ENERGÍA NUCLEAR Y SEGURIDAD ENERGÉTICA Raúl Ortiz Magaña Colegio de Defensa 18 de Octubre de 2012

Contenido Introducción Introducción Energía Eléctrica y Desarrollo Energía Eléctrica y Desarrollo Seguridad Energética e Incertidumbres Seguridad Energética e Incertidumbres Iniciativas Internacionales Iniciativas Internacionales El caso de México El caso de México Conclusiones Conclusiones

Introducción

Energía Nuclear

Fisión Nuclear Otto Hahn y Lise Meitner en su laboratorio ca. 1938

Fusión Nuclear D + D = 3 He + n MeV D + D = T + 1 H MeV T + D = 4 He + n MeV T + T = 4 He + 2n MeV

Energía Nuclear: Una Energía sin límites La ecuación de Einstein de equivalencia de masa en energía (ca. 1905) La ecuación de Einstein de equivalencia de masa en energía (ca. 1905) E = mc 2 Predice que de pequeñas cantidades de materia se pueden extraer grandes cantidades de energía. Predice que de pequeñas cantidades de materia se pueden extraer grandes cantidades de energía.

Energía Nuclear y Fuentes Fósiles CombustibleU-235PetróleoCarbónGasNatural U-2351g 13 barriles 2.8 t 2.5 Millones de L Petróleo 76 mg 1 barril 215 kg 192 mil L Carbón 350 mg 4.5 barriles 1 t 892 mil L GasNatural 0.4 mg 0.8 mL 1.12 g 1 L Equivalencia energética:

Situación actual de la energía nuclear en el mundo:  Desde 1954 (hace 58 años) se inició la generación de electricidad por medio de reactores nucleares, acumulándose 14,994 años-reactor de operación  Ha venido contribuyendo con el 13% al 16% de la generación de electricidad a nivel mundial  Existen 434 reactores nucleares en operación, 372,000 MWe 9 World Nuclear Association. Octubre 2012

Situación actual de la energía nuclear en el mundo (2): países; 64,200 MWe adicionales  Actualmente existen 64 reactores nucleares de potencia en construcción en 14 países; 64,200 MWe adicionales ,900 MWe adicionales  Se tienen planeados o pedidos 160 reactores nucleares de potencia, 177,900 MWe adicionales World Nuclear Association, Octubre 2012

Producción de electricidad por medios nucleares Barras de control Estructura de la Contención Generador Vasija del Reactor Condensador a Tomado de:

Energía Eléctrica y Desarrollo

Población Estimada: México

Electricidad y Desarrollo hytp:// Norway United States Benin U.K. France Canada Korea Japan Paraguay Russia Brasil Romania Argentina China Tajikistan India Guatemala Mozambique Egypt Peru Vietnam Haiti Sudan CongoEthiopia México

Índice de Desarrollo Humano Bajo AltoMedio Noruega Canadá Islandia Finlandia Suecia EEUU Korea Japón México Argentina Brasil Fed. Rusa China Sudáfrica Zimbawe Zambia Níger Nigeria Human Development Reports, 2006, Disponible en:

Seguridad Energética e Incertidumbres

Seguridad Energética Invulnerabilidad de las economías nacionales a la volatilidad en volumen y precio de la energía importada 1 Invulnerabilidad de las economías nacionales a la volatilidad en volumen y precio de la energía importada 1 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 sustentables 2 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 sustentables 2 1 Evelyne Bertel, 2005, Nuclear Energy and the security of energy supply, NEA News 2005 – No Jean-Marie Chevalier, 2005, Security of Energy Supply for the European Union,

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

Incertidumbres Geopolíticas Crisis recurrentes de suministro en algunas regiones del mundo. P. ej. Cortes de gas ruso en Europa, durante el último invierno

Incertidumbres Geopolíticas

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

Recursos Totales Recursos No Convencionales: Fosfatos: 22 MtU Fosfatos: 22 MtU Agua de Mar: 4,000 MtU Agua de Mar: 4,000 MtU % de U extraíble de Fosfatos + 90% de U extraíble de Fosfatos + 10% de U extraíble de Agua de Mar 10% de U extraíble de Agua de Mar + 100% Recursos Convencionales + 100% Recursos Convencionales = MtU = MtU Útiles para unos 6150 años (al ritmo de 2005) Útiles para unos 6150 años (al ritmo de 2005) Fuente.- Uranium 2005: Resources, Production and Demand, OECD, 2006

