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Los pequeños reactores modulares ( SMR ) son una clase de pequeños reactores de fisión nuclear , diseñados para construirse en una fábrica, enviarse a sitios operativos para su instalación y luego usarse para alimentar edificios u otras operaciones comerciales. El primer SMR comercial fue inventado por un equipo de científicos nucleares de la Universidad Estatal de Oregón (OSU) en 2007. [1] Trabajando con el prototipo de OSU, NuScale Power desarrolló el primer modelo funcional, disponible para el mercado estadounidense, en 2022. [2] El término SMR se refiere al tamaño, capacidad y construcción modular . El tipo de reactor y los procesos nucleares pueden variar. De los muchos diseños de SMR, el reactor de agua a presión (PWR) es el más común. Sin embargo, los diseños SMR propuestos recientemente incluyen: generación IV , reactores de neutrones térmicos , reactores de neutrones rápidos , sales fundidas y modelos de reactores refrigerados por gas . [3]
Los pequeños reactores militares específicos se diseñaron por primera vez en la década de 1950 para impulsar submarinos y barcos con misiles balísticos ( portaaviones y rompehielos ) con propulsión nuclear . [4] La producción eléctrica de los reactores navales modernos generalmente se limita a menos de 165 MW e y se dedica a alimentar hélices de turboeje en lugar de suministrar electricidad comercial. Además, hay muchos más controles de seguridad ausentes en los reactores navales debido a las limitaciones de espacio para las que fueron diseñados.
Los SMR comerciales pueden diseñarse para entregar una potencia eléctrica de salida tan baja como 5 MW e (eléctrica) o un máximo de 300 MW e por módulo. Los SMR también pueden diseñarse exclusivamente para desalinización o calefacción de instalaciones en lugar de electricidad. Estos SMR se miden en megavatios térmicos MWt . Muchos diseños de SMR se basan en un sistema modular, lo que permite a los clientes simplemente agregar módulos para lograr la producción de megavatios (MW e ) deseada. Algunos diseños de SMR [ ¿cuáles? ] , normalmente aquellos que utilizan tecnologías de reactores de Generación IV , tienen como objetivo asegurar una ventaja económica adicional a través de mejoras en la eficiencia de la generación eléctrica a partir de la generación de vapor a temperaturas mucho más altas. Idealmente, se espera que los reactores modulares reduzcan la construcción en el sitio, aumenten la eficiencia de contención y afirmen mejorar la seguridad. Sin embargo, otros fabricantes de SMR afirman que debería lograrse una mayor seguridad mediante la aplicación de características de seguridad pasiva que funcionen sin intervención humana. La seguridad pasiva es un concepto ya implementado en algunos tipos de reactores nucleares convencionales. Los SMR también deberían ayudar a reducir los costos de personal de las centrales eléctricas, ya que su operación es bastante simple. [5] [6] y se afirma que tienen la capacidad de sortear las barreras financieras y de seguridad que inhiben la construcción de reactores convencionales. [6] [7]
En 2023, solo China y Rusia habían construido con éxito SMR operativos. El Departamento de Energía de EE. UU. había estimado que NuScale Power completaría el primer SMR en los Estados Unidos alrededor de 2030, [8] pero este acuerdo fracasó desde entonces después de que los clientes se echaron atrás debido al aumento de los costos. [9] Hay más de 80 diseños de reactores modulares en desarrollo en 19 países. [10] Rusia ha estado operando una planta de energía nuclear flotante Akademik Lomonosov , en el Lejano Oriente de Rusia ( Pevek ), desde octubre de 2022. La planta flotante es la primera de su tipo en el mundo. El reactor HTR-PM modular de lecho de guijarros de China, refrigerado por gas y de alta temperatura, se conectó a la red en 2021. [10]
Los SMR difieren en términos de dotación de personal, seguridad y tiempo de despliegue. [11] Se afirma que los estudios del gobierno de EE. UU. para evaluar los riesgos asociados a los SMR han ralentizado el proceso de concesión de licencias. [12] [13] [14] Una preocupación principal con los SMR y su gran número, necesarios para alcanzar una rentabilidad económica, es prevenir la proliferación nuclear . [15] [16]
Los factores económicos de escala hacen que los reactores nucleares tiendan a ser grandes, hasta tal punto que el tamaño mismo se convierte en un factor limitante. El desastre de Chernobyl de 1986 y el desastre nuclear de Fukushima de 2011 causaron un importante revés para la industria nuclear, con la suspensión mundial del desarrollo, la reducción de la financiación y el cierre de plantas de reactores.
En respuesta, el fabricante estadounidense de SMR, NuScale Power , introdujo una nueva estrategia destinada a construir reactores más pequeños, que se esperaba que fueran más rápidos de fabricar, más seguros de operar y funcionaran a un menor costo por reactor. A pesar de la pérdida de ventajas de escala y de una producción de energía considerablemente menor, se esperaba que la financiación fuera más fácil gracias a la introducción de la construcción modular y a proyectos con plazos previstos más cortos. La propuesta genérica de SMR es intercambiar las economías de escala unitaria por las economías de producción unitaria en masa. [17] [18]
Sus defensores afirman que los SMR serían menos costosos debido al uso de módulos estandarizados que podrían producirse industrialmente fuera del sitio en una fábrica dedicada. [19] Sin embargo, los SMR también tienen desventajas económicas. [20] Varios estudios sugieren que los costos generales de los SMR son comparables a los de los grandes reactores convencionales. Además, se ha publicado información extremadamente limitada sobre el transporte de módulos SMR. [21] Los críticos dicen que la construcción modular sólo será rentable para un gran número de SMR del mismo tipo, dados los elevados costes que aún quedan por cada SMR. [22] Por lo tanto, se necesita una cuota de mercado elevada para obtener suficientes pedidos.
