De drukwaterreactoren van EdF, de EPR en EPR2

Inleiding

EPR is de afkorting van European Pressurized Reactor. Het is ’s werelds grootste drukwaterreactor met een vermogen van 1600 MWe. De reactor is als opvolger van de Franse N4 en de Duitse Konvoi tussen 1991 en 2010 ontwikkeld door Framatome en Siemens. Vanwege de samenwerking voldoet de EPR aan zowel de Duitse als de Franse en daarmee aan de Europese veiligheidseisen. Het ontwerp behoort tot de allerveiligste, die er bestaan. Siemens beëindigde de samenwerking in 2011 en Framatome is opgegaan in Areva. Het ontwerp van EPR kwam daarna in handen van EdF, het Franse staatselektriciteitsbedrijf. EPR is een reactor van de derde generatie. Van belang is, dat EPR een enkele turbine/generator heeft.

Ontwerpkarakteristieken

In wezen is EPR gebaseerd op een conventioneel reactorontwerp. De reactor heeft vier stoomgeneratoren, die schuin boven het reactorvat zijn geplaatst. Elke stoomgenerator is aangesloten op een eigen circulatieleiding met in het koude been een koelmiddelpomp. De drukgenerator is aangesloten op een van de leidingen. De stoomgeneratoren vormen de grens tussen het primaire en het secundaire systeem.

Tabel: Enkele kenmerken van de EPR

Veiligheidsaspecten

De EPR bevat zowel actieve als passieve veiligheidssystemen. De berekende kans op een geheel of gedeeltelijk smelten van de reactorkern is kleiner dan eens in de miljoen jaar. Er zijn een viertal onafhankelijke noodkoelsystemen. Elk systeem is in staat om alle vervalwarmte weg te koelen gedurende een periode van ongeveer een jaar. In die tijd kan geen beschadiging van de reactorkern plaatsvinden. Daarna is ingrijpen nodig. Voorts heeft elke reactor een gebunkerd, dubbel uitgevoerd reactorgebouw, ofwel een dubbel containment. Zowel binnen– als buitencontainment bestaan uit voorgespannen beton met een gezamenlijke dikte van 2,6 meter. Ze beschermen de reactor tegen invloeden van buiten, zoals bijvoorbeeld een neerstortend vliegtuig en de leefomgeving tegen de gevolgen van een intern ongeval. Om een groot intern ongeval met kernsmelten met succes te beheersen en de druk in het reactorgebouw niet gevaarlijk hoog te laten oplopen, is een sproeisysteem in het containment aanwezig, die ook de vervalwarmte naar buiten afvoert. Voor het geval dat er ondanks alle voorzorgsmaatregelen toch grootschalig smelten van de reactorkern zou plaatsvinden, inclusief de productie van waterstof, zijn er speciale voorzieningen om de gevolgen te beheersen. Dat zijn het katalytische recombinatiesysteem, dat de waterstof omzet in water, waardoor de waterstofconcentratie in het containment laag blijft, als ook de kernopvanginrichting onder het reactorvat, die de gesmolten reactorkern opvangt en koelt, zodat de fundering heel blijft en er geen radioactieve stoffen in het grondwater terecht kunnen komen. Tenslotte is er een installatie, die na een groot ongeluk eventuele radioactieve gassen, die terecht komen in de spouw tussen binnen– en buitencontainment, afzuigt, filtert en de radioactiviteit bindt. Op grond van alle getroffen veiligheidsmaatregelen is de evacuatie van de omgeving na een groot ongeluk niet nodig.

