Reservas de Uranio y los factores económicos para su transformación en electricidad.

Transcripción

1 Reservas de Uranio y los factores económicos para su transformación en electricidad. M. en C. José Raúl Ortiz Magaña Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares Abril de 2006

2 Demanda de Electricidad en el Mundo Miles de GWh 30,000 25,000 20,000 5,000 0,000 4,275 8,875 2,400 23,677 26,08 5, Año Fuente: International Energy Outlook 2005, publicado por la Energy Information Administration, USDOE, 2005

3 Consumo de electricidad e Ingreso per Capita 00 PIB Per Capita $ Benin Ethiopia Haiti Sudan Congo Guatemala México Argentina Peru Egypt China India Vietnam Mozambique Brasil Romania Tajikistan Japan United States U.K Norway France. Canada Korea Russia Paraguay Consumo de Electricidad Per Capita (MWh) Fuente: World Bank, tomado de

4 Producción de electricidad por tipo de fuente A la fecha operan 443 Reactores Nucleares en el Mundo Proporcionando el 6% de la electricidad generada Combustóleo 0% Hidro 7% Carbón 40% Gas 5% Otras 2% Nuclear 6% Fuentes: Power Reactor Information System, en International Energy Outlook 2005 en

5 GWe Escenarios de Capacidad de Generación Eléctrica por medios nucleares Administración de Información en Energía (EIA), Depto. de Energía de los EEUU: Año Fuente: International Energy Outlook 2005, publicado por la Energy Information Administration, USDOE, 2005 Alto Ref. EIA Bajo

6 Escenarios de Capacidad de Generación Eléctrica por medios nucleares 800 Asociación Nuclear Mundial (WNA): GWe Alto Ref. WNA Bajo Año Fuente: The New Economics of Nuclear Power, WNA Report, 2005; disponible en:

7 Producción de electricidad por medios nucleares Tomado de:

8 Energía Nuclear y Fuentes Fósiles Equivalencia energética: Combustible U-235 Petróleo Carbón Gas Natural U-235 g 3 barriles 2.8 t 2.5 Millones de L Petróleo 76 mg barril 25 kg 92 mil L Carbón 350 mg 4.5 barriles t 892 mil L Gas 0.4 mg 0.8 ml.2 g L Natural

9 Energía Nuclear y Fuentes Fósiles: Capacidad de Generación Eléctrica U-235 Petróleo Fuente Cantidad para producir 000 MW(e) año (* incluye factores de eficiencia) 3.6 t 5 M barriles Carbón 3 M t Gas natural 2.4 X 0 2 L

10 El Ciclo de Combustible Nuclear Minería y Concentración UF 6 UF 6 enriquecido Enriquecimiento (U 3 O 8 ) Conversión Fabricación de combustible Reprocesamiento ensambles combustible gastado Central Nuclear

11 Esquema de Clasificación AEN/OIEA RECUPERABLES A: Atractivo económico decreciente USD/kg U USD/kg U < 40 USD/kg U RECURSOS RAZONABLEMENTE ASEGURADOS RECURSOS RAZONABLEMENTE ASEGURADOS RECURSOS RAZONABLEMENTE ASEGURADOS RECURSOS ADICIONALES ESTIMADOS Categoría I RECURSOS ADICIONALES ESTIMADOS Categoría I RECURSOS ADICIONALES ESTIMADOS Categoría I RECURSOS ADICIONALES ESTIMADOS Categoría II RECURSOS ADICIONALES ESTIMADOS Categoría II RECURSOS ESPECULATIVOS Confianza decreciente en las estimaciones Fuente.- Uranium 2003: Resources, Production and Demand, OECD, 2004

12 Recursos Razonablemente Asegurados (RRA) Uranio que existe en depósitos minerales conocidos, de tamaño delineado Susceptible de ser recuperado mediante las tecnologías de extracción y procesamiento ya probadas en la actualidad

13 Recursos Adicionales Estimados Categoría I (RAE-I) Uranio adicional al RRA, cuya existencia es inferida a partir de una evidencia geológica directa En extensiones de depósitos geológicos bien explorados, o cuya continuidad geológica ha sido establecida

14 Recursos Adicionales Estimados Categoría II (RAE-II) Uranio adicional al RAE-I que se espera exista en depósitos para los cuales la evidencia es principalmente indirecta En tendencias geológicas bien definidas, o áreas de mineralización con depósitos conocidos.