Reactores Rápidos de Cría  Son reactores que pueden producir más combustible del que consumen  Producen  Plutonio-239 a partir de Uranio-238  Uranio-233 a partir de Torio-232  Francia, Japón, India, U.K., USA y China han investigado y desarrollado esta tecnología 24

Carbón GasUranio con reactor de agua ligera de ciclo abierto Uranio con reactores rápidos de cría Duración de fuentes de uranio calculadas con el ritmo de consumo actual. 25

Uranio: Recursos Identificados

Distribución geográfica del Uranio Reservas IdentificadasProducción Datos correspondientes al 2004 en: Uranium 2005: Resources, Production and Demand, OECD, 2006.

Contribución de combustible en los costos de generación de electricidad 2011 Conversion Fabricacion Fondo para desechos Enriquecimiento Uranio Source: Ventyx Velocity Suite; Energy Resources International, Inc. Updated: 5/12

CONV. UF6 ENRIQ. COMB. (A.L.) COMB. (A. P.) REPROC. Alemania 11 Argentina 11 Bélgica 1 Brasil 11 Canadá 112 China 1111 Corea 11 EEUU 1141 España 1 Francia 2112 Holanda 1 India 121 Japón 131 Pakistán 1 Reino Unido 1112 Rumania 1 Rusia 2422 Suecia 1 Totales Países proveedores de servicios

Incertidumbres Económicas

Costo mensual de combustible a compañías eléctricas de EUA 1995 – 2011, En centavos por kilowatt-hora de 2011 Source: Ventyx Velocity Suite Updated: 5/12

Costos de generación de electricidad en EUA , En centavos por kilowatt-hora 2011 Production Costs = Operations and Maintenance Costs + Fuel Costs. Production costs do not include indirect costs and are based on FERC Form 1 filings submitted by regulated utilities. Production costs are modeled for utilities that are not regulated. Source: Ventyx Velocity Suite Updated: 5/12

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

Efecto de duplicar precios del combustible NuclearCarbón Gas natural USD/MWh

Datos Financieros Costo nivelado de generación: costos totales de inversión, combustible, operación y mantenimiento por unidad de energía eléctrica total generada en la vida útil de la planta. Costo nivelado de generación: costos totales de inversión, combustible, operación y mantenimiento por unidad de energía eléctrica total generada en la vida útil de la planta. Costo nivelado (US$/MWh) Costo nivelado (US$/MWh) Nuclear 60-80Nuclear Gas 70-80Gas Carbón 80-90Carbón Considerando un costo de inversión de una planta nuclear de 1000 MW de US$ 4,500,000 aprox. Considerando un costo de inversión de una planta nuclear de 1000 MW de US$ 4,500,000 aprox.

Incertidumbres por posibles cambios en las políticas ambientales

Sustentabilidad de la Energía Nuclear: cero emisiones de GEI durante operación Spadaro et al (2000). Assessing the Difference: Greenhouse Gases Emissions of electricity generation chains; available in

Emisiones de gases invernadero (tecnologías renovables vs. nuclear) Spadaro et al (2000). Assessing the Difference: Greenhouse Gases Emissions of electricity generation chains; available in SOLAR HIDROELÉCTRICA BIOMASA EÓLICA NUCLEAR

Emisión Mundial de CO 2 Fuente CO 2 liberado (por cada 1000 MWh) Carbón940 t Petróleo798 t Gas Natural581 t Nuclear0 Calculados con factores de emisión del Clean Development Mechanism en Durante 2005, la generación de 2.6 millones de GWh por medios nucleares evitaron la emisión de 2,500 millones de toneladas de CO 2

Incertidumbres por Eventos Inesperados Tomadas de: Plataforma de perforación antes y después del paso del Huracán Katrina en 2005

Iniciativas Internacionales

Sistema de Salvaguardias del OIEA y los Protocolos Adicionales Sistema de Salvaguardias del OIEA y los Protocolos Adicionales Da a la comunidad una seguridad creíble de que material nuclear no es desviado a actividades y usos no- pacíficosDa a la comunidad una seguridad creíble de que material nuclear no es desviado a actividades y usos no- pacíficos Protocolo adicional: permite al OIEA mas derechos de acceso e inspección para mayor seguridad sobre actividades declaradas y posibles actividades no- declaradasProtocolo adicional: permite al OIEA mas derechos de acceso e inspección para mayor seguridad sobre actividades declaradas y posibles actividades no- declaradas