En su camino global para alcanzar las cero emisiones netas en 2050, la Agencia Internacional de la Energía (AIE) considera que la energía nuclear mundial debería multiplicarse por dos entre 2020 y 2050. [23] Antonio Vaya Soler, experto de la Agencia de Energía Nuclear ( NEA), también reconoce que si las energías renovables son un componente esencial para luchar contra el calentamiento global , no serán suficientes para alcanzar los objetivos de cero emisiones netas de CO 2 . Para alcanzar los objetivos, la capacidad de energía nuclear debería al menos duplicarse con respecto al nivel actual para ser coherente con la vía neta cero. [24]
Para producir la misma energía eléctrica que los ~ 400 grandes reactores nucleares actualmente en funcionamiento en el mundo, BASE, la Oficina Federal Alemana para la Seguridad de la Gestión de Residuos Nucleares también estima que sería necesario construir entre varios miles y decenas de miles. SMR. [4] [25]
Por lo tanto, varias flotas de reactores SMR exactamente del mismo tipo, y fabricados industrialmente en grandes series mediante producción en fábrica, deberían desplegarse rápida y masivamente en todo el mundo para ofrecer una potencia de salida suficiente para contribuir significativamente a las cero emisiones netas de CO 2 . La Agencia de Energía Nuclear (NEA) ha lanzado en la COP 28 una nueva iniciativa "Acelerar SMR para Net Zero" para fomentar colaboraciones entre organizaciones de investigación, industria nuclear, autoridades de seguridad y gobiernos, con el fin de reducir rápidamente las emisiones de carbono para alcanzar la red. Se requieren objetivos de cero emisiones antes de 2050 para limitar el aumento de la temperatura de la superficie global de la Tierra . [26] [27] [28]
En febrero de 2024, la Comisión Europea reconoció la tecnología SMR como una contribución importante a la descarbonización como parte del Acuerdo Verde de la UE . [29]
Sus defensores dicen que la energía nuclear con tecnología probada puede ser más segura; La industria nuclear sostiene que un tamaño más pequeño hará que las SMR sean incluso más seguras que las plantas convencionales más grandes. Los críticos dicen que muchos más [4] reactores nucleares pequeños plantean un mayor riesgo, ya que requieren más transporte de combustible nuclear y también aumentan la producción de desechos radiactivos . [30] Los SMR requieren nuevos diseños con nueva tecnología, cuya seguridad aún no se ha demostrado.
Hasta 2020, no se había puesto en servicio ningún SMR verdaderamente modular para uso comercial. [31] En mayo de 2020, el primer prototipo de una central nuclear flotante con dos reactores e de 30 MW , el tipo KLT-40 , comenzó a funcionar en Pevek , Rusia. [32] Este concepto se basa en el diseño de rompehielos nucleares . [33] La operación del primer reactor de demostración comercial terrestre de 125 MW e ACP100 (Linglong One) comenzará en China a fines de 2026. [34]
Para hacer frente a los objetivos de cero emisiones netas de CO 2 para 2050 sin perder tiempo, es fundamental un despliegue rápido y masivo de un gran número de SMR (varios miles a decenas de miles de unidades) [4] y representa un desafío sin precedentes para la industria nuclear. industria, las autoridades de seguridad y la sociedad civil (aceptación del público, los políticos y los gobiernos de los países más grandes), en el corto plazo considerado.
Los SMR se prevén en múltiples diseños. Algunos son versiones simplificadas de los reactores actuales, otros implican tecnologías completamente nuevas. [35] Todos los SMR propuestos utilizan fisión nuclear con diseños que incluyen reactores de neutrones térmicos y reactores de neutrones rápidos .
Los reactores de neutrones térmicos dependen de un moderador (agua, grafito , berilio ...) para ralentizar los neutrones y generalmente utilizan235U como material fisionable . La mayoría de los reactores en funcionamiento convencionales son de este tipo.
Los reactores rápidos no utilizan moderadores. En cambio, dependen del combustible para absorber neutrones rápidos . Por lo general, esto significa cambiar la disposición del combustible dentro del núcleo o utilizar combustibles diferentes. P.ej,239
Es más probable que el Pu absorba un neutrón rápido que235
Ud .
Los reactores rápidos pueden ser reactores reproductores . Estos reactores liberan suficientes neutrones para transmutar elementos no fisionables en fisionables. Un uso común de un reactor reproductor es rodear el núcleo por una "manta" de238
U , el isótopo más fácilmente disponible. Una vez el238
U sufre una reacción de absorción de neutrones , se convierte239
Pu , que puede extraerse del reactor durante el reabastecimiento de combustible, y posteriormente reprocesarse y utilizarse como combustible. [36]
Los reactores de agua ligera convencionales suelen utilizar agua como refrigerante y moderador de neutrones. [37] Los SMR pueden utilizar agua, metal líquido , gas y sales fundidas como refrigerantes. [38] [39] El tipo de refrigerante se determina en función del tipo de reactor, el diseño del reactor y la aplicación elegida. Los reactores de gran potencia utilizan principalmente agua ligera como refrigerante, lo que permite que este método de enfriamiento se aplique fácilmente a los SMR. A menudo se elige helio como gas refrigerante para los SMR porque produce una alta eficiencia térmica de la planta y suministra una cantidad suficiente de calor al reactor. El sodio , el plomo y el plomo-bismuto eutéctico (LBE) son refrigerantes metálicos líquidos estudiados para SMR de cuarta generación. Durante los primeros trabajos en reactores de gran potencia se prestó gran atención al sodio, lo que desde entonces se ha trasladado a los SMR como opción destacada como refrigerante de metal líquido. [40] Los SMR tienen menores requisitos de agua de refrigeración, lo que amplía el número de sitios donde se podría construir un SMR, incluidas áreas remotas que normalmente incorporan minería y desalinización . [41]
Algunos diseños de reactores refrigerados por gas podrían impulsar una turbina de gas , en lugar de hervir agua, de modo que la energía térmica se pueda utilizar directamente. El calor también podría utilizarse en la producción de hidrógeno y otras operaciones industriales, [38] como la desalinización y la producción de derivados del petróleo (extracción de petróleo de arenas bituminosas , elaboración de petróleo sintético a partir de carbón , etc.). [42]
