in the United States Annie Kammerer San Diego September - PowerPoint PPT Presentation

in ¡the ¡United ¡States ¡ Annie ¡Kammerer ¡ San ¡Diego ¡ September ¡2013 ¡

¡ About ¡the ¡NRC ¡and ¡nuclear ¡power ¡today ¡ ¡ Basic ¡nuclear ¡plant ¡design ¡concepts ¡ § how ¡they ¡work ¡and ¡what ¡can ¡go ¡wrong ¡ ¡ Why ¡the ¡engineering ¡of ¡NPPs ¡is ¡unique ¡and ¡challenging ¡ ¡ The ¡history ¡of ¡seismic ¡regulations, ¡design ¡approaches, ¡and ¡ reevaluation ¡efforts ¡ ¡ The ¡performance-­‑based ¡and ¡risk-­‑informed ¡methods ¡ ¡ The ¡impact ¡of ¡the ¡Fukushima ¡Daiichi ¡accident, ¡including ¡ current ¡and ¡future ¡NRC ¡efforts ¡

¡ First ¡regulator ¡-­‑ ¡Atomic ¡Energy ¡Commission ¡(1954) ¡ ¡ Energy ¡Reorganization ¡Act ¡of ¡1974 ¡ § Department ¡of ¡Energy ¡(Federal ¡department) ¡ ▪ Development ¡and ¡non-­‑civilian ¡use ¡ ▪ Federal ¡cabinet-­‑level ¡department ¡ § Nuclear ¡Regulatory ¡Commission ¡ ▪ Civilian ¡use ¡of ¡nuclear ¡materials, ¡including ¡materials ¡safeguards ¡ ▪ Independent ¡commission ¡headed ¡by ¡5 ¡commissioners ¡ ¡ Nuclear ¡Non-­‑Proliferation ¡Act ¡of ¡1978 ¡ § Limits ¡the ¡spread ¡of ¡nuclear ¡weapons. ¡Established ¡criteria ¡ governing ¡U.S. ¡nuclear ¡exports ¡licensed ¡by ¡the ¡NRC ¡and ¡ strengthened ¡international ¡safeguards ¡system ¡

¡ 1950s ¡to ¡1970s ¡US ¡built ¡plants ¡ ¡ 1979 ¡Three ¡Mile ¡Island ¡incident ¡ ¡ § Significant ¡changes ¡in ¡US ¡regulatory ¡approach ¡ § Development ¡of ¡self ¡policing ¡and ¡industry ¡insurance ¡ ¡ 1986 ¡Chernobyl ¡Nuclear ¡Accident ¡ ¡ 9/11 ¡led ¡to ¡important ¡improvements ¡to ¡NPPs ¡to ¡ withstand ¡blast, ¡aircraft ¡impact, ¡and ¡willful ¡ threats ¡(changes ¡protect ¡against ¡explosion) ¡ ¡ About ¡2007, ¡NRC ¡began ¡issuing ¡new ¡permits ¡and ¡ licenses ¡ ¡ 2011 ¡Fukushima ¡Accident ¡

¡ Approximately ¡100 ¡US ¡reactors ¡generating ¡ 16% ¡of ¡total ¡power ¡ § New ¡reactors ¡coming ¡on-­‑line ¡due ¡to ¡2004 ¡energy ¡ policy ¡changes ¡and ¡new ¡regulatory ¡approach ¡ § A ¡few ¡older ¡and ¡single ¡unit ¡plants ¡going ¡off-­‑line. ¡ Principally ¡for ¡economic ¡reasons ¡due ¡to ¡natural ¡gas ¡ prices ¡ ¡ 430 ¡nuclear ¡plants ¡in ¡30 ¡countries ¡(globally ¡ increasing) ¡ ¡ Base ¡load ¡plants ¡and ¡no ¡carbon ¡emissions ¡

¡ Safety-­‑related ¡elements ¡include ¡Structures, ¡Systems ¡and ¡ Components ¡(SSCs) ¡ ¡ Wide ¡range ¡of ¡important ¡ground ¡motion ¡input ¡ frequencies ¡ § Typically ¡1 ¡to ¡10Hz ¡for ¡most ¡components ¡ § Long ¡period ¡components ¡such ¡as ¡except ¡pools ¡& ¡tanks ¡ § High ¡frequency ¡chatter ¡sensitive ¡components ¡such ¡as ¡ ¡relays ¡ ¡ Extreme ¡hazards ¡(10 -­‑4 ¡annual ¡probability ¡motions) ¡ ¡ Uniquely ¡high ¡performance ¡standards ¡ § Onset ¡of ¡“significant ¡inelastic ¡deformation” ¡less ¡than ¡10 -­‑5 ¡ ¡ Defense-­‑in-­‑depth ¡as ¡fundamental ¡principal ¡ ¡ Risk-­‑informed ¡regulatory ¡decision-­‑making ¡

¡ Similar ¡to ¡other ¡steam ¡turbine-­‑based ¡energy ¡ systems ¡(e.g., ¡coal ¡and ¡natural ¡gas ¡plants) ¡ ¡ There ¡are ¡two ¡main ¡types ¡of ¡NPPs ¡in ¡the ¡US ¡ currently ¡(both ¡are ¡“light ¡water ¡reactors”) ¡ § Boiling ¡water ¡reactors ¡(BWR, ¡about ¡35 ¡units) ¡ § Pressurized ¡water ¡reactors ¡(PWR, ¡about ¡69 ¡units) ¡

Typical ¡Boiling ¡ Water ¡Reactor ¡ (1) the ¡core ¡inside ¡ the ¡reactor ¡ vessel ¡creates ¡ heat ¡through ¡ nuclear ¡fission ¡ processes ¡

