Los reactores modulares pequeños son una de las áreas más populares para el desarrollo de energía nuclear y tecnologías de reactores.
Durante 70 años de existencia, los reactores de energía nuclear han tomado una posición sólida en el equilibrio global de la producción de electricidad. Su capacidad aumentó de unos pocos megavatios a casi dos gigavatios (aunque hubo proyectos más grandes).
Una planta de energía nuclear moderna no es solo una unidad de energía donde están presentes la instalación de un reactor y un turbogenerador. Este es un grupo concentrado de talleres e industrias que sirven para garantizar el funcionamiento de una unidad tan poderosa en el nivel adecuado. Piénselo: en cualquier planta de energía nuclear no solo hay una gran cantidad de sistemas de seguridad (que, por cierto, están sujetos al principio de redundancia), sino también sistemas para garantizar y respaldar estos sistemas de seguridad. No menciono la cantidad y variedad de sistemas para el funcionamiento normal.
El número de personal en tales instalaciones promedia aproximadamente 1,000 personas por unidad. Y si las instalaciones de producción adicionales pueden estar presentes en el sitio de la central nuclear, por ejemplo, un complejo de reprocesamiento RW, una instalación de almacenamiento de combustible gastado separada o incluso una estación de desalinización, entonces el número de personal solo aumentará.
Central nuclear de Bruce (Canadá) - 6.232 MW (e). La foto muestra el taller para la producción de agua pesada.Parece que si la estación es económicamente viable y genera una gran cantidad de electricidad, ¿cuál es el problema?
Las centrales nucleares modernas, como grandes complejos industriales, tienen inconvenientes significativos. En primer lugar, este es un costo enorme para la construcción de un complejo de este tipo. Por ejemplo, el costo de construcción de la unidad de energía No. 3 de la central nuclear de Olkiluoto cambió de 3 a 8,500 millones de dólares (vale la pena considerar el hecho de que ya existen algunos talleres de apoyo y personal calificado en la estación). A modo de comparación, el costo del
LHC ascendió a 6 mil millones de dólares.
La operación y mantenimiento de tales gigantes requiere no solo una organización operativa, sino también un supervisor, una gran cantidad de institutos y centros de investigación para apoyar la operación y la seguridad.
En países con bajo consumo de energía, las centrales nucleares modernas serán económicamente desventajosas. Creo que los lectores pueden imaginar cuánto les esperan los costos a los propietarios de las centrales nucleares después del final de su vida útil, cuando la planta necesita desmontar, reciclar y empacar los desechos de la producción de electricidad en las centrales nucleares. La experiencia ha demostrado que el desmantelamiento de grandes centrales nucleares suele retrasarse.
Otra realidad
Paralelamente a las grandes centrales eléctricas, se desarrollaron docenas de instalaciones para programas militares, por ejemplo, reactores submarinos (hasta 190 MW) y reactores de investigación. Todo esto impulsó en el futuro el desarrollo de pequeños reactores.
Entonces que es esto? En la definición del OIEA, "pequeño" - reactores con una capacidad eléctrica de hasta 300 MW, "medio" - hasta 700 MW. Sin embargo, "SMR" se usa con mayor frecuencia como un acrónimo de "reactor modular pequeño", destinado a la construcción en serie, como una alternativa al diseño complejo de la "isla atómica" con sus habitaciones y recintos voluminosos.
- pequeños reactores modulares - plantas desarrolladas utilizando tecnologías integradas (reactores con bombas (o sin) y generadores de vapor en una carcasa), que se planea fabricar en las plantas, utilizando todas las ventajas económicas de la producción en masa. Se pueden construir independientemente uno del otro o en forma de módulos en un complejo más grande, con la adición de potencia gradualmente según sea necesario.
Los reactores pequeños se pueden ubicar en cualquier lugar y en cualquier momento.
El proyecto Flexblue es un módulo de energía ubicado bajo el agua.