Generalmente se espera que los diseños SMR proporcionen energía eléctrica de carga base ; Algunos diseños propuestos tienen como objetivo ajustar su producción de energía en función de la demanda de electricidad. [ cita necesaria ]
Otro enfoque, especialmente para los SMR diseñados para proporcionar calor a alta temperatura, es adoptar la cogeneración , manteniendo una producción de calor constante, mientras se desvía el calor que de otro modo sería innecesario hacia un uso auxiliar. Se han propuesto como opciones de cogeneración la calefacción urbana , la desalinización y la producción de hidrógeno. [43]
La desalinización nocturna requiere suficiente capacidad de almacenamiento de agua dulce para suministrar agua en momentos distintos al de su producción. [44] La membrana de ósmosis inversa y los evaporadores térmicos son las dos técnicas principales para la desalinización del agua de mar . El proceso de desalinización por membrana utiliza únicamente electricidad para accionar las bombas de agua y es el más utilizado de los dos métodos. En el proceso térmico, la corriente de agua de alimentación se evapora en diferentes etapas con disminuciones continuas de presión entre las etapas. El proceso térmico utiliza directamente energía térmica y evita la conversión de energía térmica en electricidad. La desalinización térmica se divide a su vez en dos tecnologías principales: la destilación flash de múltiples etapas (MSF) y la desalinización de efectos múltiples (MED). [45]
Un informe de la Oficina Federal Alemana para la Seguridad de la Gestión de Residuos Nucleares (BASE) que considera 136 reactores y conceptos SMR diferentes, históricos y actuales, afirma: "En general, los SMR podrían lograr potencialmente ventajas de seguridad en comparación con las centrales eléctricas con una mayor producción de energía, ya que tener un menor inventario radiactivo por reactor y aspirar a un mayor nivel de seguridad, especialmente mediante simplificaciones y un mayor uso de sistemas pasivos. Sin embargo, varios conceptos SMR también favorecen requisitos regulatorios reducidos, por ejemplo, con respecto al grado de redundancia requerido o diversidad de sistemas de seguridad: algunos desarrolladores incluso exigen que se supriman los requisitos actuales, por ejemplo en el ámbito de la gestión interna de accidentes o con zonas de planificación reducidas, o incluso que se suprima por completo la planificación externa de protección de emergencia. Dado que la seguridad de una planta de reactor depende Teniendo en cuenta todos estos factores, según el estado actual de los conocimientos no es posible afirmar que, en principio, se alcance un mayor nivel de seguridad con los conceptos SMR." [46] [47] [20]
Los coeficientes de temperatura negativos en los moderadores y los combustibles mantienen las reacciones de fisión bajo control, lo que hace que la reacción se ralentice a medida que aumenta la temperatura. [48]
Algunos diseños de SMR proponen sistemas de refrigeración basados únicamente en termoconvección (circulación natural) para eliminar las bombas de refrigeración que podrían averiarse. La convección puede seguir eliminando el calor de desintegración después de la parada del reactor. Sin embargo, algunos SMR pueden necesitar un sistema de enfriamiento activo para respaldar el sistema pasivo, lo que aumenta el costo. [49]
Algunos diseños de SMR presentan un diseño integral en el que el núcleo del reactor primario, el generador de vapor y el presurizador están integrados dentro de la vasija sellada del reactor. Este diseño integrado permite reducir un posible accidente ya que se podrían contener las fugas de contaminación. En comparación con reactores más grandes que tienen numerosos componentes fuera de la vasija del reactor, esta característica aumenta la seguridad al disminuir los riesgos de un accidente incontrolado. Algunos diseños de SMR también prevén la instalación subterránea del reactor y de las piscinas de almacenamiento de combustible gastado. [50]
La parte final del ciclo del combustible nuclear de SMR es una cuestión compleja y desafiante que sigue siendo objeto de controversia. La cantidad y la radiotoxicidad de los residuos radiactivos producidos por SMR dependen principalmente de su diseño y del ciclo del combustible relacionado. Como el concepto de SMR abarca un amplio espectro de tipos de reactores nucleares, no es fácil dar una respuesta sencilla a la pregunta. Los SMR pueden comprender pequeños reactores de agua ligera de tercera generación, así como pequeños reactores de neutrones rápidos de cuarta generación.
A menudo, las empresas emergentes que desarrollan prototipos de SMR no convencionales defienden la reducción de desechos como una ventaja de la solución propuesta e incluso a veces afirman que su tecnología podría eliminar la necesidad de un depósito geológico profundo para eliminar desechos radiactivos de alto nivel y larga vida. Este es especialmente el caso de las empresas que estudian reactores de neutrones rápidos de cuarta generación (reactores de sales fundidas, reactores refrigerados por metal ( reactor rápido refrigerado por sodio o reactor rápido refrigerado por plomo ).
Los reactores reproductores rápidos "se queman"235U (0,7% del uranio natural ), pero también convierte materiales fértiles como238U (99,3% del uranio natural) en fisible 239
Pu que puede utilizarse como combustible nuclear. [36]
El reactor de ondas progresivas propuesto por TerraPower tiene como objetivo "quemar" inmediatamente el combustible que genera sin necesidad de retirarlo del núcleo del reactor ni de reprocesarlo posteriormente. [51]
El diseño de algunos reactores SMR se basa en el ciclo del combustible de torio , que es considerado por sus promotores como una forma de reducir la radiotoxicidad de los residuos a largo plazo en comparación con el ciclo del uranio. [52] Sin embargo, el uso del ciclo del torio también presenta grandes desafíos operativos debido a la producción y el uso de232U y fértil de larga vida.233U , ambos radioisótopos emiten fuertes rayos gamma . Por lo tanto, la presencia de estos radionucleidos complica seriamente el blindaje radiológico del combustible nuclear nuevo y el almacenamiento y eliminación a largo plazo de su combustible nuclear gastado.
