Combustível Nuclear no Brasil: Histórico e Perspectivas dia/Palestra... · aspecto impeditivo...
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Combustível Nuclear no Brasil:Histórico e Perspectivas
JORGE LUIZ CHAPOT (Superintendência de Combustível e Segurança Nuclear)
III SEN – 26/8/2013
Tipo de Reator PWRProjetista WestinghousePotência Elétrica 640 MW
ANGRA 1
1974
1975: Assinatura do Acordo Nuclear Brasil-Alemanha
Construção da Unidade 1 da Fábrica de Combustível Nuclear (FCN)
Resende - 1978
VARETA COMBUSTÍVEL
Tubo metálico, denominadorevestimento, fabricado à basede uma liga de zircônio(Zircaloy/Zirlo/M5), que contémas pastilhas de UO2.
O ELEMENTO COMBUSTÍVEL
GRADE ESPAÇADORA
PASTILHA DE UO2
ANGRA 1: Núcleo do Reator
Revista VEJA: 17/03/1982
Revista VEJA: 17/03/1982
UNIDADE 1 DA FCN: COMPONENTES E MONTAGEM
REGIÃO Ciclo de Introdução no Núcleo de Angra 1
D (40 ECs) 2
E (40 ECs) 3
F (40 ECs) 4
�Regiões: C (EC central), D (40 ECs), E (40 ECs), F (40 ECs)
�Aumento sistemático das atividades de sótopos de I, Xe, Kr naágua de refrigeração do reator: Indicativo de Falha deCombustível (perda de integridade da vareta)
� Em março de 1993 o ciclo 4 foi encerrado prematuramente,6 meses antes do prazo previsto
1992: INÍCIO DO CICLO 4 DE ANGRA 1
1993:
FALHAS DE COMBUSTÍVEL NO CICLO 4 DE ANGRA 1
MECANISMO DAS FALHAS DE COMBUSTÍVEL:
ATRITO DAS VARETAS COM AS GRADES (“FRETTING”)
Perda da força decontato entre a varetae a célula da gradeespaçadora
1997:
FALHAS DE COMBUSTÍVEL NO CICLO 6 DE ANGRA 1
FALHAS DE COMBUSTÍVEL NO CICLO 6: AÇÃO TOMADA PELA ELETRONUCLEAR
•AQUISIÇÃO DE 121 ELEMENTOS COMBUSTÍVEIS DOPROJETISTA ORIGINAL DE ANGRA 1 (16STD/Zircaloy).ESTE NÚCLEO DE REPOSIÇÃO COMPÔS O CICLO 8 DE ANGRA1, QUE TEVE INÍCIO EM DEZEMBRO DE 1998.
•AS FALHAS POR “FRETTING” FORAM ELIMINADAS.
ANGRA 2 ANGRA 2
Tipo de Reator PWR Projetista SIEMENS/KWU Potência Elétrica 1.350 MW
ANGRA 2: ARRANJO DO NÚCLEO DO CICLO 1
*High Thermal Performance
ANGRA 2: PROJETO DO COMBUSTÍVEL
Projeto Revestimento da Vareta
Queima Limite
(MWD/TU) FOCUS PCA1 (Zircaloy-4 com
menor teor de Sn)
40.000
FOCUS
PCA2b (PCA1 com maior teor de Cr e Fe)
50.000
HTP*
M5 (maior resistência à corrosão do que o PCA2b)
60.000
Ciclo PeríodoElementos Combustíveis
ECscom Falhas
RegiãoEnriquec.
(%)Númerode ECs
Projeto / Revestimento
1Jul/00
aMar/02
123
1,92,53,2
696856
FOCUS/PCA1FOCUS/PCA1FOCUS/PCA1
Não1
Não
2Abr/02
aAbr/03
1233aA
3,23,6
4532560456
FOCUS/PCA1FOCUS/PCA2B
NãoNão1
NãoNão
3Mai/03
aMai/04
123
3AAB
HTP3,83,8
29480804524804
FOCUS/PCA2B
NãoNãoNãoNãoNãoNãoNão
4Jun/04
aNov/05
133aAB
HTPC 3,8
04280452480452 FOCUS/PCA2B
NãoNãoNãoNãoNãoNão1
COMPORTAMENTO DO COMBUSTÍVEL DE ANGRA 2
ANGRA 2:
REPARO DE ELEMENTOS COMBUSTÍVEIS
MECANISMO DAS FALHAS DE COMBUSTÍVEL:FRAGMENTO METÁLICO (“DEBRIS”) ALOJADO ENTREVARETAS COMBUSTÍVEIS
Ciclo PeríodoElementos Combustíveis
ECscom FalhasRegião
Enriquec.( %)
Número de ECsProjeto /
Revestimento
5Jan/06
aMar/07
123aAB
HTPCD 3,8
912041644044856 FOCUS/PCA2B
NãoNãoNãoNãoNãoNãoNãoNão
6Abr/07
aMai/08
12ABCDE
1,92,53,63,83,83,84,0
178412445652 FOCUS/PCA2B
NãoNãoNãoNãoNãoNãoNão
7Jun/08
aJul/09
1ACDEF
1,93,63,83,84,04,0
11216565256 FOCUS/PCA2B
NãoNãoNãoNãoNãoNão
COMPORTAMENTO DO COMBUSTÍVEL DE ANGRA 2
�Combustível utilizado em Angra 1(Projeto Padrão Westinghouse-16STD): Apesar do bom desempenhooperacional, é um projeto da décadade 70, com queima limitada a42.000 MWD/TU
