Universidad Politécnica de Cataluña Escuela Técnica ...srvcnpbs.xtec.cat/cdec/images/stories/SPFQ/curs_2011-12/6_sessio... · billion kWh % e No. MWe net No. MWe gross No. MWe

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 , pl’Energia Nuclear

6ª Sessio del SPFQBarcelona, 4 de Maig de 2012g

Javier Dies LloveraDoctor Enginyer Industrial

Catedràtic d’Universitat d’Enginyeria Nuclear

Generaciones de Centrales Nucleares

• Funcionamiento de una central nuclear:– Reacción en cadena– Combustible nuclearCombustible nuclear– Reactor nuclear

R t d G ió II• Reactores de Generación II• Reactores de Generación III• Reactores de Generación IV• Reactores de Fusión Nuclear, ITER

E=m C2

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U3O8

Pastillas de UO2 durante el proceso de sinterizadode sinterizado

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

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-Camino del refrigerante en el reactor

-barras de control

-veneno consumible

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Vasija de un PWR

Vasija de un BWR

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

Tipos de centrales nuclearesTipos de centrales nucleares

Central Nuclear Almaraz

Central Nuclear Trillo

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C t l N l V d ll IICentral Nuclear Vandellos II

Generaciones de Centrales Nucleares

Central Nuclear Vandellos II

Generación IIGeneración II

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 revisiónde 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

CCNN a 80 años.

España -2012- Nuevo gobierno

-Inicia el proceso para renovar el permiso de operación de la C N Santa Maria de Garoñaoperación 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

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

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Foto-montaje. Olkiluoto (Finlandia), Dos centrales nucleares en operación, 2 x840 MWe, junto a una tercera en construcción, EPR-1600 MWe. Este

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

Reactores Generación III: 4 EPR en construcción

Fi l d Olkil t 3Finland - Olkiluoto 3

France - Flamanville 3France - Flamanville 3

China - Taishan 1&2

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Reactores Generación III: 4 AP-1000 en construcción

Haiyang, China

Sanmen, China

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Situación en el mundo - Febrero -2012

COUNTRY(Click name for

Country Profile)

NUCLEAR ELECTRICITY GENERATION 2010

REACTORS OPERABLEFebruary 2012

REACTORS UNDER CONSTRUCTION

February 2012

REACTORS PLANNEDFeb 2012

REACTORS PROPOSEDFeb 2012

URANIUM

REQUIRED 2012

billion kWh % e No. MWe net No. MWe gross No. MWe gross No. MWe gross tonnes 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 0Belarus 0 0 0 0 0 0 2 2000 2 2000 0Belgium 45.7 51.2 7 5943 0 0 0 0 0 0 995Brazil 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 313Canada 85.5 15.1 17 12044 3 2190 3 3300 3 3800 1694

Chile 0 0 0 0 0 0 0 0 4 4400 0China 71.0 1.8 15 11881 26 27640 51 57480 120 123000 6550Czech 26.4 33.2 6 3764 0 0 2 2400 1 1200 583

RepublicEgypt 0 0 0 0 0 0 1 1000 1 1000 0

Finland 21.9 28.4 4 2741 1 1700 0 0 2 3000 471France 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 331Hungary 14.7 42.1 4 1880 0 0 0 0 2 2200 331India 20.5 2.9 20 4385 6 4600 17 15000 40 49000 937

Indonesia 0 0 0 0 0 0 2 2000 4 4000 0Iran 0 0 1 915 0 0 2 2000 1 300 170

Israel 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1200 0Italy 0 0 0 0 0 0 0 0 10 17000 0

Japan 280.3 29.2 51 44642 2 2756 10 13772 5 6760 4636Jordan 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 3967Korea 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

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 307Slovakia 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 1355Sweden 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 0Ukraine 83.95 48.1 15 13168 0 0 2 1900 11 12000 2348

UAE 0 0 0 0 0 0 4 5600 10 14400 0UAE 0 0 0 0 0 0 4 5600 10 14400 0United

Kingdom56.9 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 990WORLD** 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

http://www.world-nuclear.org/info/reactors.html

Costes de generación de electricidad, centrales operativas 2015

Coste de generación eléctrica en 2008 en España

Fuente NEA

Central Eléctrica 1000 MWe

100 d250 trenes

100 dCarbón

2.500.000 Toneladas

100 vagones cada uno100 vagones cada uno

Petróleo10 superpetroleros

2.000.000 Toneladas11.000.000 Barriles

Gas7 superbarcos

1.380.000 Toneladas3

U iUn vagón

2.150.000.000 m3

Uranio28 toneladas

Gestión del combustible irradiado

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Gestión del Combustible irradiado:

Seguridad en la Gestión del combustibleSeguridad 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

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respetuosa con el medio ambiente.

