1

Sekilas Proyek HTR-10 China*

Tim Pendukung Teknis Reaktor Daya Eksperimen PTKRN-BATANAgustus 2014

*Ulasan dari makalah: Yuanhui Xu, Kaifen Zuo, `Overview of the 10 MW high temperature gas cooled reactor

– test module project`, Nucl. Eng. Des. 218(2002) 13-23.

2

Dokumen informal ini disusun sebagai bahan studi literatur dan sosialisasi pengembangan HTGR Modular khususnya tipe Pebble Bed Reaktor.

Bagian dari kegiatan Tim Pendukung Teknis Reaktor Daya Eksperimen (PT-RDE) BATAN, namun isi dari dokumen ini tidak mewakili hasil kajian

ataupun rekomendasi dari Tim PT-RDE BATAN.

Disclaimer

3

Bahasan

1. Sejarah pengembangan High Temperature Gas Cooled Reactors (HTGR) di China.

2. Desain dan sasaran pengembangan HTR-103. Desain, konstruksi, dan komisioning HTR-104. Eksperimen keteknikan HTR-105. Pengalaman dari konstruksi HTR-106. Simpulan

4

1.Sejarah pengembangan HTGR di China

• Mid-1970an: 100 MWt Thorium Thermal Breeder.

• 1981-1985: Program 5 tahun `Riset tentang Teknologi Dasar HTGR`.

• 1986-~: Pengembangan HTGR dalam Program 863.

• Proyek HTR-10

5

Mid-1970an: 100 MWt Thorium Thermal Breeder (1/3)

• Desain konseptual HTGR tipe Pebble Bed dengan dua zona (core-blanket)*.

• Keunikan desain konseptual diatas:– Desain yang kompak (specific power yang tinggi)– Rasio pembiakan yang tinggi (mendekati satu)– Performa operasi yang baik (inherently stable, on-load

refueling, dll.)• HTGR didesain untuk beroperasi dengan siklus thorium.• Dikembangan perangkat lunak untuk fisika neutronik

reaktor, termal hidraulik, dll. Juga melakukan beberapa eksperimen.

6

Mid-1970an: 100 MWt Thorium Thermal Breeder (2/3)

• Eksperimen/studi yang dilakukan:– Tes pemodelan pengungkung reaktor beton dengan skala 1:10– Tes seismik pemodelan struktur teras berbahan grafit dengan skala

1:10.– Tes sistem penanganan bahan bakar (termasuk komponennya)– Tes kekuatan mekanik– Test model control rod drive dengan skala 1:2.7 dan 1:1– Eskperimen stabilitas aliran dua-fasa dan vibration-induced wear dari

generator uap.– Tes bering berpelumas minyak untuk pompa He.– Tes static sealing.– Riset reprosesing bahan bakar bekas mengandung Th.– Pengembangan grafit nuklir.– Riset teknologi bahan bakar HTGR.

7

Mid-1970an: 100 MWt Thorium Thermal Breeder (3/3)

Pembangunan reaktor ini ditunda hingga waktu yang tidak ditentukan (dihentikan!) karena

berbagai alasan terutama masalah pendanaan.

8

1981-1985: Riset Teknologi Dasar HTGR(1/2)

• Dukungan dana dari State Science and Tech. Committee pemerintah China.

• Sasaran utama: – melakukan desain HTR-Module– Riset fitur keselamatan dari HTR-Module– Mengembangkan perangkat lunak untuk neutronik reaktor, termal hidraulik

dan analisis keselamatan.• Desain konseptual reaktor Pebble Bed yang dihasilkan:

– HTR-Module-334: Siklus Multi-pass dengan daya 334 MWt.– HTR-OTTO-200: Siklus Once-through-then-out (OTTO) dengan daya 200 MWt.

• Desain berbasis HTR-M Jerman, beberapa modifikasi desain baru dilakukan dengan menambah daya keluaran tanpa mengurangi fitur keselamatan dan meningkatkan nilai ekonomis reaktor secara signifikan.

9

1981-1985: Riset Teknologi Dasar HTGR (2/2)

• Secara paralel, studi pemanfaatan HTGR sebagai sumber panas bagi berbagai industri (selain pembangkitan daya listrik) juga dilakukan.

• INET dan Juelich Center melakukan studi kelayakan teknis dan ekonomis pemanfaatan HTGR sebagai sumber panas untuk industri heavy oil recovery dan petro-chemical. Disimpulkan bahwa secara teknis HTGR dapat dimanfaatkan pada dua industri diatas, dan secara ekonomis HTGR mampu bersaing dengan pembangkit berbahan bakar fosil dalam kondisi tertentu.

