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miércoles, 6 de abril de 2011

El futuro de la energía nuclear

Medida de choque para salir de la crisis
Por Carlos del Ama
Dr. En Económicas e Ingeniero Industrial

El desgraciado accidente de Fukushima esta forzando a los gobiernos a revisar sus proyectos nucleares, pero no debiera alterar significativamente el papel que la energía nuclear tiene en el inmediato futuro energético.

Analizando objetivamente el desastre de Fukushima, vemos que en una catástrofe con más de 26.000 muertos, aceptando que gran parte de los desaparecidos habrán fallecido, Fukushima ha producido a la fecha 32 heridos y ningún muerto, si bien, habrá que añadir los efectos a largo plazo en la salud de los afectados por niveles de radiación nocivos.

Si comparamos esas cifras con los riesgos en otras plantas de producción de energía, vemos que las centrales térmicas de carbón son en gran parte responsables de los 2.500 muertos anuales, y eso solo en China, que se producen en accidentes de las minas de carbón. Pensemos también, que si se produce un terremoto de magnitud del de Fukushima cerca de la presa de una central hidroeléctrica, los daños y las vidas perdidas en la mayoría de ellas serian muy considerables. No se habla de las explosiones habidas en Japón tras el terremoto en depósitos de gas y petróleo de las centrales térmicas y las muertes causadas por ellas.

En Fukushima 1, a pensar de ser una central de mas de 40 años, los seis reactores aguantaron bien los efectos del terremoto, siendo el sistema eléctrico que alimentaba la central el que falló, aun así, los generadores de emergencia funcionaron debidamente, paralizándose después, al ser destruidos los depósitos de combustible que alimentaban los generadores, por el tsunami que siguió al terremoto. Mientras, la central de Fukushima 2, de características semejantes a Fukushima 1 y distante de ella solo unas millas, apenas se vio afectada por el desastre geológico.

La lección a aprender de Fukushima es que no vale con asegurar la seguridad de las centrales nucleares, sino que hay que asegurar sus sistemas de alimentación eléctrica y seleccionar adecuadamente su localización. Pero, en su conjunto, Fukushima es un aval de la energía nuclear, difícilmente nada pueda ser sometido a una prueba mayor. El Dalai Lama, tradicionalmente opuesto a la energía nuclear, tras su visita a Fukushima declaró que estaba convencido de la seguridad que proporcionan las plantas de energía nuclear y aboga por su utilización.

En Fukushima el zirconio que recubría las cápsulas del combustible reaccionó con el vapor de agua recalentado, produciendo oxido de zirconio y liberando hidrógeno produciéndose a continuación la explosión de ese hidrógeno, causando daños en la central. También pudo producirse hidrógeno por disociación del vapor de agua recalentado a más de 2.000 grados en la cámara de condensación. En ningún caso se produjo una explosión nuclear como algún medio mal informado llegó a publicar en España, es imposible una explosión nuclear en una central, ya que la cantidad de uranio utilizado simultáneamente es muy inferior a la cantidad crítica para que una explosión de esa naturaleza se produzca.

Desde un punto económico, no solo no podemos prescindir de las centrales nucleares, sino que nos es necesario aumentar su número. Estamos en una crisis económica de grandes proporciones en la que al paro se unen unos grandes déficits públicos. Esa situación antagonista hace muy difícil resolver el problema aplicando medidas de reactivación Keynesianas de estimulo de la demanda agregada, pues si bajamos los impuestos o aumentamos el gasto publico para reducir el paro, aumentamos el déficit y si subimos los impuestos o reducimos el gasto publico para reducir el déficit publico y con él la deuda, aumentamos el paro. La solución a la crisis tiene que venir por el lado de la oferta agregada, de forma que una reducción de los costes de producción haga descender los precios de la curva de oferta, desplazando el punto de equilibrio macroeconómico a la derecha, generando mayor actividad, de forma que, simultáneamente, aumente el empleo y mejore la recaudación fiscal con el aumento del producto nacional.

Reducir los costes productivos equivale a reducir los salarios, a lo que no se prestan fácilmente los sindicatos, bajar los intereses, reducir impuestos a las empresas, mejorar la logística o reducir los costes energéticos. Francia es un país de baja productividad: se trabajan pocas horas, hay frecuentes huelgas y los salarios son altos, pero Francia es un país con alta competitividad, porque el coste de su energía es muy bajo, debido a que más del 77% es energía nuclear.

En este momento, en los EE.UU, el 20% de la energía eléctrica producida es de origen nuclear. No pueden prescindir de la energía nuclear, habría que parar el 20% de su producción industrial, pero si habrá que asegurar la seguridad de las centrales. ¿Es asumible parar el 20% de las fábricas y dejar sin luz a la población durante 5 horas al día?