Exótico militar ruso - concepto.La mayoría de las MMP, en comparación con los reactores grandes, requieren poco mantenimiento. En particular, los diseños de tales reactores sugieren un intervalo más largo entre las sobrecargas de combustible (de 2 a 10 años versus 12-24 meses en unidades de gran potencia) o la colocación de combustible en general durante todo el ciclo de vida; para esto es necesario periódicamente (una vez cada 10 o más años) Sustitución del módulo reactor compacto.
Beneficios clave
- La potencia específica más baja de la instalación del reactor a priori la hace más segura desde el punto de vista de la intensidad energética (menor potencia - menos calor residual después del apagado). Desde el punto de vista del backend, cantidades relativamente bajas de residuos radiactivos acumulados.
- Las unidades de potencia de este tipo dependen menos de la capacidad de atraer grandes cantidades de agua de enfriamiento cercana. Por lo tanto, son excelentes para trabajar en rincones remotos del planeta (y no solo ), por ejemplo, para generar energía para la minería.
- La presencia de un número suficiente de sistemas de seguridad pasiva. En el buen sentido (en teoría), estos sistemas resuelven el principal problema de emergencia: la pérdida del consumidor final de calor en caso de accidente. De hecho, aunque los sistemas son pasivos, también necesitan supervisión y mantenimiento constantes. Pero vale la pena reconocer la mayor estabilidad de la aparamenta pequeña ante una situación típica: una pérdida completa de la fuente de alimentación.
- Minimización de obras de construcción e instalación técnicamente complejas, teniendo en cuenta los detalles de las regiones de posible ubicación. Cantidad mínima de servicio. Reducción del número de personal de campo requerido.
- La posibilidad de simplificar significativamente el desmantelamiento de estas unidades de potencia.
Los reactores pequeños con una perspectiva cercana de implementación (10-15 años) pertenecen a los siguientes tipos de reactores de recipientes: PWR (presurizado por agua), reactores de neutrones rápidos o reactores de alta temperatura (principalmente con un refrigerante de gas).
De izquierda a derecha: 1 - Westinghouse SMR. 2 - helio HTMR-100. 3 - PRISMO rápido.Dado que la mayoría de los proyectos de MMP están en el nivel conceptual y requieren una I + D significativa en el futuro, para agregar especificidad a mi narrativa, me enfocaré en dos de los proyectos más relevantes y listos.
1) NuScale (NuScale Power Inc., EE. UU.)
El proyecto de la planta NuScale, anteriormente llamado MASLWR, es una unidad con un reactor de agua a presión de baja potencia: 45 MW (e).
Fue desarrollado conjuntamente por el Laboratorio Nacional de Ingeniería de Idaho y la Universidad de Oregon (EE. UU.). En 2007, NuScale Power Inc. se estableció para comercializar el proyecto. El proyecto ha estado en desarrollo desde 2000. Como se trata de un reactor modular, 12 de estos módulos se instalan de forma estándar en el sitio.
Edificio del reactor. Vista seccional.El núcleo, los generadores de vapor y el compensador de presión están ubicados dentro del mismo recipiente, no hay bombas de circulación. El diámetro de la caja es de 2.9 metros y una altura de 17.4 metros.
El portador de calor, que se calienta en la zona activa, se mueve hacia arriba, emite calor en el generador de vapor y regresa a través de los canales de bajada. Circulación natural, sí.
El núcleo se extrae de conjuntos de combustible con el hermoso nombre NuFuel-HTP2. De hecho, similar en diseño a ensamblajes de combustible para unidades PWR occidentales, diseño. La especificación de montaje técnico para NRC está
aquí . Planean recargar cada 24 meses.
Ensambles de combustible del reactor NuScale. Por cierto, la producción de AREVA.
Tabla de carga del núcleo del reactor NuScale.La principal característica distintiva de proyectos similares es que el recipiente del reactor se coloca adicionalmente en un recipiente de metal de paredes gruesas hecho de acero inoxidable. Toda la estructura está en la piscina, completamente sumergida en agua. El sistema de disipación de calor residual consta de dos sistemas pasivos independientes.
