Guia Basica para bachillerato de Circuitos Basicos
Una Mirada A La Energia Nuclear
1. UNA MIRADA A LA ENERGIA NUCLEAR Charla ante la Academia Nacional de Ingeniería y Hábitat Ing. Nelson Hernández Blog: Gerencia y Energia Enero, 2010
2. POBLACION ELECTRICIDAD CAMBIO CLIMATICO DESARROLLO DESCARBONIZAR SISTEMA ENERGETICO NUCLEAR RENOVABLES El mundo de noche
3. Gestión Emisión de CO2 Fuente: IEA Elaboración: Nelson Hernández 2005 2025 2020 2015 2010 2030 45 40 35 30 25 20 Millardos de TM de CO2 Referencia Políticas Alternativas Estabilización 450 ppm Biocombustibles CC Industria CC Plantas eléctricas Eficiencia uso eléctrico Eficiencia uso final Renovables Nuclear
4. Emisión de Ceq por Kwh generado (*) (*) Multiplique por 3.67 para obtener gramos de CO2 gr Ceq/kWh 16 31 28 31 25 79 90 157 121 215 181 278 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Carbón 2020 Actual 2020 Actual 2020 Actual Gas Nuclear Petróleo Chimenea Otras fases 357 246 149 188 5.7 106 206 82 97 151
5. Maqueta planta nuclear flotante “Lomosonov” en construcción (2006 - 2012) por Rusia con un costo de 147 millones de euros. Constara de 2 reactores de 35 MW cada uno y podrá alimentar una ciudad de 200 mil personas. … después de muchos años de cuestionamiento y por efecto de la problemática del cambio climático, la energía nuclear surge como una de las soluciones para disminuir la emisión de CO2
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7. El “uranio” es conocido desde 1789 cuando el químico alemán Martín Klaproth analizando muestras de las minas de plata de Joachimsthal en Bohemia (Republica Checa) noto que en las mismas existía un elemento no conocido para esa fecha denominándolo Uranio El descubrimiento del radio en 1898 por Marie Curie llevó a la construcción de una serie de plantas de extracción de radio mediante el procesamiento de mineral de uranio. A partir del año 1939 con el descubrimiento de la fisión nuclear se inicia una nueva era en el ámbito energético, ya bien sea con fines pacíficos o no. En 1939 se inicia el proyecto “Manhattan” que culmina con la detonación de la primera prueba nuclear el 16-07-45. Las bombas de Hiroshima y Nagasaki fueron detonadas el 06 y 09 de agosto de 1945, respectivamente La investigación sobre la fusión controlada con fines civiles se inició en la década de 1950, y continúa hasta este día. Cronología de la energía nuclear
8. El potencial de uranio como fuente de energía industrial se hizo evidente con la botadura en 1954 del primer submarino movido por energía nuclear, el “Nautilus” de Estados Unidos. La Unión Soviética en 1954 construye el reactor tipo RBMK de 5 MWe, para demostración de generación de energía eléctrica, en la localidad de Obninsk, operó hasta 1959. El Reino Unido en 1956, construye el reactor tipo grafito-gas de 50 MWe, en operación comercial en la localidad de Calder Hall EEUU en 1957, construye el 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 … a partir de los años 60 del siglo XX, la energía nuclear ha logrado un avance extraordinario con fines militares y pacíficos (medicina, industria, agricultura, etc.) Cronología de la energía nuclear