Las centrales nucleares hoy en desarrollo son centrales de tercera generación con mayores medidas de seguridad y refrigeradas por agua a presión, de forma que se impida su disociación, pero China anunció hace unos días que en abril de 2011 comenzara la instalación de una central de cuarta generación refrigerada por helio. Hoy se pueden construir centrales subterráneas, que prevendrían cualquier tipo de radiación al exterior incluso en el peor de los desastres.

En las circunstancias actuales, todos los países debieran revisar la seguridad de sus centrales nucleares. En algunos países se pararán y desmantelarán algunas centrales antiguas cuyo desmantelamiento ya estaba previsto hacer en uno o dos años. Pero la energía nuclear, con más y mejores medidas de seguridad, seguirá adelante. El presidente Sarkozi ha pedido nuevas normas de seguridad para las nucleares. China ya anunciado seguir con sus planes nucleares y cerrar centrales térmicas de carbón. India también sigue con sus planes y el Presidente Obama declaró en su discurso en la Universidad de Georgetown sobre la energía, que la energía nuclear es un importante recurso para sus planes de reducir la importación de petróleo, pero que es necesario garantizar su seguridad.

En resumen, previsiblemente, los proyectos nucleares se verán retrasados algún tiempo para verificar y mejorar su seguridad, pero la energía nuclear seguirá adelante y con mas fuerza, una vez que las medidas de seguridad se vean reforzadas.

España debería identificar dónde poner parques nucleares de varias centrales por parque, diseñar las características y fijar las especificaciones de capacidad y seguridad y sacar las licencias que se determinen a concurso internacional. Qué más da que sean chinos, rusos, alemanes o españoles quienes inviertan en ellas y nos construyan. Lo que habría que exigir es que la obra civil la hagan empresas españolas y que el 90% de los componentes se fabrique en España, reduciríamos el paro de las ingenierías españolas de un plumazo, las obras de las centrales absorberían mano de obra de la construcción y dispararía la cartera de pedidos a la industria y a medida que entren en producción las plantas, el coste de nuestra energía bajaría haciéndonos más competitivos y al dejar de importar energía, nuestra balanza de pagos mejoraría. Quienes se oponen a la energía nuclear parten de prejuicios, es decir, de juicios a priori no documentados ni técnica ni científicamente.

A grosso modo, se necesitaría lanzar cuanto antes la construcción de 16 centrales nucleares de 980 MW de potencia media.

Dado que una central suele necesitar un año de diseño y cinco para su instalación, si se comienza el plan a lo largo de 2012, el objetivo seria el 2017.

El consumo actual de 260 TWh al año pasaría a no menos de 300 Twh al año, suponiendo un crecimiento del actual consumo de un 2% medio anual acumulado, más lo que requieran los nuevos sectores de consumo eléctrico, como el parque de coches eléctricos. Podemos calcular un incremento del 20% en seis años.

Habría que reemplazar 60 TWh nucleares de las plantas actuales que habrá que cerrar, mas 50 TWh de carbón cuya polución de unos 22,7 millones de toneladas de CO2 debiéramos eliminar, total 110 TWh más el 20% de incremento suponen 132 TWh, más 5,5 TWh que importamos, nos da una energía total de 137,5 TWh al año, lo que requiere una potencia nuclear a instalar de 15,7 GW, es decir: 16 centrales de 980 MW de potencia cada una, o algo más si queremos aumentar nuestra capacidad de exportación a nuestros clientes tradicionales: Portugal, Marruecos y Andorra o si pensamos que el consumo crecerá por encima del estimado.

La seguridad deberá ser un criterio prioritario en el diseño, debiendo pensar en centrales de cuarta generación que eviten la disociación del agua con la consiguiente producción de hidrógeno, que sean muy seguros y estén duplicados, triplicados o cuadruplicados los sistemas de refrigeración y no descartar el que estén enterradas para impedir todo tipo de radiación al exterior y puedan ser refrigeradas por inundación en el peor de los casos.

A pesar de que las nuevas centrales y los sistemas de depuración de residuos nucleares y su recombustión reducen los residuos radiactivos sustancialmente, la construcción de centrales nucleares debe ir en paralelo con la creación de un cementaerio de residuos nucleares que nos ahorre los costes de tener que llevar nuestros residuos al extranjero.

miércoles, 16 de marzo de 2011

Y despues de Fukushima, ¿qué?

