Diseño y simulación de un ciclo de potencia de CO2 supercrítico aplicado a reactores de fusión

Abstract

En este proyecto se ha modelado y simulado un ciclo de potencia de CO2 supercrítico de recompresión, (ciclo S-CO2), con el código de cálculo RELAP5-3D. Se pretende aprovechar las nuevas capacidades de RELAP5-3D: como el reciente modelo de compresor o las mejoras en las librerías de fluidos, (CO2, Li-Pb), en un campo con poca experiencia en la aplicación del código, tradicionalmente concebido para simular transitorios de operación o accidentales en centrales nucleares. El proyecto parte del trabajo que se está realizando en el marco de Tecno-Fus, (programa español de investigación en el ámbito de fusión nuclear), concretamente, sobre el ciclo de conversión termo-eléctrica asociado al reactor de fusión. En el núcleo del proyecto se describe el modelo definitivo del ciclo S-CO2. Primero se establecen los parámetros e hipótesis de partida que deberá cumplir. A continuación se desarrollan los modelos de cada uno de los componentes que forman el ciclo: la turbina, los compresores y los intercambiadores de calor. En este apartado, para la turbina y los compresores se ha adaptado el modelo general existente en las librerías del código adaptándolo a las condiciones de trabajo del ciclo. En cambio, el modelo de los intercambiadores de calor, tipo PCHE (Printed Circuit Heat Exchanger), se ha construido íntegramente. Finalmente se ensamblan todos los componentes logrando implementar el modelo general del ciclo S-CO2 en RELAP5-3D. En el último capítulo, se presentan los resultados de la simulación del ciclo hasta alcanzar un régimen estacionario. Se analiza el funcionamiento global del ciclo y de cada uno de sus componentes comparándose con las especificaciones de diseño consideradas.