Articulo de referencia

VVER

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El reactor energético agua-agua ( WVER ), [ 1 ] o VVER (del ruso : водо-водяной энергетический реактор (ВВЭР) , romanizado :  vodo-vodyanoi enyergeticheskiy reaktor ) es una serie de diseños de reactores de agua a presión desarrollados en la Unión Soviética y Rusia por OKB Gidropress . [ 2 ] El nombre se refiere al uso del agua como refrigerante nuclear y moderador de neutrones , en un reactor destinado a la generación de energía .

La idea de un reactor de este tipo fue propuesta en el Instituto Kurchatov por Savely Moiseevich Feinberg . El primer prototipo VVER-210 se construyó en la central nuclear de Novovoronezh antes de la década de 1970, como uno de los dos diseños iniciales de reactores soviéticos (el otro era el RBMK ). Ha habido varias generaciones posteriores del diseño VVER, por lo que el nombre se asocia con reactores sustancialmente diferentes, desde la generación I original hasta los diseños modernos de la generación III+ . La potencia eléctrica de salida oscila entre 70 y 1300 MWe , y actualmente se están desarrollando diseños de hasta 1700 MWe . [ 3 ] [ 4 ]

Se han instalado centrales eléctricas VVER en Rusia, Ucrania, Bielorrusia, Armenia, China, la República Checa, Finlandia, Hungría, Eslovaquia, Bulgaria, India e Irán. Entre los países que planean introducir reactores VVER se encuentran Bangladesh, Egipto, Jordania, Turquía, Uzbekistán y Vietnam. Alemania clausuró sus reactores VVER de generaciones anteriores entre 1989 y 1990 [ 5 ] y canceló los que estaban en construcción.

Historia

Los primeros reactores VVER se construyeron antes de 1970. El modelo VVER-440 V230 fue el diseño más común, con una potencia eléctrica de 440 MW . El V230 emplea seis circuitos de refrigeración primaria , cada uno con un generador de vapor horizontal . Una versión modificada del VVER-440, el modelo V213, fue producto de las primeras normas de seguridad nuclear adoptadas por los diseñadores soviéticos. Este modelo incluye sistemas adicionales de refrigeración de emergencia del núcleo y de alimentación de agua auxiliar , así como sistemas mejorados de localización de accidentes. [ 6 ]

El reactor VVER-1000, de mayor tamaño, se desarrolló después de 1975 y es un sistema de cuatro circuitos alojado en una estructura de contención con un sistema de supresión de vapor por pulverización ( Sistema de Refrigeración de Emergencia del Núcleo ). Los diseños de reactores VVER se han perfeccionado para incorporar sistemas de control automático, seguridad pasiva y contención, similares a los de los reactores occidentales de tercera generación .

El VVER-1200 es la versión que actualmente se ofrece para su construcción, siendo una evolución del VVER-1000 con una potencia de salida aumentada a unos 1200 MWe (brutos) y que proporciona características de seguridad pasiva adicionales. [ 7 ]

En 2012, Rosatom declaró que en el futuro tenía la intención de certificar el VVER con las autoridades reguladoras británicas y estadounidenses, aunque era improbable que solicitara una licencia británica antes de 2015. [ 8 ] [ 9 ]

La construcción de la primera unidad VVER-1300 (VVER-TOI) de 1300 MWE comenzó en 2018. [ 4 ]

Diseño

VVER-1000 (transliteración directa del ruso ВВЭР-1000), un reactor nuclear ruso de 1000 MWe de tipo PWR. 1: accionamientos de las barras de control 2: cubierta del reactor [ 10 ] o cabeza del recipiente [ 11 ] 3: recipiente de presión del reactor 4: boquillas de entrada y salida 5: barril del núcleo del reactor o cubierta del núcleo 6: núcleo del reactor 7: barras de combustible
Comparación de la disposición de los conjuntos de combustible hexagonales con el diseño de un reactor PWR de Westinghouse. Cabe destacar que esta disposición hexagonal cuenta con 163 conjuntos, mientras que la de Westinghouse tiene 193.

