjeblikket efter en ”ekspert” på ”open air brayton cycle gas turbines” i Danmark, som kan komme til vores gratis meetup og holde et indlæg til efteråret. Hvis du kender nogen, så vil vi blive meget glade for et tip.
Siemens SGT-800 50 MWe gas turbine power plant.
Vores konceptreaktor er på 50 MW termisk effekt. Det er ca. 10 gange så meget som en stor vindmølle, men det er stadig næsten intet i a-kraft sammenhæng. Vi har valgt denne størrelse, fordi det ser realistisk ud at få pakket denne effekt ned i en 40 fods container. På tegningen er der 3 containere på højkant og en på langs nederst. De er alle under jorden omgivet af beton. Den midterste container indeholder reaktorkernen og et par varmevekslere og lige under kernen et system til at fjerne gasbobler fra saltopløsningen. Imens reaktoren kører produceres der Xenon og Krypton i luftform, og nogle af disse isotoper har et meget stort neutron indfangningstværsnit, så det giver en meget dårlig neutronøkonomi, hvis de ikke bliver fjernet i en fart. Copenhagen Atomics har bl.a. opfundet en ny og bedre måde at fjerne disse gasser på, så det er en af de ting, hvor vi forhåbentligt bliver globalt førende. Mere om det i et af de næste blogindlæg.
Vores designtanker går på, at den midterste container kun skal holde i 4 år, før den skal udskiftes med en ny og forhåbentligt forbedret version. En af grundtankerne i Copenhagen Atomics er, at vores koncept skal laves, så vi kan køre med hurtige teknologicyklusser, så vi kan forbedre teknologien jævnligt. Dette strider meget imod gængse tankesæt i den gamle atominsustri, hvor man prøver at lave værker, som skal holde i over 50 år. Vores mål er en udviklingscyklus som minder mere om PC-industrien, hvor man etablere nogle standarder imellem komponenter,og så prøver man at få så hurtig teknologiudvikling i hver af disse komponenter som overhovedet mulig.
Hvorfor skal den være under jorden?
Gør det ikke konceptet ekstra dyrt?
Den primære grund til, at Waste Burneren er under jorden, er, at hvis nogle smider en bombe, eller flyver en flyver ind i værket, eller en vildfaren raket eller en stor meteor rammer værket, så er det meget usandsynligt, at der kommer nogen nævneværdig forurening ud i naturen. Da hver container er luft og vandtæt, så er oversvømmelser ikke noget stort problem for dette design. Kun store jordskælv og vulkaner giver os panderynker, men det vil også være tilfældet oven på jorden. Ja det koster måske lidt mere at lave det under jorden, fordi det er dyrt at fjerne alt det jord, og måske skal vi bruge mere beton, end man ville bruge oven på jorden. Til gengæld er det vores opfattelse, at det er meget mere sikkert, og man kan spare en masse kompleksitet og mandetimer til betonarmeringsarbejde.
I Copenhagen Atomics Waste Burner konceptet indgår også, at vi altid skal have mindst tre barrierer imellem de mest radioaktive fissionsprodukter til den omliggende natur. Det betyder, at i et uhelds-scenarie skal der gå hul på 3 lag indkapsling, før noget slipper ud i naturen. Dette er ikke noget krav fra lovgiver, men det gør det meget lettere at sandsynliggøre, at konceptet er sikkert. Man vil hele tiden måle, om noget begynder at sive ud, for så kan man lukke reaktoren ned og undersøge det nærmere, inden noget kommer i nærheden af en ulykkessituation. Husk nu på, at en smeltesaltreaktor kan hverken løbe løbsk eller nedsmelte eller tabe kølevand, som det skete i Chernobyl og Fukushima.
På tegningen ser man kun ét sæt af containere. Men vores koncept går jo ud på, at vi vil installere disse Waste Burners inden for hegnet på et eksisterende atomkraftværk, som har brugt brændsel, som de gerne vil af med. Vi kan bygge vores værk med et vilkårligt antal rækker af disse sæt af containere. Hvis man f.eks. laver en installation med 20 rækker, så vil det give en samlet effekt på 1 GWt hvilket svare ca. til 500 MW elektrisk effekt. Det vil så fylde ca. 100 x 100 meter, hvilket er småting sammenlignet med f.eks. kulkraft eller gammeldags atomkraft.
Tegningen ovenfor er ikke tegnet til korrekt skala, så det ser ud, som om containerne ikke kan komme ud af hullerne i jorden. Det er der selvfølgelig taget højde for i de rigtige CAD tegninger. På et tidligt tidspunkt lavede vi en simpel 3D film af vores koncept. Denne stemmer dog ikke længere overens med den nyeste version af vores designkoncept. Men vi mangler tid og i øvrigt også nogle Solid Works CAD-licenser til at tegne det nuværende koncept færdig. Når vi har fået lavet nogle nye tegninger, vil vi lave en ny 3D film og begynde at indhente tilbud på, hvad de enkelte komponenter rent faktisk koster at producere. Det er planen, at vi vil lægge mange af disse priser og tegninger frem som open source, så andre kan hjælpe med at forbedre teknologien. Hvis du kender nogle, som kan hjælpe os med at tegne eller kan give os adgang til nogle ekstra Solid Works licenser, så kontakt os på info@copenhagenatomics.com. Det vil være en stor hjælp.
[video: https://www.youtube.com/watch?v=b8BYd3mbPyg]
Til sidst vil vi gerne takke for alle gode spørgsmål og kommentarer i de tidligere blogs. Hvis du skriver et spørgsmål nedenfor eller i en af de tidligere blogs og ikke synes, vi har svaret, så kan det være, fordi vi allerede har svaret på dette spørgsmål tidligere. Vi vil meget gerne høre dine ønsker: Hvad kunne du godt tænke dig, at en af de næste par blogs kommer til at handle om? Skriv her nedenunder.
