Jornadas “Energía nuclear: fuente imprescindible en la transición
energética” ETSI Industriales, Madrid, 6 y 7 septiembre
Nuevos reactores nucleares
Gonzalo Jiménez
Dpto. de Ingeniería Energética
ETSI Industriales, Universidad Politécnica de Madrid
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ENERGÉTICA
mailto:[email protected]
Índice
1. Introducción
2. Reactores nucleares en el mundo
3. Energía nuclear en España
4. Introducción a reactores de Generación III/III+
5. Small Modular Reactors
6. Introducción a reactores de Generación IV
Índice
1. Introducción
2. Reactores nucleares en el mundo
3. Energía nuclear en España
4. Introducción a reactores de Generación III/III+
5. Small Modular Reactors
6. Introducción a reactores de Generación IV
200 Mev
La fisión nuclear
Moderación de neutrones
Chicago Pile (1942)
6
Índice
1. Introducción
2. Reactores nucleares en el mundo
3. Energía nuclear en España
4. Introducción a reactores de Generación III/III+
5. Small Modular Reactors
6. Introducción a reactores de Generación IV
La construcción de reactores nucleares
UN: Uranio Natural (99.3% U-238 y 0.7% U-235)
UE: Uranio Enriquecido (95% U-238 y 5% U-235)
MOX: 95 % U-238 y 5% Pu-239
Tipos de reactores nucleares
Energía Moderador Refrigerante Combustible TIPO
Térmicos Grafito Gas (CO2, He) UN, UEGas cooled reactors
(GCR)
D2O D2O UN, UE
Pressurized Heavy-Water
Moderated and Cooled
Reactor (CANDU)
H2O H2O UE, MOXLight Water Reactors
(PWR, BWR)
H2O +
grafitoH2O UE
Light-Water Cooled,
Graphite Moderated
Reactor (RBMK)
Rápidos no tiene Metales líquidos, gas UE, MOXFast Breeder Reactor
(FBR)
Tipos de reactores.Centrales nucleares en operación por tipo
REACTOR TYPEMAIN
COUNTRIESNUMBER GWe
Pressurised Water Reactor (PWR)
US, France,
Japan, Russia.
Spain, China, etc.301 287.1
Boiling Water Reactor (BWR)US, Japan,
Sweden, Spain70 69.7
Pressurised Heavy Water Reactor (CANDU)Canada,
Romania, India49 24.6
Gas-cooled Reactor (GCR) UK 14 7.7
Light Water Graphite Reactor (RBMK) Russia, Ucraine 13 9.3
Fast Neutron Reactor (FBR) Japan, Russia 3 1.4
TOTAL 450 399.7
Fuente: PRIS IAEA (30/08/2019)
https://pris.iaea.org/PRIS/WorldStatistics/OperationalReactorsByType.aspx
Centrales nucleares en operación por país
Fuente: IAEA (30/08/2019)
Country Number of ReactorsTotal Net Electrical Capacity
[MW]
UNITED STATES OF AMERICA 97 98384
FRANCE 58 63130
CHINA 48 45518
JAPAN 37 35947
RUSSIA 36 28355
KOREA, REPUBLIC OF 25 23784
INDIA 22 6255
CANADA 19 13554
UKRAINE 15 13107
UNITED KINGDOM 15 8923
SWEDEN 8 8613
BELGIUM 7 5918
GERMANY 7 9515
SPAIN 7 7121
CZECH REPUBLIC 6 3932
PAKISTAN 5 1318
SWITZERLAND 5 3333
FINLAND 4 2784
HUNGARY 4 1902
SLOVAKIA 4 1814
ARGENTINA 3 1633
BRAZIL 2 1884
BULGARIA 2 1966
MEXICO 2 1552
ROMANIA 2 1300
SOUTH AFRICA 2 1860
ARMENIA 1 375
IRAN, ISLAMIC REPUBLIC OF 1 915
NETHERLANDS 1 482
SLOVENIA 1 688
Total 450 399706
https://pris.iaea.org/PRIS/WorldStatistics/OperationalReactorsByCountry.aspxhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=UShttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=FRhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=CNhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=JPhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=RUhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=KRhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=INhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=CAhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=UAhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=GBhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=SEhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=BEhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=DEhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=EShttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=CZhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=PKhