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Consejo Social de la UPM 1
Emilio Minguez TorresCatedrático de Tecnología NuclearVicerrector de Gestión Académica y ProfesoradoUniversidad Politécnica de Madrid([email protected])
La energía nuclear: esperanza o amenaza
Castellón, 22-11-2007
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CONTENIDO
• Energías• Aspectos generales: recursos, demanda, etc• Centrales nucleares• Recursos de combustible nuclear• Residuos radiactivos• Coste de la energía nuclear• Seguridad y medio ambiente• Seguridad de generación y suministro• Futuro de la energía nuclear: fusión, residuos, reactores• Conclusiones
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Consejo Social de la UPM 3
Fuerzas y fuentes de energía
FISION
NUCLEAR FUSION
Radiactividadnatural
CentralesNucleares
ConfinamientoMagnético
Confinamientoinercial
FUSION POR CONFINAMIENTO GRAVITATORIO
ENERGIASOLAR
HIDRAULICA
Oleaje
Mareomotriz
Gradientes Térmicos
Energíasmarinas
EOLICA
HELIOTERMICA
FOTOVOLTAICA
BIOMASA
COMBUSTIBLESFOSILES
CARBON
PETROLEO
GAS
GRAVITACION
Geotérmica
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Consideraciones generales
• Existen aún 2.000 M personas sin acceso a servicios básicos de energía.
• EL CAMBIO CLIMÁTICO : UN GRAN PROBLEMA
• En este siglo la ENERGIA y el AGUA son elementos esenciales para la vida del ser humano.
• Esquema energético basado en combustibles fósiles.
• Los países de la OCDE importarán en el año 2030 más del 85% del petróleo y más del 40% del gas.
• Reservas de petróleo y gas: 70% en países árabes
• Reservas de U en países OCDE el 60%
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5
Población y Consumo de Energía(1970-2025))
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
8.000
1970 1980 1990 2000 2010 2025
Year
popu
latio
n (m
illio
ns)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
ener
gy c
onsu
mpt
ion
(qua
drill
ion
BT
Us)
Sources: EIA, International Energy Outlook 2000
US Bureau of the Census, International Database
Actual Projected
Energy Consumption
DevelopingCountries
DevelopedCountries
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Previsiones hasta el 2030
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•Suponen el 80% de la Energía Primaria
•La demanda de energía es desigual y sigue creciendo
•Hay que señalar que una Cuarta Parte de la Humanidad notiene acceso al “servicio eléctrico”
•El consumo de electricidad crecerá en el Tercer Mundo
+ En Europa el consumo medio es 5.000 kWh+ La mitad de la Humanidad menos de 1.000 kWh
ESQUEMA ENERGÉTICO BASADO EN COMBUSTIBLES FÓSILES
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Objetivos energéticos siglo XXI
• El suministro de energía debe hacerse de forma sostenible y diverso.
• El uso de la energía deberá ser mas eficiente.• Promover energías que produzcan el menor
impacto medioambiental.• Seguridad de abastecimiento.• Competitividad.
World Energy Congress – Sydney 2004
IAEA Intern. Conf. On Nuclear Power for the 21st Century 2005
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Desarrollo sostenible
• “Aquél que satisface las necesidades actuales sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para atender sus necesidades”. ( Informe Brudtland)
Económico
Social
Medioambiental
Económico
Social
Medioambiental
Pilares del desarrollo sostenible
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Localización de las reservas de combustibles fósiles
0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
60,00%
70,00%
América delNorte
América delSur y Central
Europa Rusia yPaises CEI
África OrienteMedio
Asia yOceanía
CarbónPetróleoGas Natural
RESERVAS DE COMBUSTIBLES FÓSILES
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4%
5%
5%
3%
35%
35%
5%
2%
4%
Distribución de las reservas mundiales de gas natural
2%
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1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
Petróleo Gas Natural Carbón Energía EnergíasNuclear Renovables
Dudas sobre la posibilidad de extraer crudo en ciertas áreas geográficas
Incertidumbres respecto a la disponibilidadde infraestructuras de transporte
Existe amplia disponibilidad de yacimientos.Plazo de cuatro años para el desarrollo delas infraestructuras de utilización
Reducción delperiodo mínimode construcciónnuevas centrales
Su desarrollo eslento, pero es posible llevarloa valores algo más elevados
Año 2020
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DATOS ENERGÉTICOS UE
Un crecimiento energético
(+ 1-2 % al año)
Europa-30: consumo final de energía (en mtep)
0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
1990 2000 2010 2020 2030
Industria
Transporte
Doméstico,terciario
Escasez de recursos energéticos
Europa-30: producción de energía,
hipótesis de referencia (en mtep)
0
250
500
750
1000
1250
1990 2000 2010 2020 2030
Petróleo
Gas natural
Combustibles sólidos
Renovables
Nuclear
CARBÓN: coste de producción 4 a 5 veces el precio mundialPETRÓLEO: coste de producción 2 a 7 veces el precio mundial, 8 años de reservaGAS NATURAL: 2% de las reservas del planeta,20 años de reservaURANIO: 2% de las reservas mundiales, 40 años de reservaENERGÍAS RENOVABLES: abundancia virtual
Dependencia creciente del abastecimiento exterior de la Unión
actual: 50% en 2030: 70%
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MIX ENERGÉTICO DE LA UE
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Centrales de Ciclo CombinadoInversión en torno a 600 Euros por kW
Combustible: gas natural o eventualmente gasóleo.Emisiones de CO2: 400 gr/kWh con gas natural.
