Situación actual y futura de la energía nuclear Enrique Valero Abad y Antonio Colino Martínez DESCRIPTORES ENERGÍA NUCLEAR GESTIÓN DE RESIDUOS RADIACTIVOS BARRERAS DE INGENIERÍA ABASTECIMIENTO ENERGÉTICO MEDIO AMBIENTE La energía es el motor fundamental del desarrollo económico y social del mundo. Es imprescindible para nuestra sociedad disponer de un abastecimiento energético, seguro, fiable y económico, a corto, medio y largo plazo. La utilización comercial de la energía nuclear, como fuente de generación de energía eléctrica a gran escala, combina aspectos tecnológicos, económicos y medioambientales atractivos que hacen que un sistema eléctrico con bajas emisiones de carbono sea un objetivo viable y económicamente accesible. Una política energética equilibrada debe basarse en la tecnología presente y en las necesidades de desarrollo social y económico. Actualmente se encuentran en operación comercial en el mundo 436 reactores nucleares, que generan el 18 % del total de la energía eléctrica consumida, 38 reactores más están en fase de construcción, y hay un número aún mayor de proyectos. Es en los países donde se localizan la mayor parte de las centrales nucleares en construcción donde su política se deriva de la necesidad de cubrir elevadas tasas de crecimiento energético, de reducir una excesiva dependencia de las importaciones, de disminuir las expectativas del uso creciente del carbón y de la necesidad de preservar el medio ambiente. Existe hoy una situación confortable en cuanto a la disponibilidad en los mercados internacionales de combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas) en cantidad suficiente y a precios razonables. Parece que estas circunstancias podrían mantenerse a medio plazo, contando incluso con un crecimiento en el consumo energético mundial del orden del 2 % anual. Sin embargo, una dependencia creciente del exterior en los grandes consumidores (la Unión Europea, Estados Unidos y Japón), conjuntamente con un fuerte aumento de la demanda en muchos países en vías de desarrollo, podría ser el caldo de cultivo de futuras crisis, más o menos coyunturales, y con efectos potencialmente importantes. Adicionalmente, hay que considerar que una dependencia excesiva de los combustibles fósiles produce inevitablemente emisiones masivas de CO2, lo que tiene un efecto cierto sobre los problemas del impacto ambiental y el cambio climático. Estos efectos, cada vez mejor conocidos, pueden obligar a tomar medidas restrictivas severas en un futuro próximo. Desde el punto de vista de una planificación energética prudente a medio y largo plazo, parece razonable buscar alternativas que puedan ir sustituyendo paulatinamente a los combustibles fósiles, promoviendo el desarrollo de nuevas fuentes energéticas y procurando una mayor diversificación de los recursos, con lo que se reducirá una dependencia excesiva de los combustibles fósiles, previniendo su agotamiento y evitando problemas medioambientales de carácter irreversible de una manera económicamente viable. Aunque existen hoy alternativas energéticas prometedoras, sobre la base de los recursos renovables, sin embargo sólo la tecnología nuclear ofrece una solución a gran escala, en una línea de evolución progresiva capaz de ir resolviendo sus inconvenientes actuales, que pueda sustituir a medio plazo el uso masivo de combustibles fósiles. -26- El calendario de sustitución de los combustibles fósiles podría estar condicionado, a un menor plazo, por las necesidades de reducción de las emisiones de CO2 y otros gases de efecto invernadero, y a un mayor plazo, por su seguro agotamiento. Ante esta situación, la energía nuclear tiene ante sí un amplio horizonte de desarrollo a través de diversas modalidades de fisión (fisión térmica y fisión rápida), primero, y de fusión, después. Las centrales nucleares actuales no son más que una primera fase del desarrollo de esta tecnología que ha demostrado ya su viabilidad. En este punto hay que destacar que la industria nuclear ha hecho posible que existan técnicas para gestionar y controlar los residuos radiactivos, así como líneas tecnológicas de desarrollo futuro. De hecho, es la única industria que controla sus residuos en su totalidad, desde el principio del ciclo, y siguiendo el criterio de “concentración y confinamiento”. Las centrales nucleares. Breve descripción técnica No todas las centrales nucleares son iguales. Existen distintos tipos de