Project BLACKSTONE

Project BLACKSTONE: Levensduurverlenging voor EDF

18 augustus 2020

Meer dan 40 jaar levensduurverlenging gerealiseerd sinds projectstart in 2006

Bestraling van grafiet met excellente temperatuurcontrole

Duizenden metingen aan radioactieve grafietmonsters uitgevoerd

NRG zorgde voor levensduurverlenging van Advanced Gas Cooled Reactors (AGRs) van EDF in Engeland.

Jim Reed
Chief Graphite Engineer, EDF

Koploper in klimaatvriendelijke energie

Jim werkt al 40 jaar voor EDF en is sinds 2018 Chief Graphite Engineer. Hij leidt alle technische projecten in de grafiet branch. EDF levert wereldwijd energie.

  • Een van de grootste leveranciers van koolstofarme energie in de UK
  • 20% van de energiebehoefte van het de UK wordt opgewekt door EDF
  • 5 miljoen klanten in de UK
  • Streeft naar CO₂-neutraliteit tegen 2050

Levensduurverlenging voor AGR-reactoren

NRG voert het BLACKSTONE-bestralingsprogramma uit voor EDF Energy om essentiële gegevens te verkrijgen voor gasgekoelde reactoren (AGR's) in het Verenigd Koninkrijk. De grafietbestralingen in de HFR bootsen de verouderingsmechanismen na die plaatsvinden in een AGR. Meetgegevens van de bestraalde grafietmonsters worden gebruikt in modellen die de veilige en economische werking van AGR-stations voor de komende jaren ondersteunen.


De expertise en kwaliteit van bestralingen en metingen door NRG wordt erkend door zowel EDF Energy als de Britse toezichthouder (ONR). Gegevens van eerdere fases uit het BLACKSTONE programma worden gebruikt in veiligheidsstudies op basis waarvan in totaal 40 jaren zijn toegevoegd aan de levensduur van de AGR-reactoren. In een volgende fase van het programma wordt nu het grafiet uit de Engelse Heysham 2 en Torness reactoren onderzocht.

Introductie AGR-reactoren

14 geavanceerde gasgekoelde reactoren (AGR's) op 7 locaties worden bedreven door EDF Energy in het Verenigd Koninkrijk. Elke reactorkern is gebouwd van grafietblokken die neutronen modereren om de nucleaire kettingreactie te in stand te houden. De reactorbrandstof en controlestaven zijn tussen de grafietblokken geplaatst CO₂-gas koelt de reactorkern. De grafietblokken verouderen door het gecombineerde effect van stralingsschade en oxidatie. Neutronenstraling veroorzaakt een krimp en zwelling van de grafietblokken. De sterkte van het grafiet wordt verminderd door oxidatie en als gevolg van spanningen ontstaat scheurvorming.

Om de levensduur van AGR-stations te verlengen en inspectieregimes te optimaliseren, is kennis vereist over de veroudering van het grafiet. Het grafiet in de reactorkern kan niet worden vervangen en is bepalend voor de levensduur.

Introductie AGR Reactoren 480X480

BLACKSTONE programma

In een uniek experimenteel programma worden kleine grafietmonsters in de HFR bestraald.

Deze monsters zijn gewonnen in AGR's in het Verenigd Koninkrijk. De monsters worden bestraald onder omstandigheden die vergelijkbaar zijn met die van een AGR, maar sneller. De veroudering van het grafiet wordt in de HFR ongeveer 5-10 keer versneld ten opzicht van de veroudering in een AGR. Als onderdeel van het BLACKSTONE-programma worden in elke fase de volgende activiteiten ondernomen:

  • Transport van radioactief grafiet van het VK naar NRG
  • Ontwerp en bouw van bestralingscapsules waarin de grafietmonsters in de HFR worden geladen
  • Bestraling van grafietmonsters in de HFR
  • Uitgebreide karakterisering van grafiet in de Hot Cell Laboratories voor en na bestraling

De grafietmonsters worden gekarakteriseerd in Hot Cell Laboratories om de relevante eigenschappen te analyseren die veranderen bij bestraling:

  • Dimensieveranderingen
  • Gewichtsverlies door oxidatie
  • Thermische eigenschappen, b.v. geleidbaarheid en thermische uitzetting
  • Mechanische eigenschappen, b.v. buigsterkte

We can now compare the data from the trepanned samples with what we expected, which results in more efficient analysis of reactor data - Jim Reed, Chief Graphite Engineer at EDF Energy

Representatieve data voor veiligheidsanalyses

De belangrijkste uitdaging van het BLACKSTONE-programma is het op tijd verschaffen van meetgegevens die geschikt zijn voor veiligheidsanalyses en levensduurverlenging.

