Articulo de referencia

GE BWR

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Esquema de un reactor GE BWR dentro de una contención Mark I.

La línea de productos BWR de General Electric de reactores de agua en ebullición representa los diseños de un porcentaje relativamente grande (~18%) [ 1 ] de los reactores de fisión comerciales en todo el mundo.

El precursor de la línea BWR fue el reactor de agua en ebullición de Vallecitos (VBWR) de 5 MW, que entró en funcionamiento en octubre de 1957. Entre 1955 y 1972 se introdujeron seis iteraciones de diseño, desde el BWR-1 hasta el BWR-6.

A esto le siguió el reactor avanzado de agua en ebullición (ABWR, por sus siglas en inglés), introducido en la década de 1990, y el reactor económico simplificado de agua en ebullición (ESBWR, por sus siglas en inglés), introducido a principios de la década de 2010.

A fecha de agosto de 2018, se habían construido 83 reactores de esta familia de diseño, de los cuales 67 estaban en funcionamiento.

El diseño atrajo la atención mundial tras el desastre nuclear de Fukushima Daiichi, de nivel 7 según la clasificación INES , ocurrido el 11 de marzo de 2011. GE había sido un contratista principal de la central nuclear de Fukushima Daiichi en Japón, que constaba de seis reactores de agua en ebullición diseñados por GE. Los reactores de las unidades 1, 2 y 6 fueron suministrados por General Electric, mientras que los otros tres fueron suministrados por Toshiba y Hitachi. La unidad 1 era un reactor de agua en ebullición de 460 MW de la iteración de diseño BWR-3, introducida en 1965 y construida en julio de 1967.

Tras los graves daños sufridos por la central durante el terremoto y tsunami de Tōhoku , la pérdida de refrigeración del núcleo del reactor provocó tres fusiones nucleares, tres explosiones de hidrógeno y la liberación de contaminación radiactiva en las Unidades 1, 2 y 3 entre el 12 y el 15 de marzo. El funcionamiento seguro de este tipo de reactor depende del flujo continuo de refrigerante durante toda su operación. Un reactor, tras una parada a plena potencia, puede requerir refrigeración activa para disipar el calor residual de isótopos radiactivos de larga vida durante un año o más.

Historia

El precursor de la línea BWR fue el reactor de agua en ebullición de Vallecitos (VBWR), de 5 MW, que entró en funcionamiento en octubre de 1957.

BWR-1

  • Reactor de agua en ebullición tipo 1 (BWR-1, BWR/1): En 1955, GE desarrolló su diseño original de reactor de agua en ebullición (VBWR) en el reactor Dresden 1 (6×6, 7×7) de 197 MW, que representaba la primera iteración del diseño BWR/1 de GE. El Dresden 1 utilizaba circulación forzada (mediante bombas de recirculación externas) y un diseño único de transferencia de calor de doble ciclo (directo + indirecto) que resultó ser antieconómico. GE perfeccionó aún más el diseño BWR-1 con el reactor Big Rock Point (9×9, 11×11, 12×12) de 70 MW, que (al igual que todos los modelos BWR de GE posteriores al Dresden 1) utilizaba el método de transferencia de calor de ciclo directo más económico, pero prescindía de las bombas de recirculación externas en favor de la circulación natural (una estrategia inusual que solo adoptó el reactor Dodewaard de 55 MW, aunque esta técnica se ha recuperado para el nuevo reactor ESBWR Gen III+ ). El reactor Humboldt Bay de 65 MW (6×6, 7×7) sucedió a Big Rock Point, retomando el método de circulación forzada más eficiente (mediante bombas de recirculación externas). Estos diseños experimentales (todos los cuales compartían la clasificación BWR-1 a pesar de sus diseños divergentes) utilizaban haces de barras de combustible en configuraciones de 6×6, 7×7, 8×8, 9×9, 11×11 y 12×12, pero el haz de 9×9 de GE, utilizado posteriormente en los reactores BWR/2–6, es diferente del utilizado en la era BWR/1. [ 2 ] El BWR/1 fue el primer diseño de BWR con separación interna de vapor. También contaba con un condensador de aislamiento y una contención de supresión de presión. [ 3 ]

BWR-2

  • BWR Tipo 2 (BWR-2, BWR/2): Introducido en 1963, >500 MW e , típicamente alrededor de 650 MW e brutos ( Oyster Creek , Nine Mile Point 1 ). [ 4 ] [ 5 ] Incluía un gran ciclo directo. 5 bucles de recirculación, bombas de recirculación externas de velocidad variable (una bomba por bucle, el caudal de cada bomba podía variar de 6400 a 32 000 galones estadounidenses por minuto (0,40 a 2,02 / s) ). Este diseño, así como el BWR/3–6, serían clasificados posteriormente como reactores de Generación II por su mayor escala, características de seguridad mejoradas, viabilidad comercial, rentabilidad, la primera planta llave en mano y larga vida útil. [ 3 ] 

BWR-3

  • BWR Tipo 3 (BWR-3, BWR/3): Introducido en 1965, 800 MW e ( Dresden 2–3 ). [ 5 ] Primer uso de bombas de chorro internas (boquilla única, 10 por circuito, 20 en total). 2 circuitos de recirculación, bombas de recirculación de velocidad variable (una bomba por circuito, cada bomba tenía un caudal nominal de 45 200 galones estadounidenses por minuto (2,85 / s) ). Pulverización e inundación ECCS mejoradas, difusores de agua de alimentación mejorados. Monticello y Pilgrim 1 tenían potencias nominales significativamente menores a pesar de estar también clasificados como modelos BWR/3. 