Un estudio de 2022 realizado por Krall, Macfarlane y Ewing es más crítico e informa que algunos tipos de SMR podrían producir más desechos por unidad de potencia de salida que los reactores convencionales, en algunos casos más de 5 veces la cantidad de combustible gastado por kilovatio, y hasta 35 veces para otros residuos producidos por activación neutrónica , como el acero activado y el grafito . [53] [54] [55] [30]
Estos autores han identificado la fuga de neutrones como el primer problema de los SMR porque tienen una mayor superficie con respecto a su volumen central. Han calculado que las tasas de fuga de neutrones son mucho más altas para los SMR, porque en los núcleos de reactores más pequeños, los neutrones emitidos tienen menos posibilidades de interactuar con los átomos fisibles presentes en el combustible y producir fisión nuclear. En cambio, los neutrones salen del núcleo del reactor sin interactuar con el combustible nuclear, y son absorbidos fuera del núcleo por los materiales utilizados para los reflectores de neutrones y el blindaje (escudos térmicos y gamma), convirtiéndolos en residuos radiactivos ( acero activado y grafito ). .
Los diseños de reactores que utilizan refrigerantes metálicos líquidos (sodio fundido, plomo, eutéctico de plomo-bismuto, LBE) también se vuelven radiactivos y contienen impurezas activadas.
Otro problema señalado por Krall et al. (2022) [30] relacionado con la mayor fuga de neutrones en SMR es que se consume una fracción menor de su combustible nuclear, lo que lleva a un menor quemado y a que queden más materiales fisionables en su combustible gastado , aumentando así el volumen de desechos. Para sostener las reacciones nucleares en cadena en el núcleo de un reactor más pequeño, una alternativa es utilizar combustible nuclear más enriquecido en235
Ud . Esto podría aumentar los riesgos de proliferación nuclear y podría requerir medidas de salvaguardia más estrictas para prevenirla (ver también salvaguardias del OIEA ).
Si subsisten concentraciones más altas de materiales fisionables en el combustible gastado, la masa crítica necesaria para sostener una reacción nuclear en cadena también es menor. Como consecuencia directa, el número de combustibles gastados presentes en un contenedor de residuos también será menor y será necesario un mayor número de contenedores y sobreenvases para evitar accidentes de criticidad y garantizar la seguridad nuclear en un depósito geológico profundo. Esto también contribuye a incrementar el volumen total de residuos y el número de galerías de disposición en un repositorio geológico.
Dada la posible importancia técnica y económica de los SMR para suministrar energía eléctrica sin emisiones de carbono necesaria para luchar contra el cambio climático y la relevancia social y a largo plazo del estudio para gestionar y eliminar adecuadamente los desechos radiactivos sin imponer una carga negativa a las generaciones futuras, la publicación de Krall et al. (2022) en la prestigiosa revista PNAS ha suscitado numerosas reacciones que van desde críticas sobre la calidad de sus datos e hipótesis [56] hasta debates internacionales sobre los residuos radiactivos producidos por los SMR y su desmantelamiento. [57]
En una entrevista con François Diaz-Maurin, editor asociado del Bulletin of the Atomic Scientists , Lindsay Krall, autora principal del estudio y ex becaria postdoctoral MacArthur en el Centro para la Seguridad y la Cooperación Internacionales (CISAC) de Stanford, respondió a preguntas y críticas, entre otras, las planteadas por la empresa del reactor NuScale . [58] Una de las principales preocupaciones que Krall expresó en esta entrevista es que:
El estudio crítico de Krall et al. (2022) tiene el mérito de haber planteado preguntas relevantes que los diseñadores de reactores o los tomadores de decisiones no pueden ignorar, y de haber desencadenado debates abiertos y frescos sobre resultados importantes para los SMR y la gestión de desechos radiactivos en general. Entre los distintos tipos de proyectos SMR iniciados hoy por muchas empresas de nueva creación, sólo aquellos que abordan correctamente estas cuestiones y contribuyen realmente a minimizar los residuos radiactivos que producen tienen la oportunidad de recibir apoyo del público y de las organizaciones gubernamentales (autoridades de seguridad nuclear y organismos radiactivos). organizaciones de gestión de residuos) y que sus investigaciones sean financiadas por políticas nacionales a largo plazo.
La gran diversidad de reactores SMR y sus respectivos ciclos de combustible también pueden requerir una estrategia de gestión de desechos más diversa para reciclar o eliminar de manera segura sus desechos nucleares. [53] [30] Será más difícil gestionar un mayor número de tipos de combustible gastado que un solo tipo, como ocurre actualmente únicamente con los reactores de agua ligera.
Como subrayaron anteriormente Krall y Macfarlane (2018), [59] algunos tipos de combustibles gastados o refrigerantes SMR ( fluoruro de uranio ( UF 4 ) altamente reactivo y corrosivo de reactores de sales fundidas , o sodio pirofórico de reproductores rápidos enfriados por metal líquido) no pueden eliminarse directamente en un depósito geológico profundo debido a su reactividad química en el ambiente subterráneo ( formaciones arcillosas profundas , rocas cristalinas o sal gema ). Para evitar exacerbar los problemas de almacenamiento y eliminación del combustible gastado, será obligatorio reprocesarlos y acondicionarlos de forma adecuada y segura antes de su eliminación geológica final.
