Consejo Social de la UPM 1

Emilio Minguez TorresDepartamento de Ingeniería NuclearInstituto de Fusion Nuclear

(emilio.minguez@upm.es)

Energía nuclear de fisión: reactores de futuro

GENERA 26 de febrero, 2008

Reactor nuclear de fisión

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• Máquina diseñada para iniciar, mantener y controlar las reacciones de fisión

Emplea: uranio y/o otros combustibles

Produce: energía

Funciona: en forma autosostenida

Recursos de uranio

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Australia25%

Kazastán17%

Canadá9%

Rusia4%

Uzbequistán2%

Níger5%

Ucrania2%

Jordania2%

India1%

China1%

Otros6%

EE.UU.7%Sudáfrica

7%

Namibia6%

Brasil6%

Fuente: NEA/IAEA Libro Rojo 2005; Reservas Extraíbles a un precio inferior a 130 $/KgU

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FABRICACIÓN DE COMBUSTIBLE NUCLEAR

POLVO DE UO2

PASTILLA

COMPONENTES ESQUELETO

BARRA

5

COMBUSTIBLE NUCLEAR

400 cm

20 cm

Central nuclear

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• Sistema nuclear de generación de vapor ( NSSS)Reactor nuclearGenerador de vaporBombas

• Componentes de generación eléctricaTurbinaAlternadorCondensador

• Salvaguardias tecnológicasSistemas de seguridadSistemas de protección y controlSistemas de seguridad de la contención

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Central del tipo PWR ( Reactor de agua a presión)

8

Central del tipo BWR( Reactor de agua en ebullición)

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• 440 reactores en operación en 31 paises (370 GWe)

• 25 reactores en construcción en 11 paises (19GWe)

• 41 reactores en proyecto• 80 propuestas de nuevas centrales• En Europa 1 en construcción ( Finlandia) y varios

en proyecto ( 1 en Francia)• 59 reactores con licencia para funcionar 60 años

Situación mundial

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UE: 35%E: 20%

Ahorro de 500 Mt CO2 en la UE

Funcionamiento en horas de las centrales eléctricas

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Historia del factor de carga

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020406080

100

'85 '87 '89 '91 '93 '95 '97 '99 '01 '03 '05AÑO

FACTOR DE CARGA

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Se ha demostrado su menor coste

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• Operación de centrales a costes muy competitivos.• Producción sostenible ( factores de carga elevados).• Operación a largo plazo: paso de 40 a 60 años.• Suministro asegurado de combustible.• Desmantelamiento y gestión de residuos.• Construcción de nuevas centrales: Gen-III, Gen3+, HTR• Programas: Generación IV / INPRO• Otros productos no eléctricos: hidrógeno, desalación

agua, cogeneración,...• Transmutación de residuos: instalaciones de fuentes

de irradiación• Fusión: ITER, fábrica de blancos, materiales,FCI.

Escenario futuro

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Retos de la Energía Nuclear• Sostenibilidad: reducción de volumen de residuos

disminución toxicidad y tiempo de vidaextensión de reservas de combustibleciclo de combustible

• Competitividad: Simplificación de diseñoreducción tiempos de construcciónmejor empleo del combustiblenuevas técnicas de construcción

• Seguridad y fiabilidad: Seguridad inherentediseños robustos

• Aumento de la aceptación y confianza públicas

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Proceso de Evolución

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030

Gen IV

Generation IVGeneration IV Highly

economical Enhanced

Safety Minimized

Wastes Proliferation

Resistance

Highly economical

Enhanced Safety

Minimized Wastes

Proliferation Resistance

Gen I

Generation IGeneration IEarly Prototype

Reactors

•Shippingport•Dresden,Fermi-I•Magnox

Gen II

Generation IIGeneration IICommercial Power

Reactors

•LWR: PWR/BWR•CANDU•VVER/RBMK

Gen III

Generation IIIGeneration IIIAdvanced

LWRs

•System 80+•EPR

•AP600•ABWR

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Reactores avanzados

• Reactores tipo PWR:EPRSystem 80+AP-1000/ 600VVER-1000IRIS

• Reactores tipo BWR: ABWRESBWRSWR-1000

• Reactores de gas: PBMR, GT-MHR• Reactores de agua pesada: ACR

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Reactor EPR

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Olkiluoto en 2004

Consejo Social de la UPM 20

Olkiluoto al finalizar

Consejo Social de la UPM 21

Máster en Tecnologías para laGeneración EléctricaAP 600/ 1000

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SIMPLICIDAD

• Sistemas de seguridad pasivos no requieren tantos subsistemas.

