La necesidad de una opción viable de energía nuclear ampliada es grande. En primer lugar, se espera que la demanda mundial de energía crezca al menos un 50% para 2035, y se prevé que la demanda de electricidad en el mundo en desarrollo se triplique.¹ En la actualidad, más de mil millones de personas carecen de acceso a la electricidad, y miles de millones más consumen una décima parte o menos de la electricidad per cápita que se consume en la OCDE; y gran parte de ese suministro es intermitente.² La energía abundante, a demanda y 24 horas al día es esencial para el desarrollo humano y el crecimiento económico.
Al mismo tiempo, el ~80% de la energía mundial, y cerca de dos tercios de la electricidad mundial se derivan de los combustibles fósiles.³ En el acuerdo climático de París de diciembre de 2015, 195 naciones adoptaron el objetivo de contener el calentamiento global a un aumento de 1,5-2 grados (Celsius) en la temperatura media mundial en comparación con los niveles preindustriales. Los análisis del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático han determinado que para alcanzar este objetivo será necesario un sistema energético mundial que casi no emita dióxido de carbono en algún momento a partir de mediados de siglo.⁴
A su vez, casi todos los análisis autorizados de las tecnologías energéticas necesarias en las próximas décadas para crear un sistema energético con emisiones de carbono casi nulas han llegado a la conclusión de que probablemente se necesitarán grandes cantidades de energía nuclear. Informes recientes del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático, la Agencia Internacional de la Energía, la Red de Soluciones Sostenibles de la ONU, el Instituto Conjunto de Investigación sobre el Cambio Global y el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico sugieren que el mundo necesitará hasta 1600 GW de capacidad nuclear o más para 2035-2050 para cumplir los objetivos.⁵ En la actualidad, unos 450 reactores en funcionamiento producen algo menos de 400 GW,⁶ con menos de 100 produciendo algo menos de 100 GW en Estados Unidos.⁷ Para cumplir los objetivos climáticos mundiales en las próximas décadas, será necesario multiplicar por cuatro la capacidad nuclear mundial actual y aumentar considerablemente el ritmo anual de despliegue mundial (véanse las figuras 1 y 2).
Para alcanzar este tipo de objetivos en materia de desarrollo humano y cambio climático será necesario un tipo de reactor nuclear sustancialmente diferente, menos costoso, más rápido de realizar y con más posibilidades de lograr la aceptación del público.
Afortunadamente, la tecnología no está parada. Los actuales líderes en desarrollo nuclear y docenas de empresas innovadoras de nueva creación son pioneros en diseños nuevos o actualizados que podrían estar listos comercialmente con una infraestructura empresarial y un apoyo político adecuados. Estos diseños emplean diferentes combustibles y tecnologías de reactores que son potencialmente mucho más seguros y económicamente viables, más rápidos de construir, producen menos residuos y tienen un menor riesgo de proliferación.
I. El potencial de la energía nuclear avanzada
Por muchas razones, la flota mundial actual está compuesta predominantemente por dos familias de reactores de agua ligera: reactores de agua a presión o de agua en ebullición. La flota ha logrado avances significativos en el diseño de sistemas de rendimiento y seguridad durante los últimos 40 años y ahora proporciona más del 30% de la generación libre de carbono en todo el mundo.⁸ Sin embargo, la flota convencional actual tiene características de diseño y funcionamiento que han limitado el rendimiento, la viabilidad económica y la percepción de riesgo de la industria nuclear durante los últimos 40 años. Los reactores avanzados tienen características que pueden resolver algunas de estas limitaciones de la flota actual.
A. ¿Qué es la "energía nuclear avanzada"?
"Energía nuclear avanzada" implica un reactor o ciclo de combustible que debe ofrecer algunos de los siguientes atributos:
- menores costes de capital y/o de explotación;
- fabricabilidad o capacidad de despliegue rápido;
- sistemas de seguridad pasiva;
- facilidad de funcionamiento y mantenimiento;
- reducción de las zonas de planificación de emergencias, reducción del impacto fuera del sitio durante un accidente y aumento de la flexibilidad/escalabilidad del emplazamiento;
- mayor resistencia a la proliferación;
- disminución del uso del agua;
- disminución de la producción de residuos y/o una capacidad de gestión de actínidos;
- un uso más eficiente de los recursos de combustible;
- adaptabilidad para la generación híbrida (por ejemplo, producción de hidrógeno, desalinización, etc.) y/o seguimiento de la carga
- reducción de los insumos materiales.
Una sola tecnología puede o no ofrecer todas estas mejoras; sin embargo, la gama de tecnologías que ofrecen algunas de estas mejoras es amplia, e incluye tanto las tecnologías de fisión como las de fusión.