Iniciativas Internacionales Grupo de Suministradores Nucleares Grupo de Suministradores Nucleares Países suministradores de servicios nucleares que contribuye a la no- proliferación implementando lineamientos de control de comercio y exportaciones nuclearesPaíses suministradores de servicios nucleares que contribuye a la no- proliferación implementando lineamientos de control de comercio y exportaciones nucleares Países adheridos se comprometen a establecer los lineamientos y con ello tener acceso a servicios nucleares de países suministradoresPaíses adheridos se comprometen a establecer los lineamientos y con ello tener acceso a servicios nucleares de países suministradores

Iniciativas Internacionales Bancos de uranio enriquecido Bancos de uranio enriquecido Inventarios de uranio enriquecido proporcionado o donado por países productores para países sin enriquecimientoInventarios de uranio enriquecido proporcionado o donado por países productores para países sin enriquecimiento Países participantes deben tener buen historial de no-proliferaciónPaíses participantes deben tener buen historial de no-proliferación Elimina incentivo de desarrollar enriquecimientoElimina incentivo de desarrollar enriquecimiento OIEA, Rusia, Unión Europea y EUA han propuesto diferentes iniciativasOIEA, Rusia, Unión Europea y EUA han propuesto diferentes iniciativas

El Caso de México

Capacidad instalada actual: 61,770 MW 17% 50% 48% 16% % 2.5% 4% 7% 6% 50% 16% 14% tmca 2.7% tmca: Tasa media de crecimiento anual Evolución del sistema eléctrico

Diagnóstico El portafolio de fuentes de energía indica un excesivo uso de combustibles fósiles (79.3% del total). Actualmente las fuentes utilizadas para la generación de eléctricidad causan una emisión de CO 2 de 512 g/kWh. Se requiere garantizar un suministro continuo de energía sin incurrir en costos altos o pérdida de sustentabilidad del medio ambiente.

Planeación de energía y electricidad Estrategia Nacional de Energía Prospectiva Eléctrica

Tasa de crecimiento de demanda eléctrica: 3.6%/año Máximo de 65% generación eléctrica de combustibles fósiles en 2026 (Combustibles no-fósiles: renovables y nuclear) Capacidad adicional de energía nuclear Política actual de generación eléctrica en México Estrategia Nacional de Energía

Meta: ENE 2026 para Fuentes Limpias

Costos Nivelados

ENE 2026 Escenario Inercial

ENE 2025 Escenario uno Renovables

ENE Escenario Dos Nuclear

ENE Escenario tres: Híbrido

Escenario renovable (MW) Escenario nuclear (MW) Escenario híbrido (MW) Nuclear10,7002,800 Viento28,41120,900 Respaldo turbogás 7,8575,792 Ciclo combinado- 10,700 Total MW119,07293,502112,296 Costo nivelado sobre inercial (anual) US$ 4,117 MillUS$ 2,992 MillUS$ 3,803 Mill 3 escenarios para lograr 35% de generación con fuentes no fósiles en 2026: Escenarios ENE 2026

ENE: Emisiones Diferentes Escenarios

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 CO 2 eq 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 CO 2 eq Para el periodo , 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. Para el periodo , 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. 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. 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.

Cómo puede contribuir la Energía Nuclear Reemplazando una planta de Carbón por una Nuclear (ambas de 1000 MWe con 80% de factor de Carga), se ahorrarían emisiones anuales de entre 1.3 y 2.2 millones de toneladas de carbón. Reemplazando una planta de Carbón por una Nuclear (ambas de 1000 MWe con 80% de factor de Carga), se ahorrarían emisiones anuales de entre 1.3 y 2.2 millones de toneladas de carbón. En un periodo útil total de 40 años, se ahorrarían entre 50 y 90 Mt de Carbón En un periodo útil total de 40 años, se ahorrarían entre 50 y 90 Mt de Carbón Reemplazando gas natural por energía nuclear, ahorraría emisiones anuales de entre 0.6 y 1.0 Mt de C, Reemplazando gas natural por energía nuclear, ahorraría emisiones anuales de entre 0.6 y 1.0 Mt de C, ó entre 24 y 40 Mt de C en 40 años (considerando 1000 MWe).

