Las tecnologías involucradas en la puesta a punto de reactores de fisión nuclear han avanzado mucho durante las últimas cuatro décadas. Los diseños de cuarta generación más avanzados proponen soluciones que los hacen más limpios, seguros, compactos y baratos que los reactores de segunda generación como los que actualmente operan no solo en España, sino en la mayor parte de los países del mundo que han apostado por la energía nuclear.
Uno de estos reactores de fisión de última generación es el SMR-160, que ha sido diseñado por la empresa estadounidense Holtec International. Los técnicos que lo han ideado aseguran que este es actualmente el reactor nuclear más seguro que existe, y en el centro de su estrategia reside un esquema de funcionamiento total pasivo, que, por tanto, no requiere elementos activos de seguridad.
Como explica Alfredo García, más conocido en Twitter por su alter ego @OperadorNuclear, en un hilo muy interesante que ha publicado recientemente, este reactor nuclear no necesita recibir agua del exterior, ni tampoco electricidad. Ni siquiera requiere que los operadores intervengan si se produjese un accidente. Suena muy bien. De hecho, suena tan bien que sorprende, pero estas afirmaciones están respaldadas por argumentos técnicos sólidos.
El SMR-160 refina una tecnología probada en más de 300 reactores nucleares
El dispositivo diseñado por Holtec es un reactor de fisión nuclear compacto y modular de tipo PWR (Pressurized Water Reactor). Estos dispositivos trabajan con agua a presión, y seis de los siete reactores en operación alojados en las cinco centrales nucleares españolas de agua ligera en explotación utilizan esta tecnología. El reactor restante, el de la central nuclear de Cofrentes, es de agua en ebullición (BWR por su denominación en inglés Boiling Water Reactor).
Según Alfredo García, 302 de los 443 reactores operativos actualmente en el planeta son de tipo PWR, por lo que es evidente que su tecnología base está ampliamente probada. Curiosamente, los reactores de agua a presión se concibieron para ser utilizados inicialmente en los submarinos nucleares, pero no tardaron en demostrar su idoneidad para las centrales termoeléctricas. Un dato importante: el reactor SMR-160 tiene 160 MW de potencia eléctrica.
Como combustible emplea exactamente el mismo utilizado por la mayor parte de los reactores nucleares en actividad: óxido de uranio enriquecido. Si queréis conocer con todo detalle cómo se fabrican las barras de combustible utilizadas en los reactores nucleares y cuáles son sus propiedades, podéis leer el artículo que publicamos poco después de nuestra visita a la fábrica que tiene la empresa pública española ENUSA Industrias Avanzadas en Salamanca.
Los reactores nucleares PWR convencionales incorporan tres circuitos diferentes. Os hablamos de ellos con mucha profundidad en el artículo que publicamos después de visitar el simulador de sala de control que tiene Tecnatom en San Sebastián de los Reyes (Madrid), pero ahora nos viene bien repasar brevemente en qué consisten. El primero de ellos es el circuito primario, que es cerrado. En él están involucrados la vasija que contiene las barras de combustible y el intercambiador de calor.
El intercambiador de calor actúa como un generador de vapor, por lo que un segundo circuito se responsabiliza de introducir en su interior el agua fría que al entrar en contacto con el agua caliente del circuito primario entra en ebullición. De ahí procede el vapor necesario para transferir a la turbina la energía cinética que hará posible la obtención de electricidad gracias a la acción del alternador.
Cada uno de los reactores SMR-160 instalados en una central equipada con varias unidades es independiente de los otros reactores. Además, funciona de una manera completamente autónoma.
Una vez que el fluido atraviesa la turbina el vapor de agua se enfría y se condensa en el interior de un depósito adicional para propiciar la aparición de agua en estado líquido que volverá a ser introducida en el intercambiador de calor, dando lugar así a un segundo circuito cerrado conocido como circuito secundario. El intercambiador de calor, la turbina y el alternador participan en este circuito.
El sistema de refrigeración del SMR-160 no necesita agua adicional. Disipa la energía térmica directamente hacia la atmósfera
El tercer y último circuito es el de refrigeración, y se responsabiliza de introducir en el depósito de condensación el agua fría necesaria para hacer posible la condensación del vapor de agua. El agua de este circuito procede del mar o de un río próximo a la central nuclear, de ahí que sea necesario alojar este tipo de centrales cerca de uno de estos dos recursos naturales, lo que nos lleva a una de las bazas que permiten al reactor SMR-160 desmarcarse de los reactores PWR convencionales.