La seguridad en las centrales nucleares
Por Carlos del Ama
Ingeniero Industrial

El accidente de Fukushima pone en cuestión la seguridad de las centrales nucleares y replantea la conveniencia de esas instalaciones. Es cierto que los seis reactores de la central 1 de Fukushima son de hace 40 años y que las nuevas centrales actualmente en proyecto o incluso en proceso de instalación avanzado, como la central finlandesa de Olkiluoto, son de tercera generación, más seguras y fiables, como lo son las del tipo EPR (European Pressurized Reactor) pero Fukushima exige estudiar bien lo ocurrido y replantear la seguridad de todo tipo de nucleares.

Las noticias aparecidas en la prensa dan una buena idea de lo sucedido hasta el momento, pero la falta de algunos detalles plantea dudas que, con la información disponible hoy, solo podemos intentar contestar con especulaciones fundadas. Algunas de las preguntas que me planteo yo son: ¿De donde sale el hidrógeno de las explosiones ocurridas? ¿Qué está pasando con los reactores 5 y 6? ¿Qué ha pasado con el reactor 4? Tampoco se dice mucho de que en Fukushima hay otra central, Fukushima 2, y que ninguno de sus cuatro reactores han sufrido averias.

La experiencia nos está demostrando que el talón de Aquiles de las centrales nucleares es el sistema de refrigeración. En el accidente de Las Tres Millas falló una válvula del sistema de refrigeración, en Chenóbil fue la mala manipulación del sistema de refrigeración durante una prueba que simulaba un corte en el sistema de energía eléctrico. En Kyshtyn explotó un tanque de residuos mal refrigerado. En Fukushima, los seis reactores aguantaron bien el terremoto de grado 9, incluso el corte de corriente eléctrica que el terremoto produjo, pues tras el corte, entraron en funcionamiento los generadores de emergencia que mantuvieron la alimentación eléctrica de la central y permitieron que todos los sistemas funcionasen normalmente, incluidas las bombas de refrigeración. El problema lo generó el maremoto subsiguiente, que inundó los generadores de emergencia, produciendo un nuevo corte de corriente que apagó los compresores del sistema de refrigeración, iniciándose el recalentamiento del núcleo.

El zirconio de las cápsulas de combustible reaccionó con el vapor de agua recalentado, creando oxido de zirconio y liberando hidrógeno que explota. Si bien la primera explosión bajo el techo del edificio se debió al zirconio, dudo que la explosion de hidrogeno en la cámara de condensacion tuviese la misma causa, en mi opinión, fue hidrogeno producido por disociación del vapor de agua que estaba a más de 2.500 grados. Si se hubiese producido en el nucleo, la explosión hubiese sido arriba, como la primera, no al fondo de la vasija.

Los reactores 4, 5 y 6

Al parecer, estos tres reactores estaban parados cuando ocurrió el terremoto, debido a un proceso de mantenimiento. Las barras de combustible habían sido depositadas en el estanque de residuos nucleares. Dicho estanque está destinado al depósito de barras de combustible ya quemadas que han sido retiradas del reactor hasta su traslado a un depósito de residuos nucleares. Son barras con algo de uranio no fisionado y gran cantidad de productos de la fisión, altamente radioactivos.

Si se depositan en ese estanque barras sin quemar o parcialmente quemadas (fisionadas) se producirán procesos de fisión que será necesario refrigerar. Si el sistema de refrigeración del estanque falla, se evaporara el agua de refrigeración, pudiendo disociarse si la temperatura es elevada, produciéndose burbujas de hidrógeno y vaciando el estanque de refrigerante. Un problema adicional es la ubicación del estanque de residuos, que está fuera de la vasija de seguridad del núcleo y de la estructura de contención de hormigón, con lo que cualquier radiación es más fácil que salga al medio ambiente. Afortunadamente, la concentración de elementos radioactivos es menor es las barras poco quemadas, pero más alta la posibilidad de fusión adicional y recalentamiento con el paso del tiempo. El peor escenario es que estén almacenadas juntas barras con residuos y barras sin quemar.

En el reactor 4 se produjo acumulación de hidrógeno que ardió o un recalentamiento de aceite que se quemó o ambos, no lo se. Tampoco sabemos que está pasando dentro de los reactores 5 y 6, pero lo seguro es que habrá que estarlos refrigerando y habría que retirar las barras de combustible del foso de residuos cuanto antes.

El otro dato llamativo es que ninguno de los cuatro reactores de Fukushima 2 han tenido problemas, a pesar que estaban los cuatro encendidos cuando se produzco el terremoto, posiblemente debido a un mejor emplazamiento.

Enseñanzas de Fukushima

-Además de diseñar reactores seguros, es de vital importancia seleccionar el emplazamiento donde se instalan.

