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Consejo Social de la UPM 1
Emilio Minguez TorresDepartamento de Ingeniería NuclearInstituto de Fusion Nuclear
Energía nuclear de fisión: reactores de futuro
GENERA 26 de febrero, 2008
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Reactor nuclear de fisión
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• Máquina diseñada para iniciar, mantener y controlar las reacciones de fisión
Emplea: uranio y/o otros combustibles
Produce: energía
Funciona: en forma autosostenida
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Recursos de uranio
3
Australia25%
Kazastán17%
Canadá9%
Rusia4%
Uzbequistán2%
Níger5%
Ucrania2%
Jordania2%
India1%
China1%
Otros6%
EE.UU.7%Sudáfrica
7%
Namibia6%
Brasil6%
Fuente: NEA/IAEA Libro Rojo 2005; Reservas Extraíbles a un precio inferior a 130 $/KgU
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FABRICACIÓN DE COMBUSTIBLE NUCLEAR
POLVO DE UO2
PASTILLA
COMPONENTES ESQUELETO
BARRA
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5
COMBUSTIBLE NUCLEAR
400 cm
20 cm
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Central nuclear
6
• Sistema nuclear de generación de vapor ( NSSS)Reactor nuclearGenerador de vaporBombas
• Componentes de generación eléctricaTurbinaAlternadorCondensador
• Salvaguardias tecnológicasSistemas de seguridadSistemas de protección y controlSistemas de seguridad de la contención
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Central del tipo PWR ( Reactor de agua a presión)
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Central del tipo BWR( Reactor de agua en ebullición)
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9
• 440 reactores en operación en 31 paises (370 GWe)
• 25 reactores en construcción en 11 paises (19GWe)
• 41 reactores en proyecto• 80 propuestas de nuevas centrales• En Europa 1 en construcción ( Finlandia) y varios
en proyecto ( 1 en Francia)• 59 reactores con licencia para funcionar 60 años
Situación mundial
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Consejo Social de la UPM 10
UE: 35%E: 20%
Ahorro de 500 Mt CO2 en la UE
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Funcionamiento en horas de las centrales eléctricas
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Historia del factor de carga
12
020406080
100
'85 '87 '89 '91 '93 '95 '97 '99 '01 '03 '05AÑO
FACTOR DE CARGA
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Se ha demostrado su menor coste
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• Operación de centrales a costes muy competitivos.• Producción sostenible ( factores de carga elevados).• Operación a largo plazo: paso de 40 a 60 años.• Suministro asegurado de combustible.• Desmantelamiento y gestión de residuos.• Construcción de nuevas centrales: Gen-III, Gen3+, HTR• Programas: Generación IV / INPRO• Otros productos no eléctricos: hidrógeno, desalación
agua, cogeneración,...• Transmutación de residuos: instalaciones de fuentes
de irradiación• Fusión: ITER, fábrica de blancos, materiales,FCI.
Escenario futuro
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Retos de la Energía Nuclear• Sostenibilidad: reducción de volumen de residuos
disminución toxicidad y tiempo de vidaextensión de reservas de combustibleciclo de combustible
• Competitividad: Simplificación de diseñoreducción tiempos de construcciónmejor empleo del combustiblenuevas técnicas de construcción
• Seguridad y fiabilidad: Seguridad inherentediseños robustos
• Aumento de la aceptación y confianza públicas
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Proceso de Evolución
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030
Gen IV
Generation IVGeneration IV Highly
economical Enhanced
Safety Minimized
Wastes Proliferation
Resistance
Highly economical
Enhanced Safety
Minimized Wastes
Proliferation Resistance
Gen I
Generation IGeneration IEarly Prototype
Reactors
•Shippingport•Dresden,Fermi-I•Magnox
Gen II
Generation IIGeneration IICommercial Power
Reactors
•LWR: PWR/BWR•CANDU•VVER/RBMK
Gen III
Generation IIIGeneration IIIAdvanced
LWRs
•System 80+•EPR
•AP600•ABWR
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Reactores avanzados
• Reactores tipo PWR:EPRSystem 80+AP-1000/ 600VVER-1000IRIS
• Reactores tipo BWR: ABWRESBWRSWR-1000
• Reactores de gas: PBMR, GT-MHR• Reactores de agua pesada: ACR
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Reactor EPR
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Olkiluoto en 2004
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Olkiluoto al finalizar
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Máster en Tecnologías para laGeneración EléctricaAP 600/ 1000
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SIMPLICIDAD
• Sistemas de seguridad pasivos no requieren tantos subsistemas.
