La Tecnología Nuclear, Presente y Futuro de Nuevos Reactores

Javier Dies LloveraDoctor Ingeniero Industrial

Catedrático de Universidad de Ingeniería Nuclear

Universidad Politecnica de Cataluña

Escuela Técnica Superior de Ingenieria Industrial de Barcelona

Departamento de Fisica e Ingenieria Nuclear

Nuclear Engineering Research Group (NERG)

Universidad Rey Juan Carlos Aranjuez, 7 de Julio de 2010

Prof. Ph.D. J. Dies

Generaciones de Centrales Nucleares

• Reactores de Generación II• Reactores de Generación III• Reactores de Generación IV• Reactores de Fusión Nuclear ITER• Conclusiones

Prof. Ph.D. J. Dies

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Central Nuclear Vandellos II

Generación II

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NUCLEAR ELECTRICITY GENERATION 2009

REACTORS OPERABLE1 June 2010

REACTORS UNDER CONSTRUCTION

1 June 2010

REACTORS PLANNEDJune 2010

REACTORS PROPOSEDJune 2010

URANIUM REQUIRED

2010

billion kWh % e No. MWe No. MWe No. MWe No. MWe tonnes U

Argentina 7.6 7.0 2 935 1 692 2 767 1 740 123Armenia 2.3 45 1 376 0 0 1 1060 55

Bangladesh 0 0 0 0 0 0 0 0 2 2000 0Belarus 0 0 0 0 0 0 2 2000 2 2000 0Belgium 45 51.7 7 5943 0 0 0 0 0 0 1052Brazil 12.2 3.0 2 1901 0 0 1 1245 4 4000 311

Bulgaria 14.2 35.9 2 1906 0 0 2 1900 0 0 272Canada 85.3 14.8 18 12679 2 1500 4 4400 3 3800 1675China 65.7 1.9 11 8587 23 25310 34 38160 120 120000 2875Czech

Republic25.7 33.8 6 3686 0 0 2 2400 1 1200 678

Egypt 0 0 0 0 0 0 1 1000 1 1000 0Finland 22.6 32.9 4 2696 1 1600 0 0 1 1000 1149France 391.7 75.2 58 63236 1 1630 1 1630 1 1630 10153

Germany 127.7 26.1 17 20339 0 0 0 0 0 0 3453Hungary 14.3 43 4 1880 0 0 0 0 2 2200 295

India 14.8 2.2 19 4183 4 2572 20 16740 40 49000 908Indonesia 0 0 0 0 0 0 2 2000 4 4000 0

Iran 0 0 0 0 1 915 2 1900 1 300 148Israel 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1200 0Italy 0 0 0 0 0 0 0 0 10 17000 0

Japan 263.1 28.9 55 47348 2 2756 12 16532 1 1300 8003

Jordan 0 0 0 0 0 0 1 1000 0

Kazakhstan 0 0 0 0 0 0 2 600 2 600 0Korea DPR

(North)0 0 0 0 0 0 0 0 1 950 0

Korea RO (South)

141.1 34.8 20 17716 6 6700 6 8190 0 0 3804

Lithuania 10.0 76.2 0 0 0 0 0 0 2 3400 0

Prof. Ph.D. J. Dies

Malaysia 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1200 0

Mexico 10.1 4.8 2 1310 0 0 0 0 2 2000 253

Netherlands 4.0 3.7 1 485 0 0 0 0 1 1000 107

Pakistan 2.6 2.7 2 400 1 300 2 600 2 2000 68Poland 0 0 0 0 0 0 6 6000 0 0 0

Romania 10.8 20.6 2 1310 0 0 2 1310 1 655 175Russia 152.8 17.8 32 23084 10 8960 14 16000 30 28000 4135

Slovakia 13.1 53.5 4 1760 2 840 0 0 1 1200 269Slovenia 5.5 37.9 1 696 0 0 0 0 1 1000 145

South Africa 11.6 4.8 2 1842 0 0 3 3565 24 4000 321Spain 50.6 17.5 8 7448 0 0 0 0 0 0 1458

Sweden 50.0 34.7 10 9399 0 0 0 0 0 0 1537Switzerland 26.3 39.5 5 3252 0 0 0 0 3 4000 557

Thailand 0 0 0 0 0 0 2 2000 4 4000 0Turkey 0 0 0 0 0 0 4 4800 4 5600 0Ukraine 77.9 48.6 15 13168 0 0 2 1900 20 27000 2031

UAE 0 0 0 0 0 0 4 5600 10 14400 0United

Kingdom62.9 17.9 19 11035 0 0 4 6600 6 8600 2235

USA 798.7 20.2 104 101163 1 1180 9 11800 23 33000 19538

Vietnam 0 0 0 0 0 0 4 4000 6 6000 0

WORLD** 2560 14 439 374,690 57 57,555 151 165,699 345 366,775 68,646

billion kWh % e No. MWe No. MWe No. MWe No. MWe tonnes U

NUCLEAR ELECTRICITY GENERATION REACTORS OPERATING REACTORS BUILDING ON ORDER or PLANNED PROPOSED URANIUM

REQUIRED

Renovación de licencias de C.N.