10

1986-1990: HTGR dalam Program 863 (1/3)

• Program litbang HTGR menjadi bagian Program 863 (China`s National High Technology Research and Development Program) .

• HTGR diketahui sebagai salah satu reaktor paling canggih untuk digunakan pada abad 21 karena fitur keselamatan inheren HTGR.

• Telah dilaksanakan perhitungan teoritis HTR-Module dengan keluaran daya 200 MW

• Dilakukan 8 topik penelitian terkait HTGR, dan direncanakan untuk mulai membangun HTGR setelah menyelesaikan 8 topik penelitian ini.

11

1986-1990: HTGR dalam Program 863 (2/3)

• Topik riset yang dilakukan:1. Desain konseptual dan pengembangan perangkat lunak untuk

fisika neutronik teras, termal hidraulik, dan analisis keselamatan.

2. Pengembangan proses manufaktur bahan bakar3. Reprosesing siklus bahan bakar Th-U.4. Desain internal reaktor keramik dan analisis tekanan.5. Pengembangan teknologi He.6. Desain bejana tekan.7. Pengembangan sistem penanganan bahan bakar.8. Pengembangan ilmu dan teknologi bahan: grafit nuklir, insulasi

temperatur tinggi, dan produksi alloys temperatur tinggi untuk pembangkit uap.

12

1986-1990: HTGR dalam Program 863 (3/3)

• Mengapa HTGR dipilih dalam Program 863?– Pengalaman atau rekam jejak HTGR dalam pengembangan energi nuklir.

Mis. pengalaman desain, konstruksi dan operasi AVR dan THTR-300 di Jerman.

– Pertimbangan daya saing HTGR secara ekonomisPLTN dapat bersaing bahkan menggantikan pembangkit fosil hanya jika biaya listriknya ( khususnya biaya investasi awal) lebih kecil atau sama dengan biaya pembangkitan dengan pembangkit fosil. HTGR bs jadi solusi ?!**

– Isu keselamatan yang menghambat pemanfaatan energi nuklir secara global.HTGR, khususnya berbasis desain HTR-M Jerman telah terbukti bahwa dalam kecelakaan apapun temperatur bahan bakar tidak akan melebihi 1600 oC, tidak mungkin terjadi pelelehan teras sehingga lingkungan luar tidak akan terkontaminasi.

13

Strategi Pembangunan HTGR?• Opsi pembangunan HTGR:

1. Bekerja sama dengan negara atau perusahaan asing untuk membangun prototipe HTGR Modular.• Lebih mudah dan cepat, tak perlu membangun reaktor eksperimen karena teknologi

HTGR Modular telah dikembangkan di negera lain.• Namun, investasi untuk mendapatkan dukungan pemerintah akan terlalu besar juga

pertimbangan kesiapan basis industri China. Sehingga resiko opsi ini terlalu tinggi.

2. Mulai dengan membangun reaktor eksperimen dengan daya kecil untuk mendapatkan know-how yang diperlukan untuk bisa menggunakan teknologi HTGR modular.• Menghasilkan model praktis untuk mencoba fiture keselamatan inheren dari HTGR

Modular.• Lebih realistis dan cocok dengan kondisi (industri) China saat itu.• Selain itu, China (INET) memiliki hubungan baik dengan Juelich Center dan

Siements/Interatom. Khususnya Siemens yang menyatakan akan mendukung secara teknis dan pendanaan.

• China (INET bekerja sama dengan Siemens/Interatom) memutuskan untuk membangun 10 MW Modul tes HTGR (HTR-10) di INET.

14

Bahasan

1. Sejarah pengembangan High Temperature Gas Cooled Reactors (HTGR) di China.

2. Desain dan sasaran pengembangan HTR-103. Desain, konstruksi, dan komisioning HTR-104. Eksperimen keteknikan HTR-105. Pengalaman dari konstruksi HTR-106. Simpulan

15

2. Desain dan Sasaran HTR-10 (1/2)

• Isu-isu penting dalam proses desain konsep HTR-10:– Reaktor pebble bed dipilih, bukan tipe prismatik.– Daya 10 MWt (investasi awal dari Program 863, transisi ke

prototipe HTR-Modular tidak terlalu besar, kesiapan kapasitas mannufaktur industri China saat itu.

– Desain HTR-10 merepresentasikan fitur-fitur penting dari HTR-Modular (Mis. Side-by-side, multi-loading mode, CR di reflektor samping, confinement, dll.) meskipun akan membuat desain HTR-10 lebih komplek.

