¿Cuáles serían los efectos si todas las redes eléctricas conectadas a los reactores nucleares sufrieran abruptamente fallas catastróficas?

Lo primero que sucederá es un efecto dominó de la siguiente manera. Se ve un relato razonablemente preciso de eso en la primera escena del reactor en El síndrome de China, aunque en la película el drama provino de una dependencia excesiva de un indicador a pesar de ser un caso atípico: un error tonto. De todos modos,

• Viaje del generador. El generador principal se desconecta de la red.
• Viaje de turbina. La turbina, sin carga, aceleraría violentamente a velocidades de destrucción, por lo que el vapor se cortaría inmediatamente. Esto sucede antes de que cualquier daño de pico/sobrevoltaje pueda evitarlo.
• Cerrar de golpe las válvulas de vapor hace que el flujo de vapor retroceda inmediatamente, aumentando la presión y haciendo estallar una válvula de alivio de presión que descarga el exceso de vapor en una piscina de enfriamiento. Todo esto está contenido de forma rutinaria. Esta válvula de alivio no requiere energía y se cerrará automáticamente cuando ya no se necesite. *
• la mayoría de los reactores de potencia vuelcan esencialmente toda su producción en el generador, por lo que no hay otras cargas a las que descargar vapor adicional. Eso significa que sin el generador, deben dejar de producir vapor lo antes posible o seguirá haciendo estallar la válvula de alivio. Por lo tanto, el reactor hará SCRAM o hará una secuencia equivalente que tenga menos papeleo y/o sea más recuperable.
• El reactor ha detenido la fisión. Sin embargo, alrededor del 20% del calor de un reactor proviene de la descomposición continua (desintegración) de los átomos que ya se han dividido. Esto continúa, pero disminuye rápidamente a alrededor del 1 % en aproximadamente una hora, y continúa disminuyendo. Este "calor decadente" debe ser tratado durante los próximos meses, pero especialmente durante los primeros días.
• Las bombas de agua de alimentación, los circuladores de agua de enfriamiento, la iluminación en las oficinas de la planta, la carga de baterías, etc. continúan funcionando para lidiar con este calor de descomposición. Se ejecutan fuera de la red eléctrica externa. La estación es ahora un lastre para la red eléctrica.

Ahora, sucede una segunda cosa: "apagón de estación". Se pierde la energía de la red externa. Los generadores diesel de emergencia giran para alimentar el enfriamiento normal del reactor posterior a SCRAM, las instalaciones esenciales de la estación, la recarga de la batería, etc. Se entrenan para esto. Se supone que el apagón de la estación siempre ocurre junto con el disparo del generador, ya que la red está caída. AFIAK es imposible que un complejo de plantas nucleares use un reactor para alimentar el resto del complejo aislado, pero en una crisis a largo plazo, si tuviera un complejo estable y bien administrado, los ingenieros podrían encontrar la manera de hacerlo .

Aquí es donde haces una bifurcación narrativa en el camino. O su crisis afecta a los generadores diésel de emergencia, o no.

Si no es así, entonces el evento es un gran fracaso en lo que respecta a la seguridad de la planta.

Si se retiran los generadores diésel, pero pueden ir al distribuidor local de CAT o a Sunrise Rentals y decir "necesitamos sus 4 generadores más grandes, ahora mismo, por cierto, somos de la planta nuclear" , y engancharlos. en 24 horas, de nuevo, nada hamburguesa.

Si no son capaces de hacer eso, entonces se convierte en un juego de ajedrez de habilidad y recursos, contrarreloj. Las necesidades variarán según las peculiaridades de esa unidad. Por ejemplo, las unidades 1-4 de Fukushima I son el mismo modelo de reactor. Pero todo lo que necesitaba era un camión de bomberos para estabilizar la unidad 1 indefinidamente, porque tenía condensadores de aislamiento, lo más parecido a un botón de "Yo gano" que hay en la energía nuclear**. Sin embargo, las unidades 2 y 3 serían más difíciles.

