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Estado del Arte y Prospectiva de la Ingeniería en México y el Mundo
Prospectiva de la Energía Nuclear
Juan Luis François LacoutureFacultad de Ingeniería - UNAM
Comisión de Especialidad de Ingeniería Nuclear
Universidad de Guadalajara22 de octubre de 2009
¿En dónde estamos?
• El primer reactor nuclear inició operación comercial en la década de 1950 13,728 años-reactor de experiencia.
• 436 reactores nucleares comerciales en 30 diferentes países
15% de la electricidad
mundial
• Actualmente hay 47 nuevos reactores en construcción
• Además, 56 países operan un total de 284 reactores de investigación
Fuente: World Nuclear Association, http://www.world-nuclear.org/info/reactors.html
¿En dónde estamos?
Central Nucleoeléctrica Laguna Verde
• U-1: 29 de julio de 1990
• U-2: 10 de abril de 1995
• Altos niveles de desempeño
• Aprox. 5% de la generación eléctrica
¿En dónde estamos?
Factor de Capacidad, CNLV
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
valo
r del
índi
ce
Mej
or
Peer review: Dic 2004
Peer review: Dic 2002
Visita Técnica TUV: Dic 2001
Promedio WANO AC 127
Promedio Laguna Verde
Promedio INPO 103 Unidades
Peer review: Sep 2006
88.58
86.3088.50
JUN2007
Índice WANO
WANO: Asociación Mundial de Operadores Nucleares
• Aumentos de Potencia– En USA se han aprobado (desde 1997) 110 aumentos de
potencia totalizando 4,700 MWe, algunos de ellos hasta de un 20%
– En Suiza sus 5 reactores aumentaron su potencia en un 12.3%
– España planea aumentar 13% la potencia de sus 8 reactores– Finlandia ha aumentado 11% la potencia de sus reactores– México aumentó 5% la potencia y la incrementará hasta 20%
• Extensión de Vida Útil– Rusia extendió la licencia de operación de 12 reactores de 30
años hasta 45 años– Estados unidos ha aprobado la extensión de 40 a 60 años de
48 reactores, 7 están en revisión y se esperan 28 solicitudes más entre 2007 y 2013
– Japón prevé una extensión de vida hasta 70 años
¿En dónde estamos?
¿Hacia dónde vamos?
• 26 Magnox y AGR, 11GWe (Reino Unido)• 263 PWRs, 236 GWe (EU, Francia, Japón, Rusia)• 90 BWRs, 79 GWe (EU, Japón, Suecia)
• 38 Candu, 19 GWe (Canadá, India, Corea)• 17 RBMK, 13 GWe (Rusia)• 3 ABWRs, 4 GWe (Japón)
PRODUCCIÓN NUCLEAR DE HIDRÓGENO
439 reactors 439 reactors in June 2008in June 2008
……1400 reactors 1400 reactors in 2050in 2050
600 in 2050600 in 2050
OECD Nuclear Energy Agency
¿Hacia dónde vamos?
1111
Cooperación Internacional Generation IV International Forum (GIF)
Un ejemplo de iniciativa internacional:
• Participantes: 10 países + EuratomArgentina, Brasil, Canadá, Corea, Estados Unidos, Francia, Japón, Reino Unido, Sudáfrica y Suiza
• 6 sistemas seleccionados para I+D conjuntaGFR, LFR, MSR, SCWR, SFR, VHTR
• Sustentabilidad, economía, seguridad y confiabilidad, y no proliferación.
• Programas de I+D en marcha
Ciclo de Combustible Cerrado
Disponibilidad del combustible nuclear
• El uranio, materia prima del combustible nuclear, se encuentra en abundancia en varios países del mundo: Australia, Kazakhstan, Canadá, etc. (300 años al ritmo de explotación actual de recursos convencionales)
• El uso del torio fomenta el uso racional de los recursos naturales nucleares (3 veces más abundante que el uranio)
• La utilización de los reactores rápidos de cría (300 años-reactor) convertirá a la energía nuclear en una fuente prácticamente inagotable de energía.
Fuente: World Nuclear Association http://www.world-nuclear.org/reference/position_statements/uranium.html
Reservas
de uranio
(en (en aaññosos
de de generacigeneracióónn
de de electricidadelectricidad, ref. 2007), ref. 2007)
RI1 TRC2
Centrales
agua ligera
actuales 100 300
Reactores rápidos > 3 000 > 9 000
1. Recursos Identificados = Recursos garantizados + Inferidos = 5.47 MtU
2. Total Recursos Convencionales = (Garantizados + Inferidos + Extrapolados + Especulados) = 16 MtU
Fuente: NEA/OIEA 2008
Reducción de residuos radioactivos de alto nivel
Aspectos ambientales
Aspectos ambientales
Datos de Entrada para el cálculo del Costo Nivelado de Inversión
CC=ciclo combinado; CCS=captura y secuestro de carbono; IGCC=ciclo combinado con gasificación integrada; SCPC=carboeléctrica supercrítica con carbón pulverizado.
