LA ENERGÍA NUCLEAR Y LA PERCEPCIÓN DE FUKUSHIMA XVII FORO DE AVANCES DE LA INDUSTRIA DE LA REFINACIÓN GUSTAVO ALONSO VARGAS JUNIO 2011
Reacciones por Fukushima Alemania dice no a la energía nuclear, para 2025 todas sus plantas serán apagadas. Suiza no buscara la extensión de vida de sus reactores al concluir su vida útil. Se revisara la seguridad de las plantas nucleares de todo el mundo. El OIEA llevara a cabo análisis que ayuden a mejorar la seguridad de las plantas nucleares.
Reacciones por Fukushima Un estudio de la UBS de Suiza, sugiere que alrededor del mundo 30 reactores pueden ser cerrados, siendo candidatos aquellos que están en zonas sísmicas y en la frontera con otro país. Los analistas creen que este hecho h puede dar confianza y restablecer la aceptación publica en algunos países.
Marzo de 1979. Isla de las Tres Millas, EUA Reactor PWR, 792 MWe (agua ligera a presión). ACCIDENTES Abril de 1986. Chernobyl, antigua URSS Reactor RBMK, 1000 MWe (grafito-agua ligera). Fukushima, Japón Marzo de 2011 3 Reactores BWR, uno de 448 MWe y dos de 760 MWe
Planta Unidad Después del Accidente Potencia (MWe) Tipo Inicio Operació n Apagado Tiempo de Operació n Three 1 792 PWR 12/78 3/79 4M Meses Mile Island 2 918 PWR 9/74 (2034) 60 Años Chernobyl 1 950 RBMK 5/78 11/96 18.5 años 2 950 RBMK 5/79 8/91 12.3 años 3 950 RBMK 6/82 12/00 18.5 años 4 950 RBMK 4/84 4/86 2 años
Seguridad de la Nucleoelectricidad
Energía Nuclear: Una Energía sin límites La ecuación de equivalencia de masa en energía, E = mc 2 Predice que de pequeñas cantidades de materia se pueden extraer grandes cantidades de energía. Descubrimiento de la Fisión Nuclear (1938) por Otto Hahn y Lisa Meitner
El defecto de masa en los productos de fisión n 90 144 92U 38 Sr 54Ba 235 2n 89.9077376 u 235.043922114798 u 1.008664894585 u 143.92294 u 2 X 1.008664894585 u 236.05258700938384 u 235.837921 u M = 0.20458061 u = 191 MeV
Generación de Electricidad por medios nucleares: Antecedentes Unión Soviética, 1954.- Reactor tipo RBMK de 5 MWe, para demostración de generación de energía eléctrica, en la localidad de Obninsk, operó hasta 1959. Reino Unido, 1956.- Reactor tipo grafito-gas de 50 MWe, en operación comercial en la localidad de Calder Hall EEUU, 1957.- Reactor tipo PWR de 60 MWe, diseñado por Westinghouse (originalmente i para propulsión lió de submarinos), es emplazado en la localidad de Shipping Port Pensilvania, operado por Duqesne Light Co., hasta 1982
Evolución de la Energía Nuclear 268 PWRs 50 HWRs 92 BWRs 15 GrMR 18 GCR 1 LMCR El primer reactor nuclear inició operación comercial en la década de 1950, al día de hoy 14,512 años-reactor de experiencia. Además, 56 países operan un total de 284 reactores de investigación y 220 barcos y submarinos nucleares.
