El Programa de Sostenibilidad del Reactor de Agua Ligera es un programa de investigación y desarrollo del gobierno de EE. UU . Está dirigido por el Departamento de Energía de los Estados Unidos y tiene como objetivo realizar investigaciones y recopilar los datos necesarios para calificar para licencias que extiendan la vida útil de las 104 centrales nucleares generadoras de electricidad actuales de Estados Unidos más allá de los 60 años de vida. Prácticamente todas las centrales nucleares comerciales de generación eléctrica actualmente en Estados Unidos son plantas de reactores de agua ligera (LWR), lo que significa que utilizan agua corriente (ligera) como moderador y refrigerante simultáneamente.
La base del proyecto se basa en el hecho de que en un futuro próximo:
Durante su campaña presidencial , Barack Obama afirmó: " La energía nuclear representa más del 70% de nuestra electricidad generada sin carbono. Es poco probable que podamos cumplir nuestros agresivos objetivos climáticos si eliminamos la energía nuclear como opción". [1] El Programa LWRS opera bajo la premisa de que la electricidad proveniente de centrales nucleares, como fuente libre de carbono , puede y debe desempeñar un papel fundamental como parte de una solución general a ambas necesidades. El programa LWRS se centra en cuatro áreas principales: envejecimiento y degradación de materiales, instrumentación avanzada, tecnologías de sistemas de control e información, combustibles nucleares avanzados para reactores de agua ligera y, finalmente, caracterización de márgenes de seguridad basada en riesgos.
Se espera que la demanda interna de energía eléctrica crezca más del 30% entre 2009 y 2035. Al mismo tiempo, la mayoría de las centrales nucleares actualmente en funcionamiento comenzarán a llegar al final de su extensión inicial de 20 años a su período original de 40 años. Licencia de funcionamiento, por un total de 60 años de funcionamiento. Según un estudio, [2] la demanda aumentará entre un 30% y un 40% para el año 2030. Otros estudios [3] sugieren un aumento aún mayor en el mundo en general: más del 80% para 2035.
El presidente Obama dejó clara la postura nacional de Estados Unidos sobre las emisiones de dióxido de carbono en el sitio web de la Casa Blanca, que decía: "Debemos tomar medidas inmediatas para reducir la contaminación de carbono que amenaza nuestro clima y sostiene nuestra dependencia de los combustibles fósiles ". [4] El Presidente se ha fijado el objetivo de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero al 80% por debajo de los niveles de 1990 para el año 2050.
El Laboratorio Nacional de Idaho (INL), cerca de Idaho Falls, Idaho, y el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL), son las principales instalaciones de investigación involucradas. Otros laboratorios y universidades de todo el país participan en partes específicas de la investigación (ver más abajo).
Laboratorios Nacionales
La Ruta de Envejecimiento y Degradación de Materiales lleva a cabo investigaciones para desarrollar la base científica para comprender y predecir el comportamiento de degradación ambiental a largo plazo de los materiales en las centrales nucleares. Proporcionar datos y métodos para evaluar el rendimiento de los sistemas, estructuras y componentes esenciales para el funcionamiento seguro y sostenido de las centrales nucleares, proporcionando información clave tanto para los reguladores como para la industria.
Los reactores nucleares presentan un entorno de servicio muy desafiante. Los componentes dentro de la contención de un reactor en funcionamiento deben tolerar agua a alta temperatura, estrés, vibraciones y un intenso campo de neutrones. La degradación de los materiales en este entorno puede provocar una reducción del rendimiento y, en algunos casos, fallos repentinos.
Claramente, los entornos exigentes de un reactor nuclear en funcionamiento pueden afectar la capacidad de una amplia gama de materiales para realizar la función prevista durante períodos de servicio prolongados. Las actividades rutinarias de vigilancia y reparación/reemplazo pueden mitigar el impacto de esta degradación; sin embargo, todavía ocurren fallas.
Si bien todos los componentes pueden potencialmente reemplazarse, la decisión de simplemente reemplazarlos puede no ser práctica o no ser la opción económicamente más favorable. Por lo tanto, comprender, controlar y mitigar los procesos de degradación de materiales y establecer una base técnica sólida para la planificación a largo plazo de los reemplazos necesarios son prioridades clave para las operaciones extendidas de las centrales nucleares y las consideraciones sobre el aumento de energía.
