EN3435:Aula 7
Introdução a Engenharia Nuclear
EN3435:Aula 7
EN3435:Aula 7
Introdu
Introdu
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ão a Engenharia Nuclear
ão a Engenharia Nuclear
Prof. Dr. Jose Rubens Maiorino Engenharia da Energia
CESC
Joserubens.maiorino@ufabc.edu.br
Reatores Refrigerados a Gas
Ingleses
MAGNOX
Reatores Nucleares a Alta Temperatura Refrigerados
Reatores Nucleares a Alta Temperatura Refrigerados
a G
a G
á
á
s
s
HTGR
HTGR
•
Os reatores HGTR utilizam hélio como gás refrigerante, são
moderados com grafite e o combustível é em forma de partículas de
dióxido de urânio ou carbeto de urânio revestidas com três camadas
sucessivas: a primeira de carbono pirolitico, a segunda de SiC e a
terceira novamente de carbono pirolítico. Estes revestimentos
garantem a contenção dos produtos de fissão e a estabilidade das
partículas de combustível até 2000°C. Estas partículas de
combustível, originariamentedesenvolvidas na Alemanha, são
chamadas de TRISO (TRI ISOtropic).
Tipos de Reatores de Alta
Temperatura Refrigerados a Gas
Maquina de Troca de Combustível
HWR
Conversão e Regeneração
Tempo de Dobramento
•
Tempo de Dobramento Linear: Tempo para que a quantidade total
de combustível físsil dobrar: GwT
dl=m
0, com w a taxa de consumo
de combustível físsil em massa por unidade de potência( e.g p/a
235
U, w≈ 1 gr por dia por MW
th)
Reatores Rápidos Regeneradores
• LMFBR(Enrico Fermi)
• Refrigerado a Na
• Não tem Moderador
• Phenix; Super
Phenix, BNL-600,
China(CEFR), India
• Combustível:(U-Pu)
• Blanket
• Refrigerante: Na; Pb
liquido
REATORES RAPIDOS
LMFBR
A gênese da energia nuclear: os
primeiros reatores
O reator rápido
EBR1 (INEEL)
ilumina 4 lâmpadas
1951
O reator BWR
BORAX III (ANL)
ilumina uma cidade
1955
O reator PWR de
Shippingport de 60 MWe
(Westinghouse) é a
primeira usina comercial
dos EUA
1956
Reator BWR de
Dresden de 180 MWe
(GE)
1960
O reator RBMK APS1 de 5
MWe em Obninsk equipa a
primeira planta nuclear do
mundo
1954
O reator 1, Magnox, de
Calder Hall é o primeiro
reator para produção
de eletricidade em
escala comercial
EUA
França
RU
Alemanha
Brasil
Rússia
Canadá
Japão
Reatores no mundo
Geração núcleo elétrica no mundo
59 1 6 7 10 15 4 1 6 5 1 4 20 6 17 4 55 9 31 104 23 18 1 2 2 2 15 2 2 9 0 20 40 60 80 100 120 F ran ça L itu an ia E sl ova qui a Be lg ic a Su éc ia Uc ra in a Bu lg ar ia Ar m en ia Ta iw an Su iç a Esl ove ni a H ungr ía C o re ia do S u l R ep ubl ic a T che ca A lem an h a F inl andi a Ja p ão E spa nh a Ru ss ia EU A Ingl at er ra C ana dá Ro m an ia A rge nt in a A fr ic a do S u l Me x ic o Indi a Br as il P aqui st ão Ch in a Geração nucleo-eletrica [%] Reatores operacionaisReatores conectados a rede em
2004-2005
5255
5
Total
1067
BWR
Higashidori 1
Japão
1380
ABWR
Hamaoka 5
Japão
1358
BWR
Shika 2
Japão
490
PHWR
Tarapur 4
Índia
960
PWR (KSNP)
Ulchin 6
Coréia
2005
4420
5
Total
950
VVER 320
Kalinin 3
Rússia
950
VVER 320
Khmelnitski 2
Ucrânia
950
VVER 320
Rovno 4
Ucrânia
610
PWR
Quinshan 3
China
960
PWR (KSNP)
Ulchin 5
Coréia
2004
MWe
Tipo
Reator
Pais
9675
MWe
Reatores em construção
23512
28
Total
3000 VVER 1000 3 Ucrânia 4675 4 VVER1000, 1 FBR, 1 RBMK 6 Rússia 700 CANDU 6 1 Romênia 300 PWR 1 Paquistão 2241 1 PWR 1 ABWR 2 Japão 915 VVER 1000 1 Iran 2364 1 VVER 1000 (V392) 3 CANDU 1 FBR 5 Índia 1600 EPR-1600 MWe 1 Finlândia 2700 ABWR 2 China, Taiwan 1900 VVER 1000 –AES 91 2 China 1300 PWR 1 Brasil 1000 VVER 1000 (V320) 1 Bulgária 692 CANDU-6 1 Argentina 125 PBMR 1 África do Sul MWe Tipo Unidades PaisEUA: highligths
• É o primeiro pais do mundo por capacidade instalada (99 GWe) e por numero de
usinas nucleares (103).