– Diputuskan untuk membangkitkan listrik dengan HTR-10 meskipun daya nya terbatas.

– Aplikasi HTGR dan eksperiment terkait keselamatan menjadi pertimbangan dalam desain konseptual.

16

2. Desain dan Sasaran HTR-10 (2/2)

• Sasaran utama dari HTR-10:1. Mendapatkan know-how dalam melakukan desain,

konstruksi, dan operasi HTGR.2. Membangun fasilitas irradiasi dan eksperimen3. Mendemonstrasikan fitur keselamatan inheren dari

HTGR modular.4. Melakukan tes pembangkitan listrik, kogenerasi, dan

teknologi turbin gas siklus tertutup.5. Menyelesaikan litbang aplikasi panas dari nuklir.

17

Bahasan

1. Sejarah pengembangan High Temperature Gas Cooled Reactors (HTGR) di China.

2. Desain dan sasaran pengembangan HTR-103. Desain, konstruksi, dan komisioning HTR-104. Eksperimen keteknikan HTR-105. Pengalaman dari konstruksi HTR-106. Simpulan

18

3. Desain, konstruksi, dan komisioning HTR-10 (1/4)

• 1988-1990: INET dan Siemens/Interatom melakukan desain konseptual HTR-10. (Makalah Steinwarz thn 1990 di NED)

• 1991-1992: INET menyelesaikan studi pra-kelayakan untuk proyek HTR-10.

• 1992 (Maret): Izin membangun HTR-10 dikeluarkan oleh State Council.

• Pengajuan Environmental Impact Report untuk menentukan tapak HTR-10 ke Nat. Environmental Protection Administration (NEPA), juga Sitting and Seismic Report ke Nat. Nuclear Safety Administration (NNSA). Keduanya disetujui pada Desember 1992.

19

3. Desain, konstruksi, dan komisioning HTR-10 (2/4)

• Penyusunan desain dasar (basic design):– Pengajuan `Design Criteria` dan `Standard Content and Format

of the Safety Analysis Report`. Disetujui oleh Nat. Nuclear Safety Administration pada September 1992 dan Maret 1993.

– Review oleh Siemens/Interatom terhadap desain dasar yang disusun INET, sekaligus saran untuk desain detail dan konstruksi HTR-10. Review selesai pada Agustus 1994.

• Penyusunan desain detail oleh INET dan lembaga lain:– The Architecture Inst. Of Tsinghua: bangunan reaktor.– The Nuclear Power Inst. Of China: Sistem pemurnian He.– China`s Electric Power Technology Import and Export Corp.:

Unit konversi daya.

20

3. Desain, konstruksi, dan komisioning HTR-10 (3/4)

• Prosedur perizinan HTR-10 sama dengan yang digunakan untuk reaktor nuklir lain di China:– Pengajuan izin konstruksi– Pengajuan izin komisioning

• Desember 1993 INET mengajukan Preliminary Safety Analysis Report (PSAR) untuk izin konstruksi kepada NNSA. Izin konstruksi dikeluarkan pada Desember 1994.

• 14 Juni 1995 – Oktober 1997: Konstruksi bangunan reaktor.

• 1999: konstruksi `conventional island` selesai.

21

3. Desain, konstruksi, dan komisioning HTR-10 (4/4)

• Komponen utama HTR-10 semuanya dimanufaktur oleh berbagai industri di Shanghai (bejana tekan, pembangkit uap, hot gas duct, internal reaktor, pompa He).

• Nov. 1998: Instalasi 3 bejana tekan dan pembangkit uap.• Des.1999: Instalasi internal reaktor keramik dan metalik.• Mei 2000: instalasi batang kendali, sistem small absorber ball, sistem penanganan

bahan bakar, pompa He, dan unit konversi daya.• Agust. 2000: tes siklus primer dari kebocoran udara. (laju kebocoran lebih rendah

dari spesifikasi teknis).• Okt. 2000: tes pra-operasi mencakup

– sistem siklus utama dan sistem sampingan (auxiliary) pada kondisi dingin, tes performa sistem suplai daya, tes sistem kontrol dan instrumentasi

• Nov.2000: persetujuan izin komisioning dari NNSA.• 21 Nov. 2000: Awal pengisian teras.• 1 Des. 2000: pra-kritikalitas• 21 Des. 2000: kritikalitas pertama.

