UNA MIRADA A LA ENERGIA NUCLEARCharla ante la Academia Nacional

de Ingeniería y Hábitat

Ing. Nelson Hernández

Blog: Gerencia y EnergiaEnero, 2010

POBLACION ELECTRICIDAD

CAMBIO CLIMATICO

DESARROLLO

DESCARBONIZAR SISTEMA

ENERGETICO

NUCLEAR RENOVABLES

El mundo de noche

2005 2025202020152010 2030

45

40

35

30

25

20

Mill

ard

osd

e T

M d

e C

O2

Referencia

Gestión Emisión de CO2

Fuente: IEA Elaboración: Nelson Hernández

Políticas Alternativas Estabilización 450 ppm

Biocombustibles

CC Industria

CC Plantas eléctricas

Eficiencia uso eléctrico

Eficiencia uso final

Renovables

Nuclear

gr Ceq/kWh

1631283125

7990

157121

215181

278

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Carbón2020Actual 2020Actual 2020Actual

GasNuclear

Petróleo

Chimenea Otras fases

357

246

149188

5.7

106

206

Emisión de Ceq por Kwh generado (*)

82

97

151

(*) Multiplique por 3.67 para obtener gramos de CO2

Maqueta planta nuclear flotante “Lomosonov” en construcción (2006 - 2012) por Rusia con un costo de 147 millones de euros. Constara de 2 reactores de 35 MW cada uno y podrá alimentar una ciudad de 200 mil personas.

… después de muchos años de cuestionamiento y por efecto de la problemática del cambio climático, la energía nuclear surge como una de las soluciones para disminuir la emisión de CO2

1. Garantizan el suministro eléctrico

2. Reducen la dependencia de los combustibles fósiles

3. No emiten CO2

4. Son seguras

5. Son competitivas

6. Tecnología conocida

7. Hay solución para los residuos

8. Diversifican las fuentes generadoras de electricidad

¿Por qué las centrales nucleares?

El “uranio” es conocido desde 1789 cuando el químico alemán Martín Klaproth analizando muestras de las minas de plata de Joachimsthal en Bohemia (Republica Checa) noto que en las mismas existía un elemento no conocido para esa fecha denominándolo Uranio

El descubrimiento del radio en 1898 por Marie Curie llevó a la construcción de una serie de plantas de extracción de radio mediante el procesamiento de mineral de uranio.

A partir del año 1939 con el descubrimiento de la fisión nuclear se inicia una nueva era en el ámbito energético, ya bien sea con fines pacíficos o no.

En 1939 se inicia el proyecto “Manhattan” que culmina con la detonación de la primera prueba nuclear el 16-07-45. Las bombas de Hiroshima y Nagasaki fueron detonadas el 06 y 09 de agosto de 1945, respectivamente

La investigación sobre la fusión controlada con fines civiles se inició en la década de 1950, y continúa hasta este día.

Cronología de la energía nuclear

El potencial de uranio como fuente de energía industrial se hizo evidente con la botadura en 1954 del primer submarino movido porenergía nuclear, el “Nautilus” de Estados Unidos.

La Unión Soviética en 1954 construye el reactor tipo RBMK de 5 MWe, para demostración de generación de energía eléctrica, en la localidad de Obninsk, operó hasta 1959.

El Reino Unido en 1956, construye el reactor tipo grafito-gas de 50 MWe, en operación comercial en la localidad de Calder Hall

EEUU en 1957, construye el reactor tipo PWR de 60 MWe, diseñado por Westinghouse (originalmente para propulsión de submarinos), es emplazado en la localidad de Shipping Port Pensilvania, operado por Duqesne Light Co., hasta 1982

… a partir de los años 60 del siglo XX, la energía nuclear ha logrado un avance extraordinario con fines militares y pacíficos (medicina, industria, agricultura, etc.)

Cronología de la energía nuclear

¿Por qué enriquecer uranio?

El Uranio (U-235) en estado natural esta en muy baja concentración por lo que hay que aumentarla (enriquecimiento) de tal manera que pueda ser útil.