15 Recursos Especulativos Uranio adicional al RAE-II, que se piensa que existe sobre la base de una evidencia indirecta y extrapolaciones geológicas. En depósitos susceptibles de ser descubiertos con las técnicas de exploración existentes.

16 Recursos Razonablemente Asegurados 800 Total mundial (recuperables a < 30 USD/kgU): 3.6 M tu miles de tu Australia Kazakhstan Estados Unidos Canadá Sud Africa Namibia Federación Rusa Países Nigeria Brasil Uzbekistan Ucrania Mongolia Otros Fuente.- Uranium 2003: Resources, Production and Demand, OECD, 2004 USD$80-30/kg USD$40-80/kg < USD$40/kg

17 350 Recursos Adicionales Estimados Categoría I Total mundial (recuperables a < 30 USD/kgU):.42 M tu 300 miles de tu USD$80-30/kg USD$40-80/kg < USD$40/kg 50 0 Australia Kazakhstan Nigeria Federación Rusa Canadá Namibia Sud África Países Brasil Uzbekistan India Mongolia Otros Fuente.- Uranium 2003: Resources, Production and Demand, OECD, 2004

18 Recursos Convencionales RECUPERABLES A: Atractivo económico decreciente USD/kg U USD/kg U < 40 USD/kg U RECURSOS RAZONABLEMENTE ASEGURADOS Recursos Convencionales RECURSOS RAZONABLEMENTE ASEGURADOS al ritmo de M tu RECURSOS RAZONABLEMENTE 25 años ASEGURADOS al ritmo de 2005 RECURSOS ADICIONALES ESTIMADOS Categoría I RECURSOS ADICIONALES ESTIMADOS Categoría I RECURSOS ADICIONALES ESTIMADOS Categoría I RECURSOS ADICIONALES ESTIMADOS Categoría II TOTAL Conocidos DE RECURSOS CONVENCIONALES: 4.6 M tu 65 años 4.4 M tu 200 años al ritmo de 2005 RECURSOS ADICIONALES ESTIMADOS Categoría II RECURSOS ESPECULATIVOS 2.25 M tu 7.54 M tu Confianza decreciente en las estimaciones

19 Recursos Totales Recursos No Convencionales: Fosfatos: 22 MtU Agua de Mar: 4,000 MtU % de U extraíble de Fosfatos + 0% de U extraíble de Agua de Mar + 00% Recursos Convencionales = MtU Útiles para unos 650 años (al ritmo de 2005) Fuente.- Uranium 2003: Resources, Production and Demand, OECD, 2004

20 Producción reciente de Uranio en el Mundo t U 45,000 40,000 35,000 30,000 25,000 20,000 5,000 0,000 5,000 36,0 37,020 36,042 35,38 39,335 Otros Sudáfrica EEUU Uzbekistan Namibia Kazakhstan Rusia Nigeria Australia Canadá Año Fuentes.- Para 200 a 2002: Uranium 2003: Resources, Production and Demand, OECD, Para 2003 y 2004: The Ux Consulting Company, LLC en

21 Evolución del precio () del Uranio Costo (USD/kg U) $00.00 $90.00 $80.00 $70.00 $60.00 $50.00 $40.00 $30.00 $ Fuente: The Ux Consulting Company, LLC en () Dólares constantes de diciembre 2005 Año

22 El Ciclo de Combustible Nuclear Minería y Concentración UF 6 UF 6 enriquecido Enriquecimiento (U 3 O 8 ) Conversión Fabricación de combustible Reprocesamiento ensambles combustible gastado Central Nuclear

23 El proceso de conversión de U 3 O 8 a UF 6 Se disuelve el concentrado de Uranio en ácido nítrico, filtrando y purificando la solución con solventes químicos () Costo de conversión (NEA): 3 8 USD/kg U () Considerados por la NEA en: Projected Costs of Generating Electricity, Update 2005, OECD 2005

24 Capacidades de Conversión a UF6 País Canadá Francia Federación Rusa Reino Unido EEUU China Argentina TOTALES Instalaciones Capacidad tu/año 0,500 4,350 24,000 6,000 4, ,32 Fuente: Integrated Nuclear Fuel Cycle Information Systems en:

25 Variación en los precios () de conversión $2.00 $0.00 USD/ kgu $8.00 $6.00 $4.00 $ Año Fuente: The Ux Consulting Company, LLC en () Dólares constantes de diciembre 2005

26 Precios () de UF 6 en mercados spot USD/ kgu como UF 6 $0.00 $00.00 $90.00 $80.00 $70.00 $60.00 $50.00 $40.00 $30.00 $20.00 $ Año Fuente: The Ux Consulting Company, LLC en () Dólares constantes de diciembre 2005

