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