Passat,,present i futur de l Energia Nuclear

(1)

Universidad Politécnica de Cataluña

Escuela Técnica Superior de Ingenieria Industrial de Barcelona Departamento de Fisica e Ingenieria Nuclear

Nuclear Engineering Research Group (NERG)

Passat, present i futur de

, p

l’Energia Nuclear

6ª Sessio del SPFQ

Barcelona, 4 de Maig de 2012g

Javier Dies Llovera

Doctor Enginyer Industrial Catedràtic d’Universitat d’Enginyeria Nuclear

(2)

(3)

• Funcionamiento de una central nuclear:

– Reacción en cadena

– Combustible nuclear

Combustible nuclear

– Reactor nuclear

R

t

d G

ió II

• Reactores de Generación II

• Reactores de Generación III

• Reactores de Generación IV

(4)

(5)

(6)

(7)

Pastillas de UO

₂

durante el proceso

de sinterizado

(8)

(9)

(10)

(11)

Posicionamiento de los grupos de barras de control, de fuentes de neutrones y de los elementos combustibles con veneno consumible

(12)

(13)

-Camino del

refrigerante en el reactor

-barras de control -veneno consumible

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

El generador de vapor puede medir 21metros medir 21metros de alto y pesar 800 toneladas

(21)

Tipos de centrales nucleares

(22)

(23)

Central Nuclear Trillo

(24)

C

t

l N

l

V

d ll

II

Central Nuclear Vandellos II

(25)

(26)

Central Nuclear Vandellos II

Generación II Generación II

(27)

Renovación de licencias de C.N.

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

A t l t 71 t l l h bt id d l i l d • Actualmente 71 centrales nucleares han obtenido del organismo regulador

“US Nuclear Regulatory Comission, US-NRC,” la renovación de la licencia de operación a

60 años

y 13 centrales están en proceso de revisión de operación a

60 años

, y 13 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

(28)

España -2012- Nuevo gobierno

-Inicia el proceso para renovar el permiso de

operación de la C N Santa Maria de Garoña

operación de la C.N. Santa Maria de Garoña,

2019.

En España se ren e an de 10 en 10 años

-En España se renuevan de 10 en 10 años.

-Son las bases para renovar hasta 60 años todas las C.N. Españolas.p

(29)

(30)

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

(31)

Foto-montaje. Olkiluoto (Finlandia), Dos centrales nucleares en operación, 2 x 840 MWe, junto a una tercera en construcción, EPR-1600 MWe. Este

Prof. Ph.D. J. Dies

, j ,

emplazamiento tendrá una potencia de 3280 MWe, y generará unos 24.000.000 MWh de energía eléctrica al año.

(32)

Reactores Generación III: 4 EPR en construcción

Fi l d Olkil t 3 Finland - Olkiluoto 3

France - Flamanville 3 France - Flamanville 3

China - Taishan 1&2

(33)

Reactores Generación III: 4 AP-1000 en construcción

Haiyang, China

Sanmen, China

(34)

(35)

Situación en el mundo - Febrero -2012

COUNTRY

(Click name for Country Profile) NUCLEAR ELECTRICITY GENERATION 2010 REACTORS OPERABLE February 2012 REACTORS UNDER CONSTRUCTION February 2012 REACTORS PLANNED Feb 2012 REACTORS PROPOSED Feb 2012 URANIU M REQUIR ED 2012 billion kWh % e No. MWe net No. MWe gross No. MWe gross No. MWe gross t