� 2001 - INB-ELETRONUCLEAR/Westinghouse/ KNF (Coréia do Sul):Decisão de desenvolver um ElementoCombustível mais eficiente eotimizado, capaz de operar emelevados níveis de queima(55.000MWD/TU):Next Generation Fuel (16NGF)
� 2002 – 2004: Desenvolvimento,Projeto e Testes do EC 16NGF
ANGRA 1: COMBUSTÍVEL 16NGF
Feixe Tubular
Câmara de Vapor
Espelho
Câmara do Primário
Saída de Vapor
20,6
2 m
DEGRADAÇÃO DOS GERADORES DE VAPOR DE ANGRA 1
OD axial/circ TSP
AVB
ID axial U-bend
Denting
OD axial H1
ID axial TTS
OD axial/circ TTS
DEGRADAÇÕES DOS GVs
ENLUVAMENTOS E TAMPONAMENTOS DE
TUBOS
Quantidade de Tubos em U: 4674 por GV
Troca dos Geradores de Vapor de Angra 1
�Necessidade de realização de novas Análises de Segurança
� Itens incluídos nas Análises de Segurança:
–Introdução do Combustível 16NGF
–Aumento da Geração de Angra 1: 1882 MWt 2000 MWt : ∆P = 6,3%
ANÁLISES DE SEGURANÇAWEC
INB/ETNINB/ETN
INB
Análise NEUTRÔNICA
Análise TERMO-HIDRÁULICA
Análise do COMPORTAMENTO DO COMBUSTÍVEL
Análises de Segurança: TGV / Aumento de Potência / Combustível 16NGF
Modificações do RFAS devido às Análises de Segurança:12 capítulos; 1200 páginas (~ 1/3 do Relatório)
Relatório Final de Análise de Segurança(RFAS)
Ofício nº 118/09 – CGRC/CNEN de 02 de Junho de 2009:
“(...) Desta forma, esta CGRC não identificou nenhum aspecto impeditivo para a criticalização do reator de Angra-1.”
CGRC: Coordenadoria Geral de Reatores e Ciclo Combustível
Licenciamento: Autorização da CNEN para a Operação do Ciclo 16 de Angra 1
� O núcleo do ciclo seguinte à TGV (Ciclo16) foi carregado com 40 ECsnovos do projeto padrão (16STD), mas com revestimento de Zirlo(liga mais resistente à corrosão), cuja queima de garantia é superior a50.000 MWD/TU
Projeto 16NGF� Quatro Elementos Combustíveis Precursores (Lead Test Assemblies –
LTAs) foram introduzidos no Ciclo 17 (2010). O período de testes seencerrará ao final do Ciclo 19 (março/2014)
� A primeira região do projeto 16NGF (44 ECs)será inserida no núcleono Ciclo 21 (2015)
O COMBUSTÍVEL DE ANGRA 1 APÓS A TGV
R A
F
DR
Engineering Time Schedule
A Engineering Package 1
• Nuclear System Design
1.1 Data for new power level
1.2/1.3 Steady state part load diagram
2. Fuel and Core Design
2.1 TH data list
2.2 Pressure loss data list Compat. Report
2.3 Input data for thermal hydraulic
2.4 Neutron Physic Core Design
2.5 Fuel Rod / FA Design
(Training FR Design)
B Engineering Package 2
3. LOCA Analyses
3.1 ▪ Review of CNEN requirements
3.2 ▪ Transition from HP to PC platform
3.3. ▪Mixed Core Analyses
3.4 ▪ LB LOCA
3.5 ▪ Fuel Rod Failure Analyses
3.6 ▪ SB LOCA
4. Non LOCA Analyses
4.1 ▪ Input actualization / Method. Report
4.2 ▪ Analyses limiting cases
4.3/4.4 ▪ Core Analyses
4.5/4.6 ▪ ATWS Analyses
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Confirmation of main data by ETN
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
18 months
Confirmation by INB
AREVA Support
ETN Activities Rio
AREVA Activities
3.5.4 Plant related studies
DR
DR
ETN Activities Erlangen
Análises de Segurança para utilização de
Elementos Combustíveis HTP/M5 em Angra 2
Análises de Segurança para utilização de
Elementos Combustíveis HTP/M5 em Angra 2
DR
Ciclo PeríodoElementos Combustíveis
ECscom Falhas
RegiãoEnriquec.