• Contribuição da geração núcleo elétrica na matriz energética em 2004: 20%, 788 TWh. • O primeiro reator entrou em operação em 1957, o ultimo em 1996. O tempo médio de
construção de uma usina é de 8.7 anos.
• Foram contruidos reatores HTGR (Peach Bottom, Frt St. Vrain). • Parque atual, 103 reatores:
– 69 reatores PWR da Westinghouse – 34 reatores BWR da GE
• O ciclo do combustível é aberto. Os EUA dominam cada estagio do ciclo mas são
muitos dependentes das importações.
• A tecnologia dos reatores PWR e BWR americanos foi exportada no mundo todo. • Em 2000 foi lançado o programa NEPO (Nuclear Energy Plant Optimizer) para
melhorar o desempenho das plantas.
• Em 2002 o DOE lançou o NP2010 (Nuclear Power 2010) para ampliar o papel da
geração núcleo elétrica no pais. Comecou o pedido de COL para os reatores ACR700, ESBWR, EPR.
França: highligths
• É o segundo pais do mundo (depois dos EUA) por capacidade instalada (63 GWe) e o
maior exportador de eletricidade do mundo.
• Contribuição da geração núcleo elétrica na matriz energética em 2004: 78%, 488 TWh. • O primeiro reator entrou em operação em 1959, o ultimo em 1997. O tempo médio de
construção de uma usina é de 6.3 anos.
• Nos anos 60 foram construídos reatores GCR hoje em dia descommisionados. • Parque atual, 59 reatores, inicialmente tecnologia Westinghouse, hoje nacional:
– 37 reatores PWR de 900 MWe (UO2 e MOX, 37 GWd/t), EdF – 20 reatores PWR de 1300 MWe (UO2, 52 GWd/t), EdF
– 4 reatores PWR de 1450 MWe (UO2, 45 GWd/t), EdF – 1 reator rápido, Phenix de 233 MWE, CEA/EdF
• O ciclo do combustível francês é fechado, controlado pela AREVA. Tem capacidade
em todas as fases do ciclo do combustível.
• A tecnologia dos reatores PWR francês foi exportada na Bélgica, África do Sul, Coréia
do Sul e China.
• A Framatome ANP construiu 96 reatores em 11 paises, representando 30% da
Reino Unido: highlights
•
O programa nuclear foi desenvolvido inicialmente com
finalidade militar (reatores de Windscale).
•
Contribuição da geração núcleo elétrica na matriz energética
em 2004: 20%, 73.7 TWh.
•
O primeiro reator entrou em operação em 1956, o ultimo em
1995. O tempo médio de construção de uma usina é de 9.6
anos.
•
Parque atual, 23 reatores:
–
8 reatores Magnox (U natural, 200-400 MWe), operados pela BNFL
–
14 reatores AGR (UO2, 600 MWe), operados pela BE
–
1 reator PWR (UO2, 1200 MWe), operado pela BE
•
O ciclo do combustível é fechado e a BNFL tem capacidade em
todas as fases do ciclo do combustível, a exclusão da
mineração do U.