Centrales Térmicas de CarbónInversión entre 1.500 y 2000 Euros por kWEmisiones de CO2:
- Caldera y turbina de vapor: 900 a 1.000 gr/kWh- Gasificación y ciclo combinado: 700 gr/kWh
Centrales NuclearesInversión entre 2.500 y 3.000 Euros por kWPeriodo de construcción: 5 años
Necesita aparte disponerde instalaciones para elalmacenamiento de los residuos.
Inversión y emisiones de centrales eléctricas
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Cobertura de la demanda
• El empleo de carbón conlleva al efecto invernadero• Las reservas de gas y petróleo son limitadas• Los precios del gas y petróleo introducen fuertes
incertidumbres en los precios de la energía• Los programas de ahorro de energía y de energías
renovables no serán suficientes para afrontar la demanda eléctrica.
• Los nuevos conceptos innovadores de reactores nucleares deben tenerse en cuenta.
La demanda se atenderá mediante una diversidad, entre la que debe considerarse la ENERGIA NUCLEAR
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Las CCNN en el mundo
• 440 reactores en operación• 370 GWe
• 8 nuevos reactores (en zona del Pacífico)• 24 reactores en construcción
• 41 reactores en proyecto• En Europa 1 en construcción ( Finlandia) y
varios en proyecto ( 1 en Francia)
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371440TOTAL
0.25Russia, Japanother
1.34Japan, France, RussiaFast Neutron Reactor (FBR)
1413RussiaLight Water Graphite Reactor (RBMK)
1232UKGas-cooled Reactor (Magnox & AGR)
1834CanadaPressurised Heavy Water Reactor "CANDU" (PHWR)
8392US, Japan, SwedenBoiling Water Reactor (BWR)
243260US, France, Japan, RussiaPressurised Water Reactor (PWR)
GWeNUMBERMAIN COUNTRIESREACTOR TYPE
CENTRALES NUCLEARES EN OPERACIÓN
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UE: 35%E: 20%
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Central del tipo PWR ( Reactor de agua a presión)
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Central del tipo BWR( Reactor de agua en ebullición)
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RECURSOS MUNDIALES DE URANIO
Fuente: NEA/IAEA Libro Rojo 2005;
Reservas Extraíbles a un precio inferior a 130 $/KgUAustralia
25%
Kazastán17%
Canadá9%
Rusia4%
Uzbequistán2%
Níger5%
Ucrania2%
Jordania2%
India1%
China1%
Otros6%
EE.UU.7%Sudáfrica
7%
Namibia6%
Brasil6%
FABRICANTES DE COMBUSTIBLEMHI4,5%NFI
4,5%
AREVA 24%
OTROS 2%
KNFC3%
ENUSA4%
WESTINGHOUSE 16%GNF
14%
TVEL14%
AECL14%
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COMBUSTIBLE NUCLEAR
400 cm
20 cm
Vasija del Reactor
Peso 450 toneladas
Altura 6 m
Diámetro 4,5 metros.
Presión 2.500 psi (170
Kg/cm2)
Temperatura 340 ºC.
Material Acero al
carbono
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FABRICACIÓN DE COMBUSTIBLE NUCLEAR
POLVO DE UO2
PASTILLA
COMPONENTES ESQUELETO
BARRA
CADA REACTOR DE 1000 MWe consume unas 19 t de U al 4,4 % al año
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Seguridad en profundidadBarreras múltiples
Barrera última de acero-hormigón
Blindaje de acero
Blindaje de hormigón
Vasija de presión
combustible
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Situación en España en 2005
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Indicadores de funcionamiento en 2005
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Funcionamiento medio de las centrales de producción eléctrica
Fuente: UNESA
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1. pararlas, y suplir la energía ‘extraída’ de la red con nuevas plantas de generación térmica,
2. someterlas a un proceso de renovación para proceder al alargamiento de su vida útil.
