HTR–PM
Type: SMR HTGR, Hoge Temperatuur Gasgekoelde Reactor – China
Zie de KernVisie nieuwsbericht met titel: “China beziet ombouw van oude kolencentrales in nieuwe kerncentrales” van 5 oktober 2025 door op de titel te klikken.
Achtergrondinformatie:
HTR–PM is de afkorting van Hoge Temperatuur Reactor – Pebble bed Module. Het is een SMR met een Hoge Temperatuur Gasgekoelde Reactor (HTGR) van het type kogelbedreactor. Het zijn twinreactoren, die via hun eigen stoomgenerator op dezelfde stoomturbine/generator zijn aangesloten. Hun gezamenlijk nominaal vermogen is 200 MWe. .
Kenmerkend voor kogelbedreactoren zijn hun kogelvormige splijtstofelementen. Zo’n splijtstofelement is een grafietkogel met een diameter van 6 cm. In elk element zitten 18 000 kleine splijtstofbolletjes (diameter 0,5 mm), die allemaal zijn voorzien van enkele coatings. De diameter van het gecoate bolletje is ongeveer 0,9 mm. De buitenste coating is siliciumcarbide (SiC). Deze splijtstofvorm staat bekend onder het acroniem TRISO. De coatings zijn tot een temperatuur van 1600 Celsius ondoordringbaar voor kernsplijtingsproducten. Dat betekent, dat beneden die temperatuur alle radioactieve stoffen in de uranium bolletjes opgesloten blijven. De splijtstof is licht verrijkt uranium met een verrijkingsgraad van 8,5 %. Elk splijtstofelement bevat 7 gram splijtstof. Er zijn 420 000 splijtstofelementen. De totale splijtstofinventaris is derhalve.2,9 ton.
De reactorkern zit in een lang en slank reactorvat, 25 meter hoog en met 5,7 meter binnendiameter. De reactorkern heeft een diameter van 3 meter en bestaat uit een ongeordend bed van deze kogelvormige splijtstofelementen. De kogels zakken continu langzaam van boven naar beneden. Splijtstofladen en –ontladen gebeurt tijdens het reactorbedrijf. De splijtstofelementen gaan meerdere keren door de reactor, voordat ze zijn uitgeput. De opbrand is 90 MegaWattdag per kg. Vanwege het continu splijtstofwisselen is de overreactiviteit van de reactor is heel klein. Vanwege al deze goede eigenschappen is de reactor in hoge mate inherent veilig. De koeling van de reactorkern vindt plaats met helium, dat van bovenaf door de kern stroomt en daarna zijn warmte afgeeft in een stoomgenerator. Die component bevindt zich schuin onder het reactorvat. De maximum heliumtemperatuur is 750 Celsius.
Bij het ontwerp van de reactor is er rekening mee gehouden, dat de splijtstoftemperatuur onder alle omstandigheden en op alle plaatsen in de reactor lager blijft dan 1600 Celsius. Zelfs bij een ongeval, waarbij alle koeling wegvalt en de reactorkern opwarmt vanwege de nawarmte, de vervalwarmte van de radioactieve stoffen. Een actieve noodkoeling van de reactor is daardoor overbodig. De noodkoeling is derhalve geheel passief. Omdat de reactor een negatieve temperatuurcoëfficiënt heeft, schakelt de reactor zichzelf uit bij zo’n ongeval. Het principe is in 2024 in de HTR–PM met succes getest.
Het ontwerp van een kerncentrale kan uit meerdere reactoren bestaan Het vermogen kan dan 200 MWe, maar ook 600 MWe zijn. In plaats van elektriciteit kunnen ze ook hoge temperatuur warmte produceren voor industriële toepassing of voor waterstofproductie door water thermisch te splitsen. Het vermogen van een enkele reactor is dan 250 MWth bij een temperatuur van 750 Celsius.
De kogelbedreactor is in de jaren zestig van de vorige eeuw ontwikkeld in Jülich/Duitsland. Aanvankelijk was hij een redelijk succes. Toen de weerzin van de Duitsers tegen kernenergie toenam, is de ontwikkeling gestopt en is de technologie overgedragen aan China. Het Chinese ontwerp komt sterk overeen met het toenmalige Duitse. Voorgaande HTGR’s, inclusief de Duitse, waren niet altijd een succes vanwege optredende materiaalproblemen. Die hingen samen met de toentertijd gangbare hoge heliumtemperatuur aan de uitgang van 950 Celsius.
Stand van de ontwikkeling:
De technologiehouder van de HTR–PM is het Instituut voor Nucleaire en Nieuwe Energie Technologie (INET) van de Tsinghua Universiteit (TU). De Chinezen ontwikkelden eerst een kleine kogelbedreactor, de HTR–10. Voor de ontwikkeling daarvan deed NRG in Petten berekeningen op het gebied van de gekoppelde thermodynamica en neutronica. Het Duitse Interatom/Siemens, de oorspronkelijke technologiehouder, voerde controleberekeningen uit. Deze proefreactor, die een thermisch vermogen heeft van 10 MWth is gebouwd op het universiteitsterrein. Hij is sinds 2003 in bedrijf. Daarna ontwikkelde INET/TU de HTR –PM. Deze kerncentrale was eind 2021 gereed. Eind 2023 begon de commerciële bedrijfsfase. De reactor heet Shidao Bay en ligt in de provincie Shandong. In 2024 zijn er nog beproevingen gedaan om zeker ts stellen dat de inherente veiligheid functioneerde. De twinreactoren leveren voorlopig een vermogen van 150 MWe. Dat is minder dan het nominale vermogen van 200 MWe.
Een Chinese staatscommissie heeft in 2025 de mogelijkheid onderzocht om kolencentrales om te bouwen in kerncentrales. Dat idee is niet geheel nieuw. Ook de Verenigde Staten plant kerncentrales op de vestigingsplaatsen van kolencentrales. Het voordeel is, dat de bestaande infrastructuur is te hergebruiken. Zowel de elektrische, als die voor het koelwater. De Chinezen gaan mogelijk een stap verder. Omdat de stoomcondities van kolencentrales vergelijkbaar zijn met die van de HTR–PM is ook de stoomturbine/generator herbruikbaar. Dit aspect heeft de staatscommissie meegenomen in haar plan voor de ombouw van oude kolencentrales in nieuwe kerncentrales met HTGR’s. Die HTGR’s zouden dan een vermogen moeten hebben van 600 MWe. Het ontwerp voor zo’n kerncentrale met HTR–PM’s, die dan zes eenheden heeft, is gereed. De omschakeling zal echter tientallen jaren gaan duren.
Een enkele eenheid van de HTR–PM lijkt sterk op de HTMR–100 van Zuid–Afrika. Ook is er een grote gelijkenis met de Amerikaanse Xe-100. Beschrijvingen van de beide typen staan elders op de website. Het zijn alle drie kogelbedreactoren en de vermogens zijns bijna gelijk.
