Tecnología Nuclear y Operación de Centrales Nucleares: XXVI Máster en Negocio Energético del Club Español de la Energía

1. Energía nuclear, electricidad para todos
XXVI MASTER EN NEGOCIO ENERGÉTICO
CLUB ESPAÑOL DE LA ENERGÍA
Madrid, 19 de noviembre de 2013
Tecnología Nuclear
y
Operación de Centrales Nucleares
Antonio González Jiménez
Director de Estudios y Apoyo Técnico
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2. Energía nuclear, electricidad para todos
¿QUÉ ES EL FORO NUCLEAR?
Asociación sin ánimo de lucro creada en 1962
Agrupa a las empresas españolas relacionadas con el uso pacífico de
la energía nuclear
Principales objetivos
Representación de la industria nuclear española a nivel nacional e
internacional
Informar y fomentar la educación en temas relacionados con la energía
nuclear
Potenciar la imagen pública de esta fuente de energía
Nuestros socios
55 socios ordinarios y adheridos: empresas eléctricas españolas,
centrales nucleares, empresas de ingeniería y servicios, empresas
fabricantes de bienes de equipo, fabricante del combustible nuclear…
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3. Introducción
Origen y desarrollo de la energía nuclear (I)
s. V a.C. Demócrito de Abdera propone el término “átomo”
para explicar su teoría sobre la composición de la materia
1803 Dalton propone una nueva teoría (elementos y
compuestos) sobre la constitución de la materia
1869 Mendeleiev ordena los elementos según los pesos
atómicos en la “Tabla Periódica”
1895 Röentgen descubre los rayos X
1896 Becquerel descubre que el uranio es radiactivo
1897 Thomson descubre el electrón
1898 Marie Curie descubre el radio y el polonio
Principios s. XX Bohr desarrolla el modelo atómico (un
átomo está formado por un núcleo rodeado de electrones)
Pág. 01
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4. Introducción
Origen y desarrollo de la energía nuclear (II)
1903 Pierre y Marie Curie descubren la radiación artificial
1916 Einstein enuncia la “Teoría de la Relatividad”
1920 Rutherford descubre que las partículas están formadas por
protones y electrones
1932 Chadwick descubre el neutrón
1934 Fermi produce los primeros isótopos radiactivos artificiales
1938 Hahn, Strassman, Meiner y Frisch interpretan la fisión nuclear
1942 Fermi, en la Universidad de Chicago, consigue la reacción
nuclear en cadena (Chicago Pile 1)
1951 Primera generación de electricidad de origen nuclear
1956 Entra en funcionamiento Calder Hall, primera central nuclear
comercial
Pág. 02
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5. Introducción
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
MATERIA ~ 10-9 m
Átomo
ÁTOMO ~ 10-10 m
Electrón
NUCLEO ~ 10-14 m
Protón
Neutrón
• La materia está formada por átomos y moléculas que se unen para formar sólidos
• Cada átomo está compuesto de un núcleo con carga positiva y unos electrones que
orbitan a su alrededor
• El núcleo, a su vez, está formado por protones (+) y neutrones
Pág. 03
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6. Fundamentos
FUNDAMENTOS
Un átomo genera 100 millones de veces
más energía por fisión nuclear que por
combustión
Generación de calor proveniente de la
pérdida de masa asociada según la reacción
nuclear
E = m · c2
Primera reacción nuclear fisión en cadena autosostenida: Chicago 1942
Primeros reactores para producir plutonio: Hanford 1944
Primer submarino de propulsión nuclear: Nautilus 1955
Primer reactor de producción eléctrica: UK Calder Hall 1956: 60 MWe
Pág. 04
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7. Fundamentos
REACCIONES NUCLEARES – ENERGÍA NUCLEAR
• Interacciones entre núcleos atómicos, entre núcleos atómicos y partículas
elementales, o entre partículas elementales
• Cambian la “identidad” del elemento y la estructura del núcleo.