La abreviatura rusa VVER significa «reactor de energía agua-agua» (es decir, reactor de energía refrigerado por agua y moderado por agua). El diseño es un tipo de reactor de agua a presión (PWR). Las principales características distintivas del VVER [ 3 ] en comparación con otros PWR son:

  • generadores de vapor horizontales
  • Conjuntos de combustible hexagonales
  • No hay perforaciones en la parte inferior del recipiente a presión.
  • Presurizadores de alta capacidad que proporcionan un gran inventario de refrigerante para el reactor.
Sala del reactor VVER-440 de la central nuclear de Mochovce

Las barras de combustible del reactor están completamente sumergidas en agua mantenida a una presión de (12,5 / 15,7 / 16,2) MPa (1812/2277/2349 psi) respectivamente para que no hierva a las  temperaturas normales de operación (220 a más de 320 °C [428 a >608 °F]). El agua en el reactor sirve tanto de refrigerante como de moderador, lo cual es una importante característica de seguridad . Si falla la circulación del refrigerante, el efecto de moderación de neutrones del agua disminuye debido al aumento de calor que crea burbujas de vapor que no moderan los neutrones, reduciendo así la intensidad de la reacción y compensando la pérdida de refrigeración , una condición conocida como coeficiente de vacío negativo . Las versiones posteriores de los reactores están encapsuladas en enormes recipientes de presión de acero. El combustible es dióxido de uranio (UO₂ ) de bajo enriquecimiento (aprox. 2,4–4,4 % ²³⁵U ) o equivalente, prensado en pastillas y ensamblado en barras de combustible.

La reactividad se controla mediante barras de control que se insertan en el reactor desde arriba. Estas barras están hechas de un material absorbente de neutrones y, según la profundidad de inserción, dificultan la reacción en cadena . En caso de emergencia, se puede apagar el reactor insertando completamente las barras de control en el núcleo.

Circuitos de refrigeración primarios

Disposición de los cuatro circuitos de refrigeración primarios y del presurizador de un reactor VVER-1000.
Construcción de un recipiente de reactor VVER-1000 en Atommash.

Como se indicó anteriormente, el agua en los circuitos primarios se mantiene a una presión elevada constante para evitar que hierva. Dado que el agua transfiere todo el calor del núcleo y se irradia, la integridad de este circuito es crucial. Se pueden distinguir cuatro componentes principales:

  1. Recipiente del reactor: el agua fluye a través de los conjuntos de combustible, que se calientan mediante la reacción nuclear en cadena.
  2. Compensador de volumen (presurizador): para mantener el agua a una presión constante pero controlada, el compensador de volumen regula la presión controlando el equilibrio entre el vapor saturado y el agua mediante calentamiento eléctrico y válvulas de alivio.
  3. Generador de vapor: en el generador de vapor, el calor del agua de refrigeración primaria se utiliza para hervir el agua en el circuito secundario.
  4. Bomba: la bomba garantiza la correcta circulación del agua a través del circuito.

Para garantizar la refrigeración continua del núcleo del reactor en situaciones de emergencia, el sistema de refrigeración principal está diseñado con redundancia .

Circuito secundario y salida eléctrica

El circuito secundario también consta de diferentes subsistemas:

  1. Generador de vapor: el agua secundaria se hierve tomando calor del circuito primario. Antes de entrar en la turbina, el agua restante se separa del vapor para que este esté seco.
  2. Turbina: el vapor en expansión impulsa una turbina, que se conecta a un generador eléctrico. La turbina se divide en secciones de alta y baja presión. Para aumentar la eficiencia, el vapor se recalienta entre estas secciones. Los reactores del tipo VVER-1000 generan 1 GW de energía eléctrica.
  3. Condensador: el vapor se enfría y se deja condensar, liberando el calor residual a un circuito de refrigeración.
  4. Desgasificador: elimina los gases del refrigerante.
  5. Bomba: cada una de las bombas de circulación es accionada por su propia pequeña turbina de vapor.