9. ¿Por qué enriquecer uranio? El Uranio (U-235) en estado natural esta en muy baja concentración por lo que hay que aumentarla (enriquecimiento) de tal manera que pueda ser útil. Para una planta de generación eléctrica un enriquecimiento entre 3 y 5 % es suficiente. Por encima de este % comienzan los problemas geopolíticos, ya que dicho % es el limite entre los usos pacíficos y bélicos de la energía nuclear. El uranio fisible en las armas nucleares normalmente contiene 85% o más de U-235 conocido como "nivel para armas" (weapons-grade), a pesar de que para un arma muy poco eficiente el 20% sería suficiente. Método enriquecimiento por cascada centrifugadoras en una planta europea
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11. Geopolítica del uranio Los países que dominan integralmente la energía nuclear no desean que otros la dominen, motivado al auge del terrorismo, lo que ha modificado ampliamente la interrelación geopolítica mundial Solo hay un punto de encuentro: Cuando se fabrica o se compra U-235 menor o igual a 5 % de enriquecimiento para generar electricidad o para usos científicos e industriales (c) Nor Corea 30-50 Pakistán 45-90 India 200 Israel 200 Inglaterra 350 Francia 400 China 9000 (b) Estados Unidos 19500 (a) Rusia Nro. de Bombas Notas: (a) Llego a tener 44000 / (b) Llego a tener 28000 / (c) Posee material para 6 bombas El principal miedo al desarrollo pacífico de la energía nuclear, es que la brecha que la separa del uso bélico no es la tecnología o los recursos, si no la ética de quien la controla
14. 2008. Producción y Reservas de Uranio a nivel mundial (*) Francia, Rumania y Pakistán Fuente: World Nuclear Association Elaboración: Nelson Hernandez 15 44300 3032 Niger - n/d 127 Los otros 3 (*) 57 2438100 43853 Total Mundo 2 600 263 Republica Checa - n/d 271 India 477 157400 330 Brasil 314 205900 655 Sur África 58 44300 769 China 158 126500 800 Ucrania 69 99000 1430 Estados Unidos 24 55200 2338 Uzbeskitan 49 172400 3521 Rusia 33 145100 4366 Namibia 85 714000 8430 Australia 40 344200 8521 Kazakastan 37 329200 9000 Canadá Duración años Reservas tU< 80 US$/Kg Producción tU
15. 2008. Las 10 primeras minas de Uranio Fuente: World Nuclear Association Elaboración: Nelson Hernandez 43853 27436 Total Mundo Total 10 primeros 1034 Uranium One Kazakhstan Akdala 1249 Areva Canadá McClean Lake 1289 Areva Niger Akouta 1368 Cameco Canadá Rabbit Lake 1743 Areva Niger Arlit 3050 ARMZ Rusia Priargunsky 3344 BHP Billiton Australia Olympic Dam 3449 Rio Tinto (69%) Namibia Rössing 4527 ERA (Rio Tinto 68%) Australia Ranger 6383 Cameco Canadá McArthur River Producción tU Principal Dueño País Mina 63 %
19. 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 0 2000 4000 6000 8000 Los 10 Primeros Mundo Resto del Mundo China Estados Unidos India Rusia Japón Brasil Canadá Alemania / Francia / Sur Corea 0.5 TPE/Hab 1 TPE/Hab 3 TPE/Hab 2 TPE/Hab Consumo (millones de TPE) Población (millones) 2008. Los 10 primeros en consumo de energía Fuente: BP Elaboración: Nelson Hernandez
20. 2008. Los 10 primeros en consumo de energía (1): Millones de toneladas de petróleo equivalente Fuente: BP Elaboración: Nelson Hernandez 4001 6,6 3,1 16,6 32,3 41,5 Resto Mundo 7294 6,2 6,8 36,2 19,7 31,1 Los 10 primeros 228 36,1 1,4 6,4 9,9 46,2 Brasil 240 0,4 14,2 27,5 14,9 43,0 Sur Corea 258 5,6 38,6 4,6 15,4 35,7 Francia 311 1,4 10,8 26,0 23,7 38,0 Alemania 330 25,4 6,4 10,0 27,3 30,9 Canadá 433 6,0 0,8 53,4 8,6 31,2 India 507 3,1 11,2 25,4 16,6 43,7 Japón 685 5,5 5,4 14,8 55,2 19,1 Rusia 2003 6,6 0,8 70,2 3,6 18,8 China 2299 2,5 8,4 24,6 26,1 38,5 Estados Unidos 11295 6,4 5,5 29,2 24,1 34,8 Mundo Petróleo Gas Nuclear Hidro Carbón Total (1) Porcentaje