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=CHhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=FIhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=HUhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=SKhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=ARhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=BRhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=BGhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=MXhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=ROhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=ZAhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=AMhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=IRhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=NLhttps://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/CountryDetails.aspx?current=SI
Central de tipo PWR (reactor de agua a presión)
PWRSistema de refrigeración
PWRElementos combustibles
● Sistema de inyección de seguridad (SIS)/ acumuladores (ACC)
Sistemas de salvaguardias tecnológicas
REF: JAEA webpage
Ejemplos de transitorios: LOCA
Central de tipo BWR(Reactor de agua en ebullición)
Índice
1. Introducción
2. Reactores nucleares en el mundo
3. Energía nuclear en España
4. Introducción a reactores de Generación III/III+
5. Small Modular Reactors
6. Introducción a reactores de Generación IV
Las centrales nucleares españolas
Central nuclearPOTENCIA
(MWe)TIPO DE
REACTOR
NSSSSUMINISTRAD
OR
OPERACIÓN COMERCIAL
Fechaautorización
actual
Validezhasta
Almaraz I 1.049,4 PWR Westinghouse 1983 8/06/2010 2020
Almaraz II 1.044,5 PWR Westinghouse 1984 8/06/2010 2020
Ascó I 1.032,5 PWR Westinghouse 1984 1/10/2011 2021
Ascó II 1.027,2 PWR Westinghouse 1986 1/10/2011 2021
Cofrentes 1.092,0 BWRGeneral Electric
1985 10/03/2011 2021
Vandellós II 1.087,1 PWR Westinghouse 1988 26/07/2010 2020
Trillo 1.066,0 PWR Siemens KWU 1988 17/11/2014 2024
El p
erio
do
de
op
erac
ión
de
un
a ce
ntr
al n
ucl
ear
no
tie
ne
un
pla
zo f
ijo
. La
s A
uto
riza
cio
nes
de
Exp
lota
ció
n s
e re
nu
evan
per
iód
icam
ente
tra
s la
ev
alu
ació
n d
el C
on
sejo
de
Segu
rid
ad N
ucl
ear
y la
ap
rob
ació
n d
el
Min
iste
rio
de
Ind
ust
ria,
Tu
rism
o y
Co
mer
cio
. En
la a
ctu
alid
ad, l
a te
nd
enci
a es
co
nce
der
las
auto
riza
cio
nes
po
r 1
0 a
ño
s
Las centrales nucleares españolas
POTENCIA TIPO DE NSSS
PARADAEN
DESMANTELAMIENTO(MWe) REACTOR SUMINISTRADOR
VANDELLÓS I 500 GCR CEA jul-70
JOSÉ CABRERA 150 PWR Westinghouse abr-06
Sta. María de Garoña 466 BWR General Electric dic-12
Producción energía eléctricapor tipo de central en España
21
Hidroeléctrica Termoeléctrica
Termoeléctrica nuclear Renovables y residuos
Cogeneración y tratamiento de residuos
Hidroeléctrica 6.4%
Termoeléctrica 34.1%Termoeléctrica
nuclear 21.2%Renovables y
residuos 27.7%Cogeneración y
tratamiento de
residuos 10.7%
Fuente: Energía 2018 (Foro Nuclear)
▪ Ingeniería.
▪ Fabricación y suministro de equipos.
▪ Construcción y montaje.
▪ Fabricación de combustible.
▪ Puesta en marcha de instalaciones.
▪ Operación y mantenimiento de instalaciones.
▪ Desmantelamiento y clausura.
▪ Participa en el desarrollo nuclear internacional
▪ Cuenta con unos 27 500 profesionales en España
Industria nuclear española
22
23
FABRICA DE ELEMENTOS COMBUSTIBLES DE ENUSA
EN JUZBADO (Salamanca)
24
FABRICA DE GRANDES EQUIPOS DE ENSA
EN SANTANDER
Índice
1. Introducción
2. Reactores nucleares en el mundo
3. Energía nuclear en España
4. Introducción a reactores de Generación III/III+
5. Small Modular Reactors
6. Introducción a reactores de Generación IV
Reactores nucleares en operaciónClasificación por años operacionales
26
Ref: https://pris.iaea.org/PRIS/WorldStatistics/OperationalByAge.aspx
80’s90’s-00’s10’s
Datos del 30/08/2019
https://pris.iaea.org/PRIS/WorldStatistics/OperationalByAge.aspx
Condiciones para la construcción de CCNN en los años 2000-2010
• Alto crecimiento de lademanda energética.