Almacenamiento en piscinas

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Almacen temporal de combustible irradiado

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• 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

ATC: Villar de Cañas, Cuenca:

– Mejora la seguridad en el almacenamiento del combustible gastado. Mejora para el medio

bi t lambiente y las personas.• El ATC es mejor que las piscinas de combustible

t dgastado.– Sistema pasivo de refrigeración.

Paredes de 1 5 de espesor– Paredes de 1.5 de espesor.

– Inversión para el municipio:– Inversión para el municipio:• 700 millones de euros de inversión.• 300 puestos de trabajo• 300 puestos de trabajo.

Almacen Temporal Centralizado

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IMPACTO VISUAL

•CENTRAL NUCLEAR: 1-4 km2 de SuperficieCENTRAL NUCLEAR: 1 4 km de Superficie

•CENTRAL SOLAR: 20-50 km2 de Superficie

•CENTRAL EOLICA:50-150 km2 de Superficie

Escenario de construcción de 5.000 MWe en EspañaReactores Generación IIIReactores Generación III

Gas Nuclear

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

Inversión inicial (M€) 45% 1012 13,5% 1350Combustible- 7500 h/año (M€/año) 1500 85Emisiones de CO2 ( Mt/año) 20 -Coste ( €/MWh) ( 2008) 60 35Coste ( €/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.

Central Nuclear Generacion III+

Sistema de refrigeración del reactor: familiar pero mejorado

AP-1000AP-1000Generación III

Reactores de Generación IVReactores de Generación IV

Reactores Generación IV

Central Nuclear de IV Generación actualmente en fase investigación y desarrollo. Orientada a producir hidrogeno yinvestigación y desarrollo. Orientada a producir hidrogeno y electricidad.

Reactores Generación IV

. 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 MARMAR.

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 hm3 /año(osmosis inversa) de 550 MW y 40 hm /año.

•El transvase 1050 Hm3 /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 deecosistema y la única posible para cumplir el Protocolo de Kyoto.

Reactores de Fusión Nuclear, ITERReactores de Fusión Nuclear, ITER

ITER CollaborationITER 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 tbecome a new reference term for big science projects.

• The ITER project is one of the world’s biggest scientific collaboration.

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 maquinaITERITER

•1-Septiembre-2005 Inauguración Agencia Europea del ITER en Barcelona, Fusion for Energy , Diagonal Mar.

The Genealogy of ITERThe Genealogy of ITER

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 sRadio mayor del plasma, R 6.2 mRadio mayor del plasma, R 6.2 mRadio menor del plasma, a 2.0 mCorriente del plasma Ip 15 MACampo magnético toroidal B 5 3 TCampo magnético toroidal, B 5.3 TVolumen del plasma 837 m3

Superficie del plasma 678 m2

Flujo neutrónico sobre la pared 0 57 MW/m2Flujo neutrónico sobre la pared 0.57 MW/m2

Sistemas de calentamiento auxiliares instalados 73 MW

Actividades de I+D ya realizadas relativas a las bobinas magnéticas del solenoide central del tokamak

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

Overview of Schedule for 2019 First PlasmaFirst Plasma

2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020ITER 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 CommissioningITER Operations

Assembly Phase 2

Assembly Phase 3

p g g

Plasma Operations

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 unade centrales nucleares de III Generación con una potencia de unos 5.000 MWe.

3 Participar en los programas de investigación3. Participar en los programas de investigación internacionales de centrales nucleares de IV Generación y de Fusión nuclearGeneración y de Fusión nuclear.

Prof. Ph.D. J. Dies

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:

[email protected] 93 401 67 00Tel. 93 401 67 00

• Web del Foro Nuclear. Diferents recursos.• Multimèdia: “Introducción a la Energia

Nuclear”. Prof. J. DiesNuclear . Prof. J. DiesProf. Ph.D. J. Dies

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.CEA.– Mes informacio: http://www.kic-innoenergy.fr/emine

Prof. Ph.D. J. Dies

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/nuclearengineeringp p g g

Prof. Ph.D. J. Dies

FIN