B. ¿Cómo abordan los reactores avanzados estos atributos deseados?
Coste de capital. Menos del 20% de los costes de una central nuclear de agua ligera convencional están relacionados con el coste del propio reactor nuclear y del equipo de producción de energía. La mayor parte del coste procede de la construcción de grandes estructuras de contención, equipos de refrigeración, infraestructura del emplazamiento y costes de financiación por los largos plazos de construcción (normalmente 4-5 años o más, frente a los meses o dos años de una central de gas o carbón). Mientras que los futuros reactores avanzados de agua ligera pueden conseguir reducir los costes de capital, los reactores avanzados de agua no ligera pueden abordar los problemas de costes de dos maneras. En primer lugar, al eliminar el agua del proceso de refrigeración, utilizar refrigerantes con características diferentes y emplear estrategias de seguridad inherentes, se elimina la necesidad de una gran contención presurizada y de equipos de refrigeración redundantes, eliminando hasta dos tercios de la masa total de la planta de hormigón y acero. En segundo lugar, al reducir la complejidad y el tamaño de las estructuras in situ necesarias, la mayor parte de la planta avanzada puede construirse en una fábrica o astillero y entregarse en el lugar. Esto puede reducir el tiempo de construcción a la mitad, o incluso más, y evitar dos años o más de importantes costes de financiación de la planta. Un estudio reciente de una docena de desarrolladores de reactores avanzados sugiere que los costes de capital de los reactores avanzados son aproximadamente de un tercio a la mitad de los niveles actuales de los grandes LWR, y que los tiempos de construcción de la "enésima parte" son de poco más de dos años.
Tasas de despliegue. Al reducir la complejidad y permitir tiempos de construcción más rápidos, pueden alcanzarse los ritmos de despliegue necesarios para contrarrestar la retirada de plantas y cumplir los objetivos climáticos futuros. Fabricantes como Boeing producen entre 600 y 700 aviones al año, y los constructores navales del mundo producen docenas de grandes buques oceánicos cada año. Además, debido a la mayor seguridad y a las características de los residuos, es probable que los reactores avanzados necesiten menos terreno, un menor desarrollo del emplazamiento y un menor tiempo de aprobación. Algunos diseños, como ciertos reactores de sales fundidas, incorporan diseños a prueba de fallos, como tapones que se disuelven en caso de que la temperatura del núcleo del combustible aumente, drenando el combustible a una cámara subterránea aislada. Otros diseños incorporan características de seguridad pasiva que dependen de las fuerzas naturales de nuestro mundo, como la gravedad y la convección, para lograr una mayor seguridad.
Gestión de residuos. Los reactores de agua ligera utilizan menos del 5% del valor energético de su combustible, dejando el 95% como residuo. Muchos reactores avanzados, que funcionan con el espectro de neutrones rápidos, pueden aumentar considerablemente la utilización del combustible, dejando un volumen de residuos mucho menor. Además, los residuos restantes son mucho menos persistentes, con vidas medias de toxicidad de cientos, en lugar de decenas de miles, de años. Esto puede permitir una solución de ingeniería para el almacenamiento de residuos que sea segura durante siglos, frente a un depósito de residuos de larga duración que requiera certificación durante milenios.
Proliferación de armas y protección física. Al igual que con los actuales reactores de agua ligera, siempre existe el riesgo de desvío de material nuclear para fines ilícitos, como su uso en el desarrollo/producción de armas a nivel estatal o su uso en una "bomba sucia" por un actor no estatal. Una ventaja potencial de los reactores avanzados es que muchos diseños utilizan combustibles y producen flujos de residuos que no son tan deseables para el desvío. En primer lugar, porque muchos combustibles avanzados no son de fácil acceso (por ejemplo, los combustibles líquidos en un reactor de sales fundidas) y, en segundo lugar, porque los flujos de residuos suelen ser mucho más pequeños debido a la elevada combustión de material fisible durante el funcionamiento. Los esfuerzos en curso en este ámbito para cuantificar y evaluar la "salvaguardia" deben continuar a buen ritmo y deben tenerse en cuenta en cualquier esfuerzo de regulación y concesión de licencias.
Múltiples aplicaciones. Los actuales reactores de agua ligera son los mejores para producir electricidad en carga base, las 24 horas del día. Sin embargo, muchos reactores avanzados son más versátiles y pueden realizar ciclos con mayor facilidad para adaptarse a las fluctuaciones de la carga, lo que puede ser más importante a medida que se añaden cantidades crecientes de energía eólica y solar a las redes mundiales. Además, muchos reactores avanzados producen calor a una temperatura mucho más alta, que puede utilizarse para aplicaciones de calor de proceso en las industrias química, de refinado, alimentaria y siderúrgica (cuyo uso de calor procedente de combustibles fósiles representa más del 10% de las emisiones mundiales de CO₂), desplazando a las calderas de las plantas de carbón existentes, y numerosas otras aplicaciones.