• Precio del petróleo .
• Preocupaciones sobre elsuministro de energía.
• Rentabilidad de las centralesnucleares en operación.
• Experiencia operativa de lasCCNN.
• Cambio climático.
• Lenta implementación de lasenergías renovables.
https://elpais.com/diario/2009/01/08/internacional/1231369201_850215.html
https://es.wikipedia.org/wiki/Petr%C3%B3leo_Brent
27
https://elpais.com/diario/2009/01/08/internacional/1231369201_850215.htmlhttps://es.wikipedia.org/wiki/Petr%C3%B3leo_Brent
Reactores en construcción en el mundo
Fuente: Organización Internacional de Energía Atómica
(https://www.iaea.org/pris/ ), 30/08/2019
• 52 reactores en
construcción en 18 países.
• 158 reactores más
programados
• 330 reactores propuestos
28
https://www.iaea.org/pris/
29
Reactores de Generación III/III+Características
Reactores de Generación III/III+Características
• Evolución de los reactores de Generación II: tecnologíasprobadas
• Más seguros: sistemas pasivos y mayor grado deredundancia
• Simplicidad: menos sistemas, menos costes de operación ymantenimiento y menos costes de construcción
• Altos factores de capacidad: ciclos más largos• Diseño a 60 años de vida operacional• Procesos de licencia estandarizados• Menos residuos por Mwe producido• Menos dosis operacionales
30
Reactores de Generación III/III+ más relevantes
31
AP1000
ABWR
EPR
ESBWR
APR1400
AES2006
AP1000 de Westinghouse
• Potencia:1117 MWe
• Licenciadoen EEUU,China yReinoUnido.
32https://aris.iaea.org/PDF/AP1000.pdf
https://aris.iaea.org/PDF/AP1000.pdf
AP1000Sistema de refrigeración del reactor
33
34
AP1000Sistema de refrigeración de seguridad del reactor
AP1000Sistema de refrigeración pasiva de la contención
Edificio de protección
Air Baffle Entrada Entrada
Liner -
Contención de acero
Salida
35
AP1000Construcción modular
36
AP1000Sanmen y Haiyang (China)
37http://www.world-nuclear-news.org/Articles/Fourth-Chinese-AP1000-enters-commercial-operation
• 4 unidades en China:
– Sanmen (2)
– Haiyang (2)
http://www.world-nuclear-news.org/Articles/Fourth-Chinese-AP1000-enters-commercial-operation
AP1000 Construcción
• 4 unidades en Estados Unidos:
– Votgle (2)
– VC Summer (2) (construcción parada el 31/07/2017)
• 6 unidades en la India (¿?)
38
EPR
• Potencia:1770 MWe
• Licenciadoen Alemania,Francia,Finlandia,China y ReinoUnido.
39
https://aris.iaea.org/pdf/epr.pdf
https://aris.iaea.org/pdf/epr.pdf
EPRSistema de refrigeración del reactor
40
EPRSistemas activos de seguridad
4 trenes de inyección de seguridad independientes
41
EPRSistema de retención del núcleo fundido
42
EPRDoble contención
43
5 unidades EPR™ en construcción
Flamanville 3
Taishan 1&2
Olkiluoto 3
Hinkley Point C44
En operación comercial desde 14/12/2018
https://www.edfenergy.com/energy/nuclear-new-build-projects/hinkley-point-c/about/virtual-tour
Índice
1. Introducción
2. Reactores nucleares en el mundo
3. Energía nuclear en España
4. Introducción a reactores de Generación III/III+
5. Small Modular Reactors
6. Introducción a reactores de Generación IV
Small Modular Reactors
46
Small Modular Reactors
47
48
https://www.eastidahonews.com/2019/08/a-comprehensive-look-at-the-nuscale-small-modular-reactor-project/
https://www.eastidahonews.com/2019/08/a-comprehensive-look-at-the-nuscale-small-modular-reactor-project/
• Oregon State University (USA)• 45 MWe• 90% Capacity Factor• Integral reactor• Modular, scalable• Passive safety• Online refueling
12-module, 540 MWe NuScale Plant
Reactor and containment are
submerged in underground steel-
lined concrete pool with 30-day
supply of cooling water.Any hydrogen released is trapped in
containment vessel with little to no oxygen
available to create a combustible mixture.
