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Tipos de reactores SMR

Los Small Modular Reactors (SMRs) son una tecnología emergente y, en la actualidad, se han convertido en una opción dentro de la estrategia energética de algunos países para el futuro.
En este artículo "¿Qué son los Small Modular Reactors?"se puede saber qué es un SMR, qué ventajas y desventajas tiene, los argumentos por los que se consideran una opción de futuro y otras aplicaciones que tienen estos reactores, además, de la producción de electricidad.
Todos los SMR tienen características comunes en cuanto a simplicidad de diseño, ahorro en costes, facilidad de fabricación y construcción, que sean modulares, etc. No obstante, existen una serie de aspectos que les hacen diferentes, por lo que se puede decir que se conocen más de 50 diseños de reactores modulares pequeños en distintas fases de desarrollo, desde un diseño conceptual hasta en construcción.
En la siguiente imagen, se muestran los países que están embarcados en proyectos de este tipo y los nombres de los mismos:
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
De entre todos ellos, se pueden destacar algunos como pueden ser:
 
AHWR (India)
AHWR (India)Su nombre completo es “Advanced Heavy Water Reactor” y está diseñado por el  Bhabha Atomic Research Centre.
Es un reactor HWR refrigerado por agua ligera y moderado por agua pesada con una potencia térmica de 920 MWt (300 MWe brutos). 
Tiene una vida de diseño de 100 años y con una disponibilidad del 90%.
Utiliza 452 elementos combustibles MOX, pero el diseño y los desarrollos que se están llevando a cabo sobre el mismo, pretenden alcanzar, a gran escala, el uso del torio para generación de energía comercial. Posee sistemas de seguridad pasiva y se ha considerado un ciclo de combustible cerrado para reducir así su impacto medioambiental.
Entre sus aplicaciones está la producción de electricidad y la desalinización de agua (unos 2.400 m3/día).
Para más información: AHWR Project - Bhabha Atomic Research Centre
 
ALFRED (Italia)
Alfred (Italia)Su nombre completo es “Advanced Lead Fast Reactor European Demonstrator” y está diseñado por la empresa italiana Ansaldo Nucleare en el marco del proyecto de la Unión Europea FP7 LEADER (Lead-cooled European Advanced Demonstration Reactor).
Es un reactor rápido tipo piscina y refrigerado por plomo con una potencia térmica de 300 MW (125 MWe). Utiliza combustible MOX con un ciclo de combustible de 1 a 5 años y su vida de diseño es de 40 años.
La finalidad de su desarrollo es demostrar la viabilidad de la tecnología europea LFR (ELFR) para su uso en futuras centrales nucleares comerciales ya que es la opción más plausible para una construcción a corto plazo.
Se encuentra en las primeras fases de diseño y se espera que el primer reactor esté preparado para comercializarse en 2025.
Para más información: ANSALDO ENERGIA
 
ALLEGRO (Unión Europea)
Allegro (UE)Es un reactor rápido experimental de 75 MWt, refrigerado con helio que está siendo desarrollado por la V4G4 Centre of Excellence Association que es una agrupación de organizaciones de investigación nuclear de República Checa, Hungría, Polonia y Francia.
Este proyecto es un importante paso en el camino de los reactores GFR (Gas-cooled Fast Reactor), ya que es uno de los seis conceptos de reactores GFR seleccionados por el Generation IV International Forum como una opción plausible de futuro y uno de los tres reactores rápidos apoyados por la European Sustainable Nuclear Energy Technology Platform.
El principal objetivo de ALLEGRO es el desarrollo de combustibles para GFR (combustibles de carburo), tecnologías relacionados con helio (componentes, instrumentación, purificación, etc.), sistemas de seguridad y la correspondiente normativa de seguridad (requisitos, criterios, pautas). No obstante, también lleva a cabo pruebas del uso del refrigerante del reactor a alta temperatura para generar calor que se pueda utilizar en procesos industriales e instalaciones de investigación.
Para más información: Proyecto ALLEGRO
 
