GESTIÓN DEL COMBUSTIBLE NUCLEAR USADO. RECICLADO VS. ALMACENAMIENTO DEFINITIVO DEL COMBUSTIBLE NUCLEAR. ESTUDIO DEL CASO ESPAÑA.

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1 GESTIÓN DEL COMBUSTIBLE NUCLEAR USADO. RECICLADO VS. ALMACENAMIENTO DEFINITIVO DEL COMBUSTIBLE NUCLEAR. ESTUDIO DEL CASO ESPAÑA. Autor: Villar Lejarreta, Ainhoa. Director: Moratilla Soria, Yolanda. Entidad Colaboradora: ICAI Universidad Pontificia Comillas. RESUMEN DEL PROYECTO 1. Introducción El presente proyecto tiene como objetivo realizar un estudio comparativo de la viabilidad económica y su aplicación al caso español de los dos principales tipos de ciclos de gestión del combustible nuclear usado: el Ciclo Abierto y el Ciclo Cerrado. Sin duda, la energía nuclear es una fuente energética que permite el abastecimiento de electricidad de una forma constante y con precios estables y conocidos. Otras formas de energía como las renovables no garantizan, hoy por hoy, la estabilidad de la red pues están condicionadas a variables externas al sistema. Por otra parte, el petróleo sufre continua especulación y fluctuaciones en sus precios. El gran tema pendiente de la energía nuclear, sin embargo, es el de dar una solución definitiva a la gestión del combustible usado. En ningún país hasta ahora se ha adoptado una decisión irrevocable en lo que al tratamiento de los residuos radiactivos se refiere. Sin embargo, existen dos posturas claramente diferenciadas y enfrentadas en el tratamiento del combustible usado adoptadas entre los países nucleares. Las opiniones se dividen entre el ciclo abierto y el ciclo cerrado. El ciclo abierto consiste en considerar el combustible usado como residuo radiactivo de alta actividad. Una vez extraído del reactor nuclear, el proceso consiste en el almacenamiento previo en las piscinas de las centrales nucleares. Posteriormente se traslada a un almacenamiento temporal centralizado (ATC) a la espera de su almacenamiento definitivo, en el llamado AGP (Almacén Geológico Profundo).

2 El ciclo cerrado, en cambio, opta por reutilizar parcialmente el combustible gastado mediante el reprocesado, recuperando así el uranio y el plutonio que aún contienen materia con potencial energético. De esta forma se cierra el ciclo del combustible. El resto de componentes desechables del combustible usado se almacenan temporalmente a la espera de su almacenamiento definitivo en el AGP al igual que en el ciclo abierto. La motivación del proyecto surge de la necesidad de dar solución a una cuestión compleja y de gran impacto social, como es la gestión de los residuos radiactivos, en un contexto en el que todos los países de una forma u otra están inmersos, y donde aspectos tan importantes como la sostenibilidad y uso óptimo de los recursos cobran significativa relevancia, así como el desarrollo de la futura tecnología y la incertidumbre del coste que rodea a la gestión del combustible en ciclo abierto. 2. Metodología El estudio económico realizado consta de dos partes. La primera parte consiste en un análisis del coste total de la gestión completa del combustible nuclear para cada alternativa: Ciclo Abierto y Ciclo Cerrado. Para ello, se toma como punto de partida una metodología desarrollada por el MIT, la cual se modifica para introducir las características específicas del caso español. En esta parte, y para cada alternativa de gestión, se calculan los costes de los procesos de inicio y final del ciclo de combustible, obteniéndose finalmente el coste total unitario, en /kg de combustible fresco introducido en el reactor, que supondría gestionar el combustible en Ciclo Abierto y en Ciclo Cerrado. Con la metodología empleada se pretende realizar una comparación equitativa de ambos ciclos de gestión y de sus tecnologías asociadas. Los costes tenidos en cuenta para el cálculo del coste unitario total de gestión del Ciclo Abierto son el coste del uranio natural, los procesos de conversión y enriquecimiento del mineral, así como la fabricación del combustible UOX y el almacenamiento temporal del combustible UOX usado. En el caso del Ciclo Cerrado se considera, además de los del Ciclo Abierto, el coste de reprocesamiento del combustible UOX usado, los costes de fabricación del combustible MOX a partir del Plutonio obtenido del reprocesamiento y el coste del