De bestralingsomstandigheden worden zorgvuldig gecontroleerd om ervoor te zorgen dat de versnelde veroudering van grafiet in de HFR representatief is voor die in AGR's. Door een combinatie van nauwkeurig ontwerp, zorgvuldige fabricage van de componenten en monitoring tijdens bestraling wordt de eis om monsters op 420°C te bestralen wordt bereikt. De oxidatie van grafietmonsters wordt gecontroleerd door een mengsel van CO₂ door de bestralingscapsule te voeren en continu de in- en uitgaande samenstelling van het gas te meten.

De karakterisering van de monsters wordt in de Hot Cell Laboratories Laboratories uitgevoerd volgens de strengste kwaliteitseisen door deskundig personeel. Door statistische analyse van de gegevens en analyse van de grafietmonsters wordt aangetoond dat representatieve gegevens worden verkregen. De resultaten van duizenden metingen door NRG worden vervolgens gebruikt om te combineren met AGR-inspectiegegevens.

Blackstone 2.2 Mixdown.00 00 06 03.Still0092
Fuel Creep

Grafiet kruip-bestraling

Grafietcomponenten in een reactor veranderen van afmetingen wanneer ze worden blootgesteld aan neutronenbestraling en spanningen. De spanningen die door bestraling in het materiaal worden opgewekt, kunnen worden verminderd door een mechanisme dat bekend staat als ‘kruip’. NRG heeft een speciale bestralingstest ontwikkeld om dit kruipmechanisme te bestuderen en gegevens te verstrekken die worden gebruikt in AGR-modellen.

De test bestaat uit grafietmonsters die worden onderworpen aan een hoge belasting met gas-gevulde balgen. Verschillende modules met monsters en balgen worden in een kernpositie in de HFR geplaatst en gedurende meerdere cycli bestraald. Door de veranderingen in afmetingen van belastte en onbelaste monsters te meten en vergelijken, wordt het effect van kruip bepaald.

Samenwerking EDF en NRG

Hoe ervaart EDF de samenwerking?
Jim Reed: NRG is een organisatie gericht op continue verbetering. EDF is een zeer bekwame technische organisatie op zich en NRG realiseerde zich al snel dat het pad naar succes niet een leverancier-klantrelatie was, maar veel meer een partnerschap. NRG heeft ook de vaardigheden en ervaring om te weten wat makkelijk en wat lastiger was. Ze konden een programma ontwikkelen met mijlpalen en de belangrijkste risico's. Deze risico's werden op een effectieve manier beheerst, zodat NRG resultaat- en doelgericht kon handelen. Dit maakte het project tot een succes.
Het programma bestond uit twee delen: het uitvoeren van het juiste experiment en het op de juiste manier uitvoeren. De unieke NRG-infrastructuur, de reactor en de hot cells , en de relevante technische kennis zorgden ervoor dat de experimenten op de juiste wijze konden worden uitgevoerd. Als er iets niet aanwezig was, of niet geschikt voor ons experiment, dan maakte NRG snel aanpassingen om het toch mogelijk te maken. Daarom is NRG voor ons een zeer waardevolle partner. 
  • De technische capaciteit van NRG om ‘het juiste experiment te doen’
  • Zeer goede temperatuurbeheersing
  • Nieuwe en unieke gaschemie om radiolytische oxidatie te bereiken
  • Hoogwaardige pre- en postbestralingsmonstermetingen van belangrijke grafieteigenschappen
Samenwerking EDF En NRG
EDF 480X480

Resultaten

Wat zijn de voornaamste voordelen van Blackstone voor EDF?

Het BLACKSTONE-programma heeft gegevens gegenereerd om de gecombineerde levensduur van de AGR-vloot met meer dan 40 jaar te verlengen.

Fase 3 van het programma maakt gebruik van bestralingstechnologie die bij NRG is ontwikkeld om in de komende jaren gegevens te genereren voor de nieuwere reactoren AGR-reactoren Heyseham B en Torness.

Met de succesvolle acquisitie van de leidende MTR-gegevens, kunnen we nu de gegevens van de drievoudige monsters vergelijken met wat we verwachtten. Dit maakt een lean programma voor trepanning mogelijk en ondersteunt een veel efficiëntere analyse van de reactorgegevens. Dit helpt EDF en de regulator om vertrouwen op te bouwen dat de reactoren verouderen en degraderen zoals verwacht.

Meer informatie?

We vertellen je graag meer. Vertel ons je vraag en we nemen contact met je op. 

Team Irradiations

Team Irradiations

Contactformulier