5/23/2009

40. CAREM: El reactor nuclear Argentino

Autor: Jorge Elías
A. Proyecto: Fabricación del prototipo del Reactor Nuclear CAREM (Central ARgentina de Elementos Modulares)

B. Fundamentación: El proyecto CAREM lo llevan adelante desde años la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) e INVAP y se encuentra actualmente en un estado muy avanzado de ingeniería. El generador nuclear fue diseñado para abastecer la demanda eléctrica de ciudades similares a Bahía Blanca y La Plata. Lo que se espera de una planta núcleo eléctrica es que produzca electricidad de la forma más segura y barata que sea posible.

Del CAREM, sin embargo, hay que esperar esto y más, especialmente en beneficios indirectos. Los beneficios directos son fácilmente inventariables. Un CAREM chico, un primer prototipo de 25 megavatios de potencia instalada, podría dar electricidad a una ciudad argentina tipo de 100.000 habitantes, o a una ciudad menor y a un emprendimiento industrial intensivo en energía, o suministrar agua desalinizada y corriente a una región aislada, o conectarse a alguna de las grandes redes eléctricas nacionales.

En cualquier caso, este prototipo generaría unos 175.200 megavatios/hora por año, lo que ahorraría al país algunas consecuencias de su adicción actual a los combustibles fósiles. Además del costo de esos hidrocarburos (que no está precisamente en baja y sobre el cual el país carece de control), con un primer CAREM la Argentina dejaría de emitir a la atmósfera 1.000.000 toneladas de dióxido de carbono (gas de efecto invernadero), 31.000 toneladas de óxidos de azufre y 12.000 toneladas de óxidos de nitrógeno (gases precursores de lluvia ácida).

Hay más beneficios inmediatos. La construcción daría miles de puestos de trabajo transitorios, muchos de ellos de alta calificación. Los 40 años posteriores de operación rutinaria de la central, en cambio, insumirían 60 puestos fijos de trabajo aún más calificado. Y estos se duplicarían transitoriamente con las paradas programadas. Los beneficios indirectos, sin embargo, son lo principal.

La industria argentina se quedaría con el 71% del suministro de partes y componentes de ese primer reactor CAREM. Eso con vistas a que la segunda planta tenga aún mayor participación local o regional, gracias a la aparición de nuevos proveedores calificados. El CAREM podría motorizar intercambios importantes a nivel MERCOSUR, en los cuales Brasil podría suministrar componentes críticos (como el recipiente de presión) y adquirir unidades terminadas.

La seguridad del CAREM sería superior a la de casi todo otro reactor operativo en el mundo, al menos hasta que fueran construyéndose otras propuestas de cuarta generación. Pero... ¿Y el precio? La central en sí sería barata por su tamaño, pero no necesariamente lo sería la electricidad producida. Sucede que el kilovatio instalado nuclear tiene un precio mínimo mundial fijado por los franceses con su EPR1600, una central avanzada de tercera generación y enorme potencia (1600 megavatios), diseñada para ser construida en serie, en forma estandarizada. Ese precio ronda los 1000 dólares por kilovatio instalado.

Un primer CAREM-25 tendría inevitablemente un precio de kilovatio instalado al menos cuatro veces superior, debido a su baja potencia y al hecho de ser un prototipo. Pero el CAREM tiene márgenes muy amplios para ir bajando este costo: al igual que el EPR, se puede fabricar “en masa”, por decenas de unidades, con componentes estandarizados. Lo principal, sin embargo, es que al poder pasar de 25 a 150 e incluso a 300 megavatios de potencia instalada con mínimos cambios de ingeniería, la economía de escala final puede ser aún más considerable. Hay muchos diseños conceptuales de reactores de cuarta generación en todo el mundo, pero este rango de potencias del diseño CAREM sigue siendo único.

Lo fundamental de un primer CAREM, de todos modos, no será nunca el precio de los megavatios/hora que produzca, si no las posibilidades que abre de exportar alta tecnología criolla. Con un primer reactor en funcionamiento en territorio propio, la Argentina, que ya es casi dueña del mercado de los pequeños reactores de investigación, entraría a competir en la liga mayor de la industria nuclear mundial. Allí podría asegurarse durante un tiempo en forma casi monopólica el nicho –todavía inexistente- de las centrales sencillas, baratas y de baja potencia.

Finalmente, hay otro beneficio difícil de medir en dinero, que es el cambio de “marca-país” que podría favorecer las otras exportaciones industriales de la Argentina. A diferencia de lo que sucede en una central de 2da o 3ra generación, el recipiente de presión del CAREM contiene todo el circuito primario. No es lo mismo para un fabricante argentino de herramientas o de motores o de tecnología el exportar desde un país conocido únicamente por sus materias primas, que hacerlo desde otro que va adquiriendo prestigio como proveedor de centrales nucleares.

La central fue presentada públicamente en 1984, y desde entonces fue copiada al menos dos veces por posibles competidores: la KAERI, organismo nuclear surcoreano, diseñó el reactor SMART y la Westinghouse el IRIS, ambos integrados, de potencia relativamente baja, y significativamente parecidos al CAREM. En el mundo nuclear, a estos diseños se los llama “CAREM-like designs” y tienen un grado de avance conceptual menor que el criollo, al menos todavía. Eso ubica a la Argentina en el peligroso papel de referente mundial.
C. Objetivos generales:
-Desarrollar el primer Reactor de Potencia Argentino
-Ingresar en la competencia de los reactores del futuro
-Generar líneas de desarrollo en la CNEA, sus empresas asociadas y en la industria privada
-Repetir el éxito obtenido con la exportación de los Reactores Experimentales
-Explotar comercialmente Centrales Nucleares de Potencia Argentinas.
-Generar energía eléctrica y asegurar la generación de electricidad en zonas aisladas que acompañen la recuperación industrial de nuestro país y en regiones que aunque no estén aisladas puedan descomprimir las líneas de alta tensión
-Incrementar la calefacción urbana.
-Proporcionar energía a plantas de desalinización.
-Producir hidrógeno nuclear.
-Generar tecnologías innovativas emergentes.
-La construcción del prototipo permitiría la apropiación de la tecnología de construcción de reactores nucleares de potencia
-Permitir la generación de líneas de desarrollo en la CNEA, sus empresas asociadas y en la industria privada

