Un dels objectius de la transició energètica com a eina per la lluita contra el canvi climàtic és l’obtenció de forma segura, neta i assequible compatiblement amb els criteris de sostenibilitat social, tècnica i econòmica. Aquests criteris es compleixen amb les energies renovables, que són les que estan rebent el major impuls – com podia ser d’altra manera- en els plans energètics a escala mundial, per poder complir amb els objectius de descarbonització a curt (2030), mitjà i llarg termini (2050). Així es constata a les conclusions dels diferents informes de l’IPCC, les conclusions de la COP21 (París) i la COP26 (Glasgow), els informes de l’AIE i les successives planificacions de la Unió Europea.
Les energies renovables de major implantació, l’eòlica i la fotovoltaica, tenen una gran capacitat de subministrament d’energia en termes de julis o KWh però, no obstant, la societat necessita disposar d’aquesta energia de forma continuada i en quantitats variables al llarg del dia, setmanes o anys. L’energia es demanda en forma de potència, KW. La integral d’aquesta demanda KW al llarg del temps mesura el consum en KWh.
Per aquest motiu, les energies renovables, donada la seva intermitència i insuficient gestionabiltiat, han de complementar-se amb altres tecnologies de suport. Entre aquestes tecnologies, a curt i mitjà termini, s’ha de comptar amb el gas natural, no només per a la producció d’energia elèctrica, sinó per a molts processos industrials en forma de calor, i l’energia nuclear com indiquen els diferents informes de l’IPCC, de l’AIE.
La majoria dels països de la Unió Europea ja inclouen el gas natural i l’energia nuclear en els seus plans energètics, excepte Alemanya, que té previst tancar les centrals nuclears a finals de 2022 i Espanya, que les vol tancar entre el 2027 i el 2035.
La tecnologia nuclear, els primers reactors de la qual per producció d’energia elèctrica es remunten als anys 50, ha evolucionat considerablement de forma especial en els temes relacionats amb la seguretat que atenen a sistemes passius i a l’aplicació de les tecnologies electròniques i de la informació per l’operació de les centrals. Actualment existeixen programes amb més de 150 reactors en construcció o projecte.
Per una altra banda, s’han començat, de forma estructurada des de 2009, programes coordinats en grups de treball multinacionals, orientats al desenvolupament i implantació dels petits reactors modulars.
Què són els SMR?
Els reactors modulars petits (SMR) són reactors nuclears avançats amb una potència de fins a 300 MW€ per unitat. S’utilitzen les tecnologies actuals en centrals nuclears reactors refrigerats per aigua (LWR), a pressió (PWR) com els d’Ascó- Vandellós; reactors refrigerats per aigua en ebullició (BWR) Cofrents, reactors refrigerats per gas (HTGR), reactors refrigerats per metall líquid (LMR) i altres variants actualment en desenvolupament.
Una característica important d’aquest tipus de reactors és el rang de potències que van des dels 30MWe fins als 300MWe, depenent de la finalitat de la seva utilització: generació elèctrica, sola o combinada amb xarxes de calor i fred urbanes o industrials, dessalinització, cogeneració, producció d’hidrogen H2, com és el cas dels HTGR, etc.
El disseny total de la planta, Balance Of Plant (BOP), dependrà, lògicament de la finalitat a la qual es destini la planta, generació elèctrica i altres usos. En aquest article, ens referim exclusivament a la part nuclear.