CAREM-25 (Argentina)
CAREM-25 (Argentina)Es un reactor íntegramente diseñado y construido en Argentina por la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA). Está ubicado en Lima (Buenos Aires) y es una variante de los reactores PWR (este tipo de reactor representa casi las tres cuartas partes de los reactores en operación en el mundo).
Con una vida de diseño de 40 años, está pensado para producir electricidad a bajas y medianas potencias. Inicialmente se diseñó para generar una potencia de 25 MWe, pero, a raíz de sucesivas mejoras en la ingeniería, será capaz de generar 32 MWe, lo que permitirá abastecer una población de unos 120.000 habitantes.
La obra civil comenzó el 8 de febrero de 2014, por lo que el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) le declaró el primer SMR del mundo en estar oficialmente en construcción.
En paralelo al desarrollo de este prototipo, la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) avanza en el diseño conceptual del que será el módulo comercial del CAREM, el cual tendrá una potencia mayor (de 100 a 120 MWe) y será la base de una central multi-reactor que permitirá alcanzar costes muy competitivos en el mercado internacional.
 
CMSR (Dinamarca)
CMSR (Dinamarca)Su nombre completo es “Compact Molten Salt Reactor” y ha sido diseñado por la empresa danesa Seaborg Technologies. Tiene una potencia térmica 250 MWt (100 MWe).
La diferencia de este reactor con los convencionales es que puede ser operado con combustible convencional de sales fundidas así como con combinación de combustible nuclear usado y torio. Cada 10 años se extrae el combustible y el refrigerante para sustituirlo y se llevan a la fábrica para su reciclado.
Además, la temperatura de salida del reactor es lo suficientemente alta como para producir eficientemente hidrógeno, combustible sintéticos y fertilizantes.
Tiene una vida de diseño de 60 años podrá producir electricidad, proporcionar agua limpia y calefacción/refrigeración a alrededor de 200.000 hogares. 
Este reactor está en una fase inicial de diseño. Se espera tener un diseño definitivo, un pre-prototipo y la licencia en 2020, con un prototipo a gran escala en 2025 y que entre en operación comercial en 2027.
Para más información: SEABORG
 
FBNR (Brasil)
FBNR (Brasil)Su nombre completo es “Fixed Bed Nuclear Reactor” y es un reactor tipo agua a presión (PWR), refrigerado y moderado por agua y con una potencia de 218 MWt (72 MWe).
Diseñado por la Federal University of Rio Grande do Sul (FURGS) se encuentra todavía en unas fases muy tempranas de desarrollo.
Este reactor de forma esférica, no tiene la necesidad de recargarlo en el emplazamiento, sino que se extrae la cámara del combustible (sin abrir el reactor) y se sustituye por uno nuevo.
El combustible usado está confinado en la cámara de combustible y se mantiene, para su enfriado, en un tanque de agua. Se puede enviar a fábrica en cualquier momento siempre y cuando se cumplan los requisitos radiológicos. Además, por la forma del combustible, puede tener útiles aplicaciones en industria, agricultura y medicina como fuente de radiación.
Está diseñado para producir electricidad sólo o conjuntamente con plantas de cogeneración, para desalinización de agua de mar o generación de vapor para fines industriales y para suministrar calefacción urbana.
Para más información: FBRN Project
 
FUJI (Japón)
FUJI (Japón)Su nombre procede del Monte Fuji, muy importante en la cultura japonesa, y ha sido diseñado por el International Thorium Molten-Salt Forum (ITMSF).
Es un reactor de sal fundida que utiliza fluoruro fundido como refrigerante y grafito como moderador. Tiene una potencia térmica de 450 MWt (200 MWe) y su combustible es una sal fundida formada por torio y uranio.
Tiene una vida de diseño de 30 años y se caracteriza por la alta seguridad, alto rendimiento económico, su contribución a la no proliferación y un ciclo de combustible flexible.
Se puede utilizar para producir electricidad pero también para transmutar plutonio y/o actínidos menores, desalinización de agua de mar o para producir hidrógeno.
Para más información: ITMSF
 
