Energía Nuclear: Opción viable para substituir al petróleo M. En C. José Raúl Ortiz Magaña Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares Foro: Fuentes Renovables de Energía Fundación Rafael Preciado Hernández A.C. 28 Enero 2009

Electricidad > Población > Desarrollo

Población Mundial Pronóstico Historia 2009, 6900; 2030, 8300 (+20%); 2050, 9150 (+30%). Incremeto de la polación Fuente: Population Division of the Department of Economic and Social Affairs of the United Nations Secretariat, World Population Prospects: The 2006 Revision; http://esa.un.org/unpp/p2k0data.asp

Índice de Desarrollo Humano Bajo Alto Medio Noruega Canadá Islandia Finlandia Suecia EEUU Korea Japón México Argentina Brasil Fed. Rusa China Sudáfrica Zimbawe Zambia Níger Nigeria Australia El índice considera: Educación, Salud, Esperanza de vida e Ingreso per cápita. Secdosidera Satisfactorio >0.8, Países Nórdicos. Human Development Reports, 2007/2008 Disponible en: http://hdr.undp.org/

Producción de electricidad por tipo de fuente Últimos 20 años, Nuclear se ha mantenido entre 15 y 16 %; Hidro 16%,Renovables el resto. Fuente: International Energy Outlook 2008, publicado por la Energy Information Administration, USDOE, 2008 5

Pronóstico del crecimiento de la generación eléctrica 17,320 20,998 24,412 27,473 30,398 33,264 Nuclear (Uranio). Carbón sigue predominando. Fuente DOE, USA. Fuente: International Energy Outlook 2008, International Energy Administration/USDOE; http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/electricity.html 6

Antecedentes de la Energía Nuclear 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 para propulsión de submarinos), es emplazado en la localidad de Shipping Port Pensilvania, operado por Duqesne Light Co., hasta 1982 La Enería Nuclear se ha utilizdo en la generación de Electricidad, durante más de 50 años.

Expediente de la Energía Nuclear 54 años de experiencia en generación eléctrica Experiencia operativa acumulada de más de 12,000 años-reactor 438 reactores nucleares en operación en 31 países 371.7 GWe instalados Los últimos 20 años se ha mantenido contribuyendo con el 14% al 16 % de la generación de electricidad mundial 44 nuevos reactores en construcción Actualmente se construyen 44 nevos reactores principalmente en Asia, (China , India Japón). Power Reactor Information System, en http://www.iaea.org/programmes/a2/index.html 8

Los países con más reactores No. de Reactores Capacidad (MWe) Contribución Nuclear EEUU 104 100,582 19.4% FRANCIA 59 63,260 76.8% JAPON 55 47,587 27.5% FEDERACION RUSA 31 21,743 16.0% COREA DEL SUR 20 17,451 35.3% REINO UNIDO 19 10,222 15.1% CANADA 18 12,621 14.7% ALEMANIA 17 20,470 25.9% INDIA 3,782 2.5% UCRANIA 15 13,107 48.1% CHINA 11 8,438 1.9% SUECIA 10 9,014 46.1% De los 31 países que utilizan reactores nucleares, Estos son los 12 países con más reactores. Buscar referencia; Notar desarrollo en Japón, a pesar de ser el único país de haber sufrido un ataque con armas nucleares.

Reactores en construcción (total 44) 14 Países, 44 reactores. Capacidad total: 38,888 Mwe, Referencia.

Expectativas OIEA “Energy, Electricity and Nuclear Power Estimates for the period Up to 2030”, International Atomic Energy Agency, Vienna, 2008 11

Capacidades instaladas previstas

Requerimientos de Uranio Áreas bajo la curva: NEA bajo: 1.8 M t U NEA alto: 2.2 M t U Fuente Uranium 2007: Resources, Production and Demand, OECD, 2008. 13

