EL URANIO: El Proceso desde la Mina a la Central Nuclear. Cursos de Verano de la URJC Aranjuez 2010

Transcripción

1 EL URANIO: El Proceso desde la Mina a la Central Nuclear. Cursos de Verano de la URJC Aranjuez 2010 Francisco Tarín Responsable de la Gestión de Aprovisionamiento de Uranio de ENUSA 6 Julio 2010

2 ÍNDICE PRIMERA PARTE DEL CICLO DEL COMBUSTIBLE COMPONENTES DEL URANIO ENRIQUECIDO CONCENTRADOS ( Cómo? Dónde?) CONVERSIÓN ( Cómo? Dónde?) ENRIQUECIMIENTO ( Cómo? Dónde?) INGENIERÍA FABRICACIÓN SERVICIOS 2

3 CICLO DEL COMBUSTIBLE NUCLEAR Enriquecimiento Conversión Fabricación de combustible Extracción mina Generación de Energía Eléctrica Reciclado: Fabricación de Combustible MOX Servicios ATC Gestión de Combustible gastado Otras fuentes de energía eléctrica Transporte Distribución 3

4 CICLO DEL COMBUSTIBLE NUCLEAR Exploración Minería del Uranio Obtención de Concentrados U3O8 Conversión a UF6 RepU Enriquecimiento de Uranio (UTS) MOX Fabricación del Combustible Reciclado U & Pu Reactor Reprocesado Piscina en Central Almacén de Residuos 4

5 PRIMERA PARTE DEL CICLO DEL COMBUSTIBLE NUCLEAR 42% U 3 O 8 UF 6 3% 42% EXPLORACIÓN DE MINERÍA Y PRODUCCIÓN DE CONCENTRADOS DE URANIO CONVERSIÓN U 3 O 8 A UF 6 ENRIQUECIMIENTO HEXAFLUORURO DE URANIO ENRIQUECIDO UF 6 1% UO 2 12% INGENIERÍA Y FABRICACIÓN ELEMENTOS COMBUSTIBLES RECONVERSION UF 6 A UO 2 CENTRAL NUCLEAR Se indica el % de coste de cada etapa del Ciclo sobre el valor final del Elemento Combustible. 5

6 COMBUSTIBLE NUCLEAR 400 cm 20 cm 2 6

7 7 INGENIERÍA SERVICIOS URANIO FABRICACIÓN

8 APROVISIONAMIENTO DE URANIO ENRIQUECIDO ES LA GESTIÓN DE LA COMPRA DE LOS PRODUCTOS Y SERVICIOS NECESARIOS PARA OBTENER EL URANIO ENRIQUECIDO. 8

9 ADQUISICIÓN DE: ETAPAS DEL APROVISIONAMIENTO CONCENTRADOS SERVICIOS DE CONVERSIÓN SERVICIOS DE ENRIQUECIMIENTO SERVICIOS ANEXOS: trasporte, seguros, etc. PARA EL SUMINISTRO DE URANIO ENRIQUECIDO A TODOS LOS REACTORES NUCLEARES ESPAÑOLES ENUSA ES LA CENTRAL DE COMPRAS 9

10 APROVISIONAMIENTO DE URANIO ENRIQUECIDO CONCENTRADOS CONVERSIÓN ENRIQUECIMIENTO U 3 O 8 UF 6 "natural" UF 6 "enriquecido" 10

11 PRODUCCIÓN DE CONCENTRADOS 11

12 TIPOS MINERIA DE URANIO Por método de extracción del mineral Minería convencional Cielo abierto Subterránea Minería no Convencional Lixiviación In situ (ISL, In Situ Leaching ) Lixiviación en taller (interior) o en banco de explotación (cielo abierto) ( In Place Leaching ) Por método de tratamiento de mineral Lixiviación en eras (estática) Lixiviación en tanques agitados (dinámica) Lixiviación in situ 12