HTMR-100 (Sudáfrica)
HTMR-100 (Sudáfrica)Su nombre completo es “High Temperature Modular Reactor” y el 100 es por la potencia térmica (35 MWe) que puede producir. Diseñado por la empresa Steenkampskraal Thorium Limited (STL), es un reactor de lecho de bolas refrigerado por gas a alta temperatura y moderado con grafito.
Con una vida de diseño de 40 años, el combustible está formado por 150.000 esferas que se recargan sin necesidad de parar el reactor.
Entre sus aplicaciones está la producción de electricidad, la cogeneración y los procesos industriales (refino del petróleo, recuperación de aceites, plantas de gas natural y carbón, petroquímica, producción de hidrógeno, producción de fertilizantes, etc.).
En 2019 se ha completado la fase de diseño conceptual.
Para más información: HTMR-100 Reactor
 
HTR-PM (China)
HTR-PM (China)Su nombre completo es “High Temperature Gas Cooled Reactor – Pebble-Bed Modular” y está diseñado por la INET Tsinghua University.
Es un reactor de lecho de bolas y alta temperatura refrigerado y moderado por helio/grafito y cada módulo tiene una potencia térmica de 250 MWt (105 MWe). En una central tipo con este reactor suelen estar dos módulos conectados a una misma turbina.
Una de sus ventajas es que utiliza como combustible esferas de uranio recubiertas por grafito y cerámica, que son capaces de soportar temperaturas muy altas y así poder controlar las reacciones nucleares. En cada módulo del reactor hay 420.000 esferas que se van recargando en línea, sin necesidad de parar el reactor, durante los 40 años de su vida de diseño.
Los trabajos para la primera central de demostración HTR-PM comenzaron en diciembre de 2012 en la central nuclear de Shidao Bay. Las vasijas de los dos reactores se instalaron en 2016 y se espera que la central comience a generar electricidad en 2020, convirtiéndose así en el primer reactor de Generación IV en entrar en operación.
Para más información: HTR-PM Project
 
IMSR-400 (Canadá)
IMRS-400 (Canadá)Su nombre completo es “Integral Molten Salt Reactor” y ha sido diseñado por la empresa Terrestrial Energy con una potencia térmica de 400 MWt (194 MWe). Es un reactor con un combustible sólido convencional que utiliza sales fluoradas como refrigerante y grafito como moderador.
La característica de este reactor está en el lugar en donde se ubica el moderador ya que es una unidad independiente y reemplazable que puede estar en la vasija o directamente unida a ella y que además incluye bombas y sus motores, barras de control e intercambiadores de calor.
Además, utiliza un sistema de abastecimiento de combustible en línea, por lo que durante 7 años no es necesario abrir la vasija para extraerlo del reactor, siendo así  más seguro, genera menos paradas de recarga y un mayor tiempo de operación del reactor que los reactores convencionales.
En octubre de 2018, este diseño ha pasado la segunda fase para obtener la certificación por parte de Canadian Nuclear Safety Commission de forma que la empresa diseñadora espera tener sus primeros IMSR en el mercado en la década de 2020.
Está diseñado para una vida de operación de 60 años y no solo se espera que produzca electricidad sino también que tenga otras aplicaciones como calefacción urbana; producción de hidrógeno, combustible líquido o amoniaco; cogeneración industrial; extracción de recursos minerales y refinerías petroquímicas.
Para más información: Terrestrialenergy
 