És important la seva flexibilitat per a l’adaptació a diferents finalitats. Tots ells es dediquen a la producció d’electricitat i addicionalment, cada un dels usos, classificats pels rangs de temperatura, determina el tipus de reactors més convenients:
- Climatizació urbana, district heating, desalinización : 60 - 200ºC...... LWR
- Refineries................................................................... 250 – 550ºC..... LWR, LMR
- Tractament de Lodes................................................. 300 - 600ºC..... LWR
- Producció de combustibles sintètics...................... 500 - 900ºC..... LMR, HTGR
- Producció d’Hidrogen H2 ….................................. 800 - 1000ºC... HTGR
Els petits reactors nuclears s’utilitzen des dels anys 50-60 del segle passat principalment per a la propulsió marina en submarins i portavions, lògicament amb un disseny més semblant a les actuals centrals nuclears. A principi dels 60, va començar el seu ús per a centrals de producció elèctrica amb potències entorn els 200MWe. Immediatament va passar a 400 MWe que eren les potències de les centrals nuclears de primera generació, Vandellós o Santa Maria de Garoña, i en els anys setanta a les centrals actualment en funcionament pràcticament totes elles amb potències entorn a 1.000MW refrigerats per aigua lleugera o d’urani natural refrigerats per gas.
No va ser fins a principis del segle actual que es va pensar en el disseny i la construcció de forma modular dels petits reactors aprofitant els darrers dissenys dels actuals reactors de tercera generació. A partir de 2009, va ser quan es va decidir la conveniència de desenvolupar, de forma estructura i internacionalment, els SMR, amb dues característiques fonamentals: que la seguretat estigués reforçada per sistemes passius i que la construcció fos modular.
Característiques i avantatges d’aquest disseny
Compliment dels ODS
Des d’un punt de vista social facilita el compliment dels ODS, especialment el 7è, que promou la dotació d’energia a tots els habitants del planeta, ja que la seva ubicació no necessita infraestructures elèctriques complexes. Això permet la seva instal·lació en llocs remots o països aïllats i la seva gestió se simplifica considerablement.
Impacte reduït sobre el territori, cosa que:
- Permet instal·lar-lo en llocs on ja existeixen infraestructures energètiques, desclassificades, com centrals tèrmiques
- Polígons industrials, refineries, complexos químics, etc. per a crear comunitats energètiques o de serveis
- Llocs on només, o principalment, existeixen infraestructures elèctriques de distribució, per la integració de la generació distribuïda, etc.
- Possibilitat de construcció en l’emplaçament de forma subterrània o semisubterrània com és el cas del del BWR-X-300 de GE a EUA.
Criteris de disseny i constructius:
- Els components nuclears del reactor, de generació de vapor i de seguretat han de dissenyar-se de manera que en la mateixa factoria siguin ensamblats dins d’un continent que reuneixi les característiques físiques, mecàniques i operacionals requerides.
- Aquest continent ha de reunir les dimensions (gàlibs) i pesos que el facin susceptible de ser transportat per via terrestre o marítima fins l’emplaçament.
- Simplificar i substituir els elements actius per passius com són les bombes de circulació que no existeixen funcionant per convecció, els sistemes d’injecció d’aigua al reactor per garantir la refrigeració en emergències i determinades situacions operacionals han de funcionar per gravetat, etc.
Sistemes de control i seguretat
- S’utilitza el criteri de ‘defensa de profunditat’ dels reactors convencionals
- Els dissenys d’SMR proposats són, en general, més simples actuant per lleis físiques i el concepte de seguretat per a aquests reactors sol basar-se més en sistemes passius i característiques de seguretat inherent del reactor, com una potència (densitat de potència), temperatura i pressió de funcionament baixes.
- Això significa que en aquests casos de parada automàtica o emergència no és necessària la intervenció d’un humà ni d’una potència o força externa per parar els sistemes, perquè els sistemes passius dependent de fenòmens físics, com la circulació natural, la convecció, la gravetat i l’autopresurització. Aquests marges de seguretat reforçats, en alguns casos, eliminen o disminueixen considerablement les possibilitats que es produeixin emissions perilloses de radioactivitat al medi ambient i el públic en cas d’accident.
Aquests sistemes ja s’apliquen a les centrals nuclears de darrera generació com els AP1000.