• Estados Unidos tiene 104 centrales nucleares actualmente licenciadas, es decir en operación.

• Actualmente 54 centrales nucleares han obtenido del organismo regulador “US Nuclear Regulatory Comission, US-NRC,” la renovación de la licencia de operación a 60 años, y 19 centrales están en proceso de revisión por el US-NRC (ver web del NRC: http://www.nrc.gov/.

El US-NRC es el organismo equivalente al Consejo de Seguridad Nuclear en España.

• EU y USA tienen proyectos de investigación para estudiar el comportamiento de

CCNN a 80 años.

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Fotomontaje Olkiluoto (Finlandia). Dos centrales en operación junto a la tercera en construcción. EPR-1600 MWe

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Foto-montaje. Olkiluoto (Finlandia), Dos centrales nucleares en operación, 2 x 840 MWe, junto a una tercera en construcción, EPR-1600 MWe. Este emplazamiento tendrá una potencia de 3280 MWe, y generará unos 24.000.000 MWh de energía eléctrica al año.

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Olkiluoto (Finlandia). Construccion de la tercera central nuclear EPR-1600 MWe.

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Reactores Generation III: EPR Olkiluoto (Finlandia)

Septiembre 2009

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Reactores Generación III: EPR Flamanville (Francia),

Agosto 2009

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Generación (MWH) Precio (€)Nuclear 35Ciclo Combinado 60Eólica 80Fotovoltaica 400

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Coste de generación eléctrica en 2008 en España

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¡¡Autoabastecimiento energético de España!!

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Central Eléctrica 1000 MWe

CarbónCarbón

2.500.000 Toneladas2.500.000 Toneladas

PetróleoPetróleo10 superpetroleros 10 superpetroleros

UranioUranioUn vagónUn vagón

28 toneladas28 toneladas

250 trenes100 vagones cada uno

250 trenes100 vagones cada uno

2.000.000 Toneladas11.000.000 Barriles

2.000.000 Toneladas11.000.000 Barriles

GasGas7 superbarcos 7 superbarcos

1.380.000 Toneladas2.150.000.000 m3

1.380.000 Toneladas2.150.000.000 m3

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Gestión del combustible irradiado

Existe una solución operativa

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Gestión del Combustible irradiado:

Seguridad en la Gestión del combustible irradiado

-En España hay 40 años de experiencia.

-En Ascó y Vandellos unos 24 años de experiencia.

Se está haciendo de forma segura y respetuosa con el medio ambiente.

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Almacenamiento en piscinas

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Almacen temporal de combustible irradiado

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Almacen Temporal Centralizado

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IMPACTO VISUAL

•CENTRAL NUCLEAR: 1-4 km2 de Superficie

•CENTRAL SOLAR: 20-50 km2 de Superficie

•CENTRAL EOLICA: 50-150 km2 de Superficie

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Historia del programa nuclear Frances

34 reactors 900 MWe

20 reactors 1300 MWe

4 reactors 1450 MWe

Total : 62850 Mwe

58 C.N.Fast breeder reactor

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Donde hay una central nuclear es un buen emplazamiento para poner otra central nuclear.

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Dampierre en Burly (4 x 900MWe) Francia

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Año Francia España

Población (habitantes) 2005 63.213.894 44.108.530

Superfície (km2) 675.417 505.811

PIB (millones $) 2005 1.811.561 838.672

PIB per càpita ( $) 2005 29.203 24.803

Centrales nucleares (unidades) 2006 58 8

Poténcia eléctrica nuclear (MWe) 2006 62.850 7.736

Electricidad producida con nucleares (MWh)

2004 427.000.000 61.253.000

Contribución de la energia nuclear en la producción de electricidad. (%)

2004 78 23

Escenario de construcción de 5.000 MWe en EspañaReactores Generación III

Gas Nuclear

Inversión inicial (M€) 2250 10000Participación nacional (M€) 1012-1462 6000-8500Ingenieria y servicios (M€) 5% 112 8,5% 850Bienes de equipo (M€) 16% 360 36% 3600Construcción (M€) 24% 540 32% 3200Otros costes (M€) 10% 225 10% 1000Pagos al sector exterior

Inversión inicial (M€) 45% 1012 13,5% 1350Combustible- 7500 h/año (M€/año) 1500 85Emisiones de CO2 ( Mt/año) 20 -Coste ( €/MWh) (en 2008) 60 35

Comparación del impulso a la economia del pais, según la utilitzación de centrales de gas ciclo combinado, o centrales nucleares.