IRIS (Consorcio Internacional)
IRIS (Consorcio Internacional)Son las siglas de “International Reactor Innovative and Secure” y es un proyecto coordinado por la compañía Westinghouse (Estados Unidos) y en el que han participado empresas, laboratorios y universidades de todo el mundo y muy especialmente: Brasil, Croacia, España, Estados Unidos, Italia, Japón, Lituania, México, Reino Unido y Rusia.
Es un reactor de tipo PWR Integral a menor escala. Integral significa que los generadores de vapor, el presurizador, los mecanismos de accionamiento de las barras de control y las bombas de refrigerante del reactor están ubicados dentro de la vasija, lo que hace que sea un poco más grande de lo que sería para una potencia como esta.
Es un reactor refrigerado y moderado por agua con una potencia no especificada. En  una primera aproximación, se ha propuesto una potencia térmica de 1.000 MWt (335 MWe brutos), pero podría ajustarse para ser tan baja como una unidad de 100 MWe.
Con una vida de diseño de 60 años, utiliza 89 elementos combustibles de óxido de uranio (UO2) y MOX que operan durante un máximo de 48 meses.
Actualmente está en una fase básica de diseño en la que se están llevando a cabo, especialmente, actividades de ensayos integrales a gran escala, por parte de organizaciones italianas (ENEA, SIET, CIRTEN).
La aplicación principal de este reactor es la producción de electricidad. Sin embargo, puede apoyar la producción de calor y la desalinización de agua de mar. También es posible que opere junto con parques de energías renovables y sistemas de almacenamiento de energía.
 
KLT-40S (Rusia)

KLT-40S (Rusia)Es un reactor PWR con una potencia de 150 MWt (35 MWe) diseñado por la empresa JSC Afrikantov OKB Mechanical Engineering (OKBM). La tecnología de este reactor está basada en otra ya comercializada, el KLT-40, que se utiliza para propulsión marina y es una variante avanzada del reactor RP que se utiliza en los rompehielos rusos.

Dos reactores de este tipo se utilizarán en las centrales nucleares flotantes rusas que se han diseñado específicamente para abastecer de electricidad a zonas remotas de Siberia que están aisladas de la red principal rusa. Actualmente, ya se utilizan en proporcionar energía al carguero Sevmorput y los rompehielos Tajmyr y Vaigach. Serán construidos en fábrica y remolcados después a sus emplazamientos definitivos.

Con una vida de diseño de 60 años. Cada reactor tiene 121 elementos combustibles y los periodos de recarga son cada 2 o 3 años. Al estar en zonas remotas, se ha previsto que el combustible gastado se mantenga a bordo hasta 12 años antes de su traslado a un almacén especializado o para su reprocesamiento.

La primera central nuclear flotante rusa es la Akademic Lomonosov y, después de casi una década de construcción, llegó a su destino final, un área remota en el norte de Rusia, el 14 de septiembre de 2019, con el objetivo de suministrar suficiente electricidad para unos 100.000 hogares.

Para más información: OKBM

LFR-AS-200 (Luxemburgo)

LFR-AS-200 (Luxemburgo)Diseñado por la empresa luxemburguesa Hydromine Nuclear Energy, es un reactor rápido de tipo piscina y refrigerado por metal líquido con una potencia de 480 MWt (200 MWe). LFR significa “Lead Fast Reactor” (Reactor rápido refrigerado por plomo), AS hace referencia la forma de ánfora de recipiente interno y 200 por la potencia eléctrica en MW.

Opera con un combustible hexagonal de tipo MOX formado por 61 elementos combustibles colocados en 5 haces que producen electricidad durante 80 meses. Tiene una vida de diseño de 60 años y se encuentra en fases preliminares de diseño.

Entre sus aplicaciones está la producción de electricidad y el reprocesamiento de combustible gastado reduciendo el volumen y la cantidad de actínidos menores en los residuos radiactivos.

Para más información: HYDROMINEINC

NuScale (Estados Unidos)

NuScale (Estados Unidos)Su nombre completo es “NuScale Power Modular and Scalable Reactor” y ha sido diseñado por la empresa NuScale Power Inc. Es uno de los diseños más conocidos y recientemente ha recibido la autorización de la Comisión Reguladora de Estados Unidos (NRC) para comenzar su construcción.

El proyecto aprobado es para una central con 12 módulos que se construirán en Idaho (Estados Unidos) y cada uno de ellos tiene una potencia térmica de 200 MWt (60 MWe brutos). Por lo tanto, más que un único reactor SMR el proyecto en sí son 12 reactores SMR.