Producción de Gas Natural en México

ENE Escenarios: Gas

Producción de Petróleo en México

PRODUCCIÓN DE CRUDO (Mbd)

Castillo-Nieto F., Breve Informe Histórico sobre los minerales radiactivos en México. Servicio Geológico Mexicano, 2006 Servicio Geológico Mexicano

Reservas de proyectos de producción (1983) RESERVAS URANÍFERAS DE PROYECTOS DE PRODUCCIÓN (Uramex, mayo 1983) ESTADO TONELADAS DE MINERAL TONELAJE EQUIVALENTE DE U 3 O 8 BAJA CALIFORNIA SUR 80’000,0003,200 CHIHUAHUA1’977,7112,215 NUEVO LEÓN 1’538,1432,574 SONORA1’914, TONELAJE TOTAL 85’430,7488,889 Castillo-Nieto F., Breve Informe Histórico sobre los minerales radiactivos en México. Servicio Geológico Mexicano, 2006

Reservas in situ RESERVAS URANÍFERAS NACIONALES IN SITU (Uramex, mayo 1983) ESTADO TONELAJE EQUIVALENTE DE U 3 O 8 BAJA CALIFORNIA SUR 7,080 CHIHUAHUA2,789 DURANGO1,267 NUEVO LEÓN 5,075 OAXACA SONORA1,664 TONELAJE TOTAL IN SITU 18,571 Castillo-Nieto F., Breve Informe Histórico sobre los minerales radiactivos en México. Servicio Geológico Mexicano, 2006

Conclusiones

Conclusiones (I) El Uranio forma parte del portafolio de recursos contribuyendo con un 14% de la generación eléctrica mundial y un 5% de la nacional El Uranio forma parte del portafolio de recursos contribuyendo con un 14% de la generación eléctrica mundial y un 5% de la nacional Existe el potencial para un aumento gradual en la contribución del Uranio al portafolio de recursos si se considera la utilización de recursos no convencionales y tecnologías que consideren el reciclamiento, así como el uso del Torio Existe el potencial para un aumento gradual en la contribución del Uranio al portafolio de recursos si se considera la utilización de recursos no convencionales y tecnologías que consideren el reciclamiento, así como el uso del Torio La garantía de la seguridad energética implica la planificación con horizontes adecuados, orientada a la máxima reducción de incertidumbres en el suministro de recursos. La garantía de la seguridad energética implica la planificación con horizontes adecuados, orientada a la máxima reducción de incertidumbres en el suministro de recursos. En este contexto, los combustibles nucleares juegan un papel fundamental en las estrategias de seguridad energética nacional e internacional. En este contexto, los combustibles nucleares juegan un papel fundamental en las estrategias de seguridad energética nacional e internacional.

Conclusiones (II) Se dispone de importantes reservas de Uranio en países con riesgo geopolítico limitado, lo cual implica a su vez poco riesgo de crisis de interrupción del suministro Se dispone de importantes reservas de Uranio en países con riesgo geopolítico limitado, lo cual implica a su vez poco riesgo de crisis de interrupción del suministro Una eventual volatilidad en los precios del Uranio tendría un bajo impacto en los costos de producción de electricidad Una eventual volatilidad en los precios del Uranio tendría un bajo impacto en los costos de producción de electricidad El mantenimiento de inventarios de reservas estratégicas de Uranio, es relativamente fácil desde el punto de vista tecnológico. El mantenimiento de inventarios de reservas estratégicas de Uranio, es relativamente fácil desde el punto de vista tecnológico. Los reactores rápidos de cría pueden multiplicar en un factor de 30 ~ 50 veces la cantidad de energía que es posible extraer del Uranio Los reactores rápidos de cría pueden multiplicar en un factor de 30 ~ 50 veces la cantidad de energía que es posible extraer del Uranio

GRACIAS Por su atención

Política nuclear mundial después de Fukushima 64 reactores continúan en construcción en 14 países 64 reactores continúan en construcción en 14 países Retiro progresivo en Alemania, Suiza, Japón Retiro progresivo en Alemania, Suiza, Japón Abandono de nuevos planes en Italia Abandono de nuevos planes en Italia Fuente: World Nuclear Association, Octubre American Nuclear Society, Enero 2012 ArgentinaFranciaRusia BrasilIndiaEslovaquia CanadáJapónUAE ChinaCoreaEstados Unidos FinlandiaPakistán