Central Nuclear Generacion III+

Sistema de refrigeración del reactor: familiar pero mejorado

AP-1000Generación III

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Reactores de Generación IV

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Reactores Generación IV

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Central Nuclear de IV Generación actualmente en fase investigación y desarrollo. Orientada a producir hidrogeno y electricidad.

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Reactores Generación IV

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. Aplicaciones futuras de la energía nuclear:

•PRODUCCIÓN DE ENERGIA ELECTRICA.

•PRODUCCIÓN DE HIDROGENO PARA TRANSPORTE.

•PRODUCCIÓN DE AGUA DULCE. DESALAR AGUA DEL MAR.

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•PRODUCCIÓN DE AGUA DULCE. DESALAR AGUA DEL MAR.

•Experiencia en España:•Central térmica de Carboneras (carbón) y planta desaladora (osmosis inversa) de 550 MW y 40 hm3 /año.

•El transvase 1050 Hm3 /año del rio 25 Centrales térmicas

•La opción nuclear podría ser la más respetuosa con el ecosistema y la única posible para cumplir el Protocolo de Kyoto.

Reactores de Fusión Nuclear, ITER

ITER Collaboration• For its size and cost and the involvement of virtually all the most developed

countries, representing over half of today world’s population ITER will become a new reference term for big science projects.

• The ITER project is one of the world’s biggest scientific collaboration.

ITER

Divertor

Solenoide Central

Estructura exterior entre bobinas

Bobina de campo toroidal

Bobina de campo poloidal

Soportes de la maquina

Modulo de envoltura

Camara de vacio

Criostato

Calentamiento IC

ITER

Agencia Europea: Fusion for Energy – Barcelona

Reactor Nuclear en Cadarache (Francia)

•1-Septiembre-2005 Inauguración Agencia Europea del ITER en Barcelona, Fusion for Energy , Diagonal Mar.

The Genealogy of ITERThe Genealogy of ITER

ITER

Potencia de total de fusión 500 MW (700 MW)Q =potencia de fusión / potencia inyectada ≥10 (inductivo)Tiempo de quemado de un plasma inductivo ≥400 sRadio mayor del plasma, R 6.2 mRadio menor del plasma, a 2.0 mCorriente del plasma Ip 15 MACampo magnético toroidal, B 5.3 TVolumen del plasma 837 m3

Superficie del plasma 678 m2

Flujo neutrónico sobre la pared 0.57 MW/m2

Sistemas de calentamiento auxiliares instalados 73 MW

Actividades de I+D ya realizadas relativas a las bobinas magnéticas del solenoide central del tokamak

Modelo a escala 1:1 de un sector de la Camara de Vacio de ITER. Se ha construido con una precisión en las dimensiones de ± 3 mm

Overview of Schedule for 2019 First PlasmaFirst Plasma

2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020ITER Construction

TF Coils (EU)

Tokamak Assembly

Tokamak Basic Machine Assembly

Ex Vessel Assembly

In Vessel Assembly

Start Install CS Start Cryostat Closure

Pump Down & Integrated Commissioning

Start Machine Assembly

2021 2022

ITER Operations

Assembly Phase 2

Assembly Phase 3

Plasma Operations

2023

Buildings & Site

CS Coil

Case Winding Mockups Complete TF10 TF15

VV Fabrication Contract Award VV 05 VV09 VV07

Vacuum Vessel (EU)CS Final Design Approved CS3L CS3U CS Ready for Machine Assembly

Construction Contract Award Tokamak Bldg 11 RFE

1. Renovar la licencia de las centrales españolas a 60 años.

2. Realizar en España un programa de construcción de centrales nucleares de III Generación con una potencia de unos 5.000 MWe.

3. De entre los municipios que desean el almacén temporal centralizado (ATC), elegir un emplazamiento y proceder a su construcción.

4. Participar en los programa de investigación internacionales de centrales nucleares de VI Generación y de Fusión nuclear.

Prof. Ph.D. J. Dies

Conclusiones:

FIN