Recursos Convencionales Total: 15.8 M t U Recursos No Descubiertos Recursos Identificados RECUPERABLES A: 80 - 130 USD/kg U RECURSOS IDENTIFICADOS (RID) RRA: 3.3 M tU RINF: 2.1 M tU TOTAL: 5.4 M tU RECURSOS PRONOSTICADOS 2.7 M tU RECURSOS ESPECULATIVOS 7.7 M tU 40 - 80 USD/kg U < 40 USD/kg U Atractivo económico decreciente Confianza decreciente en las estimaciones Fuente.- Uranium 2007: Resources, Production and Demand, OECD, 2008 14

Seguridad Energética Invulnerabilidad de las economías nacionales a la volatilidad en volumen y precio de la energía importada1 Flujo de suministro de energía (suficiente) para garantizar la satisfacción de la demanda, a precios que no perturben el curso de la economía y en modalidades ambientalmente sustentables2 1Evelyne Bertel, 2005, Nuclear Energy and the security of energy supply, NEA News 2005 – No. 23.2 2Jean-Marie Chevalier, 2005, Security of Energy Supply for the European Union, http://www.dauphine.fr/cgemp/Publications/Articles/Chevalier%20SECURITY%20OF%20ENERGY%20SUPPLY.pdf

Incertidumbres con impacto a la seguridad energética Geopolíticas Eventos Inesperados: Ataques terroristas Desastres Naturales Accidentes Económicas De política ambiental (derivadas del cambio climático)

Incertidumbres Geopolíticas Crisis recurrentes de suministro en algunas regiones del mundo. P. ej. Cortes de gas ruso en Europa

Tendencias en los EEUU: Opinión pública Tendencia favorable a partir de 1990 Ann S. Bisconti, Public Perception of Nuclear Energy and Investment Outlook, Platts Nuclear 2006

Opinión a la opción nuclear entre vecinos de las Centrales Nucleares de los EEUU 3 10 En USA la opinión es más favorable en los vecinos de las Centrales Nucleares. 87 Ann S. Bisconti, Public Perception of Nuclear Energy and Investment Outlook, Platts Nuclear 2006

Incertidumbres por Eventos Inesperados Plataforma de perforación antes y después del paso del Huracán Katrina en 2005 Tomadas de: http://home.versatel.nl/the_sims/rig/images/

Costos de producción por tipo de combustible Aclarar eje “fecha” Fuente NEI 21

Distribución geográfica del Uranio Reservas Identificadas Producción Uranium 2007: Resources, Production and Demand, OECD, 2008. 22

Incertidumbres por posibles cambios en las políticas ambientales Emisiones de CO2 por quemado de combustibles fósiles Gregg Marland, Tom Boden, Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory

Comparación de emisiones Aún con tecnologías futuras (año 2020),para la reducción de emisiones se estiman del orden de 20% para Carbón, 32% Petróleo,21%para gas. Referencia.

México: expectativas del crecimiento de la demanda Pronóstico (crecimiento anual promedio 5.1%) Gwe ?; Cálculo con 5.1% tomar en cuenta Historia Tomado de: Programa de Obras e Inversiones del Sector Eléctrico (POISE) 2007. Comisión Federal de Electricidad

Portafolio de recursos en México 218,971 225,079 208,634 201,059 203,555 (Generación bruta, Balance Nacional de Energía 2007)

Laguna Verde

Generación Nuclear en México

Factor de Disponibilidad Promedio en los últimos 11 años de 85.5%

TONELAJE EQUIVALENTE DE U3O8 Reservas in situ RESERVAS URANÍFERAS NACIONALES IN SITU (Uramex, mayo 1983) ESTADO TONELAJE EQUIVALENTE DE U3O8 BAJA CALIFORNIA SUR 7,080 CHIHUAHUA 2,789 DURANGO 1,267 NUEVO LEÓN 5,075 OAXACA 696 SONORA 1,664 TONELAJE TOTAL IN SITU 18,571

Intensidades de Emisión en México por Generación de electricidad Fuente t CO2 eq.por GWh generado Carbón 955 Petróleo 801 Gas Natural 465 Nuclear “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

Ahorro de emisiones de GEI en México Considerando el portafolio de combustibles fósiles actual en México, la sustitución de cada GWh generado por dichos combustibles por un GWh nuclear ahorraría 702 t CO2 eq 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 CO2 equivalente. En perspectiva, la cifra representa el retiro de más de un millón y medio de vehículos automotores particulares de la circulación en la ZMVM durante todo un año.

