¿Cómo afectan las olas de calor a las centrales nucleares?

Una central nuclear, como toda central térmica, funciona bajo un ciclo de Rankine. Esto es:
1.Impulsamos agua hacia un foco caliente
2.El agua se calienta y se convierte en vapor
3.El vapor entrega su energía en la turbina
4.El vapor turbinado se condensa con agua fría

En una central nuclear, el ciclo de Rankine se lleva a cabo en el circuito secundario.

La energía que podemos extraer a ese vapor se representa en el diagrama Ts del ciclo de Rankine como el área interior del ciclo.

Por ejemplo:

1.Aumentando la temperatura del fluido, la curva 4-1 subirá, aumentando el área del ciclo.
2.Aumentando la potencia entregada al refrigerante, la curva 1-2 se desplaza a la derecha.
3.Disminuyendo la temperatura a la que condensa el vapor la curva 2-3 se desplaza hacia abajo.

 

¿Qué tiene que ver todo esto con las olas de calor y las nucleares?
Bien, para condensar el vapor que sale de la turbina se utiliza agua del mar, lago o río.
La temperatura de esta agua afecta al rendimiento del ciclo termodinámico.
Pero hay otros factores determinantes.

El agua que se utiliza para condensar el vapor debe extraer toda la energía que tiene el vapor que no hemos sido capaces de convertir en energía mecánica al hacerlo pasar por la turbina.
Pongamos una central nuclear de 1000 MW eléctricos.

El rendimiento del ciclo suele ser de un 35%. Esto significa que para conseguir 1000 MW eléctricos se requieren 3000 MW térmicos.
Así, el reactor nuclear entregará 3000 MWt al agua para convertirla en vapor.
La turbina conseguirá transformar 1000 MWt en 1000 MW mecánicos.

El alternador transforma 1000 MWm en 1000 MWe.
¿A dónde van los otros 2000 MWt? Pues son entregados al agua de refrigeración a través del condensador.

¿Qué pasa si entregamos 2000 MW al mar?
Se calienta ligeramente la zona de descarga y luego se uniformiza la temperatura por las corrientes de agua. El aumento de la temperatura es despreciable (el mar es muy grande).

¿Qué pasa si entregamos 2000 MW a un lago? Similar al caso del mar, pero en este caso el aumento de temperatura será mayor porque la cantidad de agua es menor.
¿Qué pasa si entregamos 2000 MW a un río? Pues lo mismo, se calienta el agua del río.

¿Es esto perjudicial?
Puede serlo. Los ecosistemas pueden verse afectados por la temperatura.
Por ese motivo, cualquier instalación industrial que pretenda utilizar un río como foco frío debe solicitar y obtener autorización de la confederación hidrográfica del río afectado.

En España, la legislación limita el calentamiento del río a 3ºC a su paso por la instalación.
boe.es/buscar/doc.php…

Esto se comprueba de forma continua durante la operación de la central nuclear.
¿De qué depende el valor final de temperatura del río?
Es fácilmente calculable.

Hagamos un cálculo.

Si en el río Ebro, 2 reactores vierten 2000 MW cada uno, el agua se calienta 2,4 ºC.
¿Y si el caudal del río se reduce a la mitad? Sencillo, el incremento de temperatura se multiplica por 2 (4,8 ºC). Este valor supera el límite impuesto para la protección del ecosistema.

Para evitar esto solo hay una solución: reducir la potencia térmica vertida al río.
Eso puede hacerse de dos formas:
1.Reducir la carga térmica a evacuar reduciendo la potencia en la central.
2.Instalando torres de refrigeración que vierten energía a la atmósfera.

Estas torres de refrigeración pueden ser de tiro forzado o de circulación natural.

Además, se establece un límite en la temperatura de salida de 30 ºC.

Esto significa que si la temperatura del río a la entrada es superior a 27 ºC, el máximo incremento de temperatura no será de 3 ºC sino de la diferencia entre el límite de 30 ºC y la temperatura de entrada.

¿Qué influencia tienen las olas de calor con todo esto?
Ante una época de altas temperaturas se dan dos circunstancias:
1. La temperatura de los ríos aumenta.
2. El caudal de los ríos disminuye.
Ambos contribuyen a tener que limitar la descarga térmica de cualquier industria.

¿Significa esto que la nuclear no nos puede ayudar a combatir el calentamiento global?
En absoluto. Esta limitación se resuelve, como ya hemos visto, con torres de refrigeración o mediante otros métodos.

Por ejemplo, la central nuclear de Palo Verde se encuentra en medio del desierto de Arizona, en EE.UU. y no está cerca de ninguna reserva de agua (mar, río o lago).

Tiene 3 reactores de 3990 MWt que generan 1414 MW eléctricos cada uno. Esto significa que necesita evacuar a la atmósfera la friolera de 7728 MW. Y lo ha estado haciendo durante más de 30 años sin problemas al utilizar las aguas residuales de los municipios cercanos.