Fisión nuclear:
división de núcleos
atómicos pesados
Fusión nuclear:
unión de núcleos
atómicos muy ligeros
Pág. 05
+ 17,6 MeV
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8. Fundamentos
REACCIÓN DE FISIÓN EN CADENA
•Los neutrones generados en cada fisión provocan nuevas fisiones
• No es necesaria fuente externa de neutrones para mantener la reacción
Se produce una gran cantidad de energía
Pág. 06
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9. Fundamentos
EL URANIO - ISÓTOPOS
U- 235
0,71 %
Pág. 07
U- 234
0,005 %
U- 238
99,28 %
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10. Tecnología
CENTRAL DE PRODUCCIÓN ELÉCTRICA
Central Térmica
Central Nuclear
Pág. 08
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11. Tecnología
TIPOS DE CENTRALES NUCLEARES
ITER
¿2100?
Pág. 09
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12. Tecnología
EL REACTOR NUCLEAR
• Instalación capaz de iniciar, mantener y controlar
reacciones nucleares de fisión en cadena
• Dispone de mecanismos adecuados para extraer el
calor generado
Combustible
Moderador
Refrigerante
Reflector
Barras de control
Blindaje
Pág. 10
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13. Tecnología
PASTILLAS DE COMBUSTIBLE UO2
Pág. 11
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14. Tecnología
ESTRUCTURA DE UN ELEMENTO DE COMBUSTIBLE
Pág. 12
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15. Tecnología
ELEMENTO DE
COMBUSTIBLE DE UN
REACTOR DE AGUA A
PRESIÓN PWR
Pág. 13
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16. Tecnología
ESQUEMA GENERAL DE UNA CENTRAL PWR
1 Núcleo del reactor nuclear
9 Condensador
2 Barras de control
6 Turbinas
10 Circuito de refrigeración exterior
3 Generador de vapor
7 Alternador
11 Edificio de contención
4 Presionador
Pág. 14
5 Vasija del reactor
8 Bomba de recirculación
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17. Tecnología
VASIJA DE UN REACTOR
DE AGUA A PRESIÓN
PWR
Pág. 15
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18. Tecnología
ELEMENTO DE
COMBUSTIBLE DE UN
REACTOR DE AGUA EN
EBULLICIÓN BWR
Pág. 16
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19. Tecnología
ESQUEMA GENERAL DE UNA CENTRAL BWR
1 Núcleo del reactor
7 Alternador
2 Barras de control
8 Bomba de recirculación y condensado
3 Separador de vapor
9 Condensador
4 Vapor de agua
10 Circuito de refrigeración exterior
5 Vasija del reactor
11 Edificio de contención
6 Turbinas
Pág. 17
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20. Tecnología
VASIJA DE UN REACTOR
DE AGUA EN
EBULLICIÓN BWR
Pág. 18
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21. Tecnología
VASIJA DE UN REACTOR DE AGUA EN EBULLICIÓN BWR
(construcción CN Cofrentes)
Pág. 19
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22. Tecnología
VASIJA DE UN REACTOR
DE AGUA EN
EBULLICIÓN BWR
(construcción CN Cofrentes)
Pág. 20
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23. Tecnología
LA SEGURIDAD NUCLEAR (I)
Diseño seguro
Seguridad intrínseca (Coeficientes de reactividad
negativos – temperatura, densidad)
Seguridad incorporada (Salvaguardias
tecnológicas – Sistemas de seguridad
redundantes)
Seguridad a ultranza y defensa en profundidad
Barreras de contención
Pág. 21
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24. Tecnología
LA SEGURIDAD NUCLEAR (II)
Edificio de contención
Sistema de refrigeración
Vaina del combustible
Pastillas de combustible
Barreras de contención
Pág. 22
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25. Resumen
SINGULARIDADES DE LA ENERGÍA NUCLEAR
Las reacciones de fisión nuclear crean productos radiactivos
El reactor siempre produce calor, incluso cuando está parado
El núcleo del reactor tiene una carga de combustible suficiente para
funcionar hasta 2 años a plena potencia (aprovechando sólo el 5% de su
potencial)
Regulación muy estricta:
Internacional: OIEA. NEA-OCDE, UE-EURATOM
Nacional: CSN (>25 inspecciones/año, inspectores residentes…)
Cooperación:
Experiencia operativa internacional compartida: WANO/INPO
No competencia entre centrales
Pág. 23
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26. Energía nuclear, electricidad para todos
Muchas gracias
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