Y es que el dispositivo diseñado por Holtec no requiere estar situado cerca del mar, un río o un lago. Su sistema de refrigeración no necesita la aportación de agua adicional debido a que disipa la energía térmica en forma de calor evacuada por el núcleo directamente hacia la atmósfera empleando condensadores refrigerados por aire. Además, según sus diseñadores es tan seguro que puede ser instalado en las proximidades de zonas pobladas sin asumir los riesgos que implicaría la cercanía de una central nuclear convencional.
Esto lo cambia todo: es completamente pasivo y no necesita electricidad para operar
Una de las bazas más importantes del reactor SMR-160 consiste en que el agua circula a través del circuito primario únicamente debido a la acción de la gravedad. En este circuito no intervienen bombas eléctricas, por lo que no necesita electricidad para llevar a cabo su cometido.
Y, lo que es si cabe más importante, la gravedad persiste indefinidamente porque, como es lógico, es una fuerza independiente de la acción humana, por lo que su efecto sobre el desplazamiento del agua a través del circuito primario es a priori infalible. Un apunte breve: en realidad la gravedad no es una fuerza, pero esa es una discusión que podemos desarrollar en otro artículo si os parece interesante.
Como acabamos de ver, el circuito primario no requiere la intervención de ninguna bomba eléctrica, pero tampoco la necesitan los demás sistemas de refrigeración y seguridad. Este reactor por diseño es capaz de disipar el calor del núcleo sin la intervención de ninguna bomba, por lo que no requiere la más mínima aportación externa de electricidad. La ventaja de esta estrategia es evidente: es inmune a los fallos eléctricos.
Además, si se produjese un accidente, sea del tipo que sea, todos los elementos radiactivos quedan confinados y aislados en el interior del edificio de contención, que ha sido diseñado para disipar el calor directamente a la atmósfera a través de una estructura de acero. Todo esto suena muy bien, pero no podemos pasar por alto que una de las bazas más contundentes del reactor SMR-160 consiste en que, como explica Alfredo García, "no se requieren acciones del operador para situar y mantener el reactor en una condición de parada segura".
Los sistemas de seguridad pasivos son, en definitiva, una de las aportaciones más relevantes de los diseños de las generaciones III+ y IV. Están diseñados para entrar en funcionamiento cuando, por la razón que sea, el reactor nuclear se desvía de su itinerario normal de operación. Hasta la llegada de estos diseños estos sistemas de seguridad requerían la activación expresa de equipos externos, pero el problema es que esta estrategia introduce un posible punto de fallo adicional si estos últimos no llegan a entrar en funcionamiento correctamente.
Como acabamos de ver, para resolver este problema los sistemas de seguridad pasivos vinculados a los reactores nucleares de última generación recurren a fenómenos físicos naturales, como la gravedad o la transferencia de calor mediante convección, para conseguir actuar por sí mismos, sin que nadie los active y sin necesidad de utilizar fuentes de energía externas. Y no cabe duda de que esta estrategia marca una gran diferencia frente a los reactores nucleares convencionales.
Otra promesa del SMR-160: es más barato y su puesta en marcha es mucho más rápida
Holtec ha confirmado que ya está preparada para iniciar la explotación comercial de su reactor SMR-160. De hecho, planea poner el primero en servicio en 2029. Instalarlo costará aproximadamente 1000 millones de dólares, y la construcción de las instalaciones se prolongará durante 36 meses, aunque sus diseñadores defienden que conseguirán recortar este lapso de tiempo a 30 meses en las siguientes unidades.
Según Holtec instalar cada reactor SMR-160 costará aproximadamente 1000 millones de dólares
Para poner este coste en perspectiva podemos echar un vistazo al de dos de las instalaciones nucleares que están actualmente en construcción. Hinkley Point C, en Reino Unido, costará unos 23 000 millones de euros, y el tercer reactor de Flamanville, en Francia, acumula un coste de 19 000 millones de euros. Holtec defiende que la opción más económica requiere desplegar su reactor SMR-160 en conjuntos de cuatro unidades, pero, aun así, es evidente que su propuesta es mucho más barata que los otros tipos de reactores.
Por otro lado, la construcción de una central nuclear hasta ahora se prolonga durante mucho más tiempo que los 30 a 36 meses de los que habla Holtec para su SMR-160. Este periodo tan breve es posible porque los componentes de la instalación nuclear llegan a su emplazamiento definitivo prefabricados, por lo que solo es necesario ensamblarlos. Y, por último, su vida útil es de al menos 80 años, por lo que, según Holtec, con el mantenimiento adecuado será posible extenderla hasta los 100 años. Suena bien, y no cabe duda de que sería una buena noticia que todo lo que nos ha prometido esta empresa finalmente se consolide. Veremos.
Imágenes: Holtec International
Más información: Holtec International | Operador Nuclear
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