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ENERGÍA NUCLEAR: TECNOLOGÍAS EN DESARROLLO M. en C. José Raúl Ortiz Magaña Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares IV Congreso Anual Conjunto de Asociaciones del Sector Energético y XII Congreso Anual de la AMEE, Acapulco 24-26 Mayo, 2012. 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 World Nuclear Association (May/2012). 2 EVOLUCIÓN DE LOS CONCEPTOS EN LOS REACTORES (CRONOLOGÍA) Reactores de potencia comerciales Primeros prototipos de reactores PWR, BWR, CANDU, VVER/RBMK Generación II Reactores Avanzados EPR, AP1000, ABWR, IRIS, ESBWR PEBBLE BED Reactores del futuro Fusión Generación IV y SMR Generaciones III y III+ Generación I 1950 1970 1990 2010 2030 2050 3 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 4 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 5 ‘PORTAFOLIO’ DE LOS SISTEMAS DE LA GENERACIÓN IV Productos Producción de Producción de electricidad Ambos hidrógeno –SCWR –SFR –GFR –LFR –MSR 500°C –VHTR Tamaño de la central 1000°C Temperatura de salida Grande monolítico –LFR* –MSR –SFR* –SCWR Tamaño Pequeño mediano modular –GFR –LFR* –VHTR –SFR* * Alcance de las opciones 6 Ciclo de combustible Un solo pasoAmbos Reciclar los actínidos –VHTR –SCWR – – – – GFR LFR MSR SFR 6 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 Abierto (térmico) Ciclo Cerrado (rápido) Usos Electricidad 7 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 8 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 10 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 11 DURACIÓN DE LAS FUENTES ENERGÉTICAS ( Años al rango de consumo actual *) A ñ o s Carbón * Gas Uranio con reactor Uranio con reactores de agua ligera de de generación rápida ciclo abierto La duración de las fuentes de uranio se ha calculado usando el consumo estimado al rango actual de generación de núcleo electricidad 12 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 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) SMR Westinghouse 225 MWe 15 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) 16 NUSCALE MODULE • Capacidad 45 MWe • Reactor PWR • Circulación natural del refrigerante primario • Ciclo de recarga 3.5 a 17 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 18 REACTORES ENFRIADOS CON GAS PARA CALOR DE PROCESO MHR (General Atomics) 280 MWe PBMR (Westinghouse) 250 MWe ANTARES (Areva) 275 MWe 19 SMRS ENFRIADOS POR METAL LÍQUIDO QUE ESTÁN SIENDO DESARROLLADOS PARA LA GESTIÓN DEL CICLO DEL COMBUSTIBLE 20 LA FUSIÓN NUCLEAR T + D = 4He + n + 17.6 MeV http://www.hpwt.de/Kern2e.htm 21 CONFINAMIENTO MAGNÉTICO 22 ITER 23 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 23 OBJETIVOS DEL ITER 24 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 24 REACTOR ITER CONFINAMIENTO MAGNÉTICO Vasija Bobina toroidal Puerta superior Puerta ecuatorial Blanket/ blindaje Puerta del divertor Divertor 25 25 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 26 CONCLUSIONES 27 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 27 Gracias por su atención IV Congreso Anual Conjunto de Asociaciones del Sector Energético y XII Congreso Anual de la AMEE, Acapulco 24-26 Mayo, 2012.