13 TIPOS MINERIA DE URANIO (Cielo Abierto) Rössing Namibia 13

14 TIPOS MINERIA DE URANIO (Cielo Abierto) Ranger Australia 14

15 TIPOS MINERIA DE URANIO (Subterránea) McArthur River Canadá 15

16 TIPOS MINERIA DE URANIO (Subterránea) Arenisca saturada de agua Zona Uranífera 420 m 460 m Cigar Lake Canadá Roca Chorro a Presión Tuberías Congelación 16

17 TIPOS MINERIA DE URANIO (ISL) Beverley Australia 17

18 TIPOS MINERIA DE URANIO (ISR) In Situ Recovery 18

19 TIPOS DE MINERIA DE URANIO Sub-producto 8% ISL (In-situ leach) 28% Subterránea 38% Cielo Abierto 26% 19

20 TIPOS DE MINERIA DE URANIO Porcentaje Año Subterránea Cielo Abierto ISL Subproducto 20

21 PRINCIPALES PAISES PRODUCTORES DE U (2009) Niger 6% Uzbequistan 5% Otros 10% Kazastán 27% Rusia 7% Namibia 9% Australia 16% Canadá 20% 2 21

22 SUMINISTRADORES DE ENUSA CONCENTRADOS DE URANIO COMINAK (Níger) TENEX (Rusia) BHP BILLITON (Australia) CAMECO (Canadá) NUKEM (Alemania) NUFCOR (Sudáfrica) RIO TINTO (Namibia) 22

23 Etapas del Mercado del Uranio Precios Históricos del Concentrado (US $ 2009) vs. Producción-Demanda (tu) Acumulación stocks militares Acumulación stocks civiles Liquidación de stocks Renacimiento US $/lb U3O tu Año 0 Pc $2009 (Spot) Producción U Total (tu) Demanda U Total (tu) 2 23

24 OFERTA/DEMANDA URANIO t U Año Minas (Ref) HEU (Ref ) DOE (Ref ) Colas re-enriquecidas (Ref) Reciclado/MOX (Ref) LEU Ruso (Ref.) Necesidades reactores (Alto) Necesidades reactores (Ref.) Necesidades reactores (Bajo) 2 24

25 CONVERSIÓN CONVERSIÓN O PRIMERA CONVERSIÓN: ES EL PROCESO POR EL CUAL SE TRANSFORMAN LOS CONCENTRADOS DE URANIO EN HEXAFLUORURO DE URANIO. U 3 O 8 UF 6 25

26 IMPORTANCIA DEL FLUOR Para la separación isotópica o enriquecimiento del uranio se necesita que esté en forma gaseosa. El flúor tiene un diagrama de fases peculiar, a una determinada temperatura y presión puede ser sólido, liquido o gaseoso P (kg/cm 2 ) 100 EL PUNTO TRIPLE ES DE 64º C Y 1,55 kg/cm 2 10 Sólido Líquido MANIPULACIÓN DEL UF : 6 ENRIQUECIMIENTO: FASE GASEOSA 1 LLENADO DE CONTENEDORES: FASE LÍQUIDA 0,1 Gas TRANSPORTE: FASE SÓLIDA 0, T (ºC) 26

27 DIAGRAMA DE FLUJO SIMPLIFICADO CONVERSIÓN Proceso en seco Proceso en húmedo Converdyn EE.UU. SFL Reino Unido AREVA Francia Cameco Canadá U 3 O 8 U 3 O 8 +HNO 3 +HNO 3 +HNO 3 Solución UN +NH 3 Filtrado, extracción con disolvente, reextracción Solución UN limpia Concentración (Desnitración por Evaporización Multifase) ADU +NH 3 Concentración Desnitración Secado Desnitración UO 3 +H 2 +H 2 +H 2 UO 2 UF 4 +HF UO 2 +HF +HF +HF UF 4 +F 2 UF 6 Purificación y destilación +F 2 +F 2 +F 2 UF 6 27