onnes U Argentina 6.7 5.9 2 935 1 745 2 773 1 740 124 Armenia 2.3 39.4 1 376 0 0 1 1060 64 Bangladesh 0 0 0 0 0 0 2 2000 0 0 0 Belarus 0 0 0 0 0 0 2 2000 2 2000 0 Belgium 45.7 51.2 7 5943 0 0 0 0 0 0 995 Brazil 13.9 3.1 2 1901 1 1405 0 0 4 4000 321 Bulgaria 14.2 33.1 2 1906 0 0 2 1900 0 0 313 Canada 85.5 15.1 17 12044 3 2190 3 3300 3 3800 1694 Chile 0 0 0 0 0 0 0 0 4 4400 0 China 71.0 1.8 15 11881 26 27640 51 57480 120 123000 6550 Czech 26.4 33.2 6 3764 0 0 2 2400 1 1200 583 Republic Egypt 0 0 0 0 0 0 1 1000 1 1000 0 Finland 21.9 28.4 4 2741 1 1700 0 0 2 3000 471 France 410.1 74.1 58 63130 1 1720 1 1720 1 1100 9254 Germany 133.0 28.4 9 12003 0 0 0 0 0 0 1934 Hungary 14 7 42 1 4 1880 0 0 0 0 2 2200 331 Hungary 14.7 42.1 4 1880 0 0 0 0 2 2200 331 India 20.5 2.9 20 4385 6 4600 17 15000 40 49000 937 Indonesia 0 0 0 0 0 0 2 2000 4 4000 0 Iran 0 0 1 915 0 0 2 2000 1 300 170 Israel 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1200 0 Italy 0 0 0 0 0 0 0 0 10 17000 0 Japan 280.3 29.2 51 44642 2 2756 10 13772 5 6760 4636 Jordan 0 0 0 0 0 0 1 1000 0 Kazakhstan 0 0 0 0 0 0 2 600 2 600 0 Korea DPR (North) 0 0 0 0 0 0 0 0 1 950 0 Korea RO 141.9 32.2 21 18785 5 5800 6 8400 0 0 3967 Korea RO (South) 141.9 32.2 21 18785 5 5800 6 8400 0 0 3967 Lithuania 0 0 0 0 0 0 1 1350 0 0 0

(36)

Malaysia 0 0 0 0 0 0 0 0 2 2000 0 Mexico 5.6 3.6 2 1600 0 0 0 0 2 2000 279 Netherlands 3.75 3.4 1 485 0 0 0 0 1 1000 102 Pakistan 2.6 2.6 3 725 1 340 1 340 2 2000 117 Poland 0 0 0 0 0 0 6 6000 0 0 0 Romania 10.7 19.5 2 1310 0 0 2 1310 1 655 177 Russia 159.4 17.1 33 24164 9 7960 14 16000 30 28000 5488 Saudi Arabia 0 0 0 0 0 0 0 0 16 20000 0 Slovakia 13.5 51.8 4 1816 2 880 0 0 1 1200 307 Slovakia 13.5 51.8 4 1816 2 880 0 0 1 1200 307 Slovenia 5.4 37.3 1 696 0 0 0 0 1 1000 137 South Africa 12.9 5.2 2 1800 0 0 0 0 6 9600 304 Spain 59.3 20.1 8 7448 0 0 0 0 0 0 1355 Sweden 55.7 38.1 10 9399 0 0 0 0 0 0 1394 Switzerland 25.3 38.0 5 3252 0 0 0 0 3 4000 527 Thailand 0 0 0 0 0 0 0 0 5 5000 0 Turkey 0 0 0 0 0 0 4 4800 4 5600 0 Ukraine 83.95 48.1 15 13168 0 0 2 1900 11 12000 2348 UAE 0 0 0 0 0 0 4 5600 10 14400 0 UAE 0 0 0 0 0 0 4 5600 10 14400 0 United Kingdom 56.9 15.7 18 10745 0 0 4 6680 9 12000 2096 USA 807.1 19.6 104 101607 1 1218 11 13260 19 25500 19724 Vietnam 0 0 0 0 0 0 4 4000 6 6700 0 2630 13 8 434 370 373 61 61 654 160 177 645 335 380 255 67 990 WORLD** 2630 13.8 434 370,373 61 61,654 160 177,645 335 380,255 67,990

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

NUCLEAR ELECTRICITY

GENERATION REACTORS OPERABLE

REACTORS UNDER

CONSTRUCTION ON ORDER or PLANNED PROPOSED

URANIUM REQUIRED

(37)

Costes de generación de electricidad, centrales operativas 2015

Coste de generación eléctrica en 2008 en España

(38)

(39)

(40)

Central Eléctrica 1000 MWe

100 d 250 trenes 100 d Carbón 2.500.000 Toneladas 100 vagones cada uno 100 vagones cada uno

Petróleo 10 superpetroleros 2.000.000 Toneladas 11.000.000 Barriles Gas 7 superbarcos 1.380.000 Toneladas 3 U i Un vagón 2.150.000.000 m3 Uranio 28 toneladas

(41)

Gestión del combustible irradiado

(42)

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.

p

Se está haciendo de forma segura y

respetuosa con el medio ambiente

Prof. Ph.D. J. Dies

(43)

Almacenamiento en piscinas

(44)

Almacen temporal de combustible irradiado

(45)

• Construcció del Magatzem temporal

Centralitzat (MTC) de residus

radioactius.