reactores, basados en los mismos principios, pero con características tecnológicas propias diferenciadoras. Los Reactores de Agua Ligera, en sus dos versiones de Agua a Presión (PWR) y de Agua en Ebullición (BWR), representan el 90 % de los reactores de potencia que existen en el mundo, y constituyen los dos tipos de centrales nucleares que operan actualmente en España. Centrales de agua a presión (PWR) La característica básica de los reactores de agua a presión es que el agua, que actúa como refrigerante y moderador del reactor, permanece líquida a su paso por el reactor. Como consecuencia de esta opción de diseño, el vapor necesario para accionar la turbina se ha de generar en un componente diferente que esté, lógicamente, a menos presión que la del circuito primario, entendiendo por primario el conjunto de tuberías y componentes a través de los cuales pasa el refrigerante del reactor. La presión media del refrigerante es de 150 atmósferas y su temperatura de 320 °C a la potencia normal. El conjunto de componentes que constituyen el circuito primario, en el caso de los grandes reactores de potencia unitaria de 3.000 MW térmicos (unos 1.000 MW eléctricos) está distribuido en tres o cuatro lazos, todos los cuales pasan por el corazón del circuito, que es el propio reactor. Cada lazo tiene un generador de vapor y una bomba de recirculación. En el generador de vapor el agua del primario cede su energía al agua del secundario, que entra en ebullición. El agua así enfriada en el primario del generador de vapor retorna, gracias a la impulsión de las bombas, al reactor. En el circuito secundario se realiza, estrictamente hablando, el ciclo termodinámico, pues en él se encuentra el generador de vapor o foco caliente, la turbina, el condensador y las bombas de condensado, que vuelven a presionar el fluido hasta las condiciones de trabajo del secundario del genera-27- dor de vapor. El generador de vapor consiste en un intercambiador de calor con la peculiaridad de que en el secundario se produce cambio de fase. En cuanto al reactor, se halla inserto en una vasija de acero de aproximadamente 25-30 centímetros de espesor y unas 400 toneladas de peso, provista de una tapa que va embridada a la vasija en condiciones nominales de funcionamiento, y que puede retirarse de la misma para proceder a la recarga del combustible. El combustible, UO2 enriquecido y envainado en tubos de aleación de zircalloy, ocupa el lugar inferior del espacio hueco de la vasija, estando en la parte superior los elementos guía de las barras de control, que en número parcial estarán fuera del combustible durante el funcionamiento nominal. El reactor se controla por medio de las barras de control y por ácido bórico disuelto en el refrigerante. Tanto las barras de control como el boro son buenos absorbentes de neutrones y tienden a hacer menos reactivo el núcleo, de forma que ajustando la concentración de boro y la longitud de las barras de control que se insertan en el núcleo puede variarse el nivel de potencia del reactor e incluso pararlo. Al final de cada ciclo de operación, que dura entre 12 y 24 meses, se ha de recargar el reactor, extrayéndose los elementos combustibles más gastados e insertando elementos nuevos (también llamados frescos). Centrales de agua en ebullición (BWR) Al contrario que en los reactores de agua a presión, los de agua en ebullición están concebidos para que el agua que refrigera el combustible del reactor cambie de fase, es decir, hierva, a su paso por el reactor. El agua, mantenida a una presión de unas 70 atmósferas, entra en ebullición, y este vapor, tras pasar por unos sistemas de separadores de agua y de secado, va directamente a la turbina. Estas centrales BWR, a diferencia de las PWR, no tienen generador de vapor, que era la interfase entre el agua del primario y el vapor del secundario. Desde este punto de vista, el reactor de agua en ebullición está más cerca de la concepción clásica de una central térmica, ya que se emplea directamente el reactor como generador de vapor, en clara similitud con una caldera de combustión. La disposición de componentes en una central BWR es sensiblemente igual a la de las centrales térmicas convencionales. Sin embargo, la vasija del reactor está configurada de manera especial, de tal forma que se establezca una buena refrigeración del reactor. El combustible de los reactores BWR es también UO2 enriquecido y envainado en tubos de aleaciones de zircalloy, formando los elementos combustibles. Otra característica principal de estos reactores BWR es el sistema de contención, que consta de un edificio de hormigón que constituye el blindaje biológico y, dentro de él, la contención propiamente dicha, que es una construcción de acero de forma cilíndrica coronada por una figura semicircular. Dentro de este edificio metálico está albergada la vasija y todos los sistemas de seguridad, siendo su función retener los posibles escapes, en caso de accidente. O.P. N.o 52. 