3 almacenamiento temporal de los RAA derivados del reprocesado y del MOX usado una vez extraído del segundo reactor. No se tiene en cuenta el coste de almacenamiento geológico profundo de los residuos en ninguno de los ciclos ya que este coste introduce un elevado grado de incertidumbre y se incurrirá en él a muy largo plazo y fuera del marco temporal del estudio. En la segunda parte del estudio económico se realiza el análisis de viabilidad económica específico para España para un horizonte temporal que comprende los años 2013 a En el escenario nuclear español se deben tener en cuenta una serie de factores determinantes para el estudio de las dos estrategias. Estos factores son: La vida útil de las centrales nucleares programada hasta la fecha. El historial de combustible UOX usado almacenado temporalmente en las piscinas de dichas centrales El proyecto del Almacén Temporal Centralizado (ATC) La entrada en vigor en 2013 de la Ley de Medidas Fiscales en Materia Medioambiental y Sostenibilidad Energética Se toma como referencia el año 2013 puesto que coincide con la entrada en vigor de la Ley de Medidas Fiscales en Materia Medioambiental y Sostenibilidad Energética, a partir de la cual deberán considerarse unas cargas fiscales anuales, que este estudio calcula, en concepto de producción y almacenamiento de residuos nucleares. Dado que la regulación energética vigente únicamente contempla la situación actual del Ciclo Abierto, se asumen una serie de hipótesis para la imposición tributaria en el Ciclo Cerrado de forma que el cálculo de las imposiciones fiscales sea lo más equitativo posible en ambos ciclos. Por otro lado, el estudio abarcará hasta el año 2028 dado que éste es el último año de operación de las dos últimas centrales nucleares españolas según el cronograma programado por Enresa. En la estrategia de gestión para el Ciclo Cerrado se ha supuesto un escenario en el que la totalidad de las centrales nucleares emplearán combustible MOX a partir del año 2018 hasta el cierre de cada una de ellas, utilizándose combustible UOX convencional desde el año 2013 hasta el 2017 incluido. El combustible MOX empleado se obtiene a

4 partir del reprocesamiento del combustible UOX usado almacenado a fecha de diciembre de Una vez realizados los cálculos correspondientes a las dos partes del estudio, se evalúa en conjunto el coste global de gestión de cada alternativa con las cargas fiscales correspondientes para así determinar qué ciclo de combustible resulta más económico en el escenario nuclear español con las hipótesis planteadas. 3. Resultados Como resultado previo, en el caso del Ciclo Cerrado se ha identificado el siguiente aspecto: La cantidad de combustible UOX usado a fecha de 31 de diciembre de 2012 es de 4194 Tn y cubre sobradamente la demanda de MOX durante los diez años de reciclaje ( ). En este supuesto existiría un sobrante de 1367,7 Tn de combustible UOX usado actualmente almacenado en las piscinas. En resumen, con el 67,4 % del combustible UOX almacenado actualmente en las piscinas se cubriría la demanda de MOX necesaria durante Finalmente, los principales resultados son los siguientes: 1. El coste total de gestión del combustible resulta un 15,7% superior en Ciclo Cerrado que en Ciclo Abierto. En la Tabla a se recogen los resultados de ambos ciclos. CICLO ABIERTO CICLO CERRADO % de Δcoste Coste total de gestión 2601,1 3010,1 15,7 ($ 2013 /kguox) Tabla a. Comparación de costes entre Ciclos 2. El coste total debido a las cargas fiscales para el periodo resulta un 229% mayor en el caso del Ciclo Abierto, tal y como se indica en la Tabla b siguiente: Cargas fiscales totales (M 2013 ) CICLO ABIERTO CICLO CERRADO % de Δcargas fiscales 9781,3 2971,7 229 Tabla b. Cargas fiscales totales en Ciclo Abierto y Ciclo Cerrado en

