Mejora de la eficiencia térmica – Ciclo Rankine
Existen varios métodos, ¿cómo puede mejorar la eficiencia térmica del ciclo de Rankine? Suponiendo que la temperatura máxima está limitada por la presión dentro del recipiente a presión del reactor, estos métodos son:
- Presiones de caldera y condensador
- Sobrecalentamiento y recalentamiento
- Regeneración de calor
- Ciclo supercrítico de Rankine
Ciclo supercrítico de Rankine
Como se discutió, la eficiencia térmica puede mejorarse “simplemente” mediante un aumento en la temperatura del vapor que ingresa a la turbina. Pero esta temperatura está restringida por las limitaciones metalúrgicas impuestas por los materiales y el diseño del recipiente a presión del reactor y la tubería primaria. El recipiente del reactor y la tubería primaria deben soportar altas presiones y grandes tensiones a temperaturas elevadas. Pero actualmente, los materiales y métodos de fabricación mejorados han permitido aumentos significativos en las presiones máximas, con los correspondientes aumentos en la eficiencia térmica. Las centrales térmicas están diseñadas actualmente para funcionar en el ciclo supercrítico de Rankine (es decir, con presiones de vapor que exceden la presión crítica del agua22.1 MPa, y temperaturas de entrada de la turbina superiores a 600 ° C). Las plantas de energía de combustible fósil supercrítico, que funcionan a presión supercrítica , tienen una eficiencia de alrededor del 43% . Las centrales eléctricas de carbón más eficientes y también muy complejas que funcionan a presiones “ultra críticas” (es decir, alrededor de 30 MPa) y usan recalentamiento de etapas múltiples alcanzan aproximadamente el 48% de eficiencia.
Reactor de agua supercrítico – SCWR
El ciclo supercrítico de Rankine es también el ciclo termodinámico de los reactores de agua supercríticos. El reactor de agua supercrítico (SCWR) es un concepto de reactor de Generación IV, que funciona a presión supercrítica (es decir, superior a 22,1 MPa). El término supercrítico en este contexto se refiere al punto termodinámico crítico del agua (T CR = 374 ° C; p CR = 22.1 MPa), y no debe confundirse con la criticidad del núcleo del reactor , que describe los cambios en la población de neutrones en El núcleo del reactor .
Para SCWRs un ciclo de una vez a través de vapor se ha previsto, omitiendo cualquier recirculación del refrigerante dentro del reactor. Es similar a los reactores de agua hirviendo , el vapor se suministrará directamente a la turbina de vapor y el agua de alimentación del ciclo de vapor se devolverá al núcleo.
Así como el reactor de agua supercrítica puede usar agua ligera o agua pesada como moderador de neutrones . Como se puede ver, hay muchos diseños SCWR, pero todos los SCWR tienen una característica clave, que es el uso de agua más allá del punto crítico termodinámico como refrigerante primario. Dado que esta característica permite aumentar la temperatura máxima , los reactores de agua supercríticos se consideran un avance prometedor para las centrales nucleares debido a su alta eficiencia térmica (~ 45% frente a ~ 33% para los LWR actuales).
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