Un estudio realizado por Keto et al. (2022) en el Centro de Investigación Técnica VTT de Finlandia también abordaron la gestión del combustible nuclear gastado (SNF) y los desechos de actividad baja e intermedia (LILW) de un posible despliegue futuro de SMR en Finlandia . También indica que una SMR de agua ligera produciría mayores masas (por GWe-año) de SNF y otros HLW y mayores volúmenes (por GWe-año) de LLW en comparación con una central nuclear de gran tamaño. [60]
Un informe de la Oficina Federal Alemana para la Seguridad de la Gestión de Residuos Nucleares (BASE) concluyó que para los SMR todavía es necesario un amplio almacenamiento provisional y transportes de combustible. En cualquier caso, un depósito geológico profundo sigue siendo inevitable debido a la presencia de productos de fisión de larga vida altamente móviles que, debido a su sección transversal de neutrones demasiado baja , no pueden transmutarse de manera eficiente , como es el caso de los radionucleidos que dominan las dosis, como 129I ,99tc y79Se ( aniones solubles que no se absorben en los minerales cargados negativamente y no se retardan en los medios geológicos). [20]
La proliferación nuclear , o el uso de materiales nucleares para crear armas, es una preocupación para los pequeños reactores modulares. Como las SMR tienen una menor capacidad de generación y son físicamente más pequeñas, están previstas para su instalación en muchos más lugares que las plantas convencionales. [61] Se espera que las SMR reduzcan sustancialmente los niveles de personal. La combinación crea preocupaciones de protección física y seguridad. [15] [37]
Los SMR pueden diseñarse para utilizar combustibles no convencionales, lo que permite un mayor quemado y ciclos de combustible más largos. [7] Intervalos de reabastecimiento de combustible más largos podrían contribuir a disminuir los riesgos de proliferación. Una vez irradiado el combustible , la mezcla de productos de fisión y materiales fisionables es altamente radiactiva y requiere un manejo especial, evitando robos casuales.
A diferencia de los grandes reactores convencionales, los SMR pueden adaptarse para instalarse en una cámara subterránea sellada; por tanto, "reducir la vulnerabilidad del reactor ante un ataque terrorista o un desastre natural". [50] Los nuevos diseños de SMR mejoran la resistencia a la proliferación, como los de la empresa de diseño de reactores Gen4. Estos modelos de SMR ofrecen una solución capaz de funcionar sellado bajo tierra durante la vida útil del reactor tras su instalación. [50] [62]
Algunos diseños de SMR están diseñados para un suministro de combustible de una sola vez. Esto mejora la resistencia a la proliferación al eliminar la manipulación del combustible nuclear in situ y significa que el combustible puede sellarse dentro del reactor. Sin embargo, este diseño requiere grandes cantidades de combustible, lo que podría convertirlo en un objetivo más atractivo. Un SMR de agua ligera de 200 MWe y 30 años de vida útil podría contener alrededor de 2,5 toneladas de plutonio al final de su vida útil. [37]
Además, muchos SMR ofrecen la posibilidad de funcionar durante períodos de más de 10 años sin requerir ningún tipo de reabastecimiento de combustible, mejorando así la resistencia a la proliferación en comparación con los grandes reactores convencionales, que requieren un reabastecimiento de combustible cada 18 a 24 meses. [50]
Los reactores de agua ligera diseñados para funcionar con torio ofrecen una mayor resistencia a la proliferación en comparación con el ciclo de uranio convencional, aunque los reactores de sales fundidas tienen un riesgo sustancial. [63] [64]
Los SMR se transportan desde las fábricas sin combustible, ya que se alimentan en el sitio final, excepto algunos microrreactores . [65] Esto implica un transporte independiente del combustible al lugar y, por lo tanto, aumenta el riesgo de proliferación nuclear.
La concesión de licencias es un proceso esencial necesario para garantizar la seguridad y las salvaguardias de una nueva instalación nuclear. [66] Sólo VOYGR SMR de NuScale Power tiene licencia completa para su uso en los Estados Unidos. [67] Sin embargo, no todos los países siguen las normas de concesión de licencias de la NRC o la OIEA. En Estados Unidos y los países adherentes a la OIEA, la concesión de licencias se basa en un análisis y revisión riguroso e independiente de todas las estructuras, sistemas y componentes críticos para la seguridad nuclear en condiciones normales y accidentales durante toda la vida útil de la instalación, incluida la larga vida útil de la instalación. -Plazo de gestión de residuos radiactivos. [68] La concesión de licencias se basa en el examen y escrutinio de los estudios de evaluación de riesgos y los expedientes de seguridad elaborados por el fabricante y el explotador del SMR en el marco del caso de seguridad que deben presentar a la autoridad de seguridad (organismo regulador) al solicitar para obtener una licencia para construir y explotar con seguridad la instalación. [69] Para la concesión de licencias a la NRC y al OIEA, los casos de seguridad y viabilidad de las instalaciones nucleares deben tener en cuenta todos los procesos y elementos importantes para la seguridad operativa, su protección (protección del acceso), la salvaguardia nuclear (riesgo de proliferación), la adecuada el acondicionamiento de los residuos radiactivos bajo una forma físico-química estable, y la seguridad a largo plazo relacionada con la eliminación final de los distintos tipos de residuos radiactivos producidos, incluidos todos los residuos producidos durante las operaciones de desmantelamiento tras el desmantelamiento de la instalación. [68] [70] [71] Un punto de atención particularmente importante para la parte final del ciclo del combustible nuclear es evitar producir desechos mal acondicionados, o tipos de desechos sin destino final sostenible o susceptibles de generar costos inesperados de reprocesamiento y eliminación.
El proceso de concesión de licencias más común, aplicado por los reactores comerciales existentes, es para el funcionamiento de reactores de agua ligera ( PWR y BWR ). Los primeros diseños se remontan a las décadas de 1960 y 1970, durante la construcción de la flota de reactores nucleares actualmente en servicio. Algunas adaptaciones del proceso de concesión de licencias original realizado por la Comisión Reguladora Nuclear (NRC) de EE. UU. se han reutilizado para corresponder mejor a las características y necesidades específicas del despliegue de unidades SMR. [72] En particular, el proceso de concesión de licencias de la Comisión Reguladora Nuclear de Estados Unidos se ha centrado principalmente en los reactores convencionales. Se han elaborado especificaciones de diseño y seguridad, factores humanos y organizativos (incluidas las necesidades de personal) para reactores con una potencia eléctrica superior a 700 MWe. [73] [74]
Para garantizar directrices adecuadas para la seguridad nuclear y al mismo tiempo ayudar en el proceso de concesión de licencias, la OIEA ha fomentado la creación de un sistema central de concesión de licencias para SMR. [75] Un taller en octubre de 2009 y otro en junio de 2010 consideraron el tema, seguidos de una audiencia en el Congreso de los Estados Unidos en mayo de 2010.