27 El Ciclo de Combustible Nuclear Minería y Concentración UF 6 UF 6 enriquecido Enriquecimiento (U 3 O 8 ) Conversión Fabricación de combustible Reprocesamiento ensambles combustible gastado Central Nuclear

28 Enriquecimiento Tecnologías: Difusión Gaseosa y Centrifugación

29 Unidades de trabajo de separación (SWU) Es una unidad que depende de la cantidad de uranio procesado y del grado de enriquecimiento que se obtiene Plantas de difusión gaseosa: kwh/swu Plantas de centrifugación: kwh/swu Demanda: Se pronostica un incremento de 46 M SWU/a en 2005 a 64 M SWU/a en 2020 Fuente:Uranium Enrichment: Contributing to the Growth of Nuclear Energy, R. V. Namen, Platts Nuclear Fuel Strategies Conference, Washington, DC September 22, 2005.

30 Capacidades de Enriquecimiento () País Holanda Japón Canadá Francia Federación Rusa Reino Unido EEUU China Alemania TOTALES Instalaciones 4 2 Capacidad M SWU/año Fuente: Integrated Nuclear Fuel Cycle Information Systems en:

31 Precios () del Enriquecimiento USD/ SWU $25.00 $20.00 $5.00 $0.00 $05.00 $00.00 $95.00 $90.00 $ Año (2) La NEA asume un intervalo de USD/SWU Fuente: The Ux Consulting Company, LLC en () Dólares constantes de diciembre 2005; (2) Projected Costs of Generating Electricity, Update 2005, OECD 2005

32 El Ciclo de Combustible Nuclear Minería y Concentración UF 6 UF 6 enriquecido Enriquecimiento (U 3 O 8 ) Conversión Fabricación de combustible Reprocesamiento ensambles combustible gastado Central Nuclear

33 Ensamble de combustible Pastilla de Uranio cm cm Corte del Tubo de Zircaloy 2

34 Capacidades de fabricación de combustible (Reactores de Agua Ligera) País Instalaciones Capacidad (tmp/año) País Instalaciones Capacidad (tmp/año) Bélgica 500. Brasil 240 Corea 400 China Francia Alemania India Japón 3 200, Federación Rusa España Suecia Reino Unido EEUU Totales 2 4 9, ,450,488 Fuente: Integrated Nuclear Fuel Cycle Information Systems en:

35 Capacidades de fabricación de combustible (Reactores de Agua Pesada) País Argentina Canadá China India Corea Pakistán Rumania Totales Instalaciones Capacidad (tmp/año) 60 2, ,250 Fuente: Integrated Nuclear Fuel Cycle Information Systems en:

36 Fabricación de Combustible: Costos aproximados () NEA: USD/kg UO 2 (2) WNA: 240 USD/kg UO 2 Fuentes: () Projected Costs of Generating Electricity, Update 2005, OECD 2005 (2) The New Economics of Nuclear Power, WNA 2005.

37 Ejemplo de costeo para obtener kg de UO 2 como combustible: U 3 O 8 8 kg X $ 8.40 $ Conversión 7 kg U X $2.00 $ Enriquecimiento Fabricación de combustible 4.8 SWU X $4.00 Por kg de UO 2 $ $ Total redondeado $ Fuente: The New Economics of Nuclear Power, WNA 2005.

38 Impacto en la generación: Kg UO 2 rinde 3400 GJ térmicos, lo cual a su vez permitiría generar 35,000 kwh Por lo que el costo relacionado con el combustible sería: 525 USD/35,000 kwh= USD/kWh (4.8 USD/MWh) Fuente: The New Economics of Nuclear Power, WNA 2005.

39 El Ciclo de Combustible Nuclear Minería y Concentración UF 6 UF 6 enriquecido Enriquecimiento (U 3 O 8 ) Conversión Fabricación de combustible Reprocesamiento ensambles combustible gastado Central Nuclear

40 Costo de Inversión para Centrales Nucleares: Estudios económicos recientes Costo de Institución País Año Inversión USD/kWe Instituto Tecnológico de Massachusetts EEUU Universidad de Chicago EEUU Real Academia de Ingeniería Reino Unido Directorado de Energía Francia Ministerio de Economía Japón Instituto de Investigación en Energía Canadá AEN/OIEA Multinacional Fuente: Nuclear Technology Review 2005, Documento GC(49)/INF/3 del OIEA (Valores convertidos de euros a USD de Nov 2004 para fines comparativos)