BWR-4

Pozo seco y pozo húmedo de la Unidad 1 de Browns Ferry en construcción, dentro de un recinto de contención Mark I.
  • Reactor de agua en ebullición tipo 4 (BWR-4, BWR/4): Introducido en 1966, 1100 MW e ( Browns Ferry 1–3 ). De diseño muy similar al BWR/3, con un sistema de recirculación idéntico, pero con una densidad de potencia un 10 % mayor. [ 5 ] Disponible con contención Mark I o Mark II.

BWR-5

  • BWR Tipo 5 (BWR-5, BWR/5): Introducido en 1969, 1100 MW e ( LaSalle 1–2 ). Mismo número de bucles (2) y bombas de chorro (20), pero las bombas de chorro se actualizaron a un diseño de cinco boquillas. Las bombas de velocidad variable se reemplazaron por bombas de dos velocidades (cada una con una capacidad nominal de 35,400 galones estadounidenses por minuto (2.23 m 3 /s) para una altura de presión de descarga de 865 pies (264 m) ), y se agregó una válvula de control de flujo (ajustable de 22% abierta a 100% abierta con una respuesta de flujo lineal) a cada bucle para usar en el flujo de recirculación (capaz de regular el flujo de recirculación entre 35% y 100% con las bombas en el ajuste de velocidad rápida, o entre 30% y 40% con las bombas en el ajuste de velocidad lenta). Control de flujo de válvula ECCS mejorado. Solo disponible con contención Mark II.  

BWR-6

  • BWR Tipo 6 (BWR-6, BWR/6): Introducido en 1972, disponible en configuraciones que van desde 600 a 1400 MW e . Transición de 7×7 a 8×8 haz de combustible con barras de combustible más largas y delgadas que caben dentro de la misma huella externa que el haz de combustible 7×7 anterior, reducción del servicio de combustible (a 13,4  kW/ft (44  kW/m)), bombas de chorro compactas mejoradas con mayor capacidad de circulación (disponibles con 16 a 24 bombas de chorro en total según la configuración), mayor capacidad de los separadores y secadores de vapor, mayor capacidad de combustible, mayor producción (aumento del 20 % en comparación con BWR/5 cuando se utilizan recipientes de presión del mismo tamaño), ECCS mejorado, introducción de una opción para una sala de control compacta e introducción de una opción de sistema de protección de sistema nuclear de estado sólido (solo Clinton tomó esta). Primer y único modelo disponible con contención Mark III.

ABWR

  • ABWR : Mayores márgenes de seguridad, sin circuitos de recirculación externos, bombas internas del reactor. Además, cuenta con accionamientos de barras de control de movimiento preciso.

ESBWR

  • ESBWR : Seguridad pasiva, circulación natural (sin bucles ni bombas), 1600 MW e . Cuenta con un inundador por gravedad, condensador de aislamiento y refrigeración pasiva de la contención. [ 3 ]

Comparación

Paquetes de barras de combustible

GE-2

  • Paquete de combustible 7x7. [ 2 ]

GE-3

  • Paquete de combustible 7x7 mejorado con 49 barras de combustible, una de las cuales está segmentada. [ 2 ]

GE-4

  • Paquete de combustible 8x8 con 63 barras de combustible y 1 barra de agua. [ 2 ]

GE-5

  • Reemplazo de haces de combustible presurizados de 8x8 y haces de combustible de barrera que contienen 62 y dos barras de agua. [ 2 ]

GE-6 y 7

  • Presurizado previamente a 3 atmósferas estándar (300 kPa) con helio con una barrera. 

GE-8

  • Paquete de combustible 8x8 con 58 a 62 barras de combustible y 2 a 6 barras de agua. [ 2 ] Presurizado previamente a 5 atmósferas estándar (510 kPa) con helio. 

Contención

Marco I

Esquema del reactor BWR dentro del recinto de contención Mark I.

Un edificio de contención de pozo seco que se asemeja a una bombilla invertida sobre el pozo húmedo, que es un toroide de acero que contiene agua.

Mark II

BWR dentro de un contenedor Mark II.

Se describe como una configuración "superior-inferior" donde el pozo seco forma un cono truncado sobre una losa de hormigón. Debajo se encuentra una cámara de supresión cilíndrica hecha de hormigón en lugar de chapa metálica.

Mark III

El sistema de contención GE Mark III es un sistema de contención de presión de barrera única y de contención de fisión de múltiples barreras, que consta del recipiente de contención más los pozos secos y húmedos asociados (barreras de presión y de fisión), el edificio de protección externa del mismo, el edificio auxiliar y el edificio de combustible, todos los cuales se mantienen normalmente a presión negativa, lo que impide la salida de productos de fisión.

