Modelado de un ciclo de potencia de CO2 supercrítico para reactores de fusión utilizando RELAP5-3D

Abstract

En el marco del programa español de Tecnología de Fusión TECNO_FUS se ha avanzado en la definición de sistemas para DEMO, entre ellos las unidades reproductoras de tritio y el ciclo de potencia. Para las primeras, se ha propuesto un diseño modular a doble refrigerante (PbLi-He). Para la conversión de potencia térmica a eléctrica se han investigado ciclos de CO2 supercrítico. Mediante el código de sistema RELAP5-3D© se ha simulado un ciclo de potencia de CO2 supercrítico con recompresión. El código está desarrollado por el Idaho National Laboratory de EEUU y ha sido aplicado tradicionalmente a la simulación de transitorios operacionales y accidentales de plantas nucleares de fisión. El objetivo del presente trabajo es estudiar las capacidades del código en el ámbito de la Tecnología de Fusión. En GET/T4F se ha desarrollado un modelo basado en la propuesta española de diseño TECNO_FUS. Dicho modelo incluye los sistemas de refrigerante primario (helio y PbLi), compresores, turbina e intercambiadores de calor (del tipo circuito impreso). Tras la puesta a punto del modelo se han ejecutado cálculos de estado estacionario para comprobar la adecuación de los parámetros seleccionados. Tras diseñar algunos sistemas de control se han ejecutado cálculos transitorios para demostrar las capacidades del código y del modelo. El estudio ha permitido aprovechar las capacidades de RELAP5-3D© in un ámbito donde existía poca experiencia en el uso del código, como es la simulación de los flujos de calor y de los ciclos termodinámicos que, en una futura planta de fusión, convertirán la potencia emitida por el plasma en energía mecánica como paso previo a la generación eléctrica. Como fruto de los análisis se destacan las fortalezas y debilidades de código y modelo, junto con conclusiones sobre su aplicabilidad a la Tecnología de Fusión