Reinicio de la red eléctrica

Normalmente, reiniciar una red eléctrica es un gran dolor debido a toda la carga que está esperando para consumir cualquier energía que proporcione.

Solo unas pocas centrales eléctricas pueden "arrancar en negro", es decir, empezar a generar desde una condición de apagón de la estación. Las plantas de energía nuclear definitivamente no están en esa lista . Tampoco las grandes centrales térmicas de carbón/gas. Todo este tipo de centrales térmicas necesitan parasitar decenas de megavatios de potencia de la red, para bombear agua de refrigeración (último sumidero de calor), agua de alimentación de calderas, combustible y aire comburente.

Geotérmica, lo mismo.

Los molinos de viento y la energía solar no tienen ninguna atracción parásita de la red. Sin embargo, no pueden arrancar en negro por una razón diferente: por diseño , necesitan "sincronizarse" con la red existente, y esto es local para cada molino de viento o inversor de panel solar. La energía solar no tiene masa giratoria, por lo que la energía solar es muy estúpida para mantenerse sincronizada. Sus inversores están diseñados para "seguir la red", una filosofía de diseño que excluye cualquier arranque negro. Por supuesto, ese es el software dentro del inversor; una actualización de software podría decirle a un inversor "usted es el indicado".

Las plantas "ir a" para el arranque en negro de una red son hidroeléctricas . Sus generadores principales también necesitan parasitar energía externa para la excitación de sus generadores principales. Sin embargo, las mejores centrales hidroeléctricas están equipadas con un pequeño "generador burro" que utiliza imanes permanentes para la excitación. Esto puede entregar suficiente energía para excitar uno de los generadores principales, lo que permite que la planta hidroeléctrica "arranque". Con sus generadores principales en marcha, puede proporcionar la carga de estación necesaria para poner en marcha las centrales térmicas y nucleares. La planta hidroeléctrica también puede, humillantemente, usar un generador diesel para este refuerzo, e incluso simplemente alquilar uno en el distribuidor CAT.

La capacidad Blackstart también podría agregarse a una planta térmica con un generador lo suficientemente grande y una unidad más pequeña que pueda arrancar el generador y proporcionar energía de servicio a las unidades grandes. Tener la capacidad de arranque negro agrega un costo a la planta, por lo que las redes eléctricas contratan a las plantas (les pagan) para tener la capacidad.

Reconstrucción de una red eléctrica

La reconstrucción de una red resuelve el problema de todas las cargas que quieren saltar a la vez. No hay cargas, por lo que puede administrar cuidadosamente quién se vuelve a conectar.

Ahora está hablando de la destrucción de los cables y subestaciones de la red eléctrica a una escala asombrosa. Tienen repuestos por ahí, la pregunta narrativa es si también se destruyen. EMP no destruiría un transformador en un palet. Tendrían problemas para fabricar más a gran escala alimentando las plantas con generadores de alquiler. Así que sospecho que la red eléctrica se reconstruiría por partes, conectando las plantas con capacidad de blackstart a otras plantas necesarias para las instalaciones de fabricación capaces de fabricar más cables y transformadores.

El cable de la red eléctrica está hecho de aluminio (el mejor conductor del mundo que no se corroe violentamente cerca del agua, cuando se mide por peso, que es lo que las torres de transmisión necesitan soportar ). El aluminio está en todas partes, pero se necesita una cantidad asombrosa de electricidad para extraerlo. Afortunadamente, las plantas de aluminio tienden a ubicarse cerca de las grandes centrales hidroeléctricas.

Un punto de giro narrativo en su historia es cómo estallaron los cables; ¿Están lo suficientemente intactos como para usarlos como "cuerda" para tirar del cable de reemplazo (y si es así, pueden conducir electricidad, ya que la línea de transmisión de aluminio es metal puro sin aislamiento, un núcleo de alambre de acero con 1350 hilos de aluminio alrededor). Es plausible que el aluminio se oxide o se queme; la oxidación dejaría intacto el acero, que podría conducir algo de electricidad, un fuego de aluminio derretiría el acero con seguridad.