Reactor PWR
Reactor BWR
Situación Mundial 443 reactores nucleares de potencia en 29 países, con una capacidad combinada de 370 GWe, que generaron 2,658 TWh en 2010 lo cual representó el 14.7% de la electricidad mundial generada en 2010. USA Francia Japón Rusia Corea Reino Unido India Canada Alemania Ukrania China Suecia España Bélgica Republica Checa Suiza Eslovaquia Hungria Finlandia Sudáfrica Rumania Pakistan Mexico Bulgaria Brasil Argentina Eslovenia Holanda Armenia 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 8 7 6 5 4 4 4 11 10 15 20 19 18 18 17 31 54 58 104 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Reactores en Operación Fuente: World Nuclear Association
La Industria Nuclear a Nivel Mundial Lituania tenia 2 reactores RBMK (del tipo de Chernobyl) que fueron cerrados en Diciembre de 2004 y Diciembre de 2009 respectivamente como parte de su compromiso de ingreso a la UE
Armenia Pakistan Netherlands Slovenia Argentina Lithuania Mexico Romania South Africa Brazil Slovakia Bulgaria Hungary India Finland Czech Republic Switzerland Bli Belgium Sweden Spain United Kingdom China Ukraine Canada Germany Korea RO (South) Russia Japan France USA Generación Nuclear en 2009 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Generación (TWh)
Generación de Electricidad por Tipo de Fuente en 2010 La energía eléctrica de origen nuclear ahorra 1600 millones de toneladas de CO2 al año. Fuente World Nuclear Association 2010
140 120 100 Capacidades Nucleares por Región North America 140 120 100 Western Europe GWe 80 60 GWe 80 60 40 40 20 20 0 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 0 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 GWe 90 Eastern Europe & CIS 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 GWe e 90 90 80 Asia 80 70 70 60 60 50 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005
Crecimiento de generación nucleoeléctrica por regiones 1200 1,200 TWh 1,000 Norte América 800 OECD Europa 600 OECD Asia Otros 400 China 200 Rusia 0 1980 1990 2000 2010 2020 2030 Año Fuente: International Energy Outlook 2008, Energy Information Administration/USDOE; http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/electricity.html
En dónde estamos? Evolución del Factor de Capacidad Fuente: (SCULLY CAPITAL 2002)
90 85 80 Evolución de los Factores de Planta a Nivel Mundial Equivalente a la construcción de 34 plantas de 1000 MWe 82.2 82.6 81.9 81.1 81.1 78.4 79.6 79.6 80.4 rcent 75 73.7 75.4 74.3 75.7 Pe 70 70.1 71.3 70.5 71.2 66.8 65 60 1990 91 92 93 94 95 96 97 98 99 2000 01 02 03 04 05 06 07
Reactores en Construcción Se están construyendo 51 nuevos reactores nucleares en 13 países, principalmente en Asia. China Rusia Corea India Eslovaquia Canadá USA Pakistan Japón Iran Francia Finlandia Argentina 1 1 1 1 1 1 1 2 2 5 6 9 20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Reactores en Construcción Fuente: World Nuclear Association
Estrategias de Optimización de Uso Aumentos de Potencia En USA se han aprobado (desde 1997) 110 aumentos de potencia totalizando 4,700 MWe, algunos de ellos hasta de un 20% En Suiza sus 5 reactores aumentaron su potencia en un 12.3% España planea aumentar 13% la potencia de sus 8 reactores Finlandia ha aumentado 11% la potencia de sus reactores México aumentó 5% la potencia y la incremento hasta un 20% en 2010. Extensión de Vida Útil Rusia extendió la licencia c de operación de 12 reactores es de 30 años hasta 45 años Estados unidos ha aprobado la extensión de 40 a 60 años de 72 reactores, 16 están en revisión y se esperan 16 solicitudes más entre 2012 y 2015 Japón prevé una extensión de vida hasta 70 años
Alta Densidad Energética Fuente: Nuclenor, Central Nuclear Santa María de Garoña
Emisión de CO 2 Fuente t CO 2 eq.por GWh generado Carbón 948 Petróleo 801 Gas Natural 439 Nuclear 0 Inventario Nacional de Gases de Efecto Invernadero 2002. Parte 1; Energía: fuentes fijas. Instituto Nacional de Ecología, 2005. Disponible en: http://www.ine.gob.mx/cclimatico/inventario3.html Para el periodo 1995-2006, el promedio anual de emisiones de GEI por producción de electricidad, evitadas por la operación de la Central Nucleoeléctrica de Laguna Verde, es de 5.6 millones de toneladas de CO 2 equivalente.
