¿Por qué no se utilizan dispositivos termoeléctricos en lugar de generadores de vapor en las centrales nucleares?

Answer 1

Eficiencia.

Un motor térmico de ciclo único tiene un límite teórico convencional de eficiencia (es decir, calor convertido al trabajo) del 50%. Hasta el 50% de la energía emite el motor a medida que se desperdicia calor, y se puede utilizar el 50%.

En la práctica, encontramos que la eficiencia máxima de un motor térmico de ciclo único es de aproximadamente el 33%.

Los motores de calor de ciclo combinado pueden alcanzar eficiencias mucho más altas que eso, explotando un ‘vacío’ en el modelo de eficiencia que le permite usar el calor residual de un motor de calor como la entrada para otro motor de calor, en el mundo real, use un combinado El motor de ciclo con una eficiencia del 60% o más no es desconocido. El elemento crucial de un motor de ciclo combinado es una temperatura inicial muy alta (la temperatura producida por el reactor, en este caso).

Una búsqueda rápida de información sobre materiales termoeléctricos me llevó a un “récord” de eficiencia de aproximadamente el 20%; esto es casi la mitad de la eficiencia de un motor térmico convencional de ciclo único. Olvídate de un motor de ciclo combinado.

Por varias razones (algunas relacionadas con la seguridad, otras arbitrarias), se ha preferido una preferencia por reactores nucleares de baja temperatura (alrededor del punto de ebullición del agua) en lugar de reactores de temperatura más alta (> 500 ° C). Esto ha impedido la aplicación de la tecnología de ciclo combinado, lo que aumentaría enormemente la eficiencia de los reactores.

Dicho esto, dada la eficiencia relativamente pobre de los materiales termoeléctricos en la conversión de calor en energía, a pesar del factor “genial” de la tecnología, en realidad no son más eficientes que un motor térmico normal. La física subyacente que impulsa los materiales termoeléctricos es muy similar a la que impulsa la tecnología fotovoltaica solar: ambos utilizan radiación electromagnética para excitar electrones en un material. Eso podría dar una idea de por qué las ganancias de eficiencia no son tan estupendas como uno podría esperar.

Answer 2

Como la mayoría ha dicho, la eficiencia es una gran consideración. Algo que no se había mencionado está más relacionado con la red eléctrica que la eficiencia.

Para mantener una red eléctrica estable a gran escala, necesita grandes generadores. Hay dos razones para esto.

Primero, para mantener la frecuencia correcta durante los tiempos de cambio de cargas, debe haber máquinas grandes con muchos interia. Un grupo de pequeños generadores, como los de un parque eólico, no pueden proporcionar la estabilidad de frecuencia necesaria. En el caso de las celdas termoeléctricas, la frecuencia probablemente estaría controlada por inversores electrónicos. Colocar un cambio de carga grande y repentino en los inversores puede causar inestabilidad de frecuencia.

La otra cosa que muchas personas no entienden sobre las grandes redes eléctricas es que hay dos tipos de cargas que deben ser soportadas. Comprender la carga real es fácil, y no creo que muchas personas se vean desafiadas en ese sentido. La parte difícil es la carga reactiva.

Se necesitan tres cosas para generar electricidad; un conductor, un campo magnético y movimiento relativo entre los dos. No importa si el conductor se está moviendo o si el campo magnético se está moviendo, siempre que haya un movimiento relativo.

Cuando la electricidad fluye a través de un conductor, se produce un campo magnético. Con corriente continua, el campo se expande y es estable siempre que el cable esté energizado. La corriente alterna no fluye a través de los cables, sino que se mueve de un lado a otro. A medida que la corriente cambia de dirección, el campo magnético también se expande y contacta.

Ahora, supongamos que tiene dos cables, el Cable A y la Escritura B. Cuando el Cable A y el Cable B se colocan uno al lado del otro y se energizan con corriente alterna, suceden cosas interesantes. El campo magnético producido por el cable A se expande y contrae, y esto tiene un movimiento relativo con respecto al cable B. Lo mismo se aplica con el campo magnético del cable B y el cable A. Solo para hacerlo aún más divertido, el voltaje generado por estos efectos es opuesto El voltaje que energizó los cables para empezar. Este efecto se llama voltaje inducido.

Los devanados en un motor son un solo cable real, pero el cable corre fuera de sí repetidamente y cada envoltura es efectivamente otro cable. Cuantos más cables haya, mayor será el voltaje inducido.

Esto es lo que se conoce como carga reactiva. El voltaje inducido debe ser absorbido en alguna parte, y los generadores grandes son muy buenos en esta tarea. Nuevamente, la generación termoeléctrica no podría manejar este aspecto de la generación a gran escala.

Answer 3

Los dispositivos termoeléctricos están basados ​​en uniones de semiconductores, como transistores y chips de circuito integrado de estado sólido. Han progresado en la dirección de más pequeños y más rápidos. Los dispositivos de gran escala y alta corriente están en la otra dirección.
Los generadores de vapor serán eclipsados ​​por otros fluidos de trabajo, quizás sales fundidas, CO2 súper crítico, porque las temperaturas de trabajo pueden ser más altas que las del agua.