La NRC y el Departamento de Energía de los Estados Unidos están trabajando para definir las licencias SMR. El desafío de facilitar el desarrollo de los SMR es evitar un debilitamiento de las normas de seguridad: el riesgo de que se adopten normas más ligeras más rápidamente es reducir las características de seguridad de los SMR. [76] [77] [78] Si bien el despliegue de sistemas idénticos construidos en plantas de fabricación con un control de calidad mejorado puede considerarse una ventaja, los SMR siguen siendo reactores nucleares con una densidad de energía muy alta y su menor tamaño no es per se una garantía intrínseca de una mayor seguridad. Cualquier accidente grave con liberación de contaminación radiactiva externa podría tener consecuencias potencialmente graves no muy diferentes de las de un gran reactor LWR. Probablemente también significaría el rechazo final de la energía nuclear por parte del público y el fin de la industria nuclear . La posible "proliferación" de grandes flotas SMR y la gran diversidad de su diseño también complican el proceso de concesión de licencias. La seguridad nuclear no puede sacrificarse por intereses industriales o económicos y el riesgo de accidente nuclear aumenta con el número de reactores en servicio, ya sean unidades pequeñas o grandes.
Se esperaba que el Programa de Demostración de Reactores Avanzados de EE. UU. ayudara a otorgar licencias y construir dos prototipos de SMR durante la década de 2020, con hasta 4 mil millones de dólares de financiación gubernamental. [79]
Los reactores nucleares pequeños, en comparación con las centrales nucleares convencionales, ofrecen ventajas potenciales relacionadas con la flexibilidad de su construcción modular. [50] Sería posible conectar incrementalmente unidades adicionales a la red en caso de que aumente la carga eléctrica. Además, esta flexibilidad en un diseño de SMR estandarizado que gira en torno a la modularidad podría permitir una producción más rápida a un costo decreciente una vez que se complete el primer reactor en el sitio. [50] [62]
La flexibilidad y modularidad hipotéticas de SMR pretenden permitir la instalación de capacidad adicional de generación de energía en las centrales eléctricas existentes. Un sitio podría albergar varios SMR, uno de los cuales se desconectaría para recargar combustible mientras que los otros reactores permanecerían en línea, como ya ocurre actualmente con los reactores convencionales más grandes. [50]
Cuando no se necesita energía eléctrica, algunos diseños de SMR prevén el uso directo de energía térmica, minimizando así la pérdida de energía. Esto incluye " desalinización , procesos industriales, producción de hidrógeno , recuperación de petróleo de esquisto y calefacción urbana ", usos para los cuales los actuales reactores convencionales de mayor tamaño no están diseñados. [50] [80]
Un factor clave de interés en los SMR son las supuestas economías de escala en la producción, debido a la fabricación en volumen en una fábrica externa. En cambio, algunos estudios encuentran que el costo de capital de los SMR es equivalente al de los reactores más grandes. [82] Se necesita un capital sustancial para construir la fábrica; mejorar ese costo requiere un volumen significativo, estimado entre 40 y 70 unidades. [83] [84]
Otra ventaja potencial es que una futura central eléctrica que utilice SMR puede comenzar con un solo módulo y expandirse agregando módulos a medida que crece la demanda. Esto reduce los costos iniciales asociados con los diseños convencionales. [85] Algunos SMR también tienen un diseño de seguimiento de carga , de modo que podrían producir menos electricidad cuando la demanda es baja.
Según un estudio de 2014 sobre la producción de electricidad en microrredes descentralizadas, el costo total del uso de SMR para la generación de electricidad sería significativamente menor en comparación con el costo total de las plantas de generación de electricidad eólica marina , energía solar térmica , biomasa y energía solar fotovoltaica . [86]
En 2016 se afirmó que los costos de construcción por reactor SMR eran menores que los de una planta nuclear convencional, mientras que los costos de explotación podrían ser más altos para los SMR debido a la economía de baja escala y al mayor número de reactores. Los costos operativos del personal de SMR por unidad de producción pueden ser hasta un 190% más altos que el costo operativo fijo de menos reactores grandes. [87] La construcción modular es un proceso muy complejo y hay "información extremadamente limitada sobre el transporte de módulos SMR", según un informe de 2019. [21]
Un cálculo de costos de producción realizado por la Oficina Federal Alemana para la Seguridad de la Gestión de Residuos Nucleares (BASE), teniendo en cuenta las economías de escala y los efectos de aprendizaje de la industria nuclear, sugiere que se tendrían que producir un promedio de 3.000 SMR antes de la producción de SMR. valdría la pena. Esto se debe a que los costos de construcción de las SMR son relativamente más altos que los de las grandes centrales nucleares debido a la baja producción eléctrica. [88]
En 2017, un estudio del Proyecto de Reforma de Innovación Energética (EIRP) de ocho empresas analizó diseños de reactores con capacidad entre 47,5 MWe y 1.648 MWe. [89] El estudio informó un costo de capital promedio de $3,782/kW, un costo operativo promedio total de $21/MWh y un costo nivelado de electricidad (LCOE) de $60/MWh.