Typical ¡Boiling ¡ Water ¡Reactor ¡ (2) ¡ ¡A ¡steam-­‑water ¡ mixture ¡is ¡ produced ¡when ¡ very ¡pure ¡water ¡ moves ¡upward ¡ through ¡the ¡core, ¡ absorbing ¡heat ¡

Typical ¡Boiling ¡ Water ¡Reactor ¡ (3) ¡ ¡The ¡steam-­‑water ¡ mixture ¡leaves ¡the ¡ top ¡of ¡the ¡core ¡and ¡ enters ¡the ¡two ¡ stages ¡of ¡moisture ¡ separation ¡where ¡ water ¡droplets ¡are ¡ removed ¡before ¡ the ¡steam ¡is ¡ allowed ¡to ¡enter ¡ the ¡steam ¡line ¡

Typical ¡Boiling ¡ Water ¡Reactor ¡ (4) ¡ ¡The ¡steam ¡line ¡ directs ¡the ¡steam ¡to ¡ the ¡main ¡turbine, ¡ causing ¡it ¡to ¡turn ¡ the ¡turbine ¡ generator, ¡which ¡ produces ¡electricity ¡

Typical ¡Pressurized ¡ Water ¡Reactor ¡ (1) The ¡core ¡inside ¡ the ¡reactor ¡vessel ¡ creates ¡heat ¡ through ¡nuclear ¡ fission ¡processes. ¡ Heats ¡pressurized ¡ water ¡in ¡the ¡ primary ¡coolant ¡ loop. ¡

Typical ¡Pressurized ¡ Water ¡Reactor ¡ (2) ¡ ¡Pressurized ¡ water ¡in ¡the ¡ primary ¡coolant ¡ loop ¡carries ¡the ¡ heat ¡to ¡the ¡steam ¡ generator ¡

Typical ¡Pressurized ¡ Water ¡Reactor ¡ (3) ¡ ¡Inside ¡the ¡steam ¡ generator, ¡heat ¡ from ¡the ¡ pressurized ¡hot ¡ water ¡in ¡the ¡primary ¡ coolant ¡loop ¡is ¡ transferred ¡to ¡water ¡ at ¡atmospheric ¡ pressure, ¡creating ¡ steam ¡

Typical ¡Pressurized ¡ Water ¡Reactor ¡ (4) ¡ ¡The ¡steam ¡line ¡ directs ¡the ¡steam ¡to ¡ the ¡main ¡turbine, ¡ causing ¡it ¡to ¡turn ¡ the ¡turbine ¡ generator, ¡which ¡ produces ¡electricity ¡

Current ¡ licensing ¡ Operating ¡ NPPs ¡

The ¡Diablo ¡ Reactor, ¡turbine, ¡and ¡ Canyon ¡Nuclear ¡ Pacific ¡is ¡the ¡ Plant ¡in ¡San ¡Luis ¡ administration ¡buildings ¡ ultimate ¡heat ¡sink ¡ Obispo, ¡ California ¡ ¡ Highest ¡seismic ¡ design ¡in ¡the ¡US ¡ at ¡0.75g ¡PGA ¡ (100Hz) ¡ ¡ 2 ¡unit ¡ Spent ¡Fuel ¡Pools ¡and ¡ Westinghouse ¡ Independent ¡Spent ¡Fuel ¡Storage ¡ PWR ¡NPP ¡ Installation ¡(ISFSI) ¡

¡ Unlike ¡in ¡most ¡other ¡facilities, ¡the ¡structure ¡is ¡just ¡ one ¡player ¡(& ¡typically ¡seismic ¡doesn’t ¡control ¡the ¡ design). ¡ ¡ Seismic ¡safety ¡of ¡NPPs ¡requires ¡that ¡5 ¡critical ¡safety ¡ functions ¡are ¡maintained. ¡These ¡require ¡a ¡large ¡ number ¡of ¡SSCs, ¡which ¡are ¡specified ¡as ¡Safety ¡ Classification ¡I ¡(SC ¡I) ¡ ¡ Analysis ¡of ¡seismic ¡safety ¡is ¡currently ¡broken ¡into ¡ three ¡considerations: ¡Hazard ¡Assessment, ¡Design ¡& ¡ Performance ¡Assurance, ¡Risk ¡Analysis ¡

¡ 5 ¡Critical ¡Safety ¡Functions ¡ § Reactor ¡reactivity ¡control ¡ performance ¡ ▪ stopping ¡the ¡reaction ¡in ¡the ¡core ¡ § Reactor ¡coolant ¡pressure ¡control ¡ Basis ¡of ¡ criteria ¡ ▪ keeping ¡coolant ¡pressure ¡at ¡sufficient ¡levels ¡ § Reactor ¡coolant ¡inventory ¡control ¡ ▪ Keeping ¡coolant ¡volume ¡at ¡sufficient ¡levels ¡ § Decay ¡heat ¡removal ¡ ▪ keeping ¡the ¡core ¡cool ¡ ▪ includes ¡maintaining ¡ultimate ¡heat ¡sink ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡+ ¡ § Containment ¡ ▪ Containing ¡radioactive ¡products ¡even ¡in ¡cases ¡of ¡melt ¡ ¡ “Station ¡Blackout” ¡a ¡very ¡bad ¡scenario ¡due ¡to ¡need ¡for ¡decay ¡ heat ¡removal ¡(pumps ¡to ¡move ¡water) ¡ § Loss ¡of ¡offsite ¡power ¡is ¡assumed ¡in ¡design ¡and ¡risk ¡analysis ¡