D

i ió Vill

d C ñ

(C

)

– Decisió: Villar de Cañas (Cuenca).

(46)

M j

l

id d

l l

i

d l

ATC: Villar de Cañas, Cuenca:

– Mejora la seguridad en el almacenamiento del

combustible gastado. Mejora para el medio

bi

t

l

ambiente y las personas.

• El ATC es mejor que las piscinas de combustible

t d

gastado.

– Sistema pasivo de refrigeración. Paredes de 1 5 de espesor

– Paredes de 1.5 de espesor.

– Inversión para el municipio:

• 700 millones de euros de inversión.

• 300 puestos de trabajo

(47)

Almacen Temporal Centralizado

(48)

(49)

(50)

(51)

(52)

IMPACTO VISUAL

•CENTRAL NUCLEAR:

_{CENTRAL NUCLEAR:}

 1-4 km

 1 4 km de Superficie

2

_{de Superficie}

•CENTRAL SOLAR:  20-50 km

2

_{de Superficie}

(53)

Escenario de construcción de 5.000 MWe en España

Reactores Generación III

Gas Nuclear Inversión inicial (M€) 2250 10000 Participación nacional (M€) 1012-1462 6000-8500 I i i i i (M€) % 112 8 % 8 0 Ingenieria y servicios (M€) 5% 112 8,5% 850 Bienes de equipo (M€) 16% 360 36% 3600 Construcción (M€) 24% 540 32% 3200 Construcción (M€) 24% 540 32% 3200 Otros costes (M€) 10% 225 10% 1000

Pagos al sector exteriorg

Inversión inicial (M€) 45% 1012 13,5% 1350

Combustible- 7500 h/año (M€/año) 1500 85

Emisiones de CO₂ ( Mt/año) 20

-Coste ( €/MWh) ( 2008) 60 35

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.

(54)

(55)

(56)

(57)

Sistema de refrigeración del reactor: familiar pero mejorado

AP-1000 AP-1000

(58)

Reactores de Generación IV

(59)

(60)

Central Nuclear de IV Generación actualmente en fase

investigación y desarrollo. Orientada a producir hidrogeno y investigación y desarrollo. Orientada a producir hidrogeno y electricidad.

(61)

(62)

.

Aplicaciones futuras de la energía nuclear:

PRODUCCIÓN DE ENERGIA ELECTRICA

•PRODUCCIÓN DE ENERGIA ELECTRICA.

•PRODUCCIÓN DE HIDROGENO PARA TRANSPORTE.

•PRODUCCIÓN DE AGUA DULCE. DESALAR AGUA DEL

MAR

MAR.

(63)

Ó

•PRODUCCIÓN DE AGUA DULCE. DESALAR AGUA DEL MAR.

•Experiencia en España:

Experiencia en España:

•Central térmica de Carboneras (carbón) y planta desaladora

(osmosis inversa) de 550 MW y 40 hm

3

_/año

(osmosis inversa) de 550 MW y 40 hm /año.

•El transvase 1050 Hm

3

_{/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.

(64)

Reactores de Fusión Nuclear, ITER

(65)

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

b f t f bi i j t

become a new reference term for big science projects.

(66)

ITER

Agencia Europea: Fusion for Energy – Barcelona Reactor Nuclear en Cadarache (Francia)

Solenoide Central Modulo de

envoltura

Estructura exterior entre bobinas

Camara de vacio

Criostato Bobina de campo toroidal

Bobina de campo poloidal

Calentamiento IC

Divertor

Soportes de la maquina

ITER ITER

(67)

•1-Septiembre-2005 Inauguración Agencia Europea del ITER en

(68)

The Genealogy of ITER The Genealogy of ITER

(69)

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 s

Radio mayor del plasma, R 6.2 m Radio mayor del plasma, R 6.2 m Radio menor del plasma, a 2.0 m Corriente del plasma Ip 15 MA Campo magnético toroidal B 5 3 T Campo magnético toroidal, B 5.3 T

Volumen del plasma 837 m3

Superficie del plasma 678 m2

Flujo neutrónico sobre la pared 0 57 MW/m2

Flujo neutrónico sobre la pared 0.57 MW/m2

(70)

(71)

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

(72)

Overview of Schedule for 2019 First Plasma

First Plasma 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 ITER Construction TF Coils (EU) 2021 2022 2023 CS Coil