Emisiones de gases invernadero (combustibles fósiles vs. nuclear) LIGNITO alta baja 247 2020 217 CARBÓN alta 278 baja 216 2020 181 PETRÓLEO alta 215 baja 195 2020 121 28 GAS NATURAL alta 157 baja 2020 NUCLEAR Alto Bajo 5.7 2.5 99 90 21 16 359 31 25 24 11 31 48 14 79 Chimenea Otras fases 0 50 100 150 200 250 300 350 400 g Ceq/kWh Spadaro et al (2000). Assessing the Difference: Greenhouse Gases Emissions of electricity generation chains; available in http://www.iaea.org/publications/magazines/bulletin/bull422/article4.pdf 7
Emisiones de gases invernadero (tecnologías renovables vs. nuclear) SOLAR alta baja 2020 HIDROELÉCTRICA E (Brasil) E (Alemania) E (Canadá) Río sin reg. BIOMASA Alto Bajo EÓLICA 25% Cap. (Japón) <10% Cap. (Interior, Suiza) 10% cap. (Interior Bélgica) 35% cap. (Costa Bélgica) 30% cap. Costa (UK) NUCLEAR Alto Bajo 6.3 4.4 1.1 25 2.5 2.5 5.7 2.5 8.2 8.4 13.1 9.8 7.6 16.66 27.3 64.6 76.4 0 10 20 30 40 50 60 70 80 g Ceq/kWh Spadaro et al (2000). Assessing the Difference: Greenhouse Gases Emissions of electricity generation chains; available in http://www.iaea.org/publications/magazines/bulletin/bull422/article4.pdf
Distribución geográfica del Uranio Australia Kazakhstan Canadá EEUU Sudáfrica Namibia Brasil Níger Fed. Rusa Uzbekistán Ucrania Otros Reservas Identificadas Producción Datos correspondientes al 2004 en: Uranium 2005: Resources, Production and Demand, OECD, 2006.
Producción de volúmenes muy pequeños Basura doméstica y agrícola Residuos industriales i Residuos tóxicos y peligrosos Desechos radiactivos 50 Millones tons 3,5 Millones tons 35 0,mil tons 100 tons Fuentes.: INEGI, SEMARNAT, CLV/CFE, ININ (2004)
Desechos
Desechos de nivel bajo e intermedio Son de baja actividad y vida media relativamente corta Se disponen en repositorios cercanos a la superficie En sitios con baja sismicidad, densidad de población, mantos freáticos profundos, baja precipitación pluvial, etc. Con barreras de ingeniería adecuadas al sitio Se diseñan para durar unos 300 años En el mundo funcionan unas 70instalaciones i de este tipo
Repositorio cercano a la superficie con barreras múltiples 1ª BARRERA Acondicionamiento 2ª BARRERA : Contenedores donde se aloja 3ª BARRERA : Estructuras de Ingeniería. 4ª BARRERA : Medio geológico
Desechos de alto nivel Es el combustible gastado cuando no se destina a reprocesamiento Actividades altas y vidas medias muy largas Se disponen en repositorios geológicos a cientos de metros de profundidad En sitios con estabilidad geológica g demostrada de millones de años Las instalaciones deben durar al menos 10 mil años Existen varios sitios estudiados en el mundo. En Yucca Mountain (EEUU) se preveé la construcción en el corto plazo
Fuente: ENRESA
Desechos Existe solución técnica (Depósitos geológicos con barreras agregadas para durar miles de años). WIPP en operación Yucca Mountain en 2010 Se investigan métodos para reducir volúmenes, mediante reprocesamiento, quemado y transmutación.
Mejoras a Laguna Verde En Septiembre de 1999, Ambas unidades iniciaron operación con un aumento de potencia (105% de la potencia nominal, 2027 MWt) Durante los últimos 10 años han producido ~10% por año de la generación eléctrica en México Represento el 2.7% de la capacidad instalada en 2008 Actualmente, se encuentra en un proceso de revisión por parte de la Comisión Nacional de Seguridad (120% Potencia nominal 2317 MWt)
Índice de Seguridad
POISE 2010-20242024 2008 Generación Eléctrica Participación Generación MWh Generación con combustibles fósiles Ciclo Combinado 45.72 % 107,832,647 Térmica Convencional 20.08% 47,361,670 Carbón 10.546% 24,672,451 451 Subtotal 76.26 % 179,866,769 Generación Limpia Hidráulica 16.49 % 38,892,032 Geotermia 2.99% 7,055,769 Nuclear 4.16 % 9,803,976 Eólica 0.11% 254,613 Subtotal 23.74 % 56,006,381 Total 100.00 % 235,873,150 La Generación en 2009 fue de 235,147,830 MWh