21. 2008. Mundo: Consumo de energía primaria y generación de electricidad Fuente: EIA Elaboración: Nelson Hernández El 32 % de la energía primaria fue utilizada para generar electricidad Petróleo Gas Carbón Renovables Nuclear 34.8 % 6.3 % 5.6 % 29.2 % 24.1 % Total = 227 millones de BDPE Consumo 5.0 % 13.0 % 19.5 % 20.3 % 42.2 % Total = 20.2 Tera Kwh Generación
22. 2008. Capacidad y Generación Eléctrica con Base Nuclear (*) Argentina, Armenia, Bélgica, Brasil, Bulgaria, Republica Checa, Finlandia, Hungría, India, Lituania, México, Holanda, Pakistán, Rumania, Eslovaquia, Eslovenia, Sur África, España, Suecia, Inglaterra Fuente: World Nuclear Association Elaboración: Nelson Hernandez 367500 2600 Total Mundo 52951 397 Los Otros 20 (*) 9016 61 Suiza 8587 65 China 13168 84 Ucrania 12652 89 Canadá 20339 141 Alemania 17716 144 Sur Corea 21743 152 Rusia 46236 240 Japón 63473 418 Francia 101119 809 Estados Unidos Capacidad MWe Generación 10 9 Kwh 13.0 % del total mundial
23. Para relacionar las toneladas de uranio con los MW, tenemos que el rendimiento del combustible nuclear (U-235) quemado se expresa en días megavatios (MW) por tonelada de combustible. Con un quemado promedio típico de 1 tonelada enriquecida a 5 % de (U235) produciría 45000 MWd/t , que es equivalente a la generación eléctrica obtenida al quemar 18000 toneladas de carbón. El consumo de uranio, para el 2008, totalizo 64615 toneladas, lo que arroja un rendimiento de 40238 MWh por tonelada de uranio. Relación energética del U-235
26. 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 2008 20 30 40 50 60 70 80 90 2100 367 Fuente: World Nuclear Association Elaboración: Nelson Hernandez Mundo. Proyección Capacidad Energía Nuclear Siglo XXI GWe Reducción emisiones de CO2 en el periodo Alto = 1286 millones de TCO2 Bajo = 356 millones de TCO2 11045 2060 Escenario Alto Escenario Bajo
27. Mundo. Capacidad Generación Eléctrica con Base Nuclear (GW) Fuente: World Nuclear Association Francia Japón Otros Corea del Sur Alemania Rusia Estados Unidos China Inglaterra Canadá Ucrania 9 51 22 48 63 99 20 18 13 13 11 Total = 367 2008 India Japón Pakistán Rusia Indonesia Condominio Golfo (*) Otros Estados Unidos Brasil México China 330 225 200 200 1200 2750 2800 180 2810 175 175 Total = 11045 (*) Bahrain, Kuwait, Omar, Qatar, Arabia Saudita y Emiratos Árabes Proyección al 2100 (caso Alto) Elaboración: Nelson Hernandez
28. De acuerdo a la información de la WNA , para el año 2100 solo tendrán generación eléctrica-nuclear en Latinoamérica los siguientes países, y cuya capacidad esta expresada en GWe: Brasil (330) México (225) Argentina (90) Venezuela (60) Chile (38). Latinoamérica. Energía nuclear en el siglo XXI
29. Flujo de efectivo ilustrativo para una planta eléctrica nuclear Fuente: ININ (México)
30. Combustible Estructura del costo de producción de 1 Kwh Fuente: World Nuclear Association Elaboración: Nelson Hernandez Operación + mantenim. Inversión Gas Petróleo Carbón Nuclear 12 % 20 % 30 % 67 % 15 % 18 % 75 % 10 % 15 % 30 % 58 % 50 % Materia Prima [Uranio] (46%) Enriquecimiento (38%) Conversión (4%) Fabricación (12%)