Cada módulo contará con un combustible estándar de reactores de agua ligera, en configuración 17x17 y cada elemento combustible medirá 2 metros, suficiente para operar durante dos años.

Tiene una vida de diseño de 60 años. La primera central nuclear de este tipo se empezará a construir a mediados de la década de 2020 y se espera que esté en operación en menos de 10 años.

Para más información: NuScale Project

SEALER (Suecia)

SEALER (Suecia)Su nombre completo es “Swedish Advanced Lead Reactor” y es un diseño de la empresa sueca Leadcold. Es un reactor refrigerado de forma pasiva por plomo y la integridad de las superficies de acero expuestas al mismo se garantiza mediante el uso de aleaciones con alúmina, que contienen entre un 3-6% de aluminio.

Tiene una vida de diseño de 30 años y no es necesario reemplazar el combustible durante este tiempo, por lo que se minimizan los costes relacionados con su gestión.

Existen varios modelos dependiendo de la aplicación que se le quiera dar al reactor. Si el objetivo principal es producir electricidad, existen dos modelos de este reactor dependiendo de la zona en donde se instale:

  • En el Ártico (zona remota). El fin es producir electricidad con una potencia de 3 a 10 MWe y, para ello, se necesitan 2,4 toneladas de UO2 enriquecido al 19,9% como combustible. Tiene una vida de diseño de entre 10 y 30 años (dependiendo de la potencia) y una disponibilidad del 90%.
  • En el Reino Unido (con una red ya configurada). También sería para producir electricidad con una potencia nominal de 55 MWe para lo que se necesitarían 19,8 toneladas de nitruro de uranio enriquecido al 11,8%. Tiene una vida de diseño de 25 años con una disponibilidad del 90%.

Cinco años después de finalizar la vida operativa del SEALER, se transportará el reactor entero a un almacén centralizado de gestión de residuos.

Para más información: LEADCOLD

SMART (Corea del Sur)

SMART (Corea del Sur)Su nombre completo es “System-Integrated Modular Advanced ReacTor” y está diseñado por el Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI). Es un reactor de tipo integral, refrigerado y moderado por agua con una potencia térmica de 330 MWt (100 MWe)

Integral significa que los generadores de vapor, el presurizador, los mecanismos de accionamiento de las barras de control y las bombas de refrigerante del reactor están ubicados dentro de la vasija.

Con una vida de diseño de 60 años, utiliza 57 elementos combustibles de óxido de uranio (UO2) en un ciclo de 36 meses.

Entre sus aplicaciones, además de la producción de electricidad, también están la desalinización de agua de mar, la calefacción urbana y la producción de calor para procesos industriales. Es una buena opción para regiones con redes pequeñas o aisladas. Por ejemplo, una unidad puede satisfacer las necesidades de electricidad y agua para una población de 100.000 habitantes.

Actualmente, está certificado (licenciado), es decir, que el diseño estándar ya ha sido aprobado por el organismo regulador coreano.

Para más información: SMART POWER CO., LTD

UK-SMR (Reino Unido)

UK-SMR (Reino Unido)Este reactor diseñado por la empresa Rolls-Royce es del tipo de agua a presión (PWR) con tres lazos. Con una potencia de 1.200-1.300 MWt (400-450 MWe) y utiliza como combustible óxidos de uranio.

Tiene una vida de diseño de 60 años y el objetivo principal de este reactor es la producción de electricidad. Sin embargo, su diseño, aún en fase de maduración, puede configurarse para dar apoyo a otras aplicaciones como pueden ser la producción de calor o la cogeneración.

Está previsto que se logre la Design Acceptance Confirmation (DAC) y la Statement of Design Acceptability (SoDA) en 2023 por lo que el primer reactor de este tipo podría estar en operación en 2030.

Para conocer como es el proceso de fabricación de UK SMR: UK-SMR Fabrication

Para conocer el programa de reactores de SMR en Reino Unido, ver: UK SMALL MODULAR REACTORS y para más información: UK NUCLEAR SMR