28 PRODUCCIÓN DE CONVERSIÓN (PRINCIPALES PAÍSES) REINO UNIDO CANADA 11% Otros 1% EE.UU. 27% 10% RUSIA 24% FRANCIA 27% 28

29 OFERTA/DEMANDA CONVERSIÓN Producción Secundaria Producción Primaria t U Necesidades reactores (Bajo) Necesidades reactores (Ref.) Necesidades reactores (Alto) Año 29

30 ENRIQUECIMIENTO DE URANIO Concentración relativa en nº de átomos ISÓTOPOS DEL URANIO Peso atómico Concentración relativa en peso 238 U 99,2745% 238,051 99,2836% 235 U 0,7200% 235,044 0,7110% 234 U 0,0055% 234,041 0,0054% 100,0000% 238, ,0000% AUMENTO DE LA CONCENTRACION RELATIVA DEL ISÓTOPO U 235 (diferencia en peso entre el U 235 y el U 238 es de 1.2%) 30

31 Alimentación ENRIQUECIMIENTO DE URANIO + Trabajo de separación = Producto final + Producto empobrecido 31

32 CONCEPTOS Material de alimentación ( feed ) Concentración U 235 a = 0.711% Material enriquecido Concentración U 235 : 1% e 5% Material empobrecido o colas ( tails ) Concentración U 235 : 0.1% c 0.35% Trabajo de separación o UTS (SWU o UTA) Medida del esfuerzo que se realiza en la separación 32

33 DIAGRAMA DEL PROCESO Cola 0,3% (%U 235 en el uranio empobrecido) 11,8 kg de U 3 O 8 Conversión 10 kg de U/UF 6 Enriquecimiento Producto 6 UTS 1 Kg. de U al 4,40% Colas o Uranio empobrecido 9 Kg. U al 0,3% 33

34 MÉTODOS UTILIZADOS INDUSTRIALMENTE CENTRIFUGACIÓN 5% DEL CONSUMO ELÉCTRICO LA DIFUSIÓN UNA TECNOLOGÍA DEL PASADO 34

35 CENTRÍFUGACIÓN LA TECNOLOGÍA DEL PRESENTE RUSIA URENCO - AREVA (ETC) USEC (ACP) LA FIABILIDAD SI QUE IMPORTA 35

36 ENRIQUECIMIENTO CON LASER EL FUTURO? MLIS: Molecular Laser Isotope Separation Abandonado en otros países (US DOE 1982, Reino Unido 1994, Francia/Sudáfrica 1997). Proceso LAP en China y el US CRISLA abandonado por el DOE al final de los 90. Tecnología Australiana SILEX estudiada por USEC en 1996 y abandonada en 2003 Acuerdo de SILEX con GE en 2006 Planta Piloto en las instalaciones de GE en Wilmington. Ventaja: Usa UF6 natural 36

37 ENRIQUECEDORES DE URANIO (el presente) USEC URENCO EURODIF URENCO URENCO TENEX 2 37

38 CAPACIDADES MUNDIALES ENRIQUECIMIENTO USEC HEU Ruso 11% RepU-MOX 4% OTROS 3% RUSIA 28% TENEX EE.UU 11% EURODIF FRANCIA 21% INGLATERA, ALEMANIA, HOLANDA 22% URENCO 38

39 ENRIQUECEDORES DE URANIO (el futuro) URENCO USEC GLE AREVA URENCO URENCO AREVA URENCO TENEX 2 39

40 OFERTA/DEMANDA ENRIQUECIMIENTO Extensiones Potenciales miles de UTS AREVA-Eagle Rock RepU / MOX HEU Ruso Otros ACP (Cent USEC) USEC NEF (LES 2) URENCO Año GB-II GB-I TENEX Necesidades reactores (Bajo) Necesidades reactores (Ref.) Necesidades reactores (Alto) 2 40