Para aumentar la eficiencia del proceso, el vapor de la turbina se utiliza para recalentar el refrigerante en el circuito secundario, antes del desgasificador y el generador de vapor. Se supone que el agua en este circuito no es radiactiva.

Circuito de refrigeración terciaria y calefacción urbana

El circuito de refrigeración terciaria es un circuito abierto que desvía agua de un depósito externo, como un lago o un río. Las torres de refrigeración evaporativa, los depósitos o estanques de refrigeración transfieren el calor residual del circuito de generación al medio ambiente.

En la mayoría de los VVER, este calor también puede utilizarse para calefacción residencial e industrial. Ejemplos operativos de estos sistemas son la central nuclear de Bohunice ( Eslovaquia ), que suministra calor a las ciudades de Trnava [ 12 ] (a 12 kilómetros [7,5 millas] de distancia), Leopoldov ( a 9,5 kilómetros [5,9 millas] de distancia) y Hlohovec ( a 13 kilómetros [8,1 millas] de distancia), y la central nuclear de Temelín ( República Checa ), que suministra calor a Týn nad Vltavou (a 5 kilómetros [3,1 millas] de distancia) y a České Budějovice (a 26 kilómetros [16 millas] de distancia). Se prevé suministrar calor desde la central nuclear de Dukovany a Brno (la segunda ciudad más grande de la República Checa), cubriendo dos tercios de sus necesidades de calefacción. [ 13 ]     

barreras de seguridad

Las dos unidades VVER-440 en Loviisa , Finlandia, cuentan con edificios de contención que cumplen con los estándares de seguridad occidentales.

Una característica típica del diseño de los reactores nucleares son las barreras de seguridad en capas que impiden la fuga de material radiactivo. Los reactores VVER tienen tres capas:

  1. Barras de combustible: el revestimiento hermético de aleación de circonio (Zircaloy) que rodea las pastillas de combustible cerámico sinterizado de óxido de uranio proporciona una barrera resistente al calor y a la alta presión.
  2. Pared del recipiente de presión del reactor: una enorme carcasa de acero encierra herméticamente todo el conjunto de combustible y el refrigerante primario .
  3. Edificio del reactor: un edificio de contención de hormigón que encierra todo el primer circuito es lo suficientemente resistente como para soportar el aumento repentino de presión que causaría una fuga en dicho circuito.

En comparación con los reactores RBMK —del tipo involucrado en el desastre de Chernóbil— , el VVER utiliza un diseño intrínsecamente más seguro porque el refrigerante también actúa como moderador y, por su diseño, tiene un coeficiente de vacío negativo, como todos los PWR. No presenta el riesgo de aumento de reactividad y grandes transitorios de potencia que sí presentaban los RBMK moderados con grafito en caso de un accidente por pérdida de refrigerante. Los reactores RBMK también se construyeron sin estructuras de contención por motivos de coste debido a su tamaño; el núcleo del VVER es considerablemente más pequeño. [ 14 ]

Extensión del ciclo de combustible

En 2024, Rosatom comenzó a probar combustible que contiene un absorbedor de neutrones ( erbio ) y uranio enriquecido al 5% (en lugar del rango típico del 3% al 4,95%). Los experimentos se llevaron a cabo en el reactor de investigación MIR.M1 del Instituto de Investigación de Reactores Nucleares de Dimitrovgrad. Esto permitirá extender el ciclo de combustible actual de 12-18 meses a 24 meses. [ 15 ]

Remix Fuel

La central nuclear de Balakovo se utiliza para experimentos con combustible Remix . En diciembre de 2024, comenzó la tercera fase final de 18 meses del programa piloto con el objetivo de lograr un ciclo nuclear cerrado para reactores VVER. En lugar de uranio enriquecido estándar, se utiliza una mezcla de uranio enriquecido con uranio reciclado y plutonio procedente del combustible nuclear usado de otros reactores VVER. Tras las dos primeras de las tres etapas, los elementos combustibles fueron inspeccionados y aprobados para la tercera etapa final. La tercera etapa concluyó a finales de marzo de 2026, cuando se descargó el combustible, que, tras permanecer un tiempo en la piscina de combustible usado, será estudiado en el Instituto de Investigación de Reactores Atómicos (JSC SSC RIAR). [ 16 ] El combustible Remix tiene un contenido de plutonio hasta un 5 % inferior al del combustible MOX . [ 17 ]