Para una planta de generación eléctrica un enriquecimiento entre 3 y 5 % es suficiente. Por encima de este % comienzan los problemas geopolíticos, ya que dicho % es el limite entre los usos pacíficos y bélicos de la energía nuclear.

El uranio fisible en las armas nucleares normalmente contiene 85% o más de U-235 conocido como "nivel para armas" (weapons-grade), a pesar de que para un arma muy poco eficiente el 20% sería suficiente.

Método enriquecimiento por cascada centrifugadoras en una planta europea

La Agencia Internacional de la Energía Atómica (IAEA) nació el 29 de julio de 1957. Dentro de sus principales objetivos están:

• Inspeccionar los desarrollos nucleares a nivel mundial. La agencia tiene mas de 50 años de experiencia, y la inspección radica en verificar y salvaguardar que las actividades y materiales nucleares no se utilicen con fines militares.

• Ayudar a los países a mejorar la seguridad nuclear, y a prepararse para responder a cualquier eventualidad. A tal efecto, establece normas y convención internacional, y la ayuda de expertos de tal manera que permita la protección de las personas y el ambiente a las radiaciones perjudiciales.

• Ayudar a los países en la aplicación pacifica de la ciencia y tecnología nuclear, contribuyendo así a los objetivos del milenium de desarrollo sostenible en los ámbitos de la energía, el ambiente, la salud y la agricultura, entre otros, y la cooperación en áreas clave de la ciencia y la tecnología nuclear.

Agencia Internacional de la Energía Atómica (IAEA)

Geopolítica del uranio

Los países que dominan integralmente la energía nuclear no desean que otros la dominen, motivado al auge del terrorismo, lo que ha modificado ampliamente la interrelación geopolítica mundial

Solo hay un punto de encuentro: Cuando se fabrica o se compra U-235 menor o igual a 5 % de enriquecimiento para generar electricidad o para usos científicos e industriales

(c)Nor Corea

30-50Pakistán

45-90India

200Israel

200Inglaterra

350Francia

400China

9000 (b)Estados Unidos

19500 (a)Rusia

Nro. de Bombas

Notas: (a) Llego a tener 44000 / (b) Llego a tener 28000 / (c) Posee material para 6 bombas

El principal miedo al desarrollo pacífico de la energía nuclear, es que la brecha que la separa del uso bélico no es la tecnología o los recursos, si no la ética de quien la controla

• Existe abundancia de uranio• Diversificación geográfica de suministradores• Estabilidad socio-política de los países productores• Redes de transporte fiables y suficientes• Las centrales nucleares operan en el entorno de las 8.000 horas anuales• Bajo coste operativo (combustible y O&M)• Baja sensibilidad a la variación del precio del combustible (coste predecible)• Estabilidad a largo plazo de los costes de producción de electricidad

Energía nuclear y garantía de suministro

Inspección planta nuclear Irán

15443003032Niger

-n/d127Los otros 3 (*)

57243810043853Total Mundo

2600263Republica Checa-n/d271India

477157400330Brasil314205900655Sur África5844300769China

158126500800Ucrania69990001430Estados Unidos24552002338Uzbeskitan

491724003521Rusia331451004366Namibia857140008430Australia403442008521Kazakastan373292009000Canadá

Duraciónaños

ReservastU< 80 US$/Kg

ProduccióntU

2008. Producción y Reservas de Uranio a nivel mundial

(*) Francia, Rumania y PakistánFuente: World Nuclear Association Elaboración: Nelson Hernandez

2008. Las 10 primeras minas de Uranio

43853

27436Total Mundo

Total 10 primeros

1034 Uranium OneKazakhstan Akdala

1249 ArevaCanadáMcClean Lake

1289 ArevaNigerAkouta

1368 CamecoCanadáRabbit Lake

1743 ArevaNigerArlit

3050 ARMZ Rusia Priargunsky

3344 BHP Billiton Australia Olympic Dam

3449 Rio Tinto (69%)

Namibia Rössing

4527 ERA (Rio Tinto 68%)

Australia Ranger

6383 CamecoCanadáMcArthur River

Producción tU

Principal Dueño

PaísMina

63 %

Fuente: World Nuclear Association Elaboración: Nelson Hernandez

2008. Situación de la energía nuclear

• 56 años de experiencia en generación eléctrica• 436 reactores en funcionamiento en 30 países• 367 GWe instalados• Experiencia operativa acumulada de más de 14000 años-reactor• 44 nuevos reactores en construcción en 14 países• 10 % del total de la capacidad de potencia instalada• Genera el 13% de la electricidad consumida (la mayor fuente

no emisora de CO2)• Equivalente a 3440 millones de barriles de petróleo / año• Evita la emisión anual de 1912 Mt CO2 (8 % del total mundial)