EPRs in bedrijf en in aanbouw

• China heeft al een tweetal EPRs in bedrijf. Dat zijn Taishan–1 en –2 in de provincie Guangdong. De bouw startte in november 2009 en in april 2010. De geplande bouwtijd was vier jaar, maar dat bleek niet haalbaar te zijn. De commerciële bedrijfsfase begon in december 2018 en in september 2019.
• Finland was het eerste land, dat een EPR bestelde. De bouw van Olkiluoto–3 begon in juli 2005. Het project is geplaagd door vele tegenslagen. Er waren problemen met de kwaliteitscontrole van de toegepaste materialen en de onderaannemers, waren niet bekend met de nucleaire eisen. De bouwkosten liepen daardoor uit de hand. Aanvankelijk bedroegen die € 3,7 miljard, maar ze zijn inmiddels opgelopen tot € 8,5 miljard. De reactor had in 2009 in bedrijf moeten gaan. De commerciële bedrijfsfase is in mei 2023 begonnen. 
• Frankrijk was het tweede land, dat een EPR bestelde. De bouw van Flamanville–3 begon in december 2007. Ook dit bouwproject heeft grote tegenslagen gekend. Een kwart van de lasverbindingen van de stalen bekleding van het binnencontainment voldeed niet aan de eisen. Verder waren er problemen met de materiaalsterkte van het reactorvat en voorts met de lasverbindingen van de doorvoeringen van de stoomleidingen door het containment. Ook in Flamanville zijn de bouwkosten sterk opgelopen. Van aanvankelijk € 3,3 miljard naar € 12,4 miljard. De reactor had in 2012 moeten opstarten. Volgens de planning begint de commerciële bedrijfsfase in 2023.
• De Engelse regering besloot in september 2016 om een tweetal EPR-eenheden te bouwen. De centrale heet Hinkley Point C. Aan het bouwbesluit ging een overeenkomst China en ook een met de Engelse reactorbouwer Rolls Royce vooraf. Ook waren moeilijke onderhandelingen over de gegarandeerde elektriciteitsprijs. De investeringskosten bedragen € 12,5 miljard per eenheid. Omdat Hinkley Point het eerste nieuwbouwproject in Engeland in 20 jaar tijds is, was de Engelse regering bereid het project met een bedrag van € 2,2 miljard te ondersteunen. Voordat de bouw begon, is de planning verbeterd, waarbij de nadruk kwam te liggen op een meer modulaire bouwwijze en op het toepassen van samengestelde componenten. Een voorbeeld is het gebruik van ’s werelds grootste kraan, die in een keer het reactorvat inhijst. Het bouwproject startte in juni 2019 en de verwachting is, dat de eerste reactor in 2026 opstart. Afhankelijk van de voortgang en de kostenontwikkeling bij Hinkley Point C zal de Engelse regering een besluit nemen over bouw van Sizewell C, een overeenkomstige kerncentrale met twee EPR-eenheden in.

Nieuw model EPR2

De Franse regering heeft in oktober 2019 aan EdF gevraagd om met gebruikmaking van alle opgedane ervaring een nieuw model EPR te ontwikkelen. Dat is de EPR2. Het voorstel van de Franse regering om een zestal kernreactoren van het type EPR2 te bouwen heeft de goedkeuring van het parlement gekregen. De bouw van de eenheden vindt plaats in de vorm van een drietal twineenheden. Het eerste stel met een gezamenlijk vermogen van 3300 MWe komt in Penly in het uiterste noordwesten van het land. Dat is naast de twee bestaande eenheden van het type P4, die elk een vermogen hebben van 1330 MWe. De planning is om met de bouw te beginnen in 2027. De eerste eenheid is dan in 2035 gereed. Voorts is het principebesluit genomen om de serie van zes uit te breiden met nog acht eenheden van het type EPR2. Daarme zou het totale vermogen van de nieuwbouw uitkomen op 23 GWe. De laatste van de serie van veertien moet voor het jaar 2050 in bedrijf komen. 

De investeringskosten van de eerste zes EPR2s bedragen € 52 miljard. Daarmee zouden ze per eenheid 30% goedkoper zijn dan de EPRs, die in aanbouw zijn. De factoren, die aan deze kostenreductie bijdragen, zijn het betere projectmanagement, inclusief de gebruikmaking van de ervaringen opgedaan met de bouw van de eerdere EPRs, alsook de vereenvoudiging van het ontwerp. Die vereenvoudiging is mogelijk vanwege de ontstaansgeschiedenis van het ontwerp. De reactor was vooral bedoeld voor de Frans-Duitse thuismarkt. Daarom voldoet het ontwerp van de EPR zowel aan de Franse als aan de Duitse veiligheidseisen. Omdat de  veiligheidsfilosofieën verschillen, heeft de EPR extra veiligheidssystemen. De veiligheidsvoorzieningen zijn als het ware gestapeld. Dat leidt niet automatisch tot een veiliger ontwerp. Een te veel aan systemen kan ertoe leiden, dat ze elkaar tegenwerken, zodat de veiligheid afneemt. Vereenvoudiging leidt dan tot een veiliger reactor, die bovendien goedkoper is. De beste manier om de veiligheid van een ontwerp te optimaliseren is met behulp van een risicoanalyse. Naar verwachting zal de EPR2 dezelfde kleine kans op kernsmelten hebben als de EPR, namelijk eens in de miljoen jaar.