CATF ha elaborado un manual más extenso sobre la energía nuclear avanzada, en el que se desarrollan muchos de estos puntos.
II. Reducción del coste y mejora de la capacidad de suministro de la tecnología nuclear actual
Aunque la experiencia reciente de Estados Unidos y Europa ha demostrado los elevados costes de las nuevas unidades nucleares, muchos proyectos nucleares de todo el mundo se están construyendo hoy en día con un coste de capital entre un 50% y un 80% inferior al de los proyectos actuales y recientes de Estados Unidos y Europa. (Véase la figura 3).
A este nivel de costes, la energía nuclear es competitiva tanto con las fuentes de electricidad de origen fósil como con muchas fuentes renovables, como muestra la figura 4.
Un estudio reciente⁹ encargado por el Energy Technologies Institute (ETI 2018) descubrió que la diferencia entre los costes de los proyectos nucleares mundiales más y menos costosos se debe principalmente a las mejores prácticas industriales, la productividad laboral y una estrategia para construir el mismo diseño repetidamente, maximizando el aprendizaje entre unidades. La reducción de costes tuvo poco que ver con la reducción de la mano de obra, la calidad de la construcción o el rigor de la normativa de seguridad. Conclusiones similares se recogen en el reciente informe del MIT "The Future of Nuclear Energy in a Carbon-Constrained World" (El futuro de la energía nuclear en un mundo con limitaciones de carbono).
Estas mejores prácticas no son específicas de cada país. Pueden transferirse a nivel mundial y mejorarse para reducir aún más los costes y los plazos de fabricación. Un ejemplo histórico de esto es cómo el Sistema de Fabricación Toyota desafió a los fabricantes de automóviles de Estados Unidos a principios de los años 90. Toyota producía vehículos de alta calidad a costes mucho más bajos. En lugar de ir a la quiebra, las empresas de Estados Unidos aplicaron partes clave del enfoque de Toyota, salvando su industria y proporcionando la base por la que los competidores extranjeros construirían más tarde fábricas de Estados Unidos . Una parte importante de los costes más elevados puede atribuirse indirectamente a la inexperiencia y a los proyectos "first of a kind" (FOAK). Construir algo por primera vez o hacerlo en un país por primera vez (o tras una prolongada pausa) hace muy difícil aplicar las mejores prácticas y una alta productividad laboral - dos de los grandes impulsores de los costes según el estudio - en todo el proyecto.
Lograr la reducción de costes requerirá una importante transformación interna de la industria nuclear, que deberá contar con el apoyo de las políticas públicas y la continuación de la I+D+i:
Los desarrolladores y compradores de la actual tecnología de refrigeración por agua deben rediseñar su proceso y modelo de negocio para abordar las oportunidades de reducción de costes señaladas en el estudio. Algunos ejemplos serían:
- El compromiso de completar el diseño detallado de la planta y el proceso de planificación detallada de la construcción antes de verter el hormigón.
- Gestión unificada de la construcción.
- Aplicar las mejores prácticas de gestión de la cadena de suministro y de la mano de obra, lo que les permite trasladar la experiencia y el aprendizaje de un proyecto a otro.
- Una organización interna de aprendizaje de "mejores prácticas de construcción" equivalente al aprendizaje operativo facilitado por el Instituto de Operadores de Energía Nuclear.
El gobierno también debe desempeñar un papel:
- La reducción de costes debería ser uno de los principales objetivos de cualquier programa de I+D para la energía nuclear patrocinado por el gobierno. Estos se han centrado normalmente en la tecnología y la seguridad de los reactores, en lugar de en la fabricación de componentes, la entrega y la construcción de plantas.
- Cualquier apoyo futuro de los gobiernos a los reactores existentes debería estar supeditado a que las mejores prácticas de reducción de costes se hayan incorporado al proyecto.
- El gobierno también debería considerar el apoyo a las instalaciones comunes, como el alquiler de los astilleros para el montaje de los reactores.
- Armonización de las licencias internacionales para maximizar la transferibilidad de los mismos diseños.
- Una reglamentación más orientada a los resultados que permita realizar pequeños cambios de diseño sin una pesada burocracia.
- Se necesita una política energética clara y a largo plazo por parte de los gobiernos federal y estatal. Debería incluir objetivos de descarbonización que incluyan todas las fuentes de energía limpia y permitan que la energía nuclear desempeñe un papel. Esto ayudaría a justificar el programa intencionado a largo plazo de aprendizaje y mejora de la eficiencia de costes a través de las mejores prácticas de gestión, la organización de alianzas de fabricación y la construcción de cadenas de suministro eficientes.