Conceptos CC CC + CCS IGCCIGCC +
CCS
SCPCSCPC +
CCS
Nuclear
Capacidad (MWe) 700 700 654 654 700 700 1400
Factor de planta (%) 80 80 70 70 80 80 90
Servicios propios (%) 2.8 8.28 19.9 24.3. 10.6 18.21 3.5
Costo unitario de
inversión instantáneo
(USD/kW)
747.18 1,558 2,211.37 3,387 1,672.05 4,037 3,136
Factor de valor presente al
inicio de la operación (tasa
de descuento 12%)
1.1753 1.1753 1.3909 1.3909 1.2961 1.2961 1.61197
Construcción (años) 3 3 4 4 4 4 5
Vida Útil (años) 30 30 30 30 30 30 60
Aspectos económicos
COSTO NIVELADO DE GENERACIÓN
Conceptos CC CC + CCS IGCCIGCC +
CCSSCPC
SCPC +
CCSNuclear
Costo de Inversión
Nivelado (USD/MWh)14.29 31.58 69.41 112.49 38.34 101.18 71.26
Costo de Operación y
Mantenimiento
(USD/MWh)4.62 6.82 14.35 20.45 9.04 15.14 13.70
Costo de Combustible
(USD/MWh)55.77 64.73 10.02 11.76 28.88 33.91 4.90
Costo Nivelado de
Generación
(USD/MWh)74.68 103.13 93.78 144.70 76.26 150.23 89.86
Costo Nivelado de Generación con Costo de Emisiones (25 USD/ ton CO2
)
Conceptos CCCC
+ CCSIGCC
IGCC+ CCS
SCPCSCPC+ CCS
Nuclear
Costo Nivelado de Generación
(USD/MWh)84.34 104.38 112.71 147.53 96.02 153.13 89.86
EL COSTO DE GENERAR ENERGÍA LIMPIA
Fuente: International Committee on Nuclear Technology (IKL) Statement on Sustainability Evaluation of Nuclear Energy and other Electricity Supply Technologies. January 2004.
Propuesta para México
– Un reactor (1400 MWe) para el 2019
– Un segundo reactor 2 años después
– Seis reactores más al 2030
8 reactores: 11,200 MWe al 2030(12% de la capacidad)
Estrategias para el desarrollo de la ingeniería nuclear en México
• Estrategia 1. Fortalecer la formación de recursos humanos:
a) Nivel licenciatura y posgrado
b) Red de investigación y desarrollo nuclear
c) Capacitación en el trabajo
• Estrategia 2. Fortalecer los institutos de investigación del sector: ININ, IIE.
• Estrategia 3. Fortalecer al organismo regulador (CNSNS) y a la CNLV.
Estrategias para el desarrollo de la ingeniería nuclear en México (Cont.)
• Estrategia 4. Fomentar y apoyar proyectos de vinculación entre instituciones de educación superior e institutos de
investigación con la industria nacional.
• Estrategia 5. Apoyar la participación de México en los proyectos internacionales de I&D.
• Estrategia 6. Impulsar
las actividades relacionadas con la industria del uranio.
Reflexiones
En México es necesario diversificar las fuentes de energía primaria para la generación de energía eléctrica
•
Para el cuidado del medio ambiente
•
Para reducir la dependencia de los hidrocarburos producen el 74% de la energía eléctrica
Es importante garantizar el suministro energético disminuyendo la dependencia de los recursos naturales agotables provenientes de
otros
países y sujetos a precios con una gran volatilidad
La diversificación se puede lograr de manera confiable y económica construyendo plantas nucleares de diseños avanzados que ya operan o
que están próximas a construirse en otros países
La producción de hidrógeno a partir de energía nuclear será
de vital importancia en el transporte, con la consecuente reducción de emisión
de contaminantes
¿En dónde estamos?
• Olkiluoto 3 en Finlandia• Flamanville 3 en Francia• Estados Unidos: 4 a 8 reactores en 2018 • Programas nucleares en Japón y Corea• Programas nucleares en Rusia, China e India• Países del este de Europa• Reino Unido e Italia• GIF e INPRO• MDEP• ….
Cooperación
Internacional Programa
Multinacional
de Evaluacioń
de Diseños
(MDEP)
• Participan
10 Organismos
Reguladores
• Establecer
prácticas
regulatorias
de referencia
para nuevos
reactores
• Aumentar
la cooperación
entre reguladores
para mejorar
la evaluación
de nuevos
reactores
• Grupos
de trabajo
específicos
y generales
2828
Estrategias de utilización del combustible nuclear
Fuente: ENRESA
