1-Nuevo paso para conseguir la ilimitada y limpia energía de fusión: crean un sistema de escape de calor
Un desafío clave para que los reactores se conecten a la red eléctrica es eliminar el exceso de calor producido durante las reacciones de fusión
Madrid Actualizado:«Embotellar» la energía de las estrellas para luego iluminar ciudades enteras, sin apenas residuos y utilizando elementos tan comunes como el agua del mar, es la promesa de la energía de fusión. Y ahora está un paso más cerca. Así lo aseguran científicos británicos, quienes han creado un sistema «pionero en el mundo» para poder controlar los escapes de calor y que los materiales de las próximas centrales nucleares de fusión sean más eficientes y duraderas.
En concreto, el Centro Culham para la Energía de Fusión, situado cerca de Oxford, ha llevado a cabo el experimento 'MAST Upgrade'. La energía de fusión se basa en el mismo principio por el cual las estrellas crean calor y luz. Para ello, utilizaron un reactor de tipo 'tokamak' –un modelo soviético ideado en los años 50–, que es una cámara de vacío en forma de anillo en la que, mediante el calor y presiones extremas, se produce la fusión de núcleos de hidrógeno para formar helio, liberando en el proceso una gran cantidad de energía. Gracias a este proceso se podría generar una gran potencia eléctrica, pero los modelos actuales tienen un problema: antes de conectarlo a la red, habría que eliminar el exceso de calor que se produce durante las reacciones de fusión.
Es justo ahí donde entra a formar parte este experimento: sin un sistema de escape que pueda soportar este calor intenso, los materiales tendrían que ser reemplazados con regularidad, lo que afectaría significativamente la cantidad de tiempo que una planta de energía podría operar. Es decir, reduciría su rendimiento. Por ello, los científicos de Culham han creado el sistema llamado 'desviador Super-X', que aumenta la capacidad de resistencia de la central eléctrica, «mejorando su viabilidad económica y reduciendo el coste de la electricidad de fusión», afirman en un comunicado de la Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido (UKAEA por sus siglas en inglés).
Objetivo: conseguir una planta de fusión en 2040
«Las pruebas del MAST Upgrade, experimento que comenzó a operar en octubre de 2020, han demostrado una reducción de al menos diez veces en el calor de los materiales con el sistema Super-X», afirman los científicos. Es decir, es un salto cualitativo a la hora de construir las primeras plantas de energía de fusión a nivel comercial.
De hecho, la idea es que UKAEA construya un prototipo de central de fusión, conocida como STEP, a principios de la década de 2040. «El éxito del desviador Super-X es un gran impulso para los ingenieros que diseñan el dispositivo STEP, ya que es particularmente adecuado para el tokamak esférico», afirman desde la UKAEA.
«Estos resultados son fantásticos. Este es el momento par los que el equipo de UKAEA ha estado trabajando casi durante una década», afirma Andrew Kirk, científico principal del proyecto. «Super-X reduce el calor en el sistema de escape desde un nivel que sería algo así como un soplete hasta más como lo encontraríamos en el motor de un automóvil. Esto podría significar que solo tendría que ser reemplazado una vez durante la vida útil de una planta de energía».
https://www.abc.es/ciencia/abci-nuevo-paso-para-conseguir-ilimitada-y-limpia-energia-fusion-crean-sistema-escape-calor-202105270056_noticia.html?fbclid=IwAR1YZJvG8WDbrA4WQLg5-KKdx7rnQ8RrNseBSE8O7YuCXutIBZrYPnmmbcM
Y si no es la fusión por lo menos nuevas generaciones más seguras de energía nuclear de fision, que el lobby petrolero fue muy hábil en vilipendiar y destruir en tiempos pasados.
Sobre el reactor de IV Generación que China está poniendo en marcha, un didáctico hilo de Instructor Nuclear.(via Carlos Perez)
2-Retos de los reactores de fisión
Leemos estos días que China está avanzando en el desarrollo de un reactor de generación IV, conocido por las siglas HTR-PM. ¿Por qué despierta tanta admiración en la industria nuclear?