Política nuclear en Japón 50 reactores aportaban 30% de la electricidad en Japón 50 reactores aportaban 30% de la electricidad en Japón Estrategia Innovadora de Energía y Medio Ambiente en Septiembre: se paro la construcción de nuevas plantas, limitación de 40 años a plantas existentes, 0% nuclear en 2030 Estrategia Innovadora de Energía y Medio Ambiente en Septiembre: se paro la construcción de nuevas plantas, limitación de 40 años a plantas existentes, 0% nuclear en 2030 Con el límite, últimas plantas cerrarían en 2045, lo que contradice el 0% en 2030 Con el límite, últimas plantas cerrarían en 2045, lo que contradice el 0% en 2030 Meta de reducción de emisiones CO 2 en 2030 cambia de 30% a 10-20% Meta de reducción de emisiones CO 2 en 2030 cambia de 30% a 10-20% Primer Ministro Noda: se necesita “flexibilidad” ante las incertidumbres; desea una política energética en “constante revisión” Primer Ministro Noda: se necesita “flexibilidad” ante las incertidumbres; desea una política energética en “constante revisión” En octubre se anuncia reinicio de construcción planta de Ohma; construcción U-3 de Chugoku y U-1 de Higashidori siguen suspendidas En octubre se anuncia reinicio de construcción planta de Ohma; construcción U-3 de Chugoku y U-1 de Higashidori siguen suspendidas Habrá elecciones parlamentarias en 2013 Habrá elecciones parlamentarias en 2013 Fuente: World Nuclear News, Octubre 2012.

Política Nuclear en Alemania 22.5% de electricidad de 17 reactores (Pre-2011) 22.5% de electricidad de 17 reactores (Pre-2011) Paro inmediato de 8 reactores previos a 1980 sin evaluación de seguridad Paro inmediato de 8 reactores previos a 1980 sin evaluación de seguridad Retiro gradual del resto de la flotilla al 2022 Retiro gradual del resto de la flotilla al 2022 En mayo 2012, Alemania tiene los precios de electricidad más altos de Europa En mayo 2012, Alemania tiene los precios de electricidad más altos de Europa Voerde Aluminum declara la quiebra en mayo 2012 por altos costos de energía Voerde Aluminum declara la quiebra en mayo 2012 por altos costos de energía Fuente: World Nuclear News, Mayo World Nuclear Association, 2012

Política nuclear en Suiza 5 reactores producen 40% de electricidad 5 reactores producen 40% de electricidad Abandonó proceso de licenciamiento para renovar sus 5 plantas nucleares en la próxima década Abandonó proceso de licenciamiento para renovar sus 5 plantas nucleares en la próxima década Retiro gradual de su flotilla de reactores al 2035 Retiro gradual de su flotilla de reactores al 2035 Estrategia al 2050: reducir consumo, ER, energía importada, plantas CC, a un costo de US$33,000 millones Estrategia al 2050: reducir consumo, ER, energía importada, plantas CC, a un costo de US$33,000 millones Fuente: American Nuclear Society, Enero World Nuclear News, Octubre 2012.

Política nuclear en Francia 78% de la electricidad de 58 reactores 78% de la electricidad de 58 reactores Partido Socialista tomó poder en mayo de 2012 prometiendo reducción de energía nuclear Partido Socialista tomó poder en mayo de 2012 prometiendo reducción de energía nuclear Ordenó el cierre de Fessenheim (planta más antigua) para 2016 Ordenó el cierre de Fessenheim (planta más antigua) para 2016 Inicia en Noviembre 2012 un Debate Nacional para la “transición energética” para formular nueva política de energía en 2013 Inicia en Noviembre 2012 un Debate Nacional para la “transición energética” para formular nueva política de energía en 2013 Fuente: World Nuclear News, Septiembre 2012.

Argentina Continúa la construcción de Atucha-2 Continúa la construcción de Atucha-2 Posee las tecnologías de conversión a UF 6 y fabricación de combustible para reactores de agua pesada Posee las tecnologías de conversión a UF 6 y fabricación de combustible para reactores de agua pesada Fabrica y exporta reactores de investigación Fabrica y exporta reactores de investigación Atucha 2 en construcción Atucha 1 en operación

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

Países Latinoamericanos con reactores de potencia País No. de Reactores Generación 2007 (TWh)Porcentaje Nuclear Nuclear ARGENTINA % BRASIL % MEXICO % TOTAL629.4~3.8%

Países Latinoamericanos con reactores de potencia Pa í s No. de Reactores Generaci ó n 2007 (TWh)Porcentaje Nuclear Nuclear ARGENTINA % BRASIL % MEXICO % TOTAL629.4~3.8%