(%)Número de ECs
Projeto / Revestimento
8Ago/09
aOut/10
1CDEFG
1,93,83,84,04,04,0
1424525656 HTP/M5
NãoNãoNãoNãoNãoNão
ANGRA 2: INTRODUÇÃO DO COMBUSTÍVEL HTP
COMPORTAMENTO DO COMBUSTÍVEL
DE ANGRA 1 E ANGRA 2: 2007 a 2013
CICLO PERÍODO ECs COM FALHAS
15 Ago/07 a Fev/08
0
15A Abr/08 a Jan/09
0
16 Jun/09 a Jul/10
1
17 Ago/10 a Set/11
0
18 Out/11 a Jan/13
0
19 Mar/13 a Mar/14
0*
CICLO PERÍODO ECs COM FALHAS
6 Abr/07 a Mai/08
0
7 Jun/08 a Jul/09
0
8 Ago/09 a Out/10
0
9 Dez/10 a Mar/12
0
10 Abr/12 a Mai/13
0
11 Jun/13 a Jul/14
0*
* Em 26/08/13
ANGRA 1 ANGRA 2
GERAÇÃO* ENERGIA DE ANGRA 1 E ANGRA 2:
2007 a 2012
Ano Angra 1 Angra 2 Central
2007 2.709 9.657 12.365
2008 3.515 10.488 14.004
2009 2.821 10.154 12.975
2010 4.263 10.281 14.544
2011 4.654 10.990 15.644
2012 5.361 10.645 16.007
Total 23.325 62.214 85.539
*Valores em GWh
PISCINAS DE COMBUSTÍVEL USADOPISCINAS DE COMBUSTÍVEL USADO
Angra 2
Angra 1
PCU NÚCLEO TOTALANGRA 1 814 121 935
ANGRA 2 548 193 741
TOTAL 1362 314 1676
QUANTIDADE DE ELEMENTOS COMBUSTÍVEIS NA CNAAA
DESEMPENHO DO COMBUSTÍVEL
GERAÇÃO ACUMULADA DE ANGRA 1 E ANGRA 2 ATÉ 31/07/2013
206.063 GWh = CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA DA CIDADE DO RIO DE JANEIRO DURANTE
12,5 ANOS
ANGRA 3Projeto AREVA/KWUPotência Elétrica 1405 MWPrevisão de Início da Operação 2018
• Assinatura: 2010
• Escopo: Núcleo Inicial + 29Recargas
• Número de ECs: 1336
FORNECIMENTO DE COMBUSTÍVELNUCLEAR PARA ANGRA 3
3G8
3G8
3G8
3G8
3G8
3G8
2G12
2G8
2G12
2G12
2G8
2G12
3G8
3G8
2G8
3G12
3G12
3G12
2G8
3G8
2G12
2G12
2G12
2G12
2G12
2G12
3G8
2G8
3G12
3G12
3G12
3G12
3G12
2G8
3G8
3G8
2G12
2G12
2G12
2G8
2G12
2G12
2G12
3G8
3G8
3G12
3G12
2G8
2G8
3G12
3G12
3G8
3G8
2G12
2G12
2G12
2G8
2G12
2G12
2G12
3G8
3G8
2G8
3G12
3G12
3G12
3G12
3G12
2G8
3G8
2G12
2G12
2G12
2G12
2G12
2G12
3G8
2G8
3G12
3G12
3G12
2G8
3G8
3G8
2G12
2G8
2G12
2G12
2G8
2G12
3G8
3G8
3G8
3G8
3G8
3G8
Duração do ciclo: 455 Dias Efetivos a Plena Potência
1,90 %
2,60 %
3,30 %
ANGRA 3 - 1º NÚCLEO
Elemento Combustível para o Núcleo Inicial de Angra 3:Projeto de Referência (Ciclo 11 de Angra 2 )
A2/Ciclo 11 – Projeto de referência (HTP/M5) Angra 3: Ciclo1
Novo projeto da pastilha(Global Pellet)
Novo projeto de mola da vareta
� ANGRA 1: Passará a ser abastecida com um projeto de combustível avançado(16NGF) a partir de 2015
� Angra 2: Já utiliza, há 4 ciclos, um projeto de combustívelavançado (HTP/M5)
� Angra 3: Utilizará , a partir de 2018, o mesmo projetoavançado de Angra 2
COMBUSTÍVEL NUCLEAR DA CNAAA:
PERSPECTIVA DE CURTO E MÉDIO PRAZOS
DESEMPENHODO
COMBUSTÍVEL
PROJETO/ FABRICAÇÃO
TRANSPORTE/MANUSEIO
OPERAÇÃO/INSPEÇÕES
PROJETO DO NÚCLEO
CONDIÇÕES PARA A EXCELÊNCIA NO DESEMPENHO DO COMBUSTÍVEL NUCLEAR
� A EXCELÊNCIA NO DESEMPENHO DO COMBUSTÍVEL É UMACONDIÇÃO NECESSÁRIA (EMBORA NÃO SUFICIENTE) PARA AEXCELÊNCIA NA PRODUÇÃO DE ENERGIA POR UM REATORNUCLEAR .
� O INDICADOR “FALHA-ZERO DE COMBUSTÍVEL” ESTÁ ENTREAS METAS PRIORITÁRIAS DA ELETRONUCLEAR.