31. Costo* Generación de Electricidad ($/Kwh) Elaboración: Nelson Hernández (*) Considera costo de la tonelada de emisión de CO2 (50 $/tonelada) Carbón (75 % de secuestro) Solar PV Solar Concentrada (PV) Planta a Gas Torre Solar Torre Solar + Paneles PV Nuclear 0.263 0.250 0.143 0.131 0.052 0.044 0.265 0.145 Parque Eólico Maremotriz Planta a Carbón Geotérmica 0.161 0.156 0.153 4140 1300 12000 3750 2900 6165 8250 7930 6750 1000 5200 $/Kw instalado
34. ITER: (International Thermonuclear Experimental Reactor) cuyo objetivo es el desarrollo de la fusión nuclear. Los científicos que laboran en esta tecnología, indican que estará disponible para un uso masivo a mediados de 2030, lográndose así una fuente energética “abundante o casi infinita” y que no contamina el ambiente. De conseguirse la fusión nuclear controlada a gran escala, una milla cúbica de agua contendría la misma energía que todos los yacimientos petroleros conocidos y los que se estiman sin descubrir . El ITER esta situado en Cadarache, al sur de Francia, y se estima que inicie operaciones en el 2014. Fusión nuclear: Es una reacción en la que se unen dos núcleos ligeros para formar uno más pesado. La reacción más fácil de conseguir el la del deuterio (un protón más un neutrón) y tritio (un protón y dos neutrones) para formar helio (dos neutrones y dos protones) y un neutrón, liberando una energía de 17,6 MeV. Es una fuente de energía prácticamente inagotable, ya que el deuterio se encuentra en el agua de mar y el tritio es fácil de producir a partir del neutrón que escapa de la reacción.
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38. Existe un informe realizado en el primer gobierno de Carlos Andrés Pérez donde se establecía la existencia de reservas de uranio en la Formación Úrico, en la confluencia de los ríos Úrico y Chicarán, en el Distrito Roscio, a unos 200 Km. al noreste del Salto Ángel, las cuales eran consideradas de alto enriquecimiento por la presencia de mas de 20 % de uranio (235). También, la evaluación indicaba otras formaciones mucho más al sur, cercanas al limite de los estados Bolívar y Amazonas, en Río Negro . Las reservas se estiman en 50 mil toneladas Venezuela. Recursos de uranio Rio Negro
39. Motivado a factores económicos, ambientales y geopolíticos la energía nuclear “renace” como la energía primordial para la generación de electricidad en el siglo XXI La fusión nuclear es el tipo de energía que espera la humanidad a partir de la segunda mitad del siglo XXI La energía nuclear siempre será objeto de antagonismo en la geopolítica mundial, entre los que dominan la energía y los que desean dominarla Por la estrecha relación que tiene el gobierno venezolano con el de Irán, Venezuela ha sido incluida en el “juego nuclear mundial” Lecciones aprendidas
40. Mega Electrón-Volt (Mev) Es un múltiplo de una unidad de energía. Se lee como "mega - electrón - volt". 1 MeV equivale a 1.000.000 de eV (electrón - volt). Un eV es la energía que experimenta un electrón cuando se encuentra en un campo eléctrico, cuya diferencia de potencial es de 1 volt. 1 eV es igual a 1.6 X 10 ^(-19) Joule. 1 MeV = 1.6 X 10 ^(-13) Joule 1 M Joule = 6.24 X 10 ^(24) MeV 1 Joule = 0.24 calorias
41. UNA MIRADA A LA ENERGIA NUCLEAR Charla ante la Academia Nacional de Ingeniería y Hábitat Enero, 2010 … Muchas Gracias Ing. Nelson Hernández Blog: Gerencia y Energia
Notas do Editor
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.