-No basta con asegurar la resistencia del edificio del reactor ante emergencias de posibles terremotos, impactos, inundaciones o incendios, hay que asegurar la operatividad de la red de alimentación externa que alimenta al reactor.

-Hay que asegurar la refrigeración ante todo tipo de emergencias, por lo que sería aconsejable contar con grandes depósitos de agua a cotas altas que puedan refrigerar el reactor por gravedad cuando todo falle.

-Hay que prever que no se pueda producir la disociación del vapor de agua, para ello habría que tomar medidas para, en caso de emergencia, poder enfriar el vapor que va a las turbinas o poderlo evacuar a la atmósfera limpio de contaminación radioactiva. Lo mejor sería sustituir al agua por otro elemento. Otra solución seria contar con un circuito cerrado de refrigeración primaria de agua a alta presion que no se pueda evaporar.

El futuro de las plantas de energía nuclear

La decisión de instalar centrales nucleares tiene aspectos económicos, técnicos sociológicos y políticos. Económicamente no hay duda de que, en las circunstancias actuales, no queda más remedio que instalar nuevas centrales nucleares, el petróleo se va agotando y las energías renovables actuales no son competitivas con la energía nuclear. En este momento hay planes para construir algo más de 400 centrales nucleares nuevas en todo el mundo, lo que equivale a duplicar el parque nuclear actual. Pensemos, como ejemplo, que Francia es un pais de muy baja productividad, con pocas horas de trabajo, muchas huelgas y altos salarios; no obstante, es muy competitiva debido al bajo costo de su energía, gracias a el alto porcentaje de energia nuclear que poseen.

Esa necesidad económica se enfrenta al problema sociológico y político que genera la inseguridad nuclear. Es comprensible que a la vista de accidentes como los sufridos, todos sintamos miedo, y que los políticos se cubran sus espaldas ante las posibilidades de nuevos accidentes.

Evidentemente, la solución es técnica. Son los técnicos los que tienen que encontrar soluciones a los posibles riesgos, en base a la experiencia, y ya existen soluciones viables hoy.

Afortunadamente, al menos de momento, nunca se ha producido una explosión nuclear en una central de energía. Todas las explosiones ha sido de hidrógeno y los incendios han sido o de hidrógeno o de aceite o de las barras de grafito, como ocurrió al final del accidente de Charnóbil. Los riesgos han sido por radiación de los residuos radiactivos, no por explosión nuclear. Al hablar de una explosión en una central nuclear, habria que dejar claro el tipo de explosión.

Además de las medidas de confinamiento para evitar que los residuos escapen al medio ambiente, lo primero que hay que conseguir es reducir la radioactividad de dichos residuos. Una de las medidas previstas en los reactores de tercera generación es el tratamiento del combustible con micro partículas que impidan la fusión del núcleo en caso de alcanzar altas temperaturas, incluso con pérdida total de refrigerante. Otra medida es la reutilización del combustible y la saturación con neutrones de los residuos radioactivos para reducir e incluso eliminar su radioactividad.

Para evitar el riesgo de explosiones de hidrógeno, se podría aprovechar la disociación del agua de forma controlada para producir hidrogeno como combustible de energía alternativa o eliminar los riesgos de disociación incontrolada, mediante la utilización de otros refrigerantes que no sean agua, como el sodio líquido y recurrir a un gas neutro para mover las turbinas, como nitrógeno, anhídrido carbónico o helio, en vez de vapor de agua.

Otras medidas de seguridad podrían ser:

- Evitar la fusión del núcleo mediante nuevos materiales de alta resistencia a la temperatura obtenidos con nanotecnología, incluso prever un foso refrigerado con difusores de calor pasivos en el fondo de la vasija para la recogida del núcleo en caso de que se funda.

- Tratamiento de gases, tanto explosivos (mezcla de oxigeno e hidrogeno) como radioactivos (xenón y kriptón).

- Instalación de reactores subterraneos.

Conclusiones

-Japón no puede prescindir de la energía nuclear y, tras mejorar la seguridad, deberá reabrir sus centrales nucleares.

-A nivel técnico, soluciones hay y el margen económico permite incorporarlas

-Hay que lograr un nivel de seguridad con riesgo cero en las centrales nucleares. Las nuevas centrales de tercera y cuarta generación van por ese camino.

-No se pueden parar los planes de nuevas centrales, pero si asegurar su seguridad.

http://www.our-energy.com/videos/third_generation_nuclear_power_station.html

http://www.areva.com/EN/global-offer-419/epr-reactor-one-of-the-most-powerful-in-the-world.html