• Facilidad de operación y mantenimiento.

• Consiguiente efecto sobre SEGURIDAD y COSTES.

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Comparación de dimensiones entre PWR y AP-1000

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ABWR - Generalidades

25

ABWR - Detalle de la Central

26

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GENERACION IV

"Generacion IV" consiste en el desarrollo y demostracion de uno o mas sistemas nucleares innovadores que ofrecen

ventajas en los retos de la energía

Generation IV International Forum(GIF)

2003 Euratom2006 Rusia y China

Perspectivas comerciales: 2030

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GENERACION IV

• SFR Sodium Cooled Fast R. Fast Closed• LFR Lead Alloy Cooled R. Fast Closed• GFR Gas Cooled Fast R. Fast Closed• VHTR Very High Temperature R. Thermal Once-through• SCWR Supercritical Water Cooled Th. & F. Once-t. & Cl. • MSR Molten Salt R. Thermal Closed

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Gestión de residuos radiactivos

Clab (Sweden)Habog (Holland) Surry (UEA)

• Volumen pequeño y concentrados• Aislamiento en la biosfera factible• Soluciones técnicas en muchos paises: Suecia, España, etc• Almacenamiento temporal• AGP• Transmutación para eliminar residuos

La gestión de los residuos radiactivos es más que encontraruna respuesta técnica a un problema técnico

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Centro de Almacenamiento El Cabril

CONTENEDORES

CELDAS CONCOBERTURA PROVISIONAL

TECHADO MOVIL

GALERIA INSPECCION

CAPA DEPROTECCION

COBERTURA A LARGO PLAZO

TIERRA VEGETAL

GRAVA GRUESA

CAPA IMPERMEABILIZANTEDE ARCILLA COMPACTADA

IMPERMEABILIZACION MEMBRANASINTETICA

RELLENO

(DRENANTE)1ª CAPA DE ARENA

(DRENANTE)2ª CAPA DE ARENA

(DRENANTE)3ª CAPA DE ARENA

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Almacenamiento directo. Sistema de barreras múltiples.

Elemento combustible

Cápsula

Material de relleno y sellado (bentonita compactada a alta densidad)

Barrera geológica

- Retención de radionucleidosen la matriz de UO2

- Retrasa la penetración de agua- Establece un ambiente químico favorable

- Limita la penetración de agua- Retrasa el inicio de la liberación

- Limita la liberación (difusión)

Zona del repositorio: - Limitado aporte de agua

- Quimismo favorable- Estabilidad geológica a largo plazo

Geosfera:- Largos tiempos de recorrido del agua

- Retraso adicional al transporte de material radioactivo en agua (sorción,

difusión en matriz rocosa)

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Almacenamiento temporal.

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Experiencia Internacional en ATC

Tecnología de almacenamiento contrastada y con experiencia operacional amplia.

Países que disponen de instalaciones tipo ATCAlemania: Ahaus; GorlebenBélgica: DesselEE.UU.: PFS (en licenciamiento)Francia: La HagueHolanda: HABOGJapón: RokkashoReino Unido: SellafieldRusia: Mayak; KrasnoyarskSuecia: CLABSuiza: ZWILAG

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SEPARAR Y TRANSMUTAR

ELIMINAR LOS ACTÍNIDOS (U, Pu, Am, Cm, Np) PRESENTES EN EL COMBUSTIBLE IRRADIADO Y ALGUNOS PRODUCTOS DE FISIÓN DE VIDA LARGA (I, Tc, Cs) Y ALTA MOVILIDAD.

Objetivos de la Separación-Transmutación.

OBJETIVOS BÁSICO

REDUCIR EL INVENTARIO RADIOTÓXICO DE LOS RAA Y EN CONSECUENCIA, EL RIESGO RADIOLÓGICO POTENCIAL A LARGO PLAZO QUE CONLLEVA SU ALMACENAMIENTO

DEFINITIVO.

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Esquema de la transmutación.

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Transmutador ADS.

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Estrategia de futuro

Corto plazo (-2025)

Operar las centrales existentes hasta su vida estimada por diseño

Plan de operación más allá de 40 años

Construcción de nuevas centrales con tecnología de GEN III

Medio Plazo (2030- 2050)

Construcción de nuevas centrales con tecnología de GEN III, G3+ y GEN IV

Transmutacion

Largo plazo (2050- )

Nuevas centrales con tecnología de Gen IVReactores de Fusion

La Energía Nuclear debe ser parte de nuestro futuro