Aspectos Económicos

Distribución aproximada del costo de Generación Desmantelamiento 1-5% 5% Uranio 1% Conversión 6% Enriquecimiento 3% Fabricación de combustible 5% Final del ciclo Source: NEA O&M 20% Inversión 60% Ciclo de combustible

Estructura de Costos de Opciones Energéticas 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Nuclear Carbón Gas Natural Comb. O&M Capital uranio

Efecto de duplicar precios del combustible 80 70 60 50 40 USD/MWh 30 20 10 Nuclear Carbón Gas natural

Costo Total Nivelado de Generación Nuclear Tasa de descuento 12%. Factor de Palnta 90%. Overnigth Cost 2,500 Dol/kW

Comparación COPAR ININ de los CTNG para el caso nuclear (TD=12%) Nota: El precio del combustible considerado por el ININ asume costos de disposición final que en el caso del COPAR es sólo de 1.2 USD/MWh.

Inversión en Millones de US$ Metodología ININ (Factor de planta 90%)

Comparación de costos de Generación Costos de generación COPAR   Capacidad Inversión Combustible O&M Total Mwe usd/MWh Ciclo Combinado Gas 289.7 15.63 56.29 6.21 78.13 Carboeléctrica 350 36.1 22.02 8.88 67 Nuclear 1356 51.53 10.21 9.74 71.48 Nuclear (ININ) 51.87 10.66 7.08 69.61 En el caso del ININ se tomó un overnigth cost de 2500 dol/kW, en tanto que el COPAR considera 2462.5 dol/kW. Se tiene información que tanto GE como Westinghouse estiman un overnigth cost para sus reactores que puede variar de 2000 a 3000 dol/kW principalmente debido a que serían FOAK (First of a Kind) y a los incrementos en los materiales de construcción.

Flujo de Efectivo Ilustrativo para una Central Nuclear

Desechos

Producción de volúmenes muy pequeños Basura doméstica y agrícola Residuos industriales Residuos tóxicos y peligrosos Desechos radiactivos 50 Millones tons 3,5 Millones tons 0,35 Millones tons 100 tons Fuentes.: INEGI, SEMARNAT, CLV/CFE, ININ (2004)

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 70 instalaciones de este tipo

Repositorio cercano a la superficie con barreras múltiples Acondicionamiento 2ª BARRERA : Contenedores donde se aloja 3ª BARRERA : Estructuras de Ingeniería. 4ª BARRERA : Medio geológico

Instalaciones típicas El Cabril, España Centre l’Aube, Francia

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 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

Yucca Mountain: diseño conceptual de funcionamiento Traslado de los contenedores en cascos especiales de transporte Remoción de los cascos de transporte Introducción automática a los túneles Almacenamiento en túneles paralelos, a 366 m de la superficie El manto freático queda de 250 a 300 m por debajo de los túneles de almacenamiento Tomado de la página de la NRC en: http://www.nrc.gov/waste/hlw-disposal/design.html

Accidentes: efectividad de la filosofía de seguridad occidental Marzo de 1979. Isla de las Tres Millas, EUA Reactor PWR, 792 MWe (agua ligera a presión). Abril de 1986. Chernobyl, antigua URSS Reactor RBMK, 1000 MWe (grafito-agua ligera).

Chernobil: causas Experimento fuera de procedimientos Diseño con reactividad positiva Bloqueo de sistemas de seguridad Ausencia de estructura de contención Una explosión de vapor y la combustión del grafito, liberaron material radiactivo en grandes cantidades http://www.world-nuclear.org/info/chernobyl/inf07.html

Chernobil: consecuencias Grandes extensiones de tierra contaminada (principalmente Rusia, Ucrania y Bielorrusia) Seis millones de personas expuestas a niveles significativos de radiación 30 trabajadores de emergencia fallecidos inicialmente (dos en el incendio, 28 más por síndrome de radiación aguda). Los estudios epidemiológicos reportan 245 fallecimientos en los 20 años subsecuentes al accidente, atribuibles a efectos tardíos. Health Effects of the Chernobyl Accident and special health care programs. World Health Organization. Ginebra, Suiza, 2006.

