Despite being the world’s second most important low-carbon source of electricity, the development of nuclear capacities is limited and does not comply with the International Energy Agency’s Sustainable Development Scenario. One of the main reasons for this lack of development is high and increasing costs of new nuclear capacities. In fact, capital costs can account for more than 80% of the Levelized Cost of Energy of a new nuclear power plant. Design accounts for about 10% and construction accounts for about 20% of the total capital cost. The importance of design and construction in nuclear power plants’ costs is partly due to limitations of traditional construction methods regarding both technical possibilities and realization schedules. Modular construction methods are proposed to reduce new nuclear power plants’ construction costs, and in particular steel-plate composite structures modular construction. Steel-plate composite structures consist of a structural interaction between thin steel plates and precast concrete. The aim of this thesis was to evaluate the capacity of modular construction, using steel-plate composite panels, to fulfil nuclear safety and functional requirements; as well as to identify potential related gains and opportunities. Advantages and constraints of steel-plate composite modules were identified in scientific literature and intergovernmental opportunity studies, and were related to the specificities of nuclear structures’ design and construction. Steel-plate composite structures modular construction is based on the manufacturing of steel concrete composite modules outside of the civil works site. The higher productivity of workshops and the possible task parallelization may lead to significant construction schedules shortening and capital costs reduction. In addition, steel-plate composite modules offer new technical possibilities which may help solving some constructability issues. However, steel-plate composite structures modular construction requires a reconsideration of the traditional design and construction methods, as they imply new challenges and constraints. In particular, the modularization issue should be addressed as soon as possible in the design, and the module manufacturing capacities should be quickly identified or created in order to deliver properly manufactured modules on-time. Considering the advantages and constraints of steel-plate composite structures modular construction, it appears that steel-plate composite modules may fit advantageously most of the nuclear design requirements. However, due to the lack of feedback, it is proposed that the usage of steel-plate composite modules be limited to critical concrete structures of the containment building. In particular, it appears that the containment dome and the reactor pit construction may benefit from steel-plate composite structures construction methods. / Trots att kärnkraften är världens näst viktigaste koldioxidsnåla elkälla är utvecklingen av kärnkraftskapaciteten begränsad och överensstämmer inte med Internationella energiorganets scenario för hållbar utveckling. En av de viktigaste orsakerna till denna långsamma utveckling är de höga och ökande kostnaderna för ny kärnkraftskapacitet. Kapitalkostnaderna kan faktiskt utgöra mer än 80 % av den energikostnaden för ett nytt kärnkraftverk. Konstruktionen står för cirka 10 % och byggandet för cirka 20 % av den totala kapitalkostnaden. Att projektering och byggande har så stor betydelse för kärnkraftverkens kostnader beror delvis på begränsningar i de traditionella byggmetoderna när det gäller både tekniska möjligheter och tidsplaner för genomförandet. För att minska byggkostnaderna för nya kärnkraftverk föreslås byggmetoder som bygger på moduler, ”modulära byggmetoder”, särskilt sådana byggmetoder för stålplåtskompositkonstruktioner. Stålplåtskompositkonstruktionen består av en tunn plåt som samverkar med förtillverkad betong. Syftet med denna avhandling var att utvärdera möjligheterna för modulära konstruktioner med stålplåtskompositpaneler att uppfylla kraven på kärnkraftssäkerhet och funktionalitet samt att identifiera potentiella vinster och förbättringar i samband med detta. Fördelar och begränsningar med stålplåtskompositmoduler identifierades i vetenskaplig litteratur och i mellanstatliga studier om möjligheter och relaterades till de särskilda egenskaperna hos kärnkraftstekniska konstruktioners utformning och konstruktion. Modulär konstruktion av stålplåtskompositkonstruktioner bygger på tillverkning av stålbetongkompositmoduler utanför byggarbetsplatsen. Den högre produktiviteten i verkstäderna och den möjliga parallelliseringen av arbetsuppgifter kan leda till en betydande förkortning av produktionstiderna och en minskning av kapitalkostnaderna. Dessutom erbjuder stålplåtskompositmoduler nya tekniska möjligheter som kan bidra till att lösa vissa byggbarhetsproblem. Modulbyggandet av stålplåtskompositkonstruktioner kräver dock en omprövning av de traditionella konstruktions- och byggmetoderna, eftersom de innebär nya utmaningar och begränsningar. I synnerhet bör modulariseringsfrågan tas upp så snart som möjligt i byggprocessen, och modultillverkningskapaciteten bör snabbt identifieras eller skapas för att kunna leverera korrekt tillverkade moduler i tid. Med tanke på fördelarna och begränsningarna med modulbyggandet av stålplåtskompositkonstruktioner verkar det som om stålplåtskompositmoduler med fördel kan uppfylla de flesta av kraven för kärnkraftsteknisk konstruktion. På grund av bristen på feedback föreslås dock att användningen av stålplåtskompositmoduler begränsas till kritiska betongkonstruktioner i inneslutningsbyggnaden. I synnerhet verkar det som om konstruktionen av inneslutningskupolen och reaktorstödstrukturen kan dra nytta av konstruktionsmetoderna för stålplåtskompositkonstruktioner
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-302440 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Vicedo, Yann |
| Publisher | KTH, Betongbyggnad |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ABE-MBT ; 21577 |
Page generated in 0.0043 seconds