Versiones

VVER-440

Una de las primeras versiones del tipo VVER, el VVER-440, manifestó ciertos problemas con el diseño de su edificio de contención . Dado que los modelos V-230 y anteriores no fueron construidos desde el principio para resistir una rotura crítica de tuberías, el fabricante añadió, con el modelo más nuevo V-213, una denominada torre condensadora de burbujas que, con su volumen adicional y varias capas de agua, pretende suprimir las fuerzas del vapor que escapa rápidamente sin que se produzca una fuga en la contención. Como consecuencia, todos los países miembros con centrales del tipo VVER-440 V-230, así como de tipos más antiguos, se vieron obligados por los políticos de la Unión Europea a cerrarlas definitivamente. Debido a esto, la central nuclear de Bohunice tuvo que cerrar dos reactores y la central nuclear de Kozloduy tuvo que cerrar cuatro. Mientras que en el caso de la central nuclear de Greifswald , el organismo regulador alemán ya había tomado la misma decisión tras la caída del Muro de Berlín .

VVER-1000

Sala de control de un reactor VVER-1000 en 2009, Unidad 5 de Kozloduy

Cuando se construyó por primera vez, el diseño VVER estaba pensado para operar durante 35 años. Después de eso, se consideró necesaria una revisión mayor a mitad de su vida útil, que incluía el reemplazo completo de partes críticas como el combustible y los canales de las barras de control. [ 18 ] Dado que los reactores RBMK especificaban un programa de reemplazo mayor a los 35 años, los diseñadores decidieron originalmente que esto también debía ocurrir en el tipo VVER, aunque estos son de un diseño más robusto que el tipo RBMK. La mayoría de las centrales VVER de Rusia están alcanzando y superando la marca de los 35 años. Estudios de diseño más recientes han permitido una extensión de la vida útil hasta 50 años con el reemplazo de equipos. Los nuevos VVER se identificarán con la vida útil extendida.

En 2010, el reactor VVER-1000 más antiguo, ubicado en Novovoronezh , fue clausurado para su modernización con el fin de extender su vida útil por 20 años adicionales; fue el primero en someterse a dicha extensión. Los trabajos incluyeron la modernización de los sistemas de gestión, protección y emergencia, así como la mejora de los sistemas de seguridad y protección radiológica. [ 19 ]

En 2018, Rosatom anunció que había desarrollado una técnica de recocido térmico para recipientes de presión de reactores que atenúa el daño por radiación y prolonga la vida útil entre 15 y 30 años. Esto se había demostrado en la unidad 1 de la central nuclear de Balakovo . [ 20 ]

VVER-1200

Vista panorámica de la central nuclear de Rooppur en Bangladesh , que consta de dos reactores VVER-1200 de 1200 MWe.

El VVER-1200 (o NPP-2006 o AES-2006) [ 7 ] es una evolución del VVER-1000 que se ofrece para uso nacional y de exportación. [ 21 ] [ 22 ] El diseño del reactor se ha perfeccionado para optimizar la eficiencia del combustible. Las especificaciones incluyen un costo de construcción de $1,200 por kW , que requiere aproximadamente un 35% menos de personal operativo que el VVER-1000. El VVER-1200 tiene una eficiencia térmica bruta y neta del 37.5% y 34.8%. El VVER 1200 producirá 1,198 MWe de potencia.