El 34% de las CCNN del mundo han superado su vida de diseño, y las compañías encargadas de su gestión deberán tomar próximamente una decisión acerca de su futuro:
EXTENSIÓN DE OPERACIÓN
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Hyd
ro Geo
ther
mal
Co
al
Nat
ura
l Gas
Bio
mas
s/ S
team
So
lar-
PV
Nu
clea
r
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0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
CO
2E
mis
sio
ns
(kg
CO
2/k
Wh
)
0.004 0.0250.06
0.025
0.38
0.47
1.18
0.020.1
0.790.58
1.04
Impacto medioambiental de las fuentes de energía
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Energía Nuclear y su impacto medioambiental
Protocolo de Kyoto (1997)
“Limitar las emisiones de gases que producen el efectoinvernadero con el fin de mantener un desarrollo sostenido”
Reducir un 5% los niveles de 1.990 antes del 2012Objetivo:
Equivalente del CO2 total emitido
(~20%)Generación
eléctricanuclear~34,72%
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Costes comparativos
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Costes de generación: Finlandia
60-70% inversión10% combustible30-20% O&M
Okhilouto
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RESIDUOS RADIACTIVOS
• Volumen pequeño y concentrados• Aislamiento en la biosfera factible• Soluciones técnicas en muchos paises: Suecia, España, etc• Almacenamiento temporal• AGP• Transmutación para eliminar residuos
¿ Es más importante el calentamiento del planeta o usar la energía nuclear con el consiguiente almacenamiento de los residuos radiactivos?James LovelockProf. Moore
La gestión de los residuos radiactivos es más que encontraruna respuesta técnica a un problema técnico
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RESIDUOS RADIACTIVOS A GESTIONAR EN ESPAÑA
CG/RAA12.800 m³
OTROS
3,8%
OPERACIÓN CC.NN.
20,5%
FABRICACIÓN E.C.
0,5%
II.RR.
2,7%
DESMANTELAMIENTO CC.NN.
72,0%
DESMANT. OTRAS INST.
0,5%
RBMA ≅≅≅≅ 176.500 m³
19.283 Elementos 6.641 tU
Vidrios
CombustibleGastado
79%
OtrosRMA
20%
1%
(36.500 m³ hasta el 31/12/2004)
RBMA = Residuos de Baja y Media Actividad acondicionados (incluye residuos de muy baja actividad)CG/RAA = Combustible Gastado y Residuos de Alta Actividad encapsulados (incluye residuos de media actividad de vida larga)
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Centro de Almacenamiento El Cabril
CONTENEDORES
CELDAS CONCOBERTURA PROVISIONAL
TECHADO MOVIL
GALERIA INSPECCION
CAPA DEPROTECCION
COBERTURA A LARGO PLAZO
TIERRA VEGETAL
GRAVA GRUESA
CAPA IMPERMEABILIZANTEDE ARCILLA COMPACTADA
IMPERMEABILIZACION MEMBRANASINTETICA
RELLENO
(DRENANTE)1ª CAPA DE ARENA
(DRENANTE)2ª CAPA DE ARENA
(DRENANTE)3ª CAPA DE ARENA
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Plataforma del Centro de Almacenamiento El Cabril
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Almacenamiento temporal. Piscinas.
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Almacenamiento temporal. Contenedores.
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Sistemas almacenamiento temporal CG en España.
ATI C.N. TRILLO
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Instalación de HABOG
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Instalación de ZWILAG
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¿Qué puede aportar la energía nuclear en el siglo XXI?
Nuevos reactores innovadoresAplicaciones no energéticasProducción de hidrógenoDesalación del agua del marCalentamiento urbanoFusión nuclear
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Retos de la Energía Nuclear
• Sostenibilidad: reducción de cantidad de residuosdisminución toxicidad y tiempo de vidaextensión de reservas de combustible
• Competitividad: Simplificación de diseñoreducción tiempos de construcciónmejor empleo del combustiblenuevas técnicas de construcción
• Seguridad y fiabilidad: Seguridad inherentediseños robustosaumento de la aceptación y confianza públicas
• Resistencia a la proliferación y protección física
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Evolución de los conceptos nucleares
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ABWRReducción costes de inversiónAumento de la seguridad
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Olkiluoto en 2004
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Olkiluoto en 2010
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Producción de Hidrógeno
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Sistema para eliminar residuos radiactivos
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ITER
4.500 Meuros
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Anillo de una vasija
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Sistema Láser
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Proyecto NIF
ProyectoNOVA
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Proyecto National Ignition Facility (NIF)
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• Existe un gran reto energético mundial tanto desde el punto de vista económico, medioambiental y de seguridad de abastecimiento.
• El planteamiento energético debe hacerse desde la diversidad.
• En esta diversidad la energía nuclear y las renovables deben complementarse
• Se requiere una planificación a largo plazo y debe hacerse por consenso.
• La UE debe afrontar su economía desde la óptica de la competitividad, y en la energía debe ser menos dependiente, de acuerdo a la Agenda de Lisboa
Conclusiones
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Consideraciones en una toma de decisiones sobre energia nuclear SI o NO
• Crecimiento de la demanda• Competitividad• Seguridad de suministro• Cumplimiento de condiciones medioambientales• Aspectos sociales: percepción del riesgo, proliferación
protección física, residuos.
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