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Réacteur à eau bouillantegénéralités

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Motivations - Historique

1956 : Premier réacteur à eau bouillante (5MW)

Développement aux Etats-Unis par General Electric (concurrence aux REP) : adaptation simplifiée et allégée

Succès commercial retardé par rapport aux REP :

- problèmes de corrosion dans les boucles de recirculation

- incertitudes sur l’exploitation en cycle direct (perte d’une barrière)

- complexité du combustible

- absence de bore soluble pour le contrôle de réactivité

- pas de synergies avec la propulsion navale

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Principe des Réacteurs à Eau Bouillante (REB)

Circuit primaire

Eau - Vapeur

Vapeur

Alimentation d’Eau

Générateur

Condenseur

Eau derefroidissementRéchauffeur

Pompeeau

alimentaire

Cuve

Pompes de recirculation eau réacteur

Mécanismes de commande de grappe

Cœurdu réacteur

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Constituants principaux

•Réacteur en cuve : 70 bars•Caloporteur et modérateur eau légère sous forme liquide et vapeur•Cycle direct

– 15% du débit total•Circuit de recirculation (interne)

– 85% du débit total•Enceinte de confinement

– avec système de suppression de pression (piscines de condensation)

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000mm

Profil de taux de vide en fonction de la hauteur dans le coeur

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Ordres de grandeur

•Caractéristiques REB

– Puissance unitaire 1000MWe

– Pression 70 bar

– Température d’entrée 215°C

– Débit cœur 10t/s ; débit turbine 1,5t/s

– Taux de vide moyen dans le cœur 43%

– Qualité vapeur à la sortie 15%

– Hauteur du cœur 3,80m

– Nombre d’assemblages 700 à boîtier

– Nombre de croix de contrôle 150 (21% seulement mais !)

– Puissance volumique 50kW/l

– Puissance spécifique 24W/g U

– Flux thermique max 110W/cm2

– Gainage Zr2

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Assemblage•Boîtier

– Assurer le maintien mécanique de l’assemblage• Chargement et déchargement

– Constitue le canal de refroidissement => découplage radial, couplage entre canaux par l’amont et l’aval

– Lame d’eau entre assemblages• Passage pour les croix de contrôle• Thermalisation des neutrons (découplage neutronique)

– Souplesse dans la gestion du combustible• Cohabitation d’assemblages différents

– Assemblage de crayons UO2 gainés Zr•Combustible

– enrichi <5% ; zonage d’enrichissement au sein de l’assemblage•Contrôle de la réactivité

– Poisons consommables– croix de contrôle placées entre les boîtiers contenant le

combustible– débit du caloporteur– Bore soluble en situation extrême

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Assemblage REB générique

Eau liquide

Eau diphasique

Gaine Zr2+ Liners éventuellement

Pastille combustibleUO2/PuO2

Trou d’eau unique oumultiple de géométrie très variable

Boîtier Zr4

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•Paramètres de contrôle de la puissance

– Insertion des croix de contrôle

– Débit d’eau à l’entrée :/Qe = + 14 pcm/ % du débit nominal

– Température d’eau à l’entrée /Te = – 70 pcm/°C

– Pression de la vapeur à la sortie/Ps = + 40 pcm/bar

•Domaine de fonctionnement déterminé par ces paramètres

– L’effet de vide n’est pas seulement un paramètre de sûreté

=> précision nécessaire sur ces paramètres

•L’absence de bore soluble impacte la procédure de rechargement du combustible

– Vérifications de la conformité des situations intermédiaires (confrontation calcul-mesure)

•Etudes de faisabilité : exigence sur la modélisation !

Fonctionnement

Modifient la quantité de vapeur

et sa distribution dans le coeur

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Diagramme de fonctionnement

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Exemple de données coeur

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REP , REB

PWRWestinghouse

BWRGeneral Electric

Beaver Valley 1 Brunswick 2fluide caloporteurnombre de boucles 3 2pression primaire bar 154 70température entrée cœur °C 284 278température sortie cœur °C 322 285pression entrée turbine bar 52,7 68température entrée turbine °C 269 282combustiblediamètre pastille UO2 mm 8,2 10,4diamètre crayon mm 9,5 12,5épaisseur de la gaine mm 0,57 0,81température de gaine °C 347 304température centrale UO2 °C 1871 1836puissance linéique max W/cm 426 435puissance linéique moyenne W/cm 170 184

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Evolutions des REB

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Évolution des architecture REB

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Simplification du REB

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Pompes de recirculation ABWR

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Comparaison de ABWR avec un BWR récent

Caractéristiques BWR-5 ABWRCentralePuissance thermique (MWt)Puissance électrique nette (MWe)Débit de vapeur (t/h)Dimensions bâtiment réacteurDimensions bâtiment turbineType de confinement

329311006400

85m*85m*75m120m*80m*50m

enceinte acier

392613567500

55m*60m*65m80m*100m*50m

béton armé avec peauCircuit primairePression de fonctionnement (bars)Température (°C)Débit (t/h)Hauteur cuve (m)Diamètre interne cuve (m)Pompes de recirculation

70,7282

48 300226,4

20 + 2 ext.

72,1284

52 200217,110

CœurNombre d'assemblagesTypePuissance volumique (MW/m3)Nombre de barres de commande

7648 X 8

50205

8728 X 850,6185

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Internes ABWR

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Internes SBWR

Retrait des pompesConvection naturelle

Cheminée

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Evolution of AREVA BWR Technology

SWR 1000

Product Line 69

Product Line 72

Full pressurecontainment - 61

• Kahl• Gundremmingen A• Lingen

• Würgassen• Brunsbüttel• Philippsburg 1• Isar 1• Tullnerfeld• Krümmel

• Gundremmingen B/C

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Confinement SWR 1000

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Filière évolutive

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Evolution des performances combustibles REB

BU de décharge

20

25

30

35

40

45

50

55

1970 1980 1990 2000 2010

années

BU

(G

Wj/t

)

7x7

8x87x7 i8x8 i

8x8 i Zr liner

8x8 htc

9x9

9x9 i

45GWj/t

33GWj/t

40GWj/t

22GWj/t

Conversion de gestion : opérationnelle et « naturelle »

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Évolution de performances combustibles REB

BU de décharge et enrichissement

30,0

35,0

40,0

45,0

50,0

55,0

60,0

65,0

70,0

3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

enrichissement moyen en U5

BU

en

GW

j/t

Le zonage implique de dépasser 5% au delà de 55GWj/t

Limite 5%

Aller au delà : le Pu ?

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Exemple d’assemblages

GE60 crayons

SVEA-9674 crayons

ANP ATRIUM-1091 crayons