El VVER-1200 tiene una vida útil de diseño de 60 años con la posibilidad de extenderla por 20 años. [ 23 ] [ 24 ]

Las dos primeras unidades se han construido en la Central Nuclear II de Leningrado y en la Central Nuclear II de Novovoronezh . Se planean más reactores con un VVER-1200/491 [ 25 ] como el diseño Leningrado-II (centrales nucleares de Kaliningrado y Nizhny Novgorod ) y están en construcción. El tipo VVER-1200/392M [ 26 ] instalado en la Central Nuclear II de Novovoronezh también se ha seleccionado para las centrales nucleares de Seversk, Zentral y Urales del Sur. Se desarrolló una versión estándar como VVER-1200/513 y se basa en el diseño VVER-TOI (VVER-1300/510).

En julio de 2012, se acordó la construcción de dos reactores AES-2006 en la central nuclear de Ostrovets en Bielorrusia. Se dijo que el costo total sería de 10 mil millones de dólares. [ 27 ] En 2014 se consideró un AES-2006 para la central nuclear de Hanhikivi en Finlandia. [ 28 ] El contrato de suministro de la central se firmó en 2013, pero se rescindió en 2022 principalmente debido a la invasión rusa de Ucrania. [ 29 ]

Entre 2015 y 2017, Egipto y Rusia llegaron a un acuerdo para la construcción de cuatro unidades VVER-1200 en la central nuclear de El Dabaa . [ 30 ]

El 30 de noviembre de 2017, se vertió hormigón para la base de la isla nuclear de la primera de las dos unidades VVER-1200/523 de la central nuclear de Rooppur, en Bangladesh . La central tendrá una capacidad de 2,4 GWe . Se preveía que las dos unidades entraran en funcionamiento en 2023 y 2024. [ 31 ]

El 7 de marzo de 2019, China National Nuclear Corporation y Atomstroyexport firmaron el contrato detallado para la construcción de cuatro reactores VVER-1200 , dos en la central nuclear de Tianwan y dos en la central nuclear de Xudabao . La construcción comenzará en mayo de 2021 y se espera que la operación comercial de todas las unidades se inicie entre 2026 y 2028. [ 32 ]

A partir de 2020 se pondrá a prueba un ciclo de reabastecimiento de combustible de 18 meses, lo que resultará en un factor de utilización de capacidad mejorado en comparación con el ciclo anterior de 12 meses. [ 33 ] El VVER-1200 está diseñado para poder variar la potencia entre el 100 % y el 40 % para el seguimiento de la carga diaria, lo cual se probó en 2024. [ 34 ]

Características de seguridad

La parte nuclear de la planta está alojada en un único edificio que actúa como contención y escudo antimisiles. Además del reactor y los generadores de vapor, esto incluye una máquina de recarga de combustible mejorada y los sistemas computarizados de control del reactor. Asimismo, protegidos en el mismo edificio se encuentran los sistemas de emergencia, incluidos un sistema de refrigeración de emergencia del núcleo, un suministro de energía diésel de respaldo de emergencia y un suministro de agua de alimentación de respaldo.

En la versión AES-92 del VVER-1000, utilizada en la central nuclear de Kudankulam en India, se añadió un sistema pasivo de disipación de calor a los sistemas activos existentes . Este sistema se ha mantenido en el VVER-1200 más reciente y en futuros diseños. El sistema se basa en un sistema de refrigeración y depósitos de agua construidos sobre la cúpula de contención. [ 35 ] Los sistemas pasivos gestionan todas las funciones de seguridad durante 24 horas y la seguridad del núcleo durante 72 horas. [ 7 ]

Otros nuevos sistemas de seguridad incluyen protección contra accidentes aéreos, recombinadores de hidrógeno y un colector de núcleo para contener el núcleo fundido del reactor en caso de un accidente grave. [ 22 ] [ 27 ] [ 36 ] El colector de núcleo se desplegará en la central nuclear de Rooppur y en la central nuclear de El Dabaa . [ 37 ] [ 38 ]

Los de la central nuclear de Akkuyu se basan en AES-2006 con condiciones sísmicas y regulatorias actualizadas de VVER-TOI para satisfacer tanto las condiciones geográficas de Turquía como las medidas posteriores a Fukushima . [ 39 ] [ 40 ]