5 4. Conclusiones Del análisis de sensibilidad se han obtenido las siguientes conclusiones: 1. En un rango de hasta doble del precio nominal del uranio, este parámetro no resulta un factor relevante en la elección de un ciclo u otro, puesto que la diferencia relativa entre los costes de ambos ciclos es prácticamente constante. Se tendría que alcanzar un valor muy superior al del mercado actual para igualar costes en ambos ciclos. 2. De los diferentes análisis de sensibilidad realizados (precio del uranio, costes de reciclado, costes de almacenamiento y tasa de descuento) los costes de reciclado son los que mayor sensibilidad presentan en la diferencia relativa de los costes entre ambos ciclos. Las conclusiones obtenidas para el caso español son las siguientes: 1. Sin considerar la legislación vigente, la tecnología asociada al Ciclo Cerrado actualmente es más costosa (en un 15,7% más). Sin embargo, se considera que una diferencia de entre un % entre los costes totales de ambos ciclos no es significativa teniendo en cuenta los grados de incertidumbre existentes, así como la no inclusión de los costes asociados a un AGP para ambas alternativas. 2. Al considerar la Ley de Medidas Fiscales en Materia Medioambiental y Sostenibilidad Energética recientemente entrada en vigor, 1 de enero de 2013, y que grava la gestión de los residuos con respecto a su generación y almacenamiento, el Ciclo Cerrado resulta más económicamente competitivo con unos costes totales anuales menores que los del Ciclo Abierto. Por otra parte, de los dos resultados anteriores se confirma, también como conclusión adicional, que una política energética en un sentido u otro, con primas o cargas fiscales, puede tener un impacto importante sobre una tecnología concreta. Además, al margen del estudio comparativo en sí mismo y a la vista del impacto tan importante que suponen estas cargas fiscales, todo parece indicar que, aun admitiendo que la tecnología ha de gravarse en función del grado de contaminación o residuos que produce, dichas cargas son excesivas, lo que podría estar en línea con las decisiones recientes tomadas en diciembre de 2012 por la CN Garoña de adelantar su cierre definitivo y de CN Almaraz de alargar el tiempo de recarga.

6 Executive Summary SPENT NUCLEAR FUEL MANAGEMENT. RECYCLING VS. DIRECT DISPOSAL OF SPENT NUCLEAR FUEL. SPANISH STUDY CASE. Author: Villar Lejarreta, Ainhoa. Supervisor: Moratilla Soria, Yolanda. Collaborating Entity: ICAI Comillas Pontifical University EXECUTIVE SUMMARY 1. Introduction The aim of this Project is to carry out a comparative economic feasibility assessment of the main two nuclear spent fuel management cycles currently in use in the nuclear industry in order to evaluate its applicability to the Spanish scenario. Certainly, nuclear energy nowadays allows a constant covering of the electricity demand with stable and known prices while other forms of energy such as renewables cannot ensure, at present, the stability of the power system. Furthermore, petroleum suffers from continuous speculation and price fluctuations. However, the main concern in relation to nuclear energy lies in providing an ultimate solution to nuclear spent fuel. No irrevocable decision has been made yet in any nuclear country regarding the final treatment given to radioactive waste but there are two main streams currently put into practice in the industry. Nuclear spent fuel policies vary between the Once-Through Cycle (direct disposal) and the Twice- Through Cycle (reprocessing and recycling). The Once-Through Cycle consists of considering the spent nuclear fuel as a high level waste which must be disposed of. The process is the following: Once unloaded from the nuclear reactor the spent fuel must be temporarily kept in the nuclear power plants pools to subsequently shift it to an interim storage facility called a Centralised Temporary Storage (CTS). After years of cooling down, the irradiated fuel will be eventually relocated in a Geological Disposal Facility (GDF).

7 Executive Summary The Twice-Through Cycle, on the contrary, opts to make use of the still potential energy which remains in the spent fuel by reprocessing it and recovering the useful materials: uranium and plutonium. By doing this, the cycle is closed. The remaining disposable components of the spent fuel are stored in a temporary storage facility while awaiting its final shipment to a geological repository in a similar way to the Once-Through Cycle. The motivation of developing this Project arises from the concern to solve a complex social issue, as is the management of radioactive waste, in a context in which all countries in one way or another are involved, and where key aspects such as sustainability and optimal use of resources, along with the development of future technology and uncertainty costs surrounding fuel management in the Once-Through Cycle gain relevance. 2. Methodology The economic assessment consists of two parts. The first part of the study develops a cost analysis of the complete nuclear fuel management cycle for each option: Once- Through Cycle and Twice-Through Cycle. A methodology developed by the MIT is chosen as a starting point to carry out this cost analysis. It is then modified to take into account the specific features of the Spanish scenario. For each management option, the front-end and back-end costs involved in the cycle are calculated as a previous result of the total management unit cost, in /kg of fresh fuel introduced in the nuclear reactor. The methodology used ensures that a fair economical comparison is being carried out between the two management options. In the case of the Once-Through Cycle, the costs considered in the total unit management cost calculation are the natural uranium purchase, conversion and enrichment cost processes, as well as UOX fuel fabrication costs and interim storage costs of used fuel. In the Twice-Through Cycle, apart from the above mentioned, additional costs such as spent fuel reprocessing, new MOX fuel fabrication and interim storage of high level waste and spent MOX fuel are taken into account.

