SMRs: Retos Asociados a la Instrumentación y Control. Caso del reactor argentino CAREM

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Introducción

La energía nuclear se postula como parte de la solución al cambio climático y es admitido así en la mayoría de los países. Uno de los principales retos de la energía nuclear es la gran inversión inicial requerida y el amplio tiempo necesario para su diseño, construcción y licenciamiento. Por este motivo hay un gran interés a nivel mundial en el desarrollo de reactores que permitan reducir la inversión inicial con diseños más simples, basados en seguridad pasiva, con capacidad de regular la carga y reducir los tiempos de construcción. Los conocidos como SMR (Small Modular Reactor) son la solución de la industria nuclear a esta necesidad. 

Además de las ventajas mencionadas, los SMRs tienen menor necesidad de evacuación de calor, por tratarse de núcleos más pequeños y las consecuencias de hipotéticos accidentes son menores . Las aplicaciones previstas para los SMRs son diversas : Disponer de electricidad en zonas remotas, sustituir a plantas con combustible fósil, hibridación con energías renovables, generación de hidrogeno, energía para desaladoras de agua, calor para aplicaciones de calefacción urbana o procesos industriales.

eXPERIENCIA DE TECNATOM EN EL DISEÑO DE SMRS

Tecnatom está participando en el diseño de diferentes SMRs en las áreas de Instrumentación y Control (I&C) e Ingeniería de Factores Humanos (IFH). El diseño de los SMRs presenta diferentes retos tecnológicos en estas áreas asociados a la viabilidad económica y tecnológica estando ambas relacionadas.

La viabilidad económica depende de mantener un CAPEX y OPEX competitivo con otras tecnologías. 

El principal coste durante la operación y mantenimiento de un reactor se debe al personal requerido para realizar esas tareas. Los SMRs son de menor potencia que las centrales nucleares convencionales por lo que para mantener esos costes a niveles aceptables deben de operarse y mantenerse con un personal adecuado a su tamaño.  Este objetivo se puede conseguir con conceptos de operación y mantenimiento innovadores. Esto supone desafíos tecnológicos para aumentar la automatización y soportar la digitalización de procesos habituales y repetitivos, permitiendo al personal concentrarse en tareas de mayor valor.

Además, hay que tener en cuenta que el impacto de la I&C en el CAPEX de un reactor convencional es entorno al 5%, que pasa a ser de un 15% del CAPEX de un SMR al no reducirse la necesidad de equipos de I&C (sensores, cableado, sistemas de control, equipos de visualización, etc) con el tamaño del reactor.

CASO DEL CAREM-25

Tecnatom colabora en el diseño del CAREM25 (proyecto nacional de Argentina desarrollado por la CNEA) en las áreas de I&C e IFH. Se trata de un reactor de tipo PWR, con algunas características que simplifican el diseño y mejoran la seguridad. En este video se explica con detalle el diseño del CAREM

Los beneficios de este diseño simplificado es que se eliminan componentes, y por tanto, posibles causas de fallo. Además, al no salir tuberías con agua del primario fuera de la vasija se reducen mucho las posibilidades de un accidente de pérdida de refrigerante.

En el diseño de los sistemas de seguridad se siguen las directrices de la industria nuclear aplicando el Principios de Defensa en Profundidad (DenP) según la propuesta de WENRA, lo que implica definir 5 niveles de defensa en base a las condiciones de planta y los eventos iniciadores postulados.

Diseño de la arquitectura de I&C

El Sistema de Control y Monitoreo General de la Planta (SCMGP) es el encargado de medir los parámetros de proceso para identificar los eventos iniciadores, actuando de manera automática sobre los equipos necesarios y/o informando a los operadores que podrán en determinadas circunstancias actuar sobre los componentes de manera manual. Además, existen funciones de seguridad pasivas que actúan sin necesidad de ser activadas cuando se alcanzan determinadas condiciones.

El diseño de la arquitectura del SCMGP debe satisfacer los requisitos de fiabilidad, independencia, redundancia y tolerancia a fallos de causa común por la aplicación del Principio de DenP.La metodología seguida en el diseño se basa en partir de las funciones de seguridad de la planta y su relación con los eventos iniciadores postulados. De acuerdo con la categoría de seguridad de la función de seguridad, y el nivel de defensa en profundidad en el que actúe la función, se definen los requisitos del sistema de control donde se implementa la función de I&C de seguridad, tal y como establece las guías de seguridad de la OIEA y los estándares de la IEC (International Electrotechnical Comite).

CONCLUSIONES

El proyecto CAREM ejemplifica cómo con un diseño más simple y basado en seguridad intrínseca y pasiva se consigue aumentar la seguridad y disminuir los costes al necesitar menos componentes.

El CAREM permitirá abastecer de electricidad a lugares remotos de manera fiable y viable económicamente, permitiendo el desarrollo de la industria en esos lugares, o ser usado para la desalinización del agua, entre otras aplicaciones.
Pincha este link para más información de la experiencia de Tecnatom en Salas de Control nucleares

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