2008. Realidad de la energía nuclear

2008. Reactores en construcción

11

8

65

2 2 2 21 1 1 1 1 1

0

2

4

6

8

10

12

44 reactores

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

0 2000 4000 6000 8000

Los 10 Primeros

Mundo

Resto del MundoChinaEstados Unidos

India

Rusia

Japón

Brasil

Canadá

Alemania / Francia / Sur Corea

0.5 TPE/Hab

1 TPE/Hab

3 TPE/Hab 2 TPE/HabConsumo (millones de TPE)

Población (millones)

2008. Los 10 primeros en consumo de energía

Fuente: BP Elaboración: Nelson Hernandez

2008. Los 10 primeros en consumo de energía

40016,63,116,632,341,5Resto Mundo

72946,26,836,219,731,1Los 10 primeros

22836,11,46,49,946,2Brasil

2400,414,227,514,943,0Sur Corea

2585,638,64,615,435,7Francia

3111,410,826,023,738,0Alemania

33025,46,410,027,330,9Canadá

4336,00,853,48,631,2India

5073,111,225,416,643,7Japón

6855,55,414,855,219,1Rusia

20036,60,870,23,618,8China

22992,58,424,626,138,5Estados Unidos

112956,45,529,224,134,8Mundo

Petróleo Gas Nuclear HidroCarbón Total

(1)Porcentaje

(1): Millones de toneladas de petróleo equivalente

Fuente: BP Elaboración: Nelson Hernandez

Petróleo Gas Carbón Renovables Nuclear

2008. Mundo: Consumo de energía primaria y

generación de electricidad

Fuente: EIA Elaboración: Nelson Hernández

34.8 %

6.3 %

5.6 %

29.2 %

24.1 %

Total = 227 millones de BDPE

Consumo

5.0 %

13.0 %

19.5 %

20.3 %

42.2 %

KwhTotal = 20.2 Tera

Generación

El 32 % de la energía primaria fue utilizada para

generar electricidad

3675002600Total Mundo

52951397Los Otros 20 (*)

901661Suiza

858765China

1316884Ucrania

1265289Canadá

20339141Alemania

17716144Sur Corea

21743152Rusia

46236240Japón

63473418Francia

101119809Estados Unidos

CapacidadMWe

Generación10 9 Kwh

2008. Capacidad y Generación Eléctrica con Base Nuclear

(*) Argentina, Armenia, Bélgica, Brasil, Bulgaria, Republica Checa, Finlandia, Hungría, India, Lituania, México, Holanda, Pakistán, Rumania, Eslovaquia, Eslovenia, Sur África, España, Suecia, Inglaterra

Fuente: World Nuclear Association Elaboración: Nelson Hernandez

13.0 % del total mundial

Para relacionar las toneladas de uranio con los MW, tenemos que el rendimiento del combustible nuclear (U-235) quemado se expresa en días megavatios (MW) por tonelada de combustible. Con un quemado promedio típico de 1 tonelada enriquecida a 5 % de (U235) produciría 45000 MWd/t, que es equivalente a la generación eléctrica obtenida al quemar 18000 toneladas de carbón.

El consumo de uranio, para el 2008, totalizo 64615 toneladas, lo que arroja un rendimiento de 40238 MWh por tonelada de uranio.