41 Logística y entregas 42 % 3 % 42 % 13 % 41

42 NECESIDADES DE URANIO EN ESPAÑA 42

43 cuánto Ue al año en España? LA CAPACIDAD DE LOS 8 REACTORES ESPAÑOLES ES DE MWe ES NECESARIO RECARGAR 5 REACTORES (18 MESES) CADA AÑO 5 RECARGAS DE 18 MESES SUPONE: 5 x 30 tu enriquecido = 150 tu enriquecido 150 tu enr x 12 = 1800 t U 3 O tu enr x 10 = 1500 tu como UF KgU enr x 6 UTS = UTS 43

44 HAY SUFICIENTE URANIO? 44

45 LIBROS ROJOS ( NEA - IAEA) 45

46 CLASIFICACIÓN RESERVAS URANIO LIBRO ROJO (NEA/IAEA ) IDENTIFIED Resources UNDISCOVERED COSTE CRECIENTE Recuperables a un coste de <40$/KgU 40-80$/KgU $/KgU Reasonably Assured Resources Reasonably Assured Resources Reasonably Assured Resources Inferred Resources Inferred Resources Inferred Resources Prognos ticated Resources Prognos ticated Resources Speculative Resources CONFIANZA DECRECIENTE 46

47 ESTIMACIÓN RESERVAS CONOCIDAS MUNDIALES a 1/1/2005 (t U) RECUPERABLES A < 130 $/KgU (< 50 $/lb U3O8 ) AÑOS PRODUCCIÓN RESERVAS RAZONABLEMENTE ASEGURADAS (RAR) RESERVAS ESTIMADAS ADICIONALES ( INFERRED, antes EAR-I) TOTAL RESERVAS CONOCIDAS RECUPERABLES A < 80 $/KgU (<30 $/lb U 3 O 8 ) AÑOS PRODUCCIÓN RESERVAS RAZONABLEMENTE ASEGURADOS (RAR) RESERVAS ESTIMADAS ADICIONALES ( INFERRED, antes EAR-I) TOTAL RESERVAS CONOCIDAS BARATAS Demanda actual ( t U/año) =

48 ESTIMACIÓN RESERVAS CONOCIDAS MUNDIALES a 1/1/2007 (t U) RECUPERABLES A < 130 $/KgU (< 50 $/lb U3O8 ) AÑOS PRODUCCIÓN RESERVAS RAZONABLEMENTE ASEGURADAS (RAR) RESERVAS ESTIMADAS ADICIONALES ( INFERRED, antes EAR-I) TOTAL RESERVAS CONOCIDAS RECUPERABLES A < 80 $/KgU (<30 $/lb U 3 O 8 ) AÑOS PRODUCCIÓN RESERVAS RAZONABLEMENTE ASEGURADOS (RAR) RESERVAS ESTIMADAS ADICIONALES ( INFERRED, antes EAR-I) TOTAL RESERVAS CONOCIDAS BARATAS Demanda actual ( t U/año) =

49 RESERVAS MUNDIALES DE URANIO Jordania 2% Uzbequistán 2% India 1% China 1% Otros 5% Australia 23% Ucrania 4% Níger 5% Kazastán 15% Namibia 5% Brasil 5% Rusia 10% EE.UU. 6% Sudáfrica 8% Canadá 8% Fuente: NEA/IAEA Libro Rojo 2007; Reservas Conocidas Extraíbles a un precio inferior a 130 $/KgU 49

50 RESERVAS DE URANIO (Conocidas < 130 $/KgU) NA 14% Otros 9% CIS 16% Kazastán 15% SA 5% África 18% Australia 23% 50

51 NO HAY URANIO! QUÉ SE DICE? 51

52 QUÉ NO SE TIENE EN CUENTA? LA INMENSIDAD DE LA CORTEZA TERRESTRE! WNA Position Statement on Uranium Sustainability 52

53 QUÉ NO SE TIENE EN CUENTA? LA FABULOSA CORTEZA CEREBRAL! 53

54 QUÉ NO SE TIENE EN CUENTA? EL COMPORTAMIENTO DEL MERCADO! RESERVAS PRECIO MINIMO NIVEL DE RESERVAS EXPLORACIÓN EXPLORACIÓN PaulEhrlichvsJulianSimon TIEMPO Cromo, cobre, níquel, estaño y tungsteno 54