2000 Fig. 1. Vista parcial de la Central Nuclear de Trillo. Centrales nucleares en funcionamiento Veamos cuál es la historia de esta energía, que en poco más de cuatro décadas ha alcanzado una madurez tecnológica comparable a la de la industria aeroespacial o a la de la industria de las comunicaciones. A mediados de los años sesenta tuvo lugar el lanzamiento del programa nuclear de los Estados Unidos, que fue seguido, poco después, por los de otros países industrializados. El motor fue la bonanza económica, el fuerte crecimiento de la demanda eléctrica, el prestigio que tenía entonces la tecnología nuclear, y sus prometedoras expectativas económicas. A finales de 1973 se desató la crisis del petróleo, lo que proporcionó un fuerte impulso adicional a la planificación nuclear. En Europa la producción eléctrica con fuel-oil tenía que ser abandonada, sustituyéndola fundamentalmente con energía nuclear. En Francia se lanzó, definitivamente, un gran programa nuclear basado en la tecnología americana de reactores de agua ligera a presión. En España, el Plan Energético de 1974 requería para el año 1985 la instalación de 24.000 MW nucleares. Países industrializados, como Alemania, Suecia, Japón, Italia, Cana- dá, reforzaron sus programas nucleares, mientras que otros, como Méjico, Brasil, Taiwan, Corea, se preparaban para iniciar sus programas. No obstante, las expectativas para la energía nuclear de 1974 resultaron pronto ampliamente sobrevaloradas. En primer lugar, la crisis acabó con la bonanza económica, y ésta con el fuerte crecimiento de la demanda eléctrica en muchos países. Además, los costes de inversión de las centrales nucleares en construcción se dispararon de forma aparentemente imparable. Finalmente, en la segunda mitad de la década de los setenta, empezó a surgir un fuerte movimiento antinuclear de carácter internacional, con un gran impacto en la opinión pública. La combinación de estos tres factores condicionó una fuerte desaceleración de los programas nucleares, sobre todo en los países más directamente afectados, España entre ellos. Con todo, la energía nuclear en la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico pasó de aportar en 1973 el 1,4 % del total de energía primaria, al 11,2 % en 1995. En ese mismo período el consumo de energía primaria pasó de 3.485 Mtep a 4.451 Mtep, y la contribución del petróleo des-28- cendió del 54,4 % al 43,2 %. En el año 1999 el consumo de energía primaria fue de 4.948 Mtep, siendo la aportación de la energía nuclear un 11 % y la del petróleo un 43 %. En lo que se refiere a España, la evolución de la producción de energía eléctrica en los últimos treinta años se ha caracterizado por una situación en la que las centrales hidroeléctricas han tenido una contribución variable, dependiendo de los ciclos meteorológicos. En el caso de la energía eléctrica producida por las centrales nucleares, la situación ha sido de mayor estabilidad, con un aumento constante desde 1968, año en que se conectó en el mes de diciembre a la red la primera central nuclear española, la central nuclear José Cabrera, hasta el año 1988. Desde ese año la potencia instalada ha sido estable, con la excepción de la puesta fuera de servicio de la central de Vandellós I, y los aumentos de potencia del resto de las centrales nucleares en operación. Al día de hoy, la potencia eléctrica instalada de origen nuclear alcanza los 7.749 MWe. Esta potencia representa un 16,7 % de la potencia total instalada en el país, contribuyendo en 1999 con un 35,7 % de la producción total de energía eléctrica peninsular. Las empresas eléctricas españolas comenzaron sus programas de construcción de centrales nucleares en el año 1964, siguiendo un modelo ejemplar desde el punto de vista de la transferencia tecnológica. En España tenemos en funcionamiento siete centrales nucleares, con nueve reactores en total. Dos se sitúan en la provincia de