ENERGÍA NUCLEAR: TECNOLOGÍAS EN DESARROLLO
IV Congreso Anual Conjunto de Asociaciones del Sector Energético y XII Congreso Anual de la AMEE, Acapulco 24-26 Mayo, 2012.
M. en C. José Raúl Ortiz Magaña Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares
SITUACIÓN ACTUAL DE LA ENERGÍA NUCLEAR EN EL MUNDO:
Hace 56 años se inició la generación de electricidad por medio de reactores nucleares, acumulándose 14,851 años-reactor de operación
Ha venido contribuyendo con el 14% al 16% de la generación de
electricidad a nivel mundial
Existen 433 reactores nucleares en operación, 370.5 GWe
Actualmente existen 63 reactores nucleares de potencia en construcción, en 14 países, 62 GWe adicionales
Se tienen planeados o pedidos 160 reactores nucleares de
potencia, 179.7 GWe adicionales
2 World Nuclear Association (May/2012).
EVOLUCIÓN DE LOS CONCEPTOS EN LOS REACTORES (CRONOLOGÍA)
1970 1990 2010 2030 2050
Primeros prototipos
de reactores
1950
Reactores de potencia comerciales
PWR, BWR, CANDU, VVER/RBMK
Generación I
Generación II Generaciones III y III+
Reactores Avanzados
EPR, AP1000, ABWR, IRIS, ESBWR PEBBLE BED
Reactores del futuro
Generación IV y SMR
Fusión
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GENERACIÓN IV: OBJETIVOS
Proporcionar energía sustentable y limpia Minimizar la generación y manejo de desechos
Desalentar la proliferación
Seguridad y confiabilidad de excelencia
Minimizar la probabilidad y magnitud de daño al núcleo
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GENERACIÓN IV: OBJETIVOS (CONT.)
Eliminar la necesidad de planes de emergencia
externos
Tener una clara ventaja económica sobre otras opciones energéticas
Tener un nivel de riesgo financiero comparable al de cualquier otro proyecto energético
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‘PORTAFOLIO’ DE LOS SISTEMAS DE LA GENERACIÓN IV
Pequeño modular
Grande monolítico
Tamaño mediano
–LFR*
* Alcance de las opciones
–LFR* –MSR –SFR* –SCWR
–GFR –VHTR –SFR*
Tamaño de la central
Reciclar los actínidos Un solo paso Ambos
–SCWR – GFR – LFR – MSR – SFR
–VHTR
Ciclo de combustible
Producción de hidrógeno
Producción de electricidad Ambos
–GFR –LFR –MSR
–VHTR –SCWR –SFR
1000°C 500°C Temperatura de
salida
Productos
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REACTOR ENFRIADO POR AGUA SUPERCRÍTICA (SCWR)
Potencia 1500 MWe
Espectro de neutrones
Térmicos o rápidos
Refrigerante Agua
Temperatura 510 - 550 ºC
Presión 25 MPa
Combustible UO2
Ciclo Abierto (térmico)
Cerrado (rápido)
Usos Electricidad
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REACTOR DE MUY ALTA TEMPERATURA ENFRIADO POR GAS (VHTR)
Potencia 250 MWe
Espectro de neutrones térmicos
Refrigerante Helio
Temperatura 1000 ºC
Presión 7 MPa
Combustible UO2 (prismas o bolas)
Ciclo Abierto
Usos Hidrógeno y Electricidad
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REACTOR RÁPIDO ENFRIADO POR PLOMO (LFR)
Potencia
50 – 150 MWe (“batería”) 300 -400 MWe (modular) 1200 MWe (monolítico)
Espectro de neutrones rápidos
Refrigerante Pb - Bi
Temperatura 550 - 800 ºC
Combustible 238U
Ciclo Cerrado
Usos Electricidad y producción de Hidrógeno 9
REACTOR ENFRIADO POR SALES FUNDIDAS (MSR)
Potencia 1000 MWe
Espectro de neutrones epitérmicos
Refrigerante Sales fluoradas
Temperatura 700 - 800 ºC
Presión < 70 hPa
Combustible UF en sales
Ciclo Cerrado
Usos Electricidad y producción de Hidrógeno
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REACTORES RÁPIDOS DE CRÍA
Son reactores que pueden producir más combustible del que consumen
A partir de Uranio-238, producen Plutonio-239, o bien producir Uranio-233 a partir de Torio-232
Francia, Japón, India, U.K., USA y China, han investigado y desarrollado esta tecnología
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DURACIÓN DE LAS FUENTES ENERGÉTICAS ( Años al rango de consumo actual *)
Años
Carbón Gas Uranio con reactor de agua ligera de