¿Qué significa HTR-PM? Es un Reactor de alta Temperatura refrigerado por gas con un manto de partículas o High-Temperature Gas-Cooled Reactor Pebble-Bed Module.
Todo reactor nuclear necesita 3 componentes esenciales: 1.Combustible nuclear 2.Moderador de neutrones (excepto los reactores rápidos) 3.Un refrigerante para extraer el calor generado
Pues bien, el HTR-PM utiliza un combustible innovador: partículas TRISO.
Uno de los principales retos de la tecnología nuclear es minimizar la probabilidad de accidentes. De hecho, un criterio de diseño básico en reactores GEN-IV es no necesitar planes de emergencia exteriores y poder disminuir el radio de baja densidad de población.
Si eliminamos la probabilidad de fusión del núcleo desaparece la necesidad de proteger a la población y el medio ambiente de los potenciales riesgos de la dispersión del material radiactivo contenido en núcleo del reactor.
Pues ya hemos visto que el combustible es UO2 en partículas TRISO contenidas en una matriz de grafito que ejerce de moderador de neutrones. En el seno de esas partículas se producen las fisiones y el calor generado se debe extraer con el refrigerante.
El manto de partículas de combustible está rodeado de una matriz de grafito que ejerce de reflector (hace que los neutrones no escapen hacia el exterior) y contiene los canales por donde se insertan las barras de control (absorben neutrones para controlar la potencia).
El HTR-PM se refrigera con gas Helio a 70 kg/cm2. El Helio entra en el reactor a 250 ºC impulsado por una soplante y sale a 750ºC hacia un generador de vapor. Esta alta temperatura facilita el uso de turbinas de vapor supercrítico, con una eficiencia de un 45%.
Incluso se puede aumentar la eficiencia usando un ciclo combinado de gas helio y vapor.
¿Y si el helio escapa de la vasija? En condiciones normales el helio no será altamente radiactivo. Si este fugara a la atmósfera no habría riesgo para personas ni medio ambiente. Por eso, no es necesario un edificio de contención.
El HTR-PM dispone de 2 reactores de 250 MWt que entregan un caudal de vapor de 673 t/h a 566 ºC y 135 kg/cm2 a una turbina de vapor capaz de accionar un alternador de 210 MWe.
¿Por qué dos reactores de 250 MW en lugar de uno de 500 MW? Precisamente para evitar que el calor residual provoque temperaturas en el combustible superiores a los 1800 ºC que es capaz de resistir.
Hacer los reactores más pequeños los hace más seguros, pero a la vez más caros. Por ese motivo la idea es construir centrales con hasta 8 reactores con una potencia eléctrica de 1200 MW.
Con esta configuración, se estima que el coste sea un 10-20% superior a un PWR estándar de 1200 MW. El precio del kWh pasa de 0.4 CNY a 0,48 CNY, muy inferior al coste del gas, eólica o solar en el mercado chino.
Aún falta la parte final del camino, pero ¡estamos muy cerca de ver la viabilidad de esta tecnología!
Fran Ramírez. Ingeniero nuclear. Instructor de operación nuclear.
https://twitter.com/fruf82/status/1324148938631483395
Referencias:
researchgate.net/publication/24 indico.ictp.it/event/8725/ses
El primer reactor chino de 4ª generación refrigerado por gas de alta temperatura de Shidaowan completó su primera carga de combustible el fin de semana.
- https://news.bjx.com.cn/html/20210823/1171648.shtml
Pero este no es el primer proyecto de Huaneng en el ámbito nuclear. Se trata del muy interesante Shidaowan, en Shandong.
- http://www.china-nea.cn/site/content/38937.html
Esto se debe a que su primer proyecto *propio* es Shidaowan, que utiliza un reactor de alta temperatura (HTR), que es una tecnología de nueva generación totalmente diferente.
X-energy está desarrollando un reactor de lecho de guijarros que, según dicen, no puede fundirse
- https://www.energy.gov/ne/articles/x-energy-developing-pebble-bed-reactor-they-say-cant-melt-down
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