Características del sistema de contención:

  • Respuesta sísmica mejorada
  • Diseño de contención de menor presión, pero con un volumen significativamente mayor que el de Mark I y II.
  • Diseño mejorado del látigo de tubería
  • Combina la contención en seco ( tipo PWR ) con la contención típica de supresión de presión tipo BWR.

Ventajas

  • Una ventaja del diseño BWR (en comparación con PWR) es la mejora en el seguimiento de carga gracias a la manipulación de las barras de control combinada con la modificación del caudal de recirculación. La integración del regulador de presión y el sistema de control de la turbina con el sistema de control del caudal de recirculación permite cambios automáticos de potencia de hasta un 25 % de la potencia nominal sin alterar los ajustes de las barras de control.
  • Las varillas de control montadas en la parte inferior y con entrada inferior permiten el repostaje sin necesidad de desmontar las varillas de control ni los accionamientos, al tiempo que permiten probar los accionamientos con el buque abierto antes de la carga de combustible.
  • Los reactores BWR permiten un flujo de refrigerante primario menor que los reactores PWR.
  • Las bombas de chorro internas en el recipiente del reactor proporcionan dos tercios del flujo de recirculación, lo que permite que el circuito de flujo de recirculación externo sea pequeño y compacto en comparación con los diseños contemporáneos de reactores de agua a presión (PWR).
  • En caso de pérdida de refrigerante, las bombas de chorro proporcionan un 10 % de potencia, similar a la de las calderas.
  • Los reactores BWR operan constantemente a aproximadamente la mitad de la presión del sistema primario que los reactores PWR, produciendo la misma cantidad y calidad de vapor en un sistema compacto: una presión en el recipiente del reactor de 1020 psi (7 MPa) y  una temperatura de 288 °C para los BWR, que es inferior a los 2240 psi (14,4 MPa) y 326  °C de los PWR.
  • En un reactor de agua en ebullición (BWR), el vapor se genera en la vasija de presión del reactor, mientras que en un reactor de agua a presión (PWR) se genera en el generador de vapor en un segundo circuito.
  • Los reactores BWR permiten la ebullición a granel, mientras que los reactores PWR no.

Desventajas

  • El vapor generado en un reactor BWR contiene trazas de materiales radiactivos; por ello, gran parte del edificio de turbinas está compartimentado para evitar la exposición a la radiación de los trabajadores. En cambio, los edificios de turbinas de los reactores PWR son prácticamente iguales a los de una central eléctrica de combustibles fósiles, con todos los equipos accesibles en todo momento.
  • El sistema de contención Mark I era de tamaño insuficiente en el diseño original; Harold Denton, de la Comisión Reguladora Nuclear, estimó una probabilidad del 90 % de fallo explosivo si el sistema de contención de presión se necesitara en caso de un accidente grave. [ 7 ] Este defecto de diseño pudo haber sido la razón por la que el tsunami de 2011 provocó explosiones e incendios en el desastre nuclear de Fukushima Daiichi . [ 8 ]

Véase también

Referencias

  1. Reactores de energía nuclear en el mundo – Edición 2015 (PDF) (Informe). Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA). 2015. Consultado el 26 de octubre de 2017 .
  2. 1 2 3 4 5 6 Moore, RS; Notz, KJ (1989-06-01). Características físicas de los conjuntos de combustible de reactores de agua en ebullición (BWR) de GE (General Electric) (Informe). doi : 10.2172/5898210 . OSTI 5898210. Recuperado el 5 de abril de 2017 . 
  3. 1 2 3 Hylko, James M.; Peltier, Robert (1 de noviembre de 2010). "La evolución del ESBWR" . Revista POWER . Recuperado el 24 de marzo de 2018 .
  4. Nelson, Larry (noviembre de 2008). Fundamentos del reactor de agua en ebullición (PDF) (Informe). Edf.com. Archivado del original (PDF) el 29 de octubre de 2013. Consultado el 11 de enero de 2014 .
  5. 1 2 3 BWR/6 Descripción general de un reactor de agua en ebullición (PDF) (Informe). GE Nuclear Energy. Archivado del original (PDF) el 5 de febrero de 2018. Recuperado el 24 de marzo de 2018 .
  6. Nishida, Koji; Morooka, Shinichi; Mori, Michitsugu; Koizumi, Yasuo, eds. (2023). Reactores de agua en ebullición . Serie sobre generación de energía térmica y nuclear. Ámsterdam Kidlington Cambridge, MA: Elsevier. ISBN 978-0-12-821361-2.
  7. Zeller Jr, Tom (15 de marzo de 2011). "Los expertos habían criticado durante mucho tiempo la posible debilidad en el diseño del reactor averiado" . The New York Times . ISSN 0362-4331 . Consultado el 1 de abril de 2026 . 
  8. Lochbaum, David; Lyman, Edwin; Stranahan, Susan Q.; The Union of Concerned Scientists (11 de febrero de 2014). Fukushima: La historia de un desastre nuclear . The New Press. ISBN 978-1-59558-908-8.