En 2020, el fundador del Energy Impact Center, Bret Kugelmass, afirmó que se podrían construir miles de SMR en paralelo, "reduciendo así los costos asociados con los largos tiempos de endeudamiento para cronogramas de construcción prolongados y reduciendo las primas de riesgo actualmente vinculadas a grandes proyectos". [90] El vicepresidente ejecutivo de GE Hitachi Nuclear Energy, Jon Ball, estuvo de acuerdo y dijo que los elementos modulares de los SMR también ayudarían a reducir los costos asociados con los tiempos de construcción prolongados. [90]
En octubre de 2023, un artículo académico publicado en Energy recopiló los datos económicos básicos de 19 diseños SMR más desarrollados y modeló sus costos de manera consistente. Una simulación de Montecarlo demostró que ninguna era rentable ni económicamente competitiva. Para los PWR SMR más cercanos al mercado, los LCOE medios oscilaron entre 218 $/MWh y 614 $/MWh (en dólares estadounidenses de 2020), con estimaciones más bajas del primer cuartil , de 188 $/MWh a 385 $/MWh. Los tres diseños de reactores refrigerados por gas de alta temperatura , que necesitaron más tiempo de desarrollo, tuvieron LCOE medios más bajos, de 116 dólares/MWh a 137 dólares/MWh. [91]
El primer proyecto de implementación de SMR en EE. UU. fue el Carbon Free Power Project , que planeaba implementar seis reactores NuScale de 77 MWe, en comparación con los doce de los planes anteriores. El precio objetivo estimado de generación de electricidad después de los subsidios fue de $89/MWh en 2023, un aumento de $58/MWh en 2021. El aumento del costo de generación llevó a la decisión de cancelar el proyecto en noviembre de 2023. [81] Antes de su cancelación, el proyecto recibió una Adjudicación de 1.355 millones de dólares de participación en los costos para los costos de construcción por parte del gobierno de EE. UU. en 2020 [92] más un subsidio de generación estimado de 30 dólares/MWh de la Ley de Reducción de la Inflación de 2020 . [93] Las estimaciones de costos no subsidiados en el momento de la cancelación eran un costo de capital de 20.139 dólares/kW y un costo de generación de 119 dólares/MWe. [94] Esto generó preocupaciones sobre las perspectivas comerciales en los EE.UU. de los otros diseños de SMR. [95]
Se han propuesto numerosos diseños de reactores. Diseños SMR notables:
La potencia indicada se refiere a la capacidad de un reactor a menos que se especifique lo contrario.
Se espera que las SMR requieran menos terreno; por ejemplo, el reactor SMR Rolls-Royce de 3 bucles y 470 MWe debería ocupar 40.000 m 2 (430.000 pies cuadrados), el 10% de lo necesario para una planta tradicional. [141] Esta unidad es demasiado grande para cumplir con la definición de la Agencia Internacional de Energía Atómica de un SMR de menos de 300 MWe [142] y requerirá más construcción en el sitio, lo que pone en duda los supuestos beneficios de los SMR. La empresa tiene como objetivo un tiempo de construcción de 500 días. [143]
Las necesidades de electricidad en lugares remotos suelen ser pequeñas y variables, lo que las hace adecuadas para una planta más pequeña. [144] El tamaño más pequeño también puede reducir la necesidad de acceder a una red grande para distribuir su producción.
En febrero de 2014 se inició en Argentina el proyecto CAREM SMR con la construcción de obra civil del edificio de contención de un prototipo de reactor. Las siglas CAREM significan Central ARgentina de Elementos Modulares . La Comisión Nacional de Energía Atómica ( en español : Comisión Nacional de Energía Atómica , CNEA), la agencia gubernamental argentina encargada de la investigación y el desarrollo de la energía nuclear y Nucleoeléctrica Argentina la empresa nacional de energía nuclear, están cooperando para lograr la realización del proyecto. [145]
CAREM-25 es un prototipo de 25 MWe, la primera central nuclear íntegramente diseñada y desarrollada en Argentina. [145] El proyecto fue suspendido varias veces antes de reanudarse. En octubre de 2022, la CNEA esperaba que las obras de construcción civil estuvieran terminadas para 2024. Si la construcción continúa según lo previsto, la primera criticidad de CAREM-25 se prevé para finales de 2027. [145]
En 2018, la provincia canadiense de Nuevo Brunswick anunció que invertiría 10 millones de dólares en un proyecto de demostración en la central nuclear de Point Lepreau . [146] Más tarde se anunció que los proponentes de SMR, Advanced Reactor Concepts [147] y Moltex [148] abrirían oficinas allí.
El 1 de diciembre de 2019, los primeros ministros de Ontario , Nuevo Brunswick y Saskatchewan firmaron un memorando de entendimiento (MoU) [149] "comprometiéndose a colaborar en el desarrollo y despliegue de reactores nucleares innovadores, versátiles y escalables, conocidos como pequeños reactores modulares (SMR). ). " [150] Alberta se unió a ellos en agosto de 2020. [151] Con el apoyo continuo de ciudadanos y funcionarios gubernamentales, se logró la ejecución de un SMR seleccionado en el Laboratorio Nuclear Canadiense. [40]
En 2021, Ontario Power Generation anunció que planea construir un SMR BWRX-300 en su sitio de Darlington que se completará en 2028. Aún debía solicitarse una licencia de construcción. [152]
El 11 de agosto de 2022, Invest Alberta, la corporación de la corona del Gobierno de Alberta, firmó un MoU con Terrestrial Energy sobre IMSR en el oeste de Canadá a través de un MoU interprovincial al que se unió anteriormente. [153]
En julio de 2019, la Corporación Nuclear Nacional de China anunció que construiría un SMR ACP100 en el lado noroeste de la actual planta de energía nuclear de Changjiang , en la provincia de Hainan , para finales de año. [154] El 7 de junio de 2021, el proyecto de demostración, denominado Linglong One , fue aprobado por la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma de China. [155] En julio, la Corporación Nuclear Nacional de China (CNNC) comenzó la construcción, [156] y en octubre de 2021, se instaló el fondo del recipiente de contención de la primera de dos unidades. Es el primer prototipo SMR comercial terrestre del mundo. [34]
En agosto de 2023 se instaló el módulo principal. El módulo central incluye un recipiente a presión integrado , un generador de vapor y un receptor de bomba primaria. La capacidad prevista del reactor es de 125 MWe. [157]