Sistemas de eliminación de calor planificada y de emergencia.A finales de 2016, la compañía presentó una solicitud de licencia ante el regulador de EE. UU. Esta es la primera solicitud de licencia SMR de EE. UU. Este hecho significa que en esta etapa el proyecto está casi completo y tiene la capacidad de convertirse en un producto comercial muy real.
2) CAREM-25 (CNEA, Argentina)El lector probablemente no esperaba ver a este país entre los principales desarrolladores de MMP, pero Argentina ahora está más cerca de operar un reactor modular de demostración de 25 megavatios.
CAREM-25 es un tipo integral de PWR, cuya construcción comenzó en 2014 en las cercanías de la central nuclear de Atucha. Es gratamente sorprendente que se trate de una tecnología argentina, y se planea recibir el 70% de los equipos y materiales de los fabricantes locales.
El proyecto se desarrolló como una fuente de energía para el suministro de energía a regiones de bajo consumo. También se puede utilizar para la operación de una planta desaladora.
Embarcación de reacción y sistemas básicos de seguridad.El núcleo, los actuadores hidráulicos de los organismos reguladores y doce generadores de vapor verticales de tubería recta (con sobrecalentamiento de vapor) se encuentran en una carcasa, de acuerdo con todos los cánones de la modularidad. En el primer circuito - circulación natural. El recipiente del reactor tiene un diámetro de 3,2 metros y una altura de 11 metros. El núcleo se extrae de 61 casquillos de combustible hexagonales (!).
Reactor de combustible FA CAREM-25.CAREM-25 contiene sistemas de seguridad activos pasivos y simples. El proyecto estipula que en un accidente grave, el núcleo permanece intacto durante 36 horas sin acción del operador y sin fuente de alimentación externa. La tasa de daño central esperada (CPAP) es 10E-07 reactor / año.
La reacción en cadena de fisión se detiene utilizando dos sistemas independientes: barras de CPS y un sistema de inyección de agua de boro. En condiciones de funcionamiento normales, no se utiliza boro.
La energía residual es eliminada por el sistema pasivo de PRHRS. Funciona según el principio de un condensador tecnológico (condensador de aislamiento). Los condensadores PRHRS están ubicados en la piscina en la parte superior de la contención. El sistema proporciona eliminación de calor del núcleo durante 36 horas.
Condensador de proceso y sistema de piscina PRHRS.El proyecto también proporciona un sistema de emergencia pasivo para verter agua en el núcleo EIS si la presión en el cuerpo cae por debajo del punto de ajuste de 1.5 MPa; a esta presión se rompe el diafragma de seguridad y se vierte agua boratada en el cuerpo desde el tanque EIS. De manera simple: la capacidad hidráulica del ECCS.
La primera descarga está programada para 2018.
Hay muchas preguntas para este proyecto. Por ejemplo, la fiabilidad de 12 generadores de vapor internos, la posibilidad de inspección y reparación.
Y se verá como la construcción de la unidad de potencia desde el exterior.Como conclusión, vale la pena señalar que los reactores pequeños "recargarán el motor" de un átomo pacífico y le darán a la industria una nueva fuerza, y una menor potencia, lo que significa un menor tiempo de construcción, reducirá el costo de generación y luchará contra la creciente popularidad de las fuentes de energía renovable.
A finales de 2016, se creó un consorcio para implementar el objetivo estratégico de comenzar la operación comercial de reactores pequeños a mediados de la década de 2020. Incluye las siguientes empresas: AREVA, Bechtel, BWXT, Dominion, Duke Energy, Energy Northwest, Fluor, Holtec International, NuScale Power, Ontario Power Generation, PSEG, TVA y Utah Associated Municipal Power Systems. Como puede ver, hay varios jugadores poderosos.
Por lo tanto, es demasiado pronto para hablar sobre un futuro brillante, pero las dinámicas positivas aún son visibles.