ciclo abierto
Uranio con reactores de generación rápida
* La duración de las fuentes de uranio se ha calculado usando el consumo estimado al rango actual de generación de núcleo electricidad
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REACTORES PEQUEÑOS MODULARES (SMR’S)
Menores de 300 MWe, modulares Adecuados para: redes eléctricas pequeñas,
desalación de agua y calor de proceso Objetivos de diseño:
• No requieren recarga de combustible en el sitio
• Seguridad inherente, sistemas pasivos
• Resistencia a la proliferación
• Costo reducido de capital 13
VENTAJAS: REACTORES PEQUEÑOS MODULARES (SMR’S)
Inversión inicial reducida
Mejor ajuste a las necesidades de carga
Planeación a un plazo más corto
Menor uso de agua y tierra
Reemplazan plantas antiguas de carbón
Estabilidad de la red
Posible respaldo a fuentes renovables 14
DISEÑOS LWR PARA PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD (2020)
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SMR Westinghouse 225 MWe
MPOWER (B&W)
Capacidad 125 MWe a presión
Desarrollado por Babcock & Wilcox
Reactor de agua a presión PWR
Dimensiones vasija del reactor 3.6 m (diámetro) por 22 m (alto)
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NUSCALE MODULE
• Capacidad 45 MWe • Reactor PWR • Circulación natural del
refrigerante primario • Ciclo de recarga 3.5 a
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SMR WESTINGHOUSE
Reactor de agua a presión PWR Capacidad 225 MWe
Mecanismos impulsores de barras de
control internos Bombas del refrigerante primario externas Pequeño volumen de la vasija
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REACTORES ENFRIADOS CON GAS PARA CALOR DE PROCESO
MHR (General Atomics) PBMR (Westinghouse) ANTARES (Areva) 280 MWe 250 MWe 275 MWe 19
SMRS ENFRIADOS POR METAL LÍQUIDO QUE ESTÁN SIENDO DESARROLLADOS PARA LA GESTIÓN DEL CICLO
DEL COMBUSTIBLE
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LA FUSIÓN NUCLEAR
http://www.hpwt.de/Kern2e.htm
T + D = 4He + n + 17.6 MeV
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CONFINAMIENTO MAGNÉTICO
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ITER
ITER: International Thermonuclear Experimental
Reactor (iter = camino en latín)
Consorcio Internacional formado por : Unión Europea, Rusia, EEUU, Japón, China, Corea del Sur e India
Se firmó un acuerdo en Mayo de 2006 para la construcción de un reactor de fusión usando el diseño Tokamak, en Cadarache, Francia
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OBJETIVOS DEL ITER
Demostrar la viabilidad tecnológica de la energía nuclear de fusión con fines pacíficos
Generar más energía de la que consume
Implementar y probar las tecnologías clave y procesos necesarios para las futuras plantas de potencia por fusión Incluyendo magnetos superconductores, componentes capaces de resistir grandes cargas de calor y manejo remoto
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REACTOR ITER CONFINAMIENTO MAGNÉTICO
Bobina toroidal
Vasija
Blanket/ blindaje
Divertor
Puerta superior
Puerta ecuatorial
Puerta del divertor
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GENERACIÓN ELÉCTRICA POR FUSIÓN
Extracción de calor de la cubierta de Litio por medios convencionales
Haciendo ebullir agua a través de un intercambiador de calor.
El vapor producido impulsaría una turbina
Ello sería en una fase posterior al ITER
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CONCLUSIONES
Los reactores avanzados disponibles actualmente en el mercado y los que lo estarán en las próximas décadas han incrementado notablemente su: + seguridad + economía + eficiencia
..y han reducido:
- generación de desechos - riesgo de proliferación
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IV Congreso Anual Conjunto de Asociaciones del Sector Energético y XII Congreso Anual de la AMEE, Acapulco 24-26 Mayo, 2012.
Gracias por su atención