55 RESERVAS CONOCIDAS MUNDIALES DE URANIO (EVOLUCIÓN EN EL TIEMPO) Reservas y Consumo Anual (tu) Años de Operación Conocidas (tu) < 130USD/KgU Consumo Anual (tu) Años de Operación Fuente: FORTY YEARS OF URANIUM RESOURCES, PRODUCTION AND DEMAND IN PERSPECTIVE THE RED BOOK RETROSPECTIVE 55

56 6000 RESERVAS CONOCIDAS MUNDIALES DE URANIO (EVOLUCIÓN EN EL TIEMPO vs PRECIO) Reservas (1000 tu) Precio del Uranio (USD/kgU) Reservas Conocidas Precio U ($/kgu) Precio U ($2007/kgU) Fuente: FORTY YEARS OF URANIUM RESOURCES, PRODUCTION AND DEMAND IN PERSPECTIVE THE RED BOOK RETROSPECTIVE 56

57 HAY SUFICIENTE URANIO? SI 57

58 Y AÚN MÁS... EN LOS FOSFATOS EN EL AGUA DEL MAR Y ADEMÁS TORIO 58

59 SEGUNDA CONVERSIÓN RECONVERSIÓN O SEGUNDA CONVERSIÓN: ES EL PROCESO POR EL CUAL SE TRANSFORMA EL HEXAFLUORURO DE URANIO ENRIQUECIDO A UO 2 UF 6 UO 2 59

60 INGENIERÍA 60

61 ALIANZAS COMERCIALES Y ESTRATÉGICAS Acuerdo de transferencia de tecnología hasta 2018 Alianza comercial entre WH & ENUSA hasta Acuerdo de intercambio de tecnología (2008) Acuerdo de cooperación tecnológica (2009) EFG MHI GNF GENUSA SNGC KNF WESTINGHOUSE Acuerdo de transferencia de tecnología hasta 2018 Alianza comercial entre GNF y ENUSA hasta Alianza comercial entre ENSA, TECNATOM, RINGO y ENUSA para suministrar servicios nucleares a China. Acuerdo de cooperación con CNNC & CGNPC. 61

62 PROGRAMAS DE I+D GNF LICENCIA TECNOLÓGICA WESTINGHOUSE LICENCIA TECNOLÓGICA MHI ACUERDO TECNOLÓGICO Visión Automática de Pastillas Carga Automática de Barras Robot de Prensas Radiografía Digital + PROGRAMAS INTERNACIONALES PROGRAMAS PROPIOS NFIR HALDEN ROBUSTO CABRI ALPS + Alto Quemado. Ensayos AOA. Isotopía de Alto Quemado. Gadolinio. Combustible gastado Vainas avanzadas 62

63 ENUSA INVIERTE EN I+D UN 5% DE SUS VENTAS DE COMBUSTIBLE 63

64 INGENIERÍA FABRICACIÓN 64

65 FABRICACIÓN BARRA PASTILLA POLVO DE UO 2 COMPONENTES ESQUELETO 65

66 FÁBRICA DE JUZBADO PUESTA EN MARCHA: 1985 PRODUCTOS: * PASTILLAS UO 2 +Gd * BARRAS COMBUSTIBLES * ELEMENTOS COMBUSTIBLES * PEQUEÑOS COMPONENTES (tapones) LÍNEAS DE FABRICACIÓN: * 3 PARA COMBUSTIBLE PWR/BWR * 1 PARA BARRAS DE GADOLINIO ENRIQUECIMIENTO AUTORIZADO: < 5 w/o U-235 CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN: 400 MTU/AÑO (*) (*) En el 2010 se tendrá la licencia para 500 tu/año 66