La Ruta de Degradación y Envejecimiento de Materiales proporciona investigación en muchas áreas de ciencia y tecnología de materiales, todas apoyando múltiples misiones del Departamento de Energía y brindando aportes únicos para la evaluación de la extensión de la vida útil de las plantas de energía nuclear, al tiempo que complementa los esfuerzos de investigación y desarrollo de la industria nuclear y los reguladores. Los objetivos estratégicos de la ruta son desarrollar la base científica para comprender y predecir el comportamiento de degradación ambiental a largo plazo de los materiales en las centrales nucleares y proporcionar datos y métodos para evaluar el desempeño de sistemas, estructuras y componentes esenciales para una energía nuclear segura y sostenida. operaciones de centrales eléctricas.
El Departamento de Energía (a través de la Ruta de Degradación y Envejecimiento de Materiales) participa en esta actividad de investigación y desarrollo para proporcionar una mejor comprensión mecanística de los modos de degradación clave y datos experimentales suficientes para proporcionar y validar los límites operativos; proporcionar nuevos métodos para monitorear la degradación; y desarrollar técnicas de mitigación avanzadas para proporcionar un mejor rendimiento, confiabilidad y economía.
La Ruta de Tecnologías de Sistemas de Instrumentación , Información y Control Avanzados lleva a cabo investigaciones para desarrollar, demostrar e implementar nuevas tecnologías digitales para arquitecturas de instrumentación y control y proporcionar capacidades de monitoreo para garantizar la operación continua segura, confiable y económica de las plantas de energía nuclear en operación del país. .
Las tecnologías confiables de instrumentación, información y sistemas de control son esenciales para garantizar una operación segura y eficiente de la flota LWR de EE. UU. Estas tecnologías afectan todos los aspectos de las centrales nucleares y las operaciones de equilibrio de las mismas. La instrumentación actual y las interfaces hombre-máquina emplean sistemas analógicos en el sector de la energía nuclear. Estos sistemas, aunque generalmente considerados obsoletos por otras industrias, continúan funcionando de manera confiable, pero no permiten que las empresas de servicios públicos aprovechen al máximo las tecnologías digitales para lograr mejoras de rendimiento. Más allá de los sistemas de control, se necesitan nuevas tecnologías para monitorear y caracterizar los efectos del envejecimiento y la degradación en áreas críticas de sistemas, estructuras y componentes clave. El objetivo de estos esfuerzos es desarrollar, demostrar e implementar nuevas tecnologías digitales para arquitecturas de control e información de instrumentación y proporcionar capacidades de monitoreo para garantizar la operación continua segura, confiable y económica de las 104 plantas de energía nuclear del país.
El propósito de la Ruta de Tecnologías Avanzadas de Sistemas de Instrumentación, Información y Control es permitir la modernización de los sistemas de control e información de instrumentación heredados de una manera que cree un entorno digital fluido que abarque todos los aspectos de las operaciones y el soporte de la planta, creando un entorno tridimensional. Arquitectura de la información que integra sistemas de planta, procesos de planta y trabajadores de planta en una variedad de tecnologías interconectadas.
La vía de caracterización de márgenes de seguridad basada en riesgos lleva a cabo investigaciones para desarrollar e implementar enfoques que respalden la gestión de la incertidumbre en la cuantificación de los márgenes de seguridad para mejorar la toma de decisiones en las centrales nucleares. Esta vía (1) desarrollará y demostrará un método de evaluación de riesgos vinculado a la cuantificación de los márgenes de seguridad y (2) creará herramientas avanzadas para la evaluación de la seguridad que permitan una representación más precisa del margen de seguridad de una central nuclear.
La seguridad es fundamental para el diseño, la concesión de licencias, la operación y la economía de las centrales nucleares . A medida que las actuales centrales nucleares LWR envejecen más de 60 años, existen posibilidades de que aumente la frecuencia de fallas de sistemas, estructuras y componentes que inicien eventos importantes para la seguridad, reduzcan las capacidades existentes de mitigación de accidentes o creen nuevos modos de falla. Los diseñadores de plantas comúnmente "sobrediseñan" partes de las plantas de energía nuclear y brindan solidez en forma de características de seguridad redundantes y diversas para garantizar que, incluso en el caso de escenarios que van mucho más allá de la base de diseño , la salud y la seguridad públicas estarán protegidas con un grado muy alto de seguridad.