El análisis anterior se aplica a la tecnología nuclear actual refrigerada por agua. Los reactores más avanzados -que suelen utilizar refrigerantes distintos del agua- tienen una serie de características diferentes que podrían reducir aún más los costes (así como mejorar aún más la seguridad, los residuos y la no proliferación). En concreto, muchos de estos diseños incluyen los siguientes atributos de control de costes:
- Reducción del alcance, la duración y la mano de obra de la construcción, sobre todo en el lugar de la obra, debido a que se necesitan menos edificios y menos sistemas de seguridad gracias al diseño de seguridad pasiva.
- Diseñado para permitir un porcentaje mucho mayor de producción en fábrica de componentes y conjuntos clave.
- Un diseño de plantas más sencillo que permite una garantía de calidad y una verificación menos laboriosas.
- Diseños modulares altamente estandarizados.
- Diseñar para la reutilización del diseño y la constructibilidad.
- El aislamiento sísmico diseñado reduce los costes de diseño específicos del emplazamiento.
- Menos personal de explotación debido a las características de seguridad inherentes al diseño del reactor/planta y al tipo de combustible.
- Algunas empresas están incorporando mejoras en las operaciones virtuales o a distancia.
El informe de la ETI y otros estudios¹¹ encuentran que los reactores avanzados presentan la posibilidad de un cambio de paso en la reducción de costes en los mercados de la UE/Estados Unidos en comparación con los diseños convencionales construidos en la UE/Norteamérica - incluso más allá de las reducciones señaladas en el informe de la ETI para los reactores convencionales refrigerados por agua.
Aunque estas iniciativas de reducción de costes y los nuevos diseños no resolverán todos los obstáculos a la expansión de la energía nuclear en el mundo, harán que la energía nuclear sea una opción mucho más viable para la descarbonización y, como resultado, nuestros esfuerzos de descarbonización serán mucho más eficientes.
¹ Perspectivas energéticas de BP hasta 2035
² Datos de la población mundial en: https://esa.un.org/unpd/wpp/Download/Standard/Population/; Datos de acceso a la electricidad en http://data.worldbank.org/indicator/EG.ELC.ACCS.ZS
Consumo de energía fósil en http://data.worldbank.org/indicator/EG.USE.COMM.FO.ZS;
http://databank.worldbank.org/data/reports.aspx?source=world-development-indicators#
⁴ Fawcett, Allen A., et al. "¿Pueden las promesas de París evitar un cambio climático severo?". Science 350.6265 (2015): 1168-1169.
⁵ Véase, por ejemplo, Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático, Grupo de Trabajo III - Mitigación del Cambio Climático, http://www.ipcc.ch/report/ar5/wg3/, Presentación, http://www.slideshare.net/IPCCGeneva/fifth-assessment-report-working-group-iii diapositivas 32-33; Agencia Internacional de la Energía, World Energy Outlook 2014, p. 396; Red de Soluciones Sostenibles de la ONU, "Pathways to Deep Decarbonization" (julio de 2014), en la página 33; Comisión Mundial sobre la Economía y el Clima, "Better Growth, Better Climate: The New Climate Economy Report" (septiembre de 2014), figura 5 en la página 26; Joint Global Change Research Institute, Pacific Northwest National Laboratory, presentación a Implications of Paris, First Workshop, College Park, MD, 4 de mayo de 2016 (JGCRI, College Park, MD, 2016); http://bit.ly/JCRI-Paris.
⁶ https://pris.iaea.org/PRIS/WorldStatistics/WorldTrendNuclearPowerCapacity.aspx
⁷ https://www.nei.org/resources/statistics/world-nuclear-generation-and-capacity
⁸ BP Statistical Review of World Energy (junio de 2018) https://www.bp.com/content/dam/bp/en/corporate/pdf/energy-economics/statistical-review/bp-stats-review-2018-full-report.pdf, p. 48
⁹ Energy Technologies Institute, "The ETI Nuclear Cost Drivers Report" (abril de 2018), https://www.eti.co.uk/library/the-eti-nuclear-cost-drivers-project-summary-report
¹¹ Ver Clean Air Task Force, "Energía nuclear avanzada: Necesidad, características, costes del proyecto y oportunidades" (abril de 2018); Véase Energy Options Network, "¿QUÉ COSTARÁN LAS PLANTAS DE ENERGÍA NUCLEAR AVANZADA?": Un análisis de costes estandarizado de las tecnologías nucleares avanzadas en desarrollo comercial "(julio de 2017),
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