una mirada a la energia nuclear
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Muestra una vision de la energia nuclear a nivel mundial, su geopolitica y quienes tienen las reservas de uranio y quien la utiliza.TRANSCRIPT
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 CLIMATIC
O
DESARROLLO
DESCARBONIZAR SISTEMA
ENERGETICO
NUCLEAR RENOVABLE
S
El mundo de noche
2005 2025202020152010 2030
45
40
35
30
25
20
Mil
lard
os
de T
M d
e
CO
2
Referencia
Gestión Emisión de CO2
Fuente: IEA Elaboración: Nelson Hernández
Políticas Alternativas
Estabilización 450 ppm
Biocombustibles
CC Industria
CC Plantas eléctricas
Eficiencia uso eléctricoEficiencia uso final
RenovablesNuclear
gr Ceq/kWh
1631283125
7990
157
121
215
181
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 por energía 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
477157400330Brasil
314205900655Sur África
5844300769China
158126500800Ucrania
69990001430Estados Unidos
24552002338Uzbeskitan
491724003521Rusia
331451004366Namibia
857140008430Australia
403442008521Kazakastan
373292009000Canadá
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 One Kazakhstan Akdala
1249 Areva Canadá McClean Lake
1289 Areva Niger Akouta
1368 Cameco Canadá Rabbit Lake
1743 Areva Niger Arlit
3050 ARMZ Rusia Priargunsky
3344 BHP Billiton Australia Olympic Dam
3449 Rio Tinto (69%)
Namibia Rössing
4527 ERA (Rio Tinto 68%)
Australia Ranger
6383 Cameco Canadá McArthur 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 Mundo
ChinaEstados Unidos
India
Rusia
Japón
Brasil
Canadá
Alemania / Francia / Sur Corea
0.5 TPE/Hab
1 TPE/Hab
3 TPE/Hab
2 TPE/Hab
Consumo (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 %
Total = 20.2 Tera Kwh
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 Tkwh
14.1 %
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
Fuente: World Nuclear Association Elaboración: Nelson Hernandez
Mundo. Proyección Capacidad Energía Nuclear Siglo XXIGWe
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 0.263
0.250
0.143
0.131
0.052
0.044
0.265
0.145Parque Eólico
Maremotriz
Planta a Carbón
Geotérmica
0.161
0.156
0.153
(*) Considera costo de la tonelada de emisión de CO2 (50 $/tonelada)
4140
1300
120003750
2900
6165
8250
7930
6750
1000
5200
$/Kw instalad
o
Video: La energía nuclear
Planta nuclear Vattenfall (Alemania)
Fusión Nuclear
ITER
Una solución energética
para la humanidad
ITER: (International Thermonuclear Experimental 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 durante centenares 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