La capacidad de caracterizar y cuantificar mejor el margen de seguridad es la clave para mejorar la toma de decisiones sobre el diseño, la operación y la extensión de la vida útil de las plantas LWR. Un enfoque sistemático para la caracterización de los márgenes de seguridad representa un aporte vital para el titular de la licencia y para el análisis y la toma de decisiones que estarán involucrados. Además, a medida que la investigación y el desarrollo en el Programa LWRS y otros esfuerzos de colaboración produzcan nuevos datos y una mejor comprensión científica de los procesos físicos que gobiernan el envejecimiento y la degradación de los sistemas, estructuras y componentes de las plantas (y al mismo tiempo respaldan los avances tecnológicos en el combustible de los reactores nucleares y (instrumentación de la planta, sistemas de información y control) se conocerán las necesidades y oportunidades para optimizar mejor la seguridad y el rendimiento de la planta.
El objetivo de la Ruta de caracterización de márgenes de seguridad basada en riesgos es desarrollar e implementar enfoques para apoyar la gestión de la incertidumbre en la cuantificación de los márgenes de seguridad para mejorar la toma de decisiones en las centrales nucleares. La gestión de la incertidumbre implica la capacidad de (a) comprender y (b) controlar los riesgos relacionados con la seguridad. En consecuencia, el RISMC Pathway está dedicado a mejorar ambos aspectos de la gestión de la seguridad.
La Ruta de los Combustibles Nucleares Avanzados lleva a cabo investigaciones para mejorar la base del conocimiento científico para comprender y predecir el combustible nuclear fundamental y el rendimiento de los revestimientos en las centrales nucleares. Aplicar esta información al desarrollo de combustibles de alto rendimiento y alto quemado con mayor seguridad, integridad del revestimiento y economía mejorada del ciclo del combustible nuclear.
El desempeño del combustible nuclear es un factor importante en el desempeño operativo, la seguridad, la economía operativa y los requisitos de eliminación de desechos de las centrales nucleares (en las últimas dos décadas, la industria de la energía nuclear ha mejorado los factores de capacidad de las centrales con mejoras incrementales logradas en la confiabilidad y el uso o quemado del combustible). ). Sin embargo, estas actualizaciones están alcanzando su máximo impacto alcanzable para lograr mejoras significativas en los márgenes de seguridad y al mismo tiempo mejorar los márgenes operativos y la economía; se requieren pasos significativos más allá de las mejoras incrementales en la generación actual de combustible nuclear. Se requieren cambios fundamentales en las áreas de composición del combustible nuclear, integridad del revestimiento y la interacción combustible/revestimiento para alcanzar los siguientes niveles de rendimiento del combustible. Las mejoras tecnológicas que se están desarrollando en la Ruta de Combustibles Nucleares LWR Avanzados se centran en el desarrollo de materiales de revestimiento revolucionarios respaldados por diseños mecánicos de combustible mejorados y composiciones de combustible alternativas. Si se llevan a cabo, los cambios traerían mejoras sustanciales y beneficiosas en la economía, el funcionamiento y la seguridad de las centrales nucleares.
La Ruta de Combustibles Nucleares LWR Avanzados realiza investigaciones para mejorar la seguridad de los reactores, aumentar la economía del combustible, producir diseños de revestimiento avanzados y desarrollar modelos computacionales mejorados para predecir el rendimiento del combustible. Los objetivos estratégicos de investigación y desarrollo están dirigidos a mejorar la base del conocimiento científico para comprender y predecir el combustible nuclear fundamental y el rendimiento de los revestimientos en las centrales nucleares, y aplicar la información al desarrollo de combustibles de alto rendimiento y alto quemado con mayor seguridad, revestimiento e integridad. y economía del ciclo del combustible nuclear. Esta investigación está diseñada además para demostrar cada uno de los avances tecnológicos y al mismo tiempo satisfacer todos los límites regulatorios y de seguridad a través de pruebas y análisis rigurosos.
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