Llicenciament
Cada país té les seves regulacions per al disseny, la construcció i l’operació de les instal·lacions nuclears. Aquestes regulacions les defineix un organisme independent que a Espanya és el Consell de Seguretat Nuclear (CSN). Existeix, a més, la OIEA (Organització Internacional de l’Energia Atòmica) que té per objectiu unificar i supervisar les regulacions i realitzar altres mesures de vigilància i control sobre elements radioactius per acord internacional (ONU).
No obstant, les característiques de disseny i constructives dels SMR fan que se simplifiqui el procés de llicenciament, facilitant-lo i sobretot, escurçant-lo.
- Els mòduls es llicencien a partir d’un prototip que inclou tots els sistemes necessaris, reactor i generadors de vapor així com els sistemes de seguretat associats
- Aquesta característica es tradueix en estalvis econòmics, ja que es redueixen considerablement els temps i les modificacions associades a les revisions de seguretat.
Augment d’eficiència
- Poden acoblar-se amb altres fonts d’energia, incloent renovables, per compatibilitzar els recursos i obtenir majors rendiments i, en el seu cas, proveint diversos productes energètics finals (cogeneració, district heating, etc.)
- Incrementen l’estabilitat i la seguretat de les xarxes.
Costos econòmics i de finançament
- El propi procés de disseny i fabricació fa que els costos de construcció es redueixin considerablement
- També es redueixen els costos d’enginyeria i construcció en l’emplaçament, així com els costos d’operació
- La simplificació del procés de llicenciament també és l’origen d’estalvis significatius
- Finalment, en els emplaçaments previstos per a diverses unitats, les necessitats de finançament són menors. A mesura que els mòduls entren en servei poden facilitar el finançament dels mòduls següents.
No obstant, en l’estadi actual, es pot afirmar que els costos es reduiran com a mínim en una ordre de magnitud, tot i que resulta prematur quantificar-los.
Estat actual de la implantació dels SMR
Existeixen ja alguns prototips en operació i construcció a Argentina, Rússia, Xina, USA, etc. Per exemple, a Argentina hi ha un mini SMR, CAREM, i a Rússia, una central elèctrica flotant a l’oceà Àrtic de 30 MWe, (100 Th) ja operatiu.
Tant institucions privades com públiques estan desenvolupament programes concrets per a que es disposi d’aquest tipus d’instal·lacions en aquesta mateixa dècada; en especial els governs d’USA, Canadà, França, Anglaterra i Rússia s’han implicat de forma important. El número de prototips en diferents estadis de desenvolupament és molt alt, més d’un centenar, i amb diferents aplicacions, a més de la generació d’energia elèctrica. El rang de potència d’aquestes desenvolupaments va des dels 30 MWe fins els 400 MWe.
SMR i transició energètica
Els SMR poden desenvolupar un paper important en la transició energètica ja que les previsions de creixement de la demanda són molt baixes en els propers anys, a causa, fonamentalment, de l’increment de l’eficiència energètica, principal motor del canvi, tant pel concepte d’estalvi com per la modificació de processos industrials i d’hàbits de consum. Aquest fet pot desaconsellar la instal·lació de grans centrals nuclears a favor dels anomenats SMRs.
No obstant, serà necessari substituir moltes instal·lacions de generació tèrmica amb potències entre 300MW i 600MW per raons climàtiques i d’obsolescència. Alhora, el creixement de la generació distribuïda, les comunitats energètiques i de serveis, etc. són àrees en les quals els SMR poden ser especialment adequats.
La substitució de les centrals tèrmiques té, a més a més, l’avantatge de comptar amb ubicacions especialment preparades per a la generació elèctrica: emplaçament, sistemes de refrigeració, instal·lacions i xarxes per l’evacuació de l’energia i la preparació del capital humà per a aquesta activitat, un tema que no és menor. Addicionalment, comptem amb tres emplaçaments de centrals nuclears desclassificades i en període de desmantellament, que també serien adequats per a la instal·lació d’aquests petits reactors.