Relación energética del U-235

Central nuclear con un reactor de agua a presión (PWR)

1. Edificio de contención

2. Torre de refrigeración

3. Reactor nuclear

4. Barras de control

5. Acumulador de presión

6. Generador de vapor

7. Combustible nuclear

8. Turbina

9. Generador eléctrico

10. Transformador

11. Condensador

12. Vapor

13. Liquido saturado

14. Aire ambiente

15. Aire húmedo

16. Fuente de agua (río, lago)

17. Circuito de refrigeración

18. Circuito primario

19. Circuito secundario

20. Emisión aire húmedo

Petróleo Nuclear Renovables Gas Carbón

2030

32 Tkwh3 %

12 %

21 %

21 %

43 %

2008

20 Tkwh14.1 %

19.3 %

20.1 %

41.8 %

4.7 %

MUNDO. Generación Eléctrica (2008 – 2030)

Fuente: EIA Elaboracion: Nelson Hernandez

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

2008 20 30 40 50 60 70 80 90 2100

367

11045

2060

Escenario Alto Escenario Bajo

GWe

Fuente: World Nuclear Association Elaboración: Nelson Hernandez

Mundo. Proyección Capacidad Energía Nuclear Siglo XXI

Reducción emisiones de CO2 en el periodo

Alto= 1286 millones de TCO2

Bajo= 356 millones de TCO2

Mundo. Capacidad Generación Eléctrica con Base Nuclear (GW)

Francia

Japón

Otros

Corea del Sur

Alemania

Rusia

Estados Unidos

China

Inglaterra

Canadá

Ucrania

9

51

22

48

63

99

20

18

13

13

11

Total = 367

2008

Fuente: World Nuclear Association

India

Japón

Pakistán

Rusia

Indonesia

Condominio Golfo (*)

Otros

Estados Unidos

Brasil

México

China

330

225

200

200

1200

2750

2800

180

2810

175

175

Total = 11045

(*) Bahrain, Kuwait, Omar, Qatar, Arabia Saudita y Emiratos Árabes

Proyección al 2100 (caso Alto)

Elaboración: Nelson Hernandez

De acuerdo a la información de la WNA, para el año 2100 solo tendrán generación eléctrica-nuclear en Latinoamérica los siguientes países, y cuya capacidad esta expresada en GWe:

Brasil (330)

México (225)

Argentina (90)

Venezuela (60)

Chile (38).

Latinoamérica. Energía nuclear en el siglo XXI

Flujo de efectivo ilustrativo para una planta eléctrica nuclear

Fuente: ININ (México)

CombustibleOperación + mantenim.Inversión

Gas Petróleo Carbón Nuclear

12 %

20 %

30 %

67 %

15 %

18 %

75 %

10 %15 %

30 %

58 %

50 %

Materia Prima [Uranio] (46%)

Enriquecimiento (38%)

Conversión (4%)

Fabricación (12%)

Estructura del costo de producción de 1 Kwh

Fuente: World Nuclear Association Elaboración: Nelson Hernandez

Costo* Generación de Electricidad ($/Kwh)

Elaboración: Nelson Hernández

Carbón (75 % de secuestro)

Solar PV

Solar Concentrada (PV)

Planta a Gas

Torre Solar

Torre Solar + Paneles PV

Nuclear 0.2630.250

0.143

0.131

0.0520.044

0.265

0.145Parque Eólico

Maremotriz

Planta a Carbón

Geotérmica

0.161

0.156

0.153

4140

1300

12000

3750

2900

6165

8250

7930

6750

1000

5200

(*) Considera costo de la tonelada de emisión de CO2 (50 $/tonelada)

$/Kwinstalado

Video: La energía nuclear

Planta nuclear Vattenfall (Alemania)

Fusión Nuclear ITER

Una solución energética para la humanidad

ITER: (International ThermonuclearExperimental Reactor) cuyo objetivo es el desarrollo de la fusión nuclear. Los científicos que laboran en esta tecnología, indican que estará disponible para un uso masivo a mediados de 2030, lográndose así una fuente energética “abundante o casi infinita” y que no contamina el ambiente. De conseguirse la fusión nuclear controlada a gran escala, una milla cúbica de agua contendría la misma energía que todos los yacimientos petroleros conocidos y los que se estiman sin descubrir. El ITER esta situado en Cadarache, al sur de Francia, y se estima que inicie operaciones en el 2014.

