Fortschritte beim eVinci-Mikroreaktor von Westinghouse

Das amerikanische Department of Energy (DOE) unterstützt die Entwicklung des eVinci-Mikroreaktors über das Advanced Reactor Demonstration Program (ARDP). Am 27. Februar 2023 hat das DOE bekanntgegeben, dass Westinghouse erstmals eine fast 4 Meter lange Heatpipe (Wärmerohr) hergestellt habe. Damit sei der Belegschaft des Westinghouse-Werks im amerikanischen Waltz Mill (Bundesstaat Pennsylvania) ein wichtiger Meilenstein in der eVinci-Entwicklung gelungen. «Die Heatpipe ist eine der grössten ihrer Art, die je gebaut wurde, und wird für den Nuklearen Testreaktor (NTR) verwendet, den das Unternehmen 2026 in Betrieb nehmen will», erklärte das DOE. Der NTR werde Daten für die Auslegung und Kommerzialisierung des eVinci-Mikroreaktors liefern.

Heatpipe: Wärmeabfuhr ohne bewegliche Teile
Wie bei anderen Kernreaktoren wird auch im Kern von eVinci bei der Kernspaltung Energie in Form von Wärme freigesetzt, die zur weiteren Nutzung abgeführt werden muss. Aktuelle Leistungsreaktoren besitzen einen oder zwei Kühlkreisläufe, um mit der Wärme Wasser in heissen Dampf und heissen Dampf via Turbine und Generator in Strom umzuwandeln. Dabei sind sowohl mechanischen Pumpen, Ventile sowie Rohrleitungen mit grossem Durchmesser erforderlich. Zudem müssen Vorkehrungen gegen das Austreten von Kühlmittel getroffen werden.

Solche beweglichen Teile sind nicht erforderlich, wenn die Wärme mit Heatpipes vom Verdampfer im Reaktorkern zum Kondensator ausserhalb des Kerns abgeführt wird. Wie die Heatpipes und der Reaktorkern von eVinci aussehen, zeigt Westinghouse in einem kurzen YouTube-Video. Der Reaktorkern besteht aus einem massiven Stahlblock, der Kanäle für die Heatpipes und die Rohre mit dem Uranbrennstoff enthält. Die Wärmeübertragung im langen dünnen Rohr der Heatpipe erfolgt passiv vom einen zum anderen Ende des Rohres. Jede einzelne Heatpipe enthält nur eine kleine Menge an Arbeitsflüssigkeit, die vollständig in einem abgedichteten Metallrohr eingeschlossen ist. Letzteres besteht aus einer speziellen Eisen-, Chrom- und Aluminiumlegierung, die sich durch hohe Hitzebeständigkeit und Wärmeübertragung auszeichnet. Übrigens: Viele von uns nutzen bereits Heatpipes im Miniformat in unseren Laptops und Handys, wo sie die Wärme von Prozessorkernen abführen.

Westinghouse werde Hunderte von Heatpipes mit einer Länge von etwas weniger als vier Metern herstellen, um beim Testreaktor die Wärme aus dem Reaktorkern abzuführen, so das DOE. Daten, die mit dem NTR gesammelt würden, dienten der Auslegung des eVinci-Mikroreaktors, der innerhalb des nächsten Jahrzehnts an mehreren Standorten zur dezentralen Strom- und Wärmeproduktion kommerziell eingesetzt werden solle.

Gemeinsames Zulassungsverfahren in Kanada und den USA
Am 21. Februar 2023 informierte Westinghouse, dass das gemeinsame Zulassungsverfahren der kanadischen und amerikanischen Nuklearaufsichtsbehörden beginne. Das Unternehmen habe «eine Absichtserklärung (Notice of Intent) zur Einreichung wichtiger Genehmigungsberichte für den eVinci-Mikroreaktor bei der amerikanischen Nuclear Regulatory Commission (NRC) und der Canadian Nuclear Safety Commission (CNSC) zur gemeinsamen Prüfung vorgelegt». Beide Behörden haben sich bereits auf eine verstärkte Zusammenarbeit bei der technischen Prüfung von fortgeschrittenen Reaktoren und kleinen, modularen Reaktoren (SMR) vorbereit und am 15. August 2019 eine Kooperationsvereinbarung unterzeichnet. Eine solche Zusammenarbeit gibt es bereits bei der Zulassung des Siedewasser-SMR BWRX-300 von GE Hitachi.

Gemäss Westinghouse «gehört eine Reihe gemeinsamer Schlüsselanforderungen für die Klassifizierung von Systemen, Strukturen und Komponenten für den eVinci-Mikroreaktor» zu den Themen, die beide Behörden gemeinsam prüfen werden. Dies werde den Einsatz einer Standardauslegung in den USA und Kanada ermöglichen, so Westinghouse, und laut NRC und CNSC sicherstellen, dass die Entwicklung und der Einsatz von innovativen Technologien sicher und effizient erfolgt. Weitere zu prüfende Themen seien die Festlegung der erforderlichen Transportanforderungen für den grenzüberschreitenden Transport des eVinci-Mikroreaktors sowie die Sicherheitsprüfungen und Inspektionsprogramme der Produktionsstätten.

Westinghouse konnte bereits einige Vorlizenzierungsaktivitäten abschliessen: «Im Laufe des Jahres 2022 reichte das eVinci-Team 24 technische Weissbücher (White Papers) bei der NRC ein», äusserte sich das Unternehmen. Weissbücher sind Grundlagendokumenten, die Vorschlägen zu Massnahmen und Vorgehen in einem bestimmten Bereich enthalten. Zudem habe man die ersten beiden thematischen Berichte (Topical Reports) bereits im Dezember – früher als geplant – zur formalen Prüfung durch die NRC eingereicht. Solche Berichte würden erstellt, um frühzeitig die Zustimmung der NRC zu kritischen Aspekten der Technologie und Auslegung zu erhalten. Im September 2022 gab Westinghouse bekannt, dass es die technische Auslegung von eVinci auch von der CNSC freiwillig im Rahmen eines Pre-Licensing Vendor Design Reviews (VDR) überprüfen lässt.

Der eVinci-Mikroreaktor im Überblick
Der eVinci von Westinghouse ist ein leicht zu transportierender, wartungsarmer Mikroreaktor im Entwicklungsstadium, der zur kohlenstoffarmen Erzeugung von Strom und Wärme eingesetzt werden kann. Er verfügt über eine elektrische Leistung von 5 MW und thermische Leistung von bis zu 13 MW. Anwendungsgebiete sind beispielsweise die Strom- und Wärmeversorgung von abgelegenen Gemeinden, Bergbaubetrieben, Industriezentren und Rechenzentren sowie die Wasserstofferzeugung.

Der Reaktorkern nutzt störfalltoleranten Triso-Brennstoff und kann über einen Zeitraum von mehr als acht Jahren ohne Brennstoffnachladung betrieben werden. Die vollständig passive Wärmeabfuhr aus dem Kern mit Heatpipes erlaubt gemäss Westinghouse einen autonomen Betrieb und inhärente Lastverfolgungsfunktionen. Der eVinci soll vollständig in einer Fabrik hergestellt, zusammengebaut und mit Brennstoff bestückt werden, bevor er in einem Container an jeden beliebigen Ort transportiert werden kann. Am Verwendungsort soll die Installation weniger als 30 Tage dauern.