41 Distribución del Costo de Generación O & M 23% Desm. y Desechos 5% Combustible 20% Fabricación 3% Enriquecimiento 6% Conversión % Inversión 57% Uranio 5% Fuente: Trends in the Nuclear Fuel Cycle, Economic, Environmental and Social Aspects, OECD, 200

42 Efecto de variaciones en precios del combustible Costo de Generación (USD/MWh) Gas Carbón Nuclear % de cambio en precios de combustible

43 Costos Nivelados de Generación: Estudios económicos recientes Costo de Institución País Año Generación USD/MWh Instituto Tecnológico de Massachusetts EEUU Universidad de Chicago EEUU Real Academia de Ingeniería Reino Unido Directorado de Energía Francia Ministerio de Economía Japón Instituto de Investigación en Energía Canadá AEN/OIEA Internacional Fuente: Nuclear Technology Review 2005, Documento GC(49)/INF/3 del OIEA (Valores convertidos de euros a USD de Nov 2004 para fines comparativos)

44 Estudio Realizado en México Supuestos: Tipo Gas Carbón Nuclear Vida útil (años) Factor de Capacidad (%) Potencia Eléctrica (MWe) Tiempo de Construcción (años) Costo de inversión 200 (Bajo) (USD/kWe) (Medio) 600 (Alto) Costo del Combustible USD/MBTU 4.44 (Gas) 5.20 (Gas2) USD/MWh 7.00 (Gas3) Costo de O&M (USD/MWh)

45 Resultados: Costo Nivelado de Generación (USD/MWh MWh) Tasa de descuento Opción energética 5% 8% 0% 2% Gas Gas Gas Carbón Nuclear Bajo Nuclear Medio Nuclear Alto

46 El Ciclo de Combustible Nuclear Minería y Concentración UF 6 UF 6 enriquecido Enriquecimiento (U 3 O 8 ) Conversión Fabricación de combustible Reprocesamiento ensambles combustible gastado Central Nuclear

47 Composición aproximada del Combustible Gastado Substancia Uranio-238 Uranio-236 Uranio-235 Plutonio (físil) Plutonio (no físil) Productos de fisión % en peso Fuente: Glasstone, S. and WH Jordan, Nuclear Power and its Environmental Effects, American Nuclear Society, 980.

48 Fases del Reprocesamiento Fase preliminar.- Enfriamiento, decaimiento de productos de fisión, acondicionamiento para transporte. Separación Primaria.- mediante disolución en ácido nítrico concentrado, produciendo nitratos de Plutonio, Uranio y Productos de Fisión Extracción con solventes.- Recuperación de Uranio y Plutonio de sus soluciones de nitratos, en soluciones separadas acuosas, libres de los productos de fisión Fuente: Glasstone, S. and WH Jordan, Nuclear Power and its Environmental Effects, American Nuclear Society, 980.

49 Efectos del reprocesamiento Tecnología Disponibilidad en años, al ritmo de consumo de 2005 RRA + RAE-I RCT () Recursos Totales Ciclo abierto actual (Sólo Agua Ligera) ,50 Reprocesamiento (sólo Pu, un reciclamiento) ,900 Agua Ligera y Reactores Rápidos (mezclado con reciclamiento) ,000 Reactores rápidos con reciclamiento,875 6,400 80,000 () 00% de Recs. Convencionales + 90% fosfatos + 0% agua de mar Fuente:Valores tomados de: Nuclear Technology Review 2004, Dcto. OIEA GC(48)/INF/4, ajustados a ritmo de consumo 2005

50 Otras Posibilidades: Ciclos basados en Torio El Torio-232 es un material fértil, ya que produce U-233 (físil) al absorber neutrones lentos Combinado en cierto tipo de reactores con materiales físiles, puede dar lugar a un ciclo de cría de U-233, para alimentar otro tipo de reactor, formando así un ciclo cerrado El Torio es 3 veces más abundante en la corteza terrestre que el Uranio Sería más resistente a la proliferación Fuente: Thorium, WNA, 2004

51 Conclusiones La disponibilidad del combustible nuclear está razonablemente asegurada con las tecnologías existentes Considerando las tecnologías futuras se dispondría de combustible nuclear por miles de años El precio del combustible ha experimentado en años recientes un aumento considerable Sin embargo, el impacto en el costo del kwh generado no es determinante para el empleo de la energía nuclear Si se incluye al Torio, la disponibilidad se incrementa aún más