Fusión nuclear: Es una reacción en la que se unen dos núcleos ligeros para formar uno más pesado. La reacción más fácil de conseguir el la del deuterio (un protón más un neutrón) y tritio (un protón y dos neutrones) para formar helio (dos neutrones y dos protones) y un neutrón, liberando una energía de 17,6 MeV. Es una fuente de energía prácticamente inagotable, ya que el deuterio se encuentra en el agua de mar y el tritio es fácil de producir a partir del neutrón que escapa de la reacción.

La fusión nuclear es un recurso energético potencial a gran escala, que puede ser muy útil para cubrir el esperado aumento de demanda de energía a nivel mundial, en el siglo XXI.

• Los combustibles primarios son baratos, abundantes, no radioactivos y repartidos geográficamente de manera uniforme (el agua de los lagos y los océanos contiene hidrógeno pesado suficiente para millones de años, al ritmo actual de consumo de energía).

• Sistema intrínsecamente seguro: el reactor sólo contiene el combustible para los diez segundos siguientes de operación. Además el medio ambiente no sufre ninguna agresión: no hay contaminación atmosférica que provoque la "lluvia ácida" o el "efecto invernadero".

• La radiactividad de la estructura del reactor, producida por los neutrones emitidos en las reacciones de fusión, puede ser minimizada escogiendo cuidadosamente los materiales, de baja activación. Por tanto, no es preciso almacenar los elementos del reactor durantecentenares y millares de años.

Ventajas de la fusión nuclear

• 1955. Instalación del primer reactor nuclear en el Instituto Venezolano de Neurología e Investigaciones Cerebrales (IVNIC)

• 1959. Se crea el Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas (IVIC)

• 1989. Se crea la empresa "Quimbiotec", cuyo objetivo inicial era producir medicamentos derivados del plasma sanguíneo humano. La fase de producción de albúmina comenzó en 1998 y de gammaglobulinas en 1999

• 2001. Se inicia el proyecto para la conversión reversible del reactor en la Planta de Irradiación de Rayos Gamma (PEGAMMA), inaugurada en el 2004

Venezuela. Hitos de la evolución aplicación energía nuclear

Venezuela en la geopolítica de la energía nuclear

En los últimos 6 años Venezuela ha entrado en el juego de la geopolítica nuclear, motivado a:

• Relaciones muy estrechas con Irán, actualmente cuestionado por la comunidad internacional por sus proyectos nucleares

• Relaciones con países vetados internacionalmente considerados protectores del terrorismo

• Firma de convenios de asistencia en energía nuclear con países “no amigables” de los Estados Unidos

• Exploración y “explotación” de recursos de uranio por Rusia e Irán en territorio venezolano

Rio Negro

Existe un informe realizado en el primer gobierno de Carlos Andrés Pérez donde se establecía la existencia de reservas de uranio en la Formación Úrico, en la confluencia de los ríos Úrico y Chicarán, en el Distrito Roscio, a unos 200 Km. al noreste del Salto Ángel, las cuales eran consideradas de alto enriquecimiento por la presencia de mas de 20 % de uranio (235).

También, la evaluación indicaba otras formaciones mucho más al sur, cercanas al limite de los estados Bolívar y Amazonas, en Río Negro . Las reservas se estiman en 50 mil toneladas

Venezuela. Recursos de uranio

Motivado a factores económicos, ambientales y geopolíticos la energía nuclear “renace” como la energía primordial para la generación de electricidad en el siglo XXI

La fusión nuclear es el tipo de energía que espera la humanidad a partir de la segunda mitad del siglo XXI

La energía nuclear siempre será objeto de antagonismo en la geopolítica mundial, entre los que dominan la energía y los que desean dominarla

Por la estrecha relación que tiene el gobierno venezolano con el de Irán, Venezuela ha sido incluida en el “juego nuclear mundial”

Lecciones aprendidas

UNA MIRADA A LA ENERGIA NUCLEARCharla ante la Academia Nacional

de Ingeniería y Hábitat

Enero, 2010

… Muchas GraciasIng. Nelson Hernández

Blog: Gerencia y Energia