D. Lugar: Ubicación idéntica a la de la Central Nuclear de Atucha (Lima).

E. Recursos necesarios:
-El CAREM de 25 MW entrará en servicio a mediados de 2012 y el costo estimado para el desarrollo y puesta en marcha del prototipo implicará una inversión del Estado del orden de los US$ 250 millones.
-Incrementar la exploración y extracción de uranio.
-Producción de uranio enriquecido
F. Características generales: El prototipo de la central nuclear CAREM-25 tiene una potencia de 25 MW(e), diseñada para producir electricidad en áreas remotas y, por lo tanto, diseñada para operar independientemente de suministros eléctricos externos. Puede también ser utilizada con otros fines, tales como producción de vapor industrial o desalinización de agua de mar. Su diseño es del tipo compacto, es decir, tiene todo el sistema primario y los generadores de vapor dentro de un único recipiente de presión, operando en condiciones similares a un reactor de agua a presión (PWR). El sistema primario opera en condiciones de convección natural, situándose el núcleo en la parte inferior, y doce generadores de vapor de un solo paso en la parte superior

El uso de convección natural en el sistema primario evita la necesidad de bombas de circulación y favorece las condiciones de refrigeración en condiciones de emergencia. A su vez, el diseño compacto hace que no existan penetraciones de gran diámetro ni cañerías del sistema primario, que podrían dar lugar a accidentes con pérdida de refrigerante. Los mecanismos hidráulicos de las barras de control están también ubicados dentro del recipiente de presión, y la función de extinción rápida (scram) se produce por gravedad. El recipiente de presión está diseñado para operar a 120 bar. El combustible es uranio enriquecido al 4% y opera en el rango epitérmico, de modo de disponer de coeficientes de realimentación negativos suficientemente elevados, para hacer sencilla la operación. El núcleo posee venenos quemables (gadolinio) incorporados en el combustible, para aplanar los perfiles de flujo y para lograr períodos extensos entre recambios de combustible.

Para su funcionamiento, se utilizan barras combustibles similares a los del futuro reactor CAREM. La configuración crítica se logró mediante una geometría cilíndrica de 1300 barras conteniendo uranio enriquecido al 1,8 %, moderadas con agua liviana, auto presurizado que genera una potencia de 27 MWe; con convección natural llega hasta 150 MWe y con convección forzada hasta desde 300 MWe. Trabaja a una presión de 122.5 atm y a una temperatura de 326°C.

Todas las funciones de seguridad son llevadas a cabo mediante sistemas inherentemente seguros, que no necesitan ningún suministro energético para producirse. La planta posee dos sistemas independientes de extinción (barras de control operadas por gravedad, e inyección de solución de boro en el sistema primario), y un sistema pasivo de refrigeración en emergencia operando en doble fase. Al menos hay dos redundancias disponibles para cada función de seguridad provista por cada sistema de seguridad.

El sistema de protección del reactor está basado en lógica de software y utiliza un criterio de lógica distribuida. Además de las redundancias lógicas, todos los componentes del sistema de protección están diseñados bajo el concepto de falla segura, y no necesitan ningún suministro eléctrico externo para actuar.

La contención posee dos recintos separados, un recinto seco que contiene el recipiente de presión y las conexiones del sistema primario y secundario, y un recinto húmedo que incluye una pileta de supresión de presión, para el caso de accidentes con pérdida de refrigerante. Actualmente, el proyecto CAREM-25 se encuentra en una revisión de diseño de detalle, y varios dispositivos experimentales están operativos, como una facilidad crítica escala 1:1, un loop de alta presión para ensayos termohidráulicos, y varios dispositivos para probar sistemas específicos, como los mecanismos hidráulicos para las barras de control.

El uso de unidades de pequeña potencia (concepto modular) para la producción de energía núcleo eléctrica tiene una ventaja definitiva desde el punto de vista del riesgo. La comparación de las estimaciones de riesgo para una serie equivalente de unidades CAREM-25 con la de Atucha II, para las mismas hipótesis, muestra dos hechos relevantes: primero, la reducción de las probabilidades de accidentes severos, debido a las características inherentemente seguras del diseño CAREM. Segundo, la efectiva reducción de las dosis esperadas en el público, que pueden cambiar las consecuencias desde el rango de catastróficas hasta efectos muy limitados, eventualmente eliminando la posibilidad de fatalidades agudas.

Los estudios de sensibilidad muestran, además, que la realimentación de conceptos derivados del APS en el diseño, producen una reducción drástica del riesgo, llevando a cabo acciones relativamente simples, lo que es aún posible en la etapa de diseño avanzado del CAREM-25. Si se espera una nueva generación de centrales nucleares, el uso de unidades de pequeña potencia tiene una enorme ventaja desde el punto de vista del riesgo. Aún más, parece posible eliminar completamente los accidentes catastróficos, eliminando la posibilidad de accidentes con capacidad de causar efectos agudos en la población, aún suponiendo la ocurrencia de accidentes severos.

Fuente: CNEA-INVAP, “Informe Preliminar de Seguridad – CAREM25”, Apéndice B, informe 0758 - Desarrollo y Defensa

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