Eólica 0.8% Nuclear 2.0% Geotérmica 1.4% Coque 0.4% Libre 18.9% Sector Eléctrico en 2024 Capacidad 78,406 MW Ciclo Combinado 38.0% Generación 415,889 GWh 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Hidraúlica 19.2% Carbón 10.9% Factores de Planta TurboGas 3.2% Combustion Interna Térmica 0.7% Convencional 4.5% Geotérmica 1.7% Eólica 0.5% Nuclear 2.9% Libre 22.8% Hidraúlica 9.1% Térmica Convencional 2.3% Carbón 15.1% Ciclo Combinado 44.3% Combustion Interna 1.0% TurboGas 0.3%
Beneficio Ambiental Propuesta de Implementación de Fuentes Limpias Alrededor del 50% (54.4%) de tecnología libre cubierta con energía nuclear, equivalente a 8,100 MW, se adicionan 6 reactores de 1350 MW/unidad El resto dividido equitativamente en Eólica, mini hidráulica y geotermia, aproximadamente 2239 MW por tecnología, lo cual requiere la adición de: 1109 Plantas Eólicas, 2218 MW, 2MW/unidad d 75 Mini Hidráulicas, 2250 MW, 30 MW/unidad 45 Plantas Geotérmicas, 2250, 50 MW/unidad
2008 Emisiones de CO 2 Millones de Tons de CO 2 Generación MWh Generación con combustibles fósiles Ciclo Combinado 47.4 107,832,647 Térmica Convencional 37.9 47,361,670 670 Carbón 23.4 24,672,451 Subtotal 108.7 179,866,769 Generación Total 235,873,150 MWh Generación Limpia 23.74% 0.460 Tons de CO 2 /MWh emitidos en promedio por la Generación Total 0 439 Tons de CO 2 /MWh emitidos por el Ciclo Combinado 0.439 Tons de CO 2 /MWh emitidos por el Ciclo Combinado 0.800 Tons de CO 2 /MWh emitidos por la Térmica Convencional 0.948 Tons de CO 2 /MWh emitidos por el Carbón
Propuesta para 2024 Factor de Planta Capacidad Instalada Generación derivado d de la MW MWh operación Ciclo Combinado 29,794.28 0.73 190,504,759 Térmica Convencional 6,899.73 0.34 20,760,837.5 Carbón 8546.25 0.60 44,847,358.5 Hidráulica 15,053.95 0.39 7,976,359 Geotermia 1,097.68 083 0.83 51,605,357.9 Nuclear 1568.12 0.81 1,562,523.3 Eólica 627.26 0.28 11,141,774.8 Geotermia Adicional 2250 0.83 1,634,9703.4 Hidráulica Adicional 2250 0.39 7,713,061.344 Eólica Adicional 2218 0.28 5,525,209.216525 209 216 Nuclear Adicional 8100 0.81 57,551,957.73 Subtotal 33,165.74 159,425,946.6 Total 78,406 415,538,901.6 Generación Limpia 38.4%, con lo cual se alcanza la meta de la ENE y la Generación proyectada en el POISE 2010 2024
2024 Emisiones de CO 2 Millones de Tons de CO 2 Generación MWh Ciclo Combinado 81.91704622 190504758.6 Térmica Convencional 16.60866998 20760837.48 Carbón 42.60499087 44847358.82 Generación con Combustibles Fosiles 141.1307071 256,112,955 Geotermia 67,955,061.30 Hidráulica 15,689,420.30 Eólica 16,666,984.00 Nuclear 59,114,481.00 Subtotal 159,425,946.60 Total 415,538,901.60 Generación limpia 38.4% 0.340 Tons of CO 2 /MWh una reducción del 27%
El caso de España España ha reducido en un 30% sus emisiones de 2005 de 94.1 millones de toneladas de CO 2 a 58.7 millones de toneladas de CO 2 en 2010 basado en una estrategia de aumento de energía eólica en 11.3 GW necesitando de un respaldo de 11.3 GW de CC, 22.6 GW adicionales Su generación paso de 255.2 TWh a 279.6 TWh en éste período, su factor de planta del sistema paso de 40.5% a 31.1% aumentando considerablemente su margen de reserva, capacidad actual instalada 93 GW Su costo de estrategia a valor promedio es de 44,584 millones de US$ con un 8% de tasa de descuento Para lograr los mismos resultados de reducción de emisiones se requieren únicamente 6.5 GW de energía nuclear, que pueden ser cubiertos con al menos 4 reactores, con un costo de 34,931 millones de US$ al 8% de tasa de descuento y un overnight cost de 4,100 US$ por kwe instalado
Conclusiones La energía nuclear debe ser una parte importante en la diversificación ifi ió y uso de fuentes limpias i Todas las fuentes limpias deben ser empleadas pero cada una de ellas cumple diferentes papeles En México, la adición de al menos seis reactores 8,100 MW de los 14,800 MW de energía limpia al sistema eléctrico nacional logra una generación limpia del 35% y cumple con la meta de generación planeada a 2024. La energía nuclear es competitiva económicamente