22

Bahasan

1. Sejarah pengembangan High Temperature Gas Cooled Reactors (HTGR) di China.

2. Desain dan sasaran pengembangan HTR-103. Desain, konstruksi, dan komisioning HTR-104. Eksperimen keteknikan HTR-105. Pengalaman dari konstruksi HTR-106. Simpulan

23

4. Pengalaman Keteknikan HTR-10 (1/2)

• HTR-10 memiliki fitur desain yg sama dengan HTR-Module Jerman, kecuali beberapa hal yang disesuaikan dengan kebutuhan desain China (pembangkit uap, sistem penanganan bahan bakar, sistem kendali batang kendali).

• Penting untuk melakukan eksperimen teknis untuk membuktikan modifikasi atau bahkan komponen baru. INET melaksanakan eksperimen teknis untuk 8 teknologi kunci HTR-10.

24

4. Pengalaman Keteknikan HTR-10 (2/2)

• Eksperimen teknis:1. Tes performa hot gas duct.2. Pengukuran temp. mixture degree pada dasar teras.3. Tes kestabilan aliran 2-fasa untuk pembangkit uap once-

through.4. Tes performa untuk sistem penanganan bahan bakar

pulse pneumatic.5. Tes performa mekanisme batang kendali.6. Tes validasi dan verifikasi sistem proteksi reaktor digital.7. Tes pengukuran penampang lintang serapan neutron

dari grafit reflektor.8. Tes performa pompa He.

25

Bahasan

1. Sejarah pengembangan High Temperature Gas Cooled Reactors (HTGR) di China.

2. Desain dan sasaran pengembangan HTR-103. Desain, konstruksi, dan komisioning HTR-104. Eksperimen keteknikan HTR-105. Pengalaman dari konstruksi HTR-106. Simpulan

26

5. Pengalaman dari Konstruksi HTR-10 (1/4)

- Banyak pengetahuan dan pengalaman yang diperoleh dari desain, konstruksi, dan operasi HTR-10.

- Hal diatas akan membantu desain reaktor prototipe HTGR Modular yang lebih besar.

- Diantara pelajaran utama, bahwa keunggulan HTR-Modular semakin jelas. Tidak ada keraguan bahwa HTR-Module aman secara inheren dan mampu mencapai daya saing ekonomi.

27

5. Pengalaman dari Konstruksi HTR-10 (2/4)

Pelajaran dari proyek HTR-10:1. HTR-Modular dapat dibangun dalam jangka waktu

yang pendek.- 5 tahun dari pengecoran pertama hingga kritikalitas. - Dapat dipersingkat di masa depan:

- Instalasi semua komponen dan sistem 1 tahun.- Kerja sipil1 tahun.- Instalasi sitem internal reaktor grafit selama 4 bulan karena

dilakukannya pra-instalasi di bengkel sebelum instalasi pada bejana tekan reaktor.

- Instalasi sistem dapat dilakukan dengan singkat karena sistem HTR-10 yang sederhana.

- Penggunaan sistem kontrol dan proteksi reaktor seluruhnya secara digital dapat mempersingkat masa pra-komisioning.

28

5. Pengalaman dari Konstruksi HTR-10 (3/4)

Pelajaran dari proyek HTR-10:2. Sistem dari HTR-Modular sederhana dan dapat

diproduksi secara modular. Sistem yang sedikit rumit dari sisi pengaturan, jumlah komponen, dan requirement komponen adalah sistem penanganan bahan bakar dan sistem pemurnian He, selain juga siklus primer. Sistem lain sangat konvensional dan mudah di instalasi.

3. Klasifikasi dari komponen dan sistem perlu dipertimbangkan kembali. HTR-10 menggunakan klasifikasi untuk reaktor berpendingin air (light water reactor, LWR).

29

5. Pengalaman dari Konstruksi HTR-10 (3/4)

Pelajaran dari proyek HTR-10:4. Untuk promosi pengembangan HTGR secara

global, diperlukan kerjasama internasional yang baik. Dukungan internasional mempercepat konstruksi HTR-10. Prospek pengembangan HTGR akan tidak jelas bila pengembangan tanpa kerjasama internasional.

30

6. Simpulan

• Untuk memenuhi keperluan energi dan meminimalkan masalah polusi energi nuklir harus menggantikan sebagian dari energi berbasis fosil.

• HTGR Modular memiliki peluang yang baik sebagai pengganti pembangkit fosil karena keselamatan inheren, kesederhanaan sistem, dan daya saing ekonomis.

• Melihat pengalaman pengembangan HTGR selama 30 tahun, dapat disimpulkan bahwa strategi pengembangan dari HTGR Modular telah benar dan cocok dengan kondisi China.

• Komersialisasi HTGR modular akan terealisasi dalam waktu dekat di China.

31