* A menos que sea en Three Mile Island en 1978, y la luz indicadora esté conectada para mostrar la posición del actuador, no la posición de la válvula.

** Es por eso que le dieron tan poca atención, enfocándose en salvar 2-3. Poco sabían que habían apagado accidentalmente el condensador de aislamiento.

La premisa de la pregunta es errónea.

Las plantas no se volverían inestables. No importa que las plantas de energía usen energía atómica; Las centrales termoeléctricas ordinarias de carbón, petróleo o gas se encuentran en la misma situación. Las centrales eléctricas tienen medidas de seguridad incorporadas para que puedan apagarse de manera ordenada en caso de ser desconectadas de la red.

Al final, las centrales atómicas son centrales termoeléctricas; hierven agua para hacer vapor para hacer girar las turbinas para hacer girar los generadores. El agua tiene una gran inercia térmica, por lo que hay tiempo para cortar los generadores, ventilar el vapor y cambiar a torres de enfriamiento.

Habrá angustia generalizada por la pérdida de energía eléctrica, pero ningún desastre. Lo siento.

Reiniciar las plantas de energía atómica llevaría bastante tiempo, días o incluso semanas. A las plantas de energía atómica no les gusta que las apaguen.

Las centrales térmicas están diseñadas para operar en un punto fijo, lo que significa que cualquier desviación de las condiciones de trabajo diseñadas es extremadamente antieconómica. Esto es válido para las centrales térmicas que queman petróleo, carbón e incluso combustible nuclear.

Por lo tanto, normalmente se designan para proporcionar la línea de base de la producción de energía, cubriendo más o menos el componente "fijo" de la demanda de energía, mientras que las fuentes más dinámicas (es decir, hidroeléctrica, eólica) se utilizan para alcanzar los picos de demanda.

Cuando algo provoca un colapso repentino de la demanda de energía, existen mecanismos de seguridad para detener las plantas y desconectarlas de la red.

Algo similar a lo que describiste sucedió en Italia en 2003: un árbol cayó sobre los cables en Suiza, con el consiguiente efecto dominó que provocó un apagón en toda la red eléctrica italiana.

Los daños resultantes de tal evento serían grandes (accidentes de tráfico debido al apagado repentino del semáforo, personas atrapadas en los ascensores, etc.), pero en ninguna parte tan dramático como una fusión del núcleo.

Normalmente recuperarse de un apagón de este tipo lleva como máximo unos días (en el caso de Italia que mencioné antes se resolvió en el día).

En cuanto a las propias plantas nucleares, como han señalado otros, nada más. Por mucho que las historias de miedo puedan contribuir a las ganancias de los cineastas de desastres de Hollywood, en la vida real* simplemente no funcionan así. Simplemente cerrarían.

Lo que sucedería es un apagón casi inmediato del resto de la red. Se supone que las centrales nucleares suministran una gran parte de la energía que consumen los clientes de la red. Elimine esta energía y obtendrá apagones (como detener su automóvil), los interruptores se disparan, la red se fragmenta (eléctricamente) en múltiples piezas y tiene un apagón en toda la red. Sin la energía que producen las plantas nucleares, probablemente no haya forma de restablecer toda la red.

Es instructivo leer los informes de apagones importantes, por ejemplo, https://en.wikipedia.org/wiki/Northeast_blackout_of_2003 https://en.wikipedia.org/wiki/Northeast_blackout_of_1965 https://www.electricchoice.com/blog/worst -cortes-de-energía-en-la-historia-de-estados-unidos/ Todos estos fueron desencadenados por cosas mucho más triviales que la desconexión de todas las plantas nucleares. También creo que la mayoría, si no todos, tenían plantas nucleares en sus redes, que obviamente no explotaron ni se fundieron en China :-)

*Incluso si, como la URSS, eres lo suficientemente estúpido como para construir las plantas sin las precauciones de seguridad elementales, aún tienes que abusar deliberadamente del reactor para que falle catastróficamente.