A principios de 2023, Électricité de France (EDF) creó una nueva filial para desarrollar y construir un nuevo SMR: Nuward. Se trata de una central de 340 MWe con dos reactores independientes de agua ligera de 170 MWe. Los reactores gemelos están resguardados en un único edificio de contención y comparten la mayor parte de sus equipos. [158] En agosto de 2023, EDF presentó un caso de seguridad para Nuward a la autorité de sûreté nucléaire (ASN), la autoridad de seguridad francesa. [159]
La empresa química polaca Synthos declaró planes para desplegar un reactor Hitachi BWRX-300 (300 MW) en Polonia para 2030. [160] En diciembre de 2020 se completó un estudio de viabilidad y se inició el proceso de concesión de licencia con la Agencia Nacional de Energía Atómica de Polonia. [161]
En febrero de 2022, NuScale Power y el gran conglomerado minero KGHM Polska Miedź anunciaron la firma de un contrato para construir un primer reactor operativo en Polonia para 2029. [162]
Con motivo de la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático de 2021 , la empresa estatal rumana de energía nuclear Nuclearelectrica y NuScale Power firmaron un acuerdo para construir una central eléctrica con seis reactores nucleares de pequeña escala en la central eléctrica de Doicești , en el emplazamiento de una antigua Central eléctrica de carbón , situada cerca del pueblo de Doicești , condado de Dâmbovița , 90 km al norte de Bucarest . Se estima que el proyecto estará terminado en 2026-2027, lo que convertirá a la central eléctrica en la primera de su tipo en Europa. Se espera que la central genere 462 MWe, asegurando el consumo de unos 46.000 hogares y ayudaría a evitar la emisión de 4 millones de toneladas de CO 2 al año. [163] [164] [165]
Rusia ha comenzado a desplegar en su costa ártica pequeños reactores nucleares embarcados a bordo de rompehielos . En mayo de 2020, el primer prototipo de una central nuclear flotante con dos reactores e de 30 MW , el tipo KLT-40 , entró en funcionamiento en Pevek , Rusia. [32] Este concepto se basa en el diseño de rompehielos nucleares. [33]
En 2016, se informó que el gobierno del Reino Unido estaba evaluando sitios SMR de Gales , incluida la antigua central nuclear de Trawsfynydd , y en el sitio de antiguas centrales nucleares o de carbón en el norte de Inglaterra . Se afirmó que las instalaciones nucleares existentes, incluidas Bradwell , Hartlepool , Heysham , Oldbury , Sizewell , Sellafield y Wylfa , eran posibilidades. [166] El coste objetivo para una unidad Rolls-Royce SMR de 470 MWe es de £1,8 mil millones para la quinta unidad construida. [167] [168] En 2020, se informó que Rolls-Royce tenía planes de construir hasta 16 SMR en el Reino Unido. En 2019, la empresa recibió £18 millones para comenzar a diseñar el sistema modular. [169] El gobierno británico otorgó £210 millones adicionales a Rolls-Royce en 2021, complementados con una contribución de £195 millones de empresas privadas. [170] En noviembre de 2022, Rolls-Royce anunció que los sitios de Trawsfynydd , Wylfa, Sellafield y Oldbury tendrían prioridad para su evaluación como ubicaciones potenciales para múltiples SMR. [171]
El gobierno británico lanzó Great British Nuclear en julio de 2023 para administrar un concurso para crear SMR y cofinanciará cualquier proyecto viable. [172]
Standard Power, un proveedor de infraestructura como servicio para empresas de procesamiento de datos avanzado, ha elegido trabajar con NuScale Power y ENTRA1 Energy para desarrollar instalaciones alimentadas por SMR en Pensilvania y Ohio que en conjunto producirán casi dos gigavatios de energía limpia y confiable. [173]
NuScale Power está trabajando con Dairyland Power de Wisconsin para evaluar las plantas de energía VOYGR SMR para su posible implementación. El líder estadounidense en tecnología SMR cree que sus capacidades de seguimiento de carga se pueden utilizar para respaldar la cartera de energías renovables existente de Dairyland, así como para facilitar el crecimiento. Además, las plantas VOYGR son adecuadas para reemplazar las plantas de carbón que Dairyland está retirando, preservando empleos críticos y ayudando a las comunidades en la transición a un sistema energético descarbonizado. [174]
NuScale Power está trabajando con Associated Electric Cooperative Inc. (Associated) en Missouri para evaluar el despliegue de las plantas de energía VOYGR SMR como parte de la diligencia debida de Associated para explorar fuentes de energía confiables y responsables. [175]
NuScale había planeado construir un proyecto SMR en EE. UU., el Carbon Free Power Project , pero se canceló en noviembre de 2023 por motivos de costes. [81] NuScale dijo en enero de 2023 que el precio objetivo de la energía de la planta era de 89 dólares por megavatio hora, un 53% más que la estimación anterior de 58 dólares por MWh, lo que genera preocupación sobre la disposición de los clientes a pagar. [176] Aún así, las estimaciones de mayores costos siguen estando muy por debajo de la energía nuclear tradicional utilizada para instalaciones comerciales y la mayoría de otras formas de producción de energía menos confiables y más peligrosas para el medio ambiente. [177]
Utah Associated Municipal Power Systems (UAMPS) se había asociado con Energy Northwest para explorar la ubicación de un reactor NuScale Power en Idaho , posiblemente en el Laboratorio Nacional de Idaho del Departamento de Energía . [178] El proyecto fue cancelado en 2023 debido al aumento de costos. [81]
La central nuclear de Galena en Galena, Alaska, fue una instalación de microrreactor nuclear propuesta. Era un despliegue potencial para el reactor Toshiba 4S . [179] El proyecto quedó "efectivamente estancado". Toshiba nunca inició el costoso proceso de aprobación que exige la Comisión Reguladora Nuclear de Estados Unidos.
Aunque el SMR que ahora se está considerando aún no ha obtenido la licencia de la NRC, la Autoridad del Valle de Tennessee fue autorizada a recibir un Permiso Temprano de Sitio (ESP) por parte de la Comisión Reguladora Nuclear para ubicar un SMR en su sitio en Clinch River en Tennessee en diciembre de 2019. [180 ] Este ESP tiene una validez de 20 años y aborda la seguridad del sitio, la protección ambiental y la preparación para emergencias. Este ESP es aplicable a cualquier diseño de reactor SMR de agua ligera que se esté desarrollando en los Estados Unidos. [181]
Alexey Likhachov, director general de la corporación nuclear estatal Rosatom, dijo que Akademik Lomonosov se convirtió así en la primera central nuclear del mundo basada en tecnología SMR para generar electricidad.
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