VVER-TOI

El VVER-TOI ( en ruso : ВВЭР-ТОИ ; en ruso : типовой оптимизированный и информатизированный , romanizado :  tipovoy optimizirovannyy i informatizirovannyy , lit. ' estándar optimizado y computarizado ' , digital optimizado universal) se desarrolla a partir del VVER-1200. Su objetivo es el desarrollo de un proyecto típico optimizado, informativo y avanzado de una nueva generación de unidad de potencia III+ basada en la tecnología VVER, que cumpla con una serie de parámetros orientados a objetivos utilizando tecnologías modernas de información y gestión. [ 41 ]

Las principales mejoras del VVER-1200 son: [ 4 ]

  • La potencia aumentó a 1300 MWe brutos.
  • recipiente a presión mejorado
  • Diseño de núcleo mejorado para mejorar la refrigeración.
  • Desarrollos posteriores de sistemas de seguridad pasiva
  • menores costos de construcción y operación con un tiempo de construcción de 40 meses
  • uso de turbinas de baja velocidad
  • hasta 100 años de vida útil (60 años de vida útil de diseño con 40 años de extensión) [ 42 ] [ 43 ]

En junio de 2019, el VVER-TOI fue certificado como conforme a los Requisitos Europeos de Servicios Públicos (con ciertas reservas) para centrales nucleares. [ 4 ]

La construcción de las dos primeras unidades VVER-TOI comenzó en 2018 y 2019 en la central nuclear de Kursk II . [ 44 ] [ 4 ] La primera VVER-TOI se conectó a la red en diciembre de 2025. [ 45 ] [ 44 ] [ 46 ] Kursk II-1 entró en operación comercial el 1 de mayo de 2026. [ 47 ]

VVER-S-600

El VVER-S-600 de potencia media es una tecnología VVER en desarrollo que busca facilitar el cierre del ciclo del combustible mediante la utilización de una carga completa de combustible MOX. [ 48 ] Rosatom afirma que esto podría reducir el consumo de uranio natural en un 50 %. [ 48 ] La letra 'S' en el nombre representa el control del desplazamiento espectral. [ 49 ]

A diferencia de la tecnología VVER convencional, que utiliza un sistema de boro para el control inicial de la reactividad para la quema y absorción, el reactor VVER-S gestiona el control ajustando la relación moderador-combustible durante la operación, sin depender del boro. [ 49 ] Esto se logra retirando las barras desplazadoras de agua que se encuentran en canales designados del conjunto de combustible dentro del núcleo. [ 50 ] Estos desplazadores se introducen en el núcleo al comienzo del ciclo de combustible para reducir la relación moderador-combustible, endureciendo así el espectro de neutrones, lo que mejora la captura de neutrones en U-238 y conduce a la producción de Pu-239 . [ 50 ] Sin embargo, estas barras desplazadoras se retiran al final del ciclo, lo que suaviza el espectro de neutrones, resultando en un aumento de la reactividad. [ 50 ]

El VVER-S-600 tendrá una vida útil de diseño de 80 años. [ 48 ] La relación de reproducción estimada del VVER-S-600 es de 0,7 a 0,8, en comparación con 0,35 a 0,4 de los VVER convencionales. [ 50 ] Se espera que tenga una duración de ciclo de al menos 24 meses utilizando combustible MOX. [ 51 ]

centrales eléctricas

Especificaciones técnicas

Clasificación

Véase también

Notas

  1. Otras fuentes - 34,8.

Referencias

  1. "La central nuclear de Kudankulam comienza a generar energía y se conecta a la red eléctrica del sur" . The Times Of India .
  2. "Notas históricas" . OKB Gidropress. Archivado del original el 17 de junio de 2011. Consultado el 20 de septiembre de 2011 .
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  4. 1 2 3 4 5 "El reactor VVER-TOI de Rusia es certificado por empresas eléctricas europeas" . World Nuclear News . 14 de junio de 2019. Consultado el 14 de junio de 2019 .
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