8 Executive Summary Geological repository costs are not considered in any of the studied management cycles as this cost is surrounded by high uncertainties, and falls outside the study s framework. The second part of the study carries out the specific economic feasibility assessment of the Spanish case. The timeframe considered in the study covers the years from 2013 until In the nuclear Spanish scenario some key factors must be taken into account when studying both management options. These are: The nuclear power plants planned lifetime The spent fuel legacy currently stored in the nuclear power plants pools The project for the Centralised Temporary Storage (CTS) The entry into force, in 2013, of the Taxation Measures Law on Environmental and Energy Sustainability Matters Year 2013 is taken as the reference year as it matches the entry into force of the new law regarding fiscal measures on energy sustainability issues. Following the enactment of this legislation a set of fiscal charges should be considered in production and storage of high level radioactive waste. Since the existing legislation only contemplates today s Spanish situation with the Once-Through Cycle, a number of assumptions regarding taxation purposes are made in order to make the fiscal charges calculation as equitable as possible in both management options. The study covers up to year 2028 as it is the last operational year of the two last Spanish nuclear power plants according to Enresa s nuclear power plants timeline. In the Twice-Through Cycle management strategy, the scenario assumed is one in which the entire nuclear park would start using MOX fuel from 2018 on, using conventional UOX fuel from 2013 until 2017 inclusive. The MOX fuel used is obtained from reprocessing the spent UOX fuel stored to date (December 2012). Once the corresponding calculations of both parts of the assessment are made, an evaluation of the overall management cost is performed with the purpose of determining the most economically competitive management cycle in the Spanish scenario with the hypotheses raised.

9 Executive Summary 3. Results As a previous result, in the Twice-Through Cycle option the following key aspect has been identified: The total quantity of UOX spent fuel stored to date 31 st December 2012 amounts to 4194 Tn and allows covering the full demand of MOX fuel for the ten consecutive years of recycling nuclear fuel ( ). On this assumption, there would be a surplus of 1367,7 Tn of UOX spent fuel currently stored in the nuclear power plants pools. In short, the required quantity of MOX fuel for period would be covered with 67,4% of UOX spent fuel available today in the pools. Finally, the main overall results are the following: 1. The total nuclear fuel cycle management cost turns out to be 15,7% higher in the Twice-Through Cycle than in the Once-Through Cycle. Table a shows the results of both management cycles: ONCE-THROUGH CYCLE TWICE-THROUGH CYCLE % Δcost Total management cost ( 2013 /kguox) 2601,1 3010,1 15,7 Table a. Cost comparison between Cycles 2. The total cost due to fiscal charges during period results in 229% greater in the Once-Through Cycle, as it can be seen in Table b: ONCE-THROUGH CYCLE TWICE-THROUGH CYCLE % de Δfiscal charges Total fiscal charges 9781,3 2971,7 229 (M 2013 ) Table b. Total fiscal charges for the Once-Through Cycle and the Twice-Through Cycle in

10 4. Conclusions From the sensitivity analysis the following conclusions can be drawn: 1. Within a range of up to double the nominal uranium price, this parameter is not a driving factor when choosing one cycle over the other as the relative cost difference between both cycles remains almost constant. A very high uranium price would have to be reached in order to make the Twice-Through Cycle economically competitive. 2. Among the different sensitivity analysis performed (uranium price, recycling costs, storage costs and discount rate), recycling costs show the highest sensitivity to the relative cost difference between both cycles. The conclusions drawn from the economic assessment applied to the Spanish case are: 1. Regardless of the existing legislation, the current technology associated with the Twice-Through Cycle has a higher cost, a 15,7% greater. However, a difference of around 10-15% between the total management costs of both cycles is considered to be acceptable noting the degree of uncertainty involved, as well as the exclusion of the costs related to the geological repository for both alternatives. 2. When considering the Taxation Measures Law on Environmental and Energy Sustainability Matters recently entered into force, January 1st 2013, and which taxes the production and storage of radioactive waste, the Twice-Through Cycle turns out to be more economically competitive with lower total annual costs than the Once-Through Cycle. Furthermore, from the results mentioned above it can be verified, as an additional conclusion, that energy policies with either premiums or fiscal charges can have an important impact on a specific technology. Moreover, regardless of the comparative study itself and given the noteworthy influence these fiscal charges represent in the global result, everything suggests that, even accepting that technology has to be taxed according to the degree of pollution or waste produced, these charges appear to be excessive. This could be in line with recent decisions taken in December 2012 by Garoña NPP to plan its final shutdown several months in advance and Almaraz NPP s attempt to extend its outage time.