• Facilidad de operación y mantenimiento.
• Consiguiente efecto sobre SEGURIDAD y COSTES.
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Consejo Social de la UPM 23
Comparación de dimensiones entre PWR y AP-1000
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ABWR - Generalidades
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ABWR - Detalle de la Central
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GENERACION IV
"Generacion IV" consiste en el desarrollo y demostracion de uno o mas sistemas nucleares innovadores que ofrecen
ventajas en los retos de la energía
Generation IV International Forum(GIF)
2003 Euratom2006 Rusia y China
Perspectivas comerciales: 2030
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GENERACION IV
• SFR Sodium Cooled Fast R. Fast Closed• LFR Lead Alloy Cooled R. Fast Closed• GFR Gas Cooled Fast R. Fast Closed• VHTR Very High Temperature R. Thermal Once-through• SCWR Supercritical Water Cooled Th. & F. Once-t. & Cl. • MSR Molten Salt R. Thermal Closed
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Gestión de residuos radiactivos
Clab (Sweden)Habog (Holland) Surry (UEA)
• Volumen pequeño y concentrados• Aislamiento en la biosfera factible• Soluciones técnicas en muchos paises: Suecia, España, etc• Almacenamiento temporal• AGP• Transmutación para eliminar residuos
La gestión de los residuos radiactivos es más que encontraruna respuesta técnica a un problema técnico
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Centro de Almacenamiento El Cabril
CONTENEDORES
CELDAS CONCOBERTURA PROVISIONAL
TECHADO MOVIL
GALERIA INSPECCION
CAPA DEPROTECCION
COBERTURA A LARGO PLAZO
TIERRA VEGETAL
GRAVA GRUESA
CAPA IMPERMEABILIZANTEDE ARCILLA COMPACTADA
IMPERMEABILIZACION MEMBRANASINTETICA
RELLENO
(DRENANTE)1ª CAPA DE ARENA
(DRENANTE)2ª CAPA DE ARENA
(DRENANTE)3ª CAPA DE ARENA
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Almacenamiento directo. Sistema de barreras múltiples.
Elemento combustible
Cápsula
Material de relleno y sellado (bentonita compactada a alta densidad)
Barrera geológica
- Retención de radionucleidosen la matriz de UO2
- Retrasa la penetración de agua- Establece un ambiente químico favorable
- Limita la penetración de agua- Retrasa el inicio de la liberación
- Limita la liberación (difusión)
Zona del repositorio: - Limitado aporte de agua
- Quimismo favorable- Estabilidad geológica a largo plazo
Geosfera:- Largos tiempos de recorrido del agua
- Retraso adicional al transporte de material radioactivo en agua (sorción,
difusión en matriz rocosa)
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Almacenamiento temporal.
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Experiencia Internacional en ATC
Tecnología de almacenamiento contrastada y con experiencia operacional amplia.
Países que disponen de instalaciones tipo ATCAlemania: Ahaus; GorlebenBélgica: DesselEE.UU.: PFS (en licenciamiento)Francia: La HagueHolanda: HABOGJapón: RokkashoReino Unido: SellafieldRusia: Mayak; KrasnoyarskSuecia: CLABSuiza: ZWILAG
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34
SEPARAR Y TRANSMUTAR
ELIMINAR LOS ACTÍNIDOS (U, Pu, Am, Cm, Np) PRESENTES EN EL COMBUSTIBLE IRRADIADO Y ALGUNOS PRODUCTOS DE FISIÓN DE VIDA LARGA (I, Tc, Cs) Y ALTA MOVILIDAD.
Objetivos de la Separación-Transmutación.
OBJETIVOS BÁSICO
REDUCIR EL INVENTARIO RADIOTÓXICO DE LOS RAA Y EN CONSECUENCIA, EL RIESGO RADIOLÓGICO POTENCIAL A LARGO PLAZO QUE CONLLEVA SU ALMACENAMIENTO
DEFINITIVO.
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35
Esquema de la transmutación.
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36
Transmutador ADS.
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37
Estrategia de futuro
Corto plazo (-2025)
Operar las centrales existentes hasta su vida estimada por diseño
Plan de operación más allá de 40 años
Construcción de nuevas centrales con tecnología de GEN III
Medio Plazo (2030- 2050)
Construcción de nuevas centrales con tecnología de GEN III, G3+ y GEN IV
Transmutacion
Largo plazo (2050- )
Nuevas centrales con tecnología de Gen IVReactores de Fusion
La Energía Nuclear debe ser parte de nuestro futuro