Accidente en Tres Millas principales causas Combinación entre falla de equipos y la incapacidad de los operadores para entender la situación del reactor Hubo una perdida gradual de agua de enfriamiento que condujo a un fundido parcial del núcleo Hubo una liberación controlada de pequeñas cantidades de material radiactivo Just the Facts Brochure, Nuclear Energy Institute

Accidente en Tres Millas: consecuencias No hubo fallecimientos ni heridos a causa del accidente No hubo contaminación en el ambiente 12 estudios epidemiológicos realizados entre la población aledaña desde 1981, han concluido que no ha habido efectos en la salud de las personas, lo que confirma que las emisiones fueron muy bajas Sin embargo se modificó la reglamentación en base a las lecciones aprendidas. ] “Three Mile Island Accident”. Nuclear Regulatory Commission Fact Sheet, 2004, disponible en: www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/fact-sheets/3mile-isle.html

Crecimiento de generación nucleoeléctrica por regiones Fuente: International Energy Outlook 2008, Energy Information Administration/USDOE; http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/electricity.html 55

Tendencias en Asia Adiciones en los próximos lustros: Japón adicionará 10 unidades hacia el 2014 Corea del Sur 8 unidades hacia el 2016 China más de 30 unidades al 2020 La India 25 Unidades al 2022

Tendencias en EEUU 48 Renovaciones de Licencia concedidas con 20 años adicionales de extensión de vida útil 31 solicitudes de extensión de vida útil en revisión Solicitudes para 34 nuevas unidades hacia el 2010 Se espera extender la vida útil hasta los 60 años de 79 de las 104 unidades en operación actualmente. La vida útil inicialmente estimada era de 40 Años , la extensión de vida favorece la economía de las centrales nucleares.

Otros países Italia Rep. Checa Argentina Bulgaria Indonesia Países analizando la expansión de sus programas nucleares o el ingreso a la generación nucleoeléctrica: Italia Rep. Checa Argentina Bulgaria Indonesia Reino Unido Kazakhstán Lituania Rumania Vietnam

Países Latinoamericanos con reactores de potencia No. de Reactores Generación 2007 (TWh) Porcentaje Nuclear ARGENTINA 2 6.7 6.1% BRASIL 12.3 2.8% MEXICO 10.4 4.5% TOTAL 6 29.4 ~3.8% 59

Brasil Ocupa el 7o Lugar en reservas identificadas de Uranio (278, 700 tU) Posee las tecnologías de enriquecimiento de Uranio y fabricación de combustible Se ha anunciado la intención de reactivar la construcción de Angra-3, suspendida en 1984. Se ha anunciado la intención de aumentar la capacidad con 8 nuevas unidades hacia el 2030 Angra-1 60

Argentina Continúa la construcción de Atucha-2 Posee las tecnologías de conversión a UF6 y fabricación de combustible para reactores de agua pesada Fabrica e inclusive exporta reactores de investigación Atucha 2 en construcción Atucha 1 en operación 61

Cualidades de la Energía Nuclear Competitividad Económica en términos de costos nivelados de generación Independencia del costo nivelado respecto a la volatilidad en los precios de combustibles Garantía razonable en la seguridad del suministro Alta densidad de energía y altos factores de carga No emisión de gases de efecto invernadero

Cualidades de la energía nuclear Vida útil de operación de reactores de 60 años Los estándares alcanzados en seguridad y rendimiento de las plantas nucleares ha llevado a una mayor aceptación en la opinión pública Se perfila junto con las energías renovables a substituir los combustibles fósiles Existe solución tecnológica para los desechos radiactivos pero hasta el momento la politización del tema ha dominado la agenda.

Muchas gracias por su atención