News (May 2014): NuScale will receive up to $217 million in funding over five years todevelop its small modular reactor (SMR) under an agreement finalized with the USDepartment of Energy (DoE).
Índice
1. Introducción
2. Reactores nucleares en el mundo
3. Energía nuclear en España
4. Introducción a reactores de Generación III/III+
5. Small Modular Reactors
6. Introducción a reactores de Generación IV
Objetivos
Sostenibilidad
◼Mejor aprovechamiento del combustible
◼Menor radiotoxicidad de los residuos generados
◼Mejores rendimientos de conversión térmica
Economía
Seguridad y fiabilidad
◼Mayor seguridad (intrínseca y pasiva)
Resistencia a la proliferación
Aplicaciones secundarias (H2,cogeneración…)
Replanteamiento
Cambios principales respecto a Gen III/III+:
Refrigerantes: metales líquidos, gases alta temperatura, agua supercrítica, sales fundidas
Combustible: metales, carburos, esferas de grafito
Conversión de energía: ciclos de gas, vapor o ciclos combinados
Selección de sistemas por el GIF
Sistemas de IV generación
Reactores rápidos de Generación IV
Espectro rápido
Reproducción de combustible (Breeding)
Los reactores consumen material físil (CF) 233U, 235U ó 239Pu
Pero además pueden generarlo mediante la transformación del material fértil (PF) :
238U ⇨ 239U ⇨ 239Np ⇨ 239Pu
232Th ⇨ 233Th ⇨ 233Pa ⇨ 233U
Sólo los reactores rápidos consiguen factores de reproducción significativos.
Reservas mundiales de Uranio
1 Reservas Identificadas = Garantizadas + Reservas Inferidas = 4.74 MtU
2 Reservas Convencionales Totales = Garantizadas + Inferidas + Extrapoladas + Reservas Especuladas = 14,8 MtU
3 Fosfatos = Uranio contenido en fosfatos = 22 MtU
Datos en años de producción de electricidad (referencia 2004)
Fuente: Uranio 2005: recursos, producción y demanda. NEA-OCDE/OIEA 2006
RI 1 RCT 2 RCT + Ph 3
Reactores actuales 85 270 675
Nuevos reactores 2.550 8.000 20.000
Las reservas de torio y los stocks de plutonio contribuyen al alargamiento de recursos de
combustible nuclear para las nuevas centrales nucleares
Transmutación de actínidos minoritarios
MA: Actínidos Minoritarios (Np, Am y Cm) Fisión favorable frente a captura → mayor eliminación
de productos pesados
cf
Consecuencias: minimización de los residuos
Source: Handbook of Nuclear Engineering. D.N. Cacuci (editor). Springer, 2010.
BN-800 (Rusia)
66Desde 2016
Estudio escenario español con reactores de Gen IV
In case of using only resources from national uranium mines, there would not be enough uranium to feed the required fleet for the most demanding energy scenarios. Nevertheless, if reprocessing is possible and the operational life is extended to 60 years, there would not be any limitation to feed the required fleet by any of the postulatedscenarios.
Regarding plutonium, it can be concluded that as the only way to obtain Pu is from the reprocessing of the spent fuel, there is not enough plutonium to feed the complete fleet. However, thanks to the breeding properties of the ESFR-like reactors, a strategy involving the continuous reprocessing of plutonium has been proposed in order to obtain enough plutonium to feed reactors’ cycles until the desired production level is achieved.
Analysis of a Spanish energy scenario with Generation IV nuclear
reactors. R. Ochoa, G. Jimenez, S. Perez-Martin, 2014, Energy
Conversion and Management. VOLUMEN: 77, PÁGINAS: 389-397
¡Gracias por vuestra atención!
mailto:[email protected]Top Related