Tarragona (Ascó y Vandellós), otras dos en la provincia de Guadalajara (José Cabrera y Trillo), y una en las provincias de Valencia (Cofrentes), Burgos (Santa María de Garoña) y Cáceres (Almaraz). Inicialmente, las centrales de José Cabrera, Santa María de Garoña y Vandellós I se construyeron bajo la forma “llave en mano”, con una mínima participación de empresas españolas. Posteriormente, las centrales de Almaraz I y II, Ascó I y II y Cofrentes se proyectaron y construyeron bajo la modalidad de “componentes”. En estas centrales, la participación española, tanto de ingenierías como de fabricantes de equipos, aumentó espectacularmente, alcanzando un 85-90 % de participación nacional en la inversión total. Finalmente, en el caso de las centrales de Vandellós II y Trillo I, la participación nacional fue incluso aún mayor. Prácticamente todas las actividades de construcción fueron realizadas por empresas españolas, y en la parte referente a la ingeniería la transferencia tecnológica fue tal que se consiguió una autonomía prácticamente total. A mediados de los años ochenta cinco de las quince centrales incluidas en el Plan Energético Nacional (Valdecaballeros I y II, Lemóniz I y II y Trillo II) fueron declaradas en moratoria, y una de ellas, Vandellós I se clausuró en el año 1989 como consecuencia de los daños causados a la instalación por un incendio en el grupo turbina-alternador, por los costes económicos que suponía su recuperación. Más tarde, en 1994, las centrales afectadas por la moratoria fueron definitivamente canceladas, quedando actualmente un total de siete centrales, con nueve reactores, en operación. -29- Gestión de residuos radiactivos El objetivo de la gestión de los residuos radiactivos es aislarlos de la biosfera para impedir la interacción de las radiaciones con las personas y el medio ambiente. Esto se consigue aislando los radioisótopos según el poder de penetración de las radiaciones que emitan. Así, la radiación alfa es fácil de detener y, de hecho, es suficiente una hoja de papel. La radiación gamma es la más penetrante, por lo que se precisa una lámina de plomo o paredes de espesores diversos de hormigón. El espesor del material de blindaje necesario depende de su peso específico; así, se necesitará, para una misma energía de radiación, espesores crecientes de plomo, hormigón o agua. Las implicaciones sociopolíticas y la aceptación por parte de los ciudadanos, suponen el auténtico escollo con que se encuentran los responsables a la hora de acometer e implantar soluciones especificas que posibiliten una correcta gestión de los residuos. No es este el momento de detenernos en este aspecto, sin duda crucial, pero susceptible de ser tratado monográficamente. La Empresa Nacional de Residuos Radiactivos, S.A. (ENRESA), de capital enteramente público, fue constituida en el año 1984 por decisión del Parlamento, con el objetivo de llevar a cabo la gestión segura de los residuos radiactivos generados en España, garantizando la neutralización de los riesgos que dichos residuos pudieran implicar, tanto para la salud de las personas como para la integridad del medio ambiente. En paralelo, ENRESA desarrolla una importante actividad de comunicación, formación e información dirigida a todos los sectores de la sociedad española. Todas sus actividades quedan recogidas en el Plan General de Residuos Radiactivos (PGRR), aprobado por el Gobierno y presentado al Parlamento, que es objeto de revisión periódica. En el PGRR se contempla la financiación de ENRESA mediante una cuota pagada por los consumidores de la energía eléctrica. Hoy día, tanto ENRESA como las otras agencias que actúan en el ámbito de la OCDE, disponen de tecnologías fiables y seguras para el almacenamiento de residuos radiactivos y, técnicamente, la implantación de estas soluciones no representa, en ningún caso, un escollo insuperable para cumplir los objetivos que el Decreto Fundacional y los sucesivos Planes Generales de Residuos Radiactivos atribuyen a ENRESA. Cada año se producen en España 160 toneladas de residuos de alta actividad y 2.000 toneladas de residuos de baja y media actividad. Una cantidad muy inferior a las 350.000 toneladas/año de residuos tóxicos y peligrosos, a los 4.000.000 de toneladas de residuos industriales y a las 50.000.000 toneladas de residuos sólidos urbanos y agrícolas. Los procedimientos de gestión consisten en someterlos a operaciones de tratamiento, tales como reducción de volumen, concentración, etc. Para, finalmente, incorporarlos en una matriz sólida que impida su dispersión. Históricamente se han venido utilizando tipos diversos de matrices, tales como cemento, morteros, hormigón, bitumen o asfalto, polímeros, etc. Los residuos de baja y media actividad, una vez incorporados en cemento, generalmente en el interior de bidones estándar de 220 litros, se envían a las instalaciones de almaceO.P. N.o 52. 