ESBWR togs fram med målet att förenkla konstruktionen hos storskaliga kärnreaktorer genom att minska antalet aktiva system och i stället använda fysikaliska principer såsom naturlig cirkulation och gravitation för kylning och säkerhetsfunktioner.
ESBWR är konstruerad för att använda passiva säkerhetssystem som fungerar utan elektriska pumpar eller extern kraftförsörjning. Kylningen av reaktorhärden sker huvudsakligen genom naturlig cirkulation av kylvattnet i reaktortryckkärlet. Detta reducerar behovet av aktiva system och rörledningar och eliminerar bland annat recirkulationsledningar som förekommer i äldre kokvattenreaktorer.
De passiva säkerhetssystemen består av tre huvudfunktioner för bortförsel av restvärme:
Isolation Condenser System (ICS)
Gravity Driven Cooling System (GDCS)
Passive Containment Cooling System (PCCS)
Dessa system utnyttjar gravitation, densitetsskillnader och värmeöverföring för att föra bort restvärme från reaktorn och samtidigt upprätthålla tillräcklig vattennivå över bränslet.
Isolation Condenser System
Vid händelser där reaktorns tryckgräns förblir intakt används ICS för att avleda restvärme. Ånga leds från reaktortryckkärlet till värmeväxlare placerade högt upp i reaktorbyggnaden. Där kondenseras ångan i stora vattenbassänger, varefter kondensatet rinner tillbaka till reaktorn genom naturlig cirkulation.
Gravity Driven Cooling System och PCCS
Om tryckgränsen inte är intakt och vattennivån i härden sjunker aktiveras GDCS. Systemet består av stora vattenbassänger placerade ovanför reaktorn, från vilka vatten strömmar ner i reaktorn genom gravitation efter att trycket sänkts.
Samtidigt avleder PCCS värme från inneslutningen genom värmeväxlare där ånga kondenseras och återförs till GDCS-bassängerna. Tillsammans möjliggör systemen kontinuerlig kylning av härden utan aktiv styrning.
Vattenbassängerna är dimensionerade för att möjliggöra bortförsel av restvärme i minst 72 timmar utan externa åtgärder. Därefter kan påfyllning ske med lågtrycksvatten från externa källor.
Reaktorkärna och prestanda
Reaktorkärnan är kortare än i äldre kokvattenreaktorer för att minska tryckfall och därmed möjliggöra naturlig cirkulation. Kärnan innehåller 1132 bränsleelement. Den termiska effekten är cirka 4500MWth och den elektriska effekten uppgår till cirka 1594MW brutto och 1535MW netto, vilket motsvarar en verkningsgrad på omkring 35%.
Vid mycket allvarliga olyckor är reaktorn försedd med strukturer under tryckkärlet som möjliggör kylning av härdmaterial. En probabilistisk säkerhetsanalys anger en härdskadefrekvens på cirka 1,65×10−8 per reaktorår.
Relation till BWRX-300
BWRX-300 är en vidareutveckling och förenkling av ESBWR-konceptet. GE Vernova Hitachi har beskrivit BWRX-300 som ett försök att kommersialisera de grundläggande konstruktionsprinciperna från ESBWR i en mindre och mer standardiserad reaktortyp.
Båda reaktorerna bygger på kokvattenreaktorteknik med naturlig cirkulation och passiva säkerhetssystem. Skillnaderna ligger främst i skala och systemkomplexitet. ESBWR är avsedd som en storskalig reaktor med en elektrisk effekt över 1500MW, medan BWRX-300 är dimensionerad för omkring 300MW elektrisk effekt.
ESBWR har genomgått fullständig designcertifiering i USA, medan BWRX-300 ännu saknar motsvarande regulatoriskt godkännande. Erfarenheter från ESBWR:s designgranskning har använts som underlag vid utvecklingen av BWRX-300.
Regulatorisk granskning i USA
ESBWR genomgick granskning hos den amerikanska tillsynsmyndigheten Nuclear Regulatory Commission (NRC) under 2000- och 2010-talen. Slutligt designgodkännande utfärdades i september 2014 efter att frågor kring belastningar på ångtorken hade åtgärdats.
Under granskningsprocessen betalade GE Hitachi 2014 en förlikning efter anklagelser om bristfälliga uppgifter i samband med analyser av ångtorken.
Trots att ESBWR har erhållit regulatoriskt godkännande har ingen anläggning byggts eller tagits i drift. Projektet har ofta lyfts fram som ett exempel på de svårigheter som kan uppstå vid introduktion av nya storskaliga reaktordesigner.
En återkommande kritik har gällt anläggningens storlek och kapitalbehov. Den höga effekten innebär betydande initiala investeringskostnader, vilket har bedömts minska konkurrenskraften jämfört med mindre reaktorer och modulära koncept.
Avsaknaden av praktisk driftserfarenhet innebär att antaganden om byggtid, kostnader och driftsäkerhet inte har verifierats i fullskalig anläggning. Dessa faktorer har bidragit till att fokus i stället delvis har förskjutits mot mindre reaktorer, såsom BWRX-300.