Case Winding Mockups Complete TF10 TF15

CS Final Design Approved CS3L CS3U CS Ready for Machine Assembly

B ildi & Sit

VV Fabrication Contract Award VV 05 VV09 VV07

Vacuum Vessel (EU)

g pp y y

Tokamak Assembly Buildings & Site

Construction Contract Award Tokamak Bldg 11 RFE

Tokamak Basic Machine Assembly

Ex Vessel Assembly In Vessel Assembly

Start Install CS Start Cryostat Closure Start Machine Assembly

Pump Down & Integrated Commissioning

ITER Operations

Assembly Phase 2

Assembly Phase 3

p g g

(73)

Conclusiones:

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 Participar en los programas de investigación

3. Participar en los programas de investigación

internacionales de centrales nucleares de IV

Generación y de Fusión nuclear

.

(74)

RECURSOS

• Visita al Museu de l'energia de Ascó

(Tarragona):

(

g

)

» Tel. 977.41.52.30

• Experiències docents a la ETSEIB-UPC:

Experiències docents a la ETSEIB UPC:

Utilització d’un simulador de central

nuclear Contacte:

nuclear. Contacte:

activitatsdifusio.etseib@upc.edu

Tel 93 401 67 00 Tel. 93 401 67 00

• Web del Foro Nuclear. Diferents recursos.

• Multimèdia: “Introducción a la Energia

Nuclear”. Prof. J. Dies

Nuclear . Prof. J. Dies

(75)

FORMACIO:

• European Master in Innovation in Nuclear

Energy (EMINE)

gy (

)

– 120 ECTS, dos anys.

100% en Angles

– 100% en Angles

– Primer any: Barcelona-UPC o Estocolmo KTH

– Segon any: Paris, o Grenoble.

– 20 Beques: matricula + 750 €/mes

– Socis industrials: EDF, ENDESA, AREVA, Vatenfal,

CEA.

– Mes informacio:

http://www.kic-innoenergy.fr/emine

(76)

FORMACIO:

• Master in Nuclear Engineering (MNE)

– 90 ECTS, 1.5 anys .

,

y

– 100% en Angles

Barcelona UPC ETSEIB

– Barcelona-UPC, ETSEIB.

– Socis industrials: ENDESA.

– Practiques amb empreses.

–

http://formaciocontinua.upc.edu/nuclearengineering

p

g

(77)

Passat,,present i futur de l Energia Nuclear

Full text

Passat, present i futur de

, p

l’Energia Nuclear

• Funcionamiento de una central nuclear:

– Reacción en cadena

– Combustible nuclear

Combustible nuclear

– Reactor nuclear

R

t

d G

ió II

• Reactores de Generación II

• Reactores de Generación III

• Reactores de Generación IV

Pastillas de UO

2

durante el proceso

de sinterizado

Tipos de centrales nucleares

Tipos de centrales nucleares

Central Nuclear Trillo

C

t

l N

l

V

d ll

II

Central Nuclear Vandellos II

Renovación de licencias de C.N.

60 años

60 años

España -2012- Nuevo gobierno

-Inicia el proceso para renovar el permiso de

operación de la C N Santa Maria de Garoña

operación de la C.N. Santa Maria de Garoña,

2019.

En España se ren e an de 10 en 10 años

-En España se renuevan de 10 en 10 años.

Central Eléctrica 1000 MWe

Gestión del combustible irradiado

Gestión del Combustible irradiado:

Seguridad en la Gestión del combustible

Seguridad en la Gestión del combustible

irradiado

-En España hay 40 años de experiencia.

-En Ascó y Vandellos unos 24 años de

experiencia.

p

Se está haciendo de forma segura y

respetuosa con el medio ambiente

• Construcció del Magatzem temporal

Centralitzat (MTC) de residus

radioactius.

D

i ió Vill

d C ñ

(C

)

– Decisió: Villar de Cañas (Cuenca).

M j

l

id d

l l

i

d l

– Mejora la seguridad en el almacenamiento del

combustible gastado. Mejora para el medio

bi

t

l

ambiente y las personas.

• El ATC es mejor que las piscinas de combustible

t d

gastado.

– Inversión para el municipio:

– Inversión para el municipio:

₂

_{CENTRAL NUCLEAR:}

_{de Superficie}

_{de Superficie}

_/año

_{/año del rio}

_{25 Centrales térmicas}