Rússia: highlights
• A maior instalação militar do mundo para produzir Pu foi construída em Novotroitsk. • Contribuição da geração núcleo elétrica na matriz energética em 2004: 16%,149 TWh. • O primeiro reator comercial entrou em operação em 1964, o ultimo em 1993. O tempo
médio de construção de uma usina é de 6.4 anos.
• Parque atual, 31 reatores:
– 4 reatores VVER440/230 de primeira geração – 2 reatores VVER440/130 de segunda geração – 9 reatores VVER1000 de terceira geração – 11 reatores RBMK de 3 gerações sucessivas
– 4 reatores BWR moderados com grafite, na Sibéria – 1 reator rápido BN-600
• Todos os reatores russos são operados pela Rosenergoatom. • O ciclo do combustível é fechado e completamente domestico.
• Os reatores de projeto soviético foram exportados em todos os paises do antigo
bloco soviético. Em total há 65 reatores no mundo de projeto russo.
• Os modelos mais recentes do reator VVER 1000 (modelos AES 91 e AES 91) estão
Canadá: highlights
•
O protótipo em grande escala dos reatores CANDU começou a operar em
Douglas Point em 1967.
•
Contribuição da geração núcleo elétrica na matriz energética em 2004:
14.5%, 84.2 TWh.
•
O primeiro reator entrou em operação em 1962, o ultimo em 1992. O tempo
médio de construção de uma usina é de 7.3 anos.
•
Todos os reatores canadenses hoje em funcionamento foram construídos
entre 1966 e 1986.
•
Parque atual:
–
18 reatores CANDU (modelos 6 e 9)
•
O ciclo do combustível é aberto e completamente domestico.
•
O Canadá é o maior produtor e exportador de urânio do mundo. Em 2004
produziu 11597 tU, 29% da produção total mundial.
•
Há 12 unidades CANDU funcionando ou em construção no mundo
Alemanha: highlights
• O programa nuclear alemão para fins pacíficos começou em 1955, com
parcerias Siemens/Westinghouse para os reatores PWR e GE/AEG para os BWR.
• Contribuição da geração núcleo elétrica na matriz energética em 2004: 28%,
157 TWh.
• O primeiro reator entrou em operação em 1961, o ultimo em 1991. O tempo
médio de construção de uma usina é de 6.6 anos.
• Na Amanha oriental foram construídos 5 reatores VVER440, hoje
descommisionados.
• Parque atual, 17 reatores: – 6 reatores BWR
– 11 reatores PWR
• Foram desenvolvidas pesquisas sobre os reatores HTGR: – Reator HTGR pebble bed de Julich (15 MWe)
– Reator THTR 300 pebble bed
• Inicialmente foram construídas todas as instalações para um ciclo fechado do
combustível. Hoje o ciclo é aberto.
• Atualmente há dois reatores de tecnologia alemã no mundo: o reator Argentino
Japão: highlights
• Foi a única nação no mundo que experimentou a devastação de uma explosão atômica.
• Contribuição da geração núcleo elétrica na matriz energética em 2004: 26.5%,
270.2 TWh.
• O primeiro reator entrou em operação em 1963, o ultimo em 2005. O tempo
médio de construção de uma usina é de 4.2 anos.
• As pesquisas nucleares começaram em 1955, com uma Lei que proporcionava substanciosos financiamentos. Nasceu a JAERI.
• O primeiro reator era um reator Magnox, importado do RU.
• Parque atual, 55 reatores:
– 29 BWR de tecnologia GE
– 3 ABWR desenvolvido por um consorcio entre Toshiba, Hitachi e GE – 23 PWR de tecnologia Westinghouse
• Foi desenvolvido um ciclo do combustível domestico completo, baseado no urânio importado, mas cuja capacidade não satisfaz ainda as necessidades nacionais.
• Um consorcio entre a Mitsubishi e a Westinghouse está desenvolvendo o reator APWR.