2000 Fig. 2. Almaccenamiento de residuos radiactivos de alta actividad. Contenedor de almacenamiento de combustible gastado Fig. 3. Central de almacenamiento de residuos radiactivos de baja y media actividad de El Cabril. Vista aérea de la instalación. namiento, que suelen ser de las denominadas almacenamiento superficial con barreras de ingeniería. Estas barreras son elementos redundantes que impiden la migración de los radioisótopos a la biosfera. Se utilizan también almacenamientos subterráneos cuando, por ejemplo, se aprovechan minas abandonadas que tuvieron alguna explotación previa y que tienen características hidrogeológicas ventajosas. Así, en Alemania se ha utilizado la mina de sal de Asse para almacenar de forma experimental este tipo de residuos, y se proyecta utilizar la mina Konrad, antigua mina de hierro encajada en arcilla. En el caso de Suecia se ha acudido a una construcción subterránea por debajo del mar Báltico, en un macizo granítico con unos 50 metros de profundidad y que tiene una lámina de agua de unos cinco metros encima de la formación. El almacenamiento superficial con barreras de ingeniería se utiliza fundamentalmente en Estados Unidos, Reino Unido, Francia, Japón y España, y los países que esperan construir almacenamientos análogos a estos últimos son Bélgica, Corea, Argentina, Brasil, Méjico, Croacia, Rumania y Eslovenia e Italia. El almacenamiento temporal del combustible gastado en las centrales nucleares es una fase que está técnicamente resuelta, disponiéndose actualmente de la tecnología necesaria. En una primera etapa, este almacenamiento temporal se realiza en las piscinas de las propias centrales nucleares. Cuando éstas se saturan o se desmantelan, existen otras técnicas de almacenamiento temporal, como bóvedas, o, de uso más generalizado, en contenedores especiales, que ya están disponibles y debidamente homologados por las autoridades reguladoras. Hay que señalar que esta capacidad de almacenamiento intermedio (primero en piscinas y después en superficie), proporciona un suficiente margen de maniobra temporal. En estas circunstancias parece oportuno no comprometer soluciones de almacenamiento definitivo de residuos de alta actividad, ni en modalidades ni en calendario, puesto que la aparición y contrastación de tecnologías emergentes podría obligar a redefinir a medio plazo esas mismas soluciones. Ello justifica que durante estos años la actividad de ENRESA en dicho campo se centre en la investigación y desarrollo y en la cooperación internacional, de lo que son buena prueba los 10 millones de euros al año que se dedican a estas actividades y los 600 técnicos y científicos españoles que participan en dichos programas, de los cuales hay que destacar el Proyecto FEBEX en Grimsel (Suiza), liderado por ENRESA, que tiene por objeto la demostración de la factibilidad de barreras de ingeniería y su comportamiento a largo plazo. -30- Perspectivas de futuro La consideración de los tres objetivos fundamentales que se presentan a la hora de definir toda política energética: la competitividad económica global, la seguridad en el aprovisionamiento de las fuentes primarias de energía y la protección del medio ambiente, ha llevado a los países más desarrollados a la conclusión de que la energía nuclear de fisión debe ser considerada como una alternativa determinante para el futuro, así como un escalón a recorrer en el proceso tecnológico que conduzca a nuevas fuentes de energía escasamente contaminantes y, de manera específica, a la fusión nuclear. Es un hecho que la tecnología nuclear es un sector con un gran desarrollo. El bajo coste del kilovatio-hora producido, junto con los proyectos de aumento de potencia y extensión de vida, hacen que sea una industria muy competitiva. Además, es un sector altamente cualificado, lo que garantiza un futuro en una línea de progresiva evolución, no sólo en el campo energético, sino también en múltiples aplicaciones en otras áreas (medicina, agricultura, industria, alimentación, etc.). En cuanto a la seguridad en el aprovisionamiento, conviene recordar que una de las circunstancias que hizo posible la crisis del petróleo en el año 1973 fue precisamente el relajamiento en la política de autoabastecimiento de petróleo por parte de los Estados Unidos en los años inmediatamente anteriores, con la escalada de las importaciones y la consiguiente tirantez oferta-demanda. Hoy existe una mayor diversificación de fuentes de suministro y existen grandes reservas de gas bastante distribuidas; pero también hay una fuerte tendencia al crecimiento de la dependencia de las importaciones por parte de los grandes mercados consumidores, sobre todo de Europa, que se agudizaría si se fuera abandonando la opción nuclear. Es evidente que Europa no va a estar a resguardo de posibles crisis, de carácter político o económico, en determinadas zonas de las que proceden porcentajes significativos y crecientes del suministro energético. Y es más, países como España, con un nivel de autoabastecimiento decreciente –el 25 % hoy, pero sólo el 15 % si se descontase la energía nuclear– lo van a estar mucho menos. Es un hecho que Europa está poco preparada para dar respuesta solidaria a una situación de crisis y no lo estará en mucho tiempo con garantías para los países más dependientes, sobre todo si la crisis es severa. En lo que se refiere a los aspectos medioambientales, el gas es mejor solución que otros combustibles fósiles, pero sigue produciendo CO2, casi medio kilogramo por kilovatiohora producido, y los recursos son limitados. No parece razonable confiarle a largo plazo una parte importante del crecimiento global de la energía primaria en el mundo, que se estima en el 2 % al año, teniendo en cuenta, además, que las mayores reservas de gas están en países con regímenes económicos y políticos inestables. Teniendo en cuenta que en España un tercio de la producción eléctrica es de origen nuclear, algunas de las razones más importantes que justifican la continuidad del funcionamiento de las centrales nucleares españolas son las siguientes: -31- • Toda política energética tiene que estar basada en los siguientes criterios que han de tenerse en cuenta en su conjunto: – Asegurar el abastecimiento energético, lo que implica diversificación de fuentes de suministro. – Usar fuentes energéticas competitivas. – Usar fuentes energéticas respetuosas con el medio ambiente. • Es necesario disponer de energías seguras, limpias, fiables y económicas. La economía de un país no puede admitir una pérdida de garantía del suministro energético en un momento dado. • El autoabastecimiento de energía primaria en España se cifra en un 25 %, con lo que el 75 % de la energía primaria consumida es importada del exterior. Habrá un incremento de la dependencia exterior si se abandona la energía nuclear y se sustituye con centrales de gas de ciclo combinado y con carbón de importación. • Las centrales nucleares españolas funcionan con un permiso de explotación aprobado por el Ministerio de Industria y Energía, y bajo la supervisión del Consejo de Seguridad Nuclear. • Las energías renovables podrían cubrir una parte del crecimiento de la demanda eléctrica, pero no podrán a medio plazo sustituir a la generación nuclear. En relación con el número total de horas del año, 8.760 horas, las centrales nucleares españolas funcionan entre 7.500 y 8.000 horas, frente a las 2.000 a 3.000 horas que funcionan las centrales eólicas y solares. • La producción de energía eléctrica a partir de carbón, petróleo y gas tiene un impacto reconocido sobre el medio ambiente a través de la emisión de gases de efecto invernadero. Sin embargo, la energía nuclear, en la generación de energía eléctrica, no produce ninguna emisión de CO2 u otros gases de efecto invernadero. Para terminar, y a modo de conclusión, la consideración de todas estas razones lleva a la determinación de que si se quiere mantener un desarrollo sostenible, compatible con la reducción de los gases de efecto invernadero, se debe disponer de energías fiables, económicas y limpias, debiendo considerarse la energía nuclear como una opción determinante para el presente y para el futuro. ■ Enrique Valero Abad* y Antonio Colino Martínez** *Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos Director General del Grupo Nuclear SEPI **Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos Presidente de ENRESA O.P. N.o 52. 2000