67 PORFOLIO PWR Ringhals 2 PWR Ascó 1 & 2 Vandellós Almaraz 1 & 2 EDF Doel EDF PWR (Varias Plantas) Tihange 3 15X15 UPGRADE 17X17 MAEF 17X17 MAEF-XL/XLR BWR BWR COMPONENTES GE14 Garoña Cofrentes Forsmark 2 Olkiluoto 1 Oskarshamn Ringhals 1 GNF2 Forsmark 3 Cofrentes Olkiluoto 2 67

68 EXPERIENCIA DE FABRICACIÓN PRODUCCIÓN ACUMULADA (t U) Ue t NÚMERO DE ELEMENTOS PWR 17x17 12 ft 17x17 14 ft 16x16 15x15 14x14 TOTAL BWR 8x x x TOTAL VVER TOTAL

69 CARTERA DE CLIENTES VATTENFALL Forsmark 2-3 Ringhals 1 VATTENFALL (Ringhals 2) ) E.ON (Oskarshamn 1-3) ELECTRABEL Doel 4 Tihange 3 TVO (Olkiluoto 1) EdF ENDESA IBERDROLA GN-UNION FENOSA Almaraz I & II Ascó I & II Vandellós II Garoña Cofrentes Cruas 1-2 Belleville 1-2 Tricastin 2-4 Dampierre 1-3 Blayais 2 Gravelines ENUSA EFG GENUSA 69

70 FABRICACIÓN ANUAL tu equivalentes 400,0 360 tu/año 350,0 300,0 320 tu/año 260 tu/año 250,0 220 tu/año 200,0 160 tu/año 150,0 100,0 50,0 0, Nacional Extranjero Nacional Extranjero

71 SERVICIOS 71

72 SERVICIOS EN CENTRAL MANEJO DE COMBUSTIBLE FRESCO. MANEJO DE COMBUSTIBLE IRRADIADO Y DE COMPONENTES. INSPECCIÓN DE COMBUSTIBLE PARA DETECCIÓN DE FUGAS. REPARACIÓN DE COMBUSTIBLE: Reconstitución y Reconstrucción. INSPECCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE COMBUSTIBLE. LIMPIEZA DE COMBUSTIBLE POR ULTRASONIDOS. 72

73 SERVICIOS EN CENTRAL: ALIANZAS 73

74 EXPERIENCIA EN SERVICIOS FORSMARK 1 SIZEWELL B PALUEL GAROÑA ALMARAZ 1 & 2 OLKILUOTO 1 DOEL 4 TIHANGE 1 & 3 CATTENOM BELLEVILLE I & II ASCÓ I & II VANDELLÓS II COFRENTES MAANSHAN TRILLO ZORITA ANGRA 2 INSPECCIÓN Y CARACTERIZACION DE COMBUSTIBLE: MÁS DE 25 CAMPAÑAS INSPECCIÓN DE FUGAS DE COMBUSTIBLE, REPARACIÓN: MÁS DE 25 CAMPAÑAS SIPPING: 7 CAMPAÑAS MANEJO DE COMBUSTIBLE: 18 CAMPAÑAS INSPECCIÓN RCCAS: MAS DE 600 BARRAS LIMPIEZA POR UTs: 6 CAMPAÑAS 74

75 COSTES DE GENERACIÓN ELÉCTRICA 12% Fabricación 13% Uranio 42% 75% 67% 50% 30% Enriquecim. 42% 20% Conversión 3% 10% 15% 15% 18% 30% 58% Gas Petróleo Carbón Nuclear INVERSIÓN 0&M COMBUSTIBLE Fuente: FINE 75

76 EL COMBUSTUBLE COMO RESERVA ENERGÉTICA El combustible una vez acabada su vida útil en una Central Nuclear conserva alrededor de un 96% de su capacidad energética. PODEMOS CONSIDERARLO UN RESIDUO? 76

77 EL COMBUSTUBLE COMO RESERVA ENERGÉTICA 4 % - Otros productos de fisión 96 % - Material reutilizable: - Uranio. - Plutonio. 77

78 Muchas Gracias 78