Este documento trata sobre la relación entre el agua y la energía, con un enfoque en el papel de las centrales nucleares. Explica cómo el agua es esencial tanto para la producción de energía como para la gestión del agua, y cómo las centrales nucleares utilizan el agua de mar o de ríos como refrigerante en un circuito abierto o cerrado. También analiza las perspectivas futuras de la integración de las políticas energética e hídrica y la situación actual de la energía nuclear a nivel mundial y en España.

1. AGUA Y ENERGÍA:
UN BINOMIO IMPRESCINDIBLE
PARA LA SOSTENIBILIDAD Y EL MEDIO AMBIENTE.
EL PAPEL DE LAS CENTRALES NUCLEARES
CURSOS DE VERANO UNIA 2017
Universidad Internacional de Andalucía
Campus Sta. Mª. de la Rábida, 25 de julio de 2017
Antonio González Jiménez
Director de Estudios y Apoyo Técnico

2. 1
¿QUÉ ES EL FORO NUCLEAR?
Asociación empresarial que representa:
• 100% de la producción eléctrica de origen nuclear
• 85% de las principales empresas del sector nacional
• Más de 50 empresas españolas asociadas
• Cerca de 27.500 empleos directos e indirectos

3. 2
Índice
Introducción
Utilización del agua para la producción de energía
Utilización de la energía en la gestión del agua
El agua y las centrales nucleares
Agua y energía: perspectivas de futuro
Situación actual de la energía nuclear

4. 3
Introducción
Los procesos de producción energética y la gestión de los recursos
hídricos no son ciclos independientes: están relacionados entre sí
La dependencia entre la utilización del agua para la producción de
energía y la necesidad de energía para el suministro de agua, es, en estos
momentos, un tema de absoluta prioridad

5. 4

6. 5
Demanda mundial de agua por sectores
Fuente: World Energy Outlook 2016 – Agencia Internacional de la Energía

7. 6
Utilización del agua para
la producción de energía

8. 7
Procesos y etapas en la producción de energía

9. 8
El reto para el sector energético no sólo proviene de la escasez de agua, sino
también de la creciente competencia entre usos (regadío, medio ambiente…)
Agua y energía: descarbonización y sostenibilidad

10. 9
Agua utilizada y consumida en la producción de energía
Fuente: World Energy Outlook 2016 – Agencia Internacional de la Energía
(*) Renewables includes bioenergy,
geotermal, CSP, solar PV and wind
(**) Biofuels refers to irrigated crops
grown as feedstock for biofuels
Data refered to year 2014

11. 10
Agua utilizada en la producción de energía
Fuente: World Energy Outlook 2016 – Agencia Internacional de la Energía
La generación eléctrica supone el 88% del agua utilizada

12. 11
Agua utilizada y consumida en la producción de energía
Escenario de Nuevas Políticas: previsión hasta 2040
Fuente: World Energy Outlook 2016 – Agencia Internacional de la Energía
La utilización crece menos del 2%, pero el consumo casi el 60%

13. 12
Utilización de la energía
en la gestión del agua

14. 13
Procesos y etapas en la gestión del agua
Fuente: World Energy Outlook 2016 – Agencia Internacional de la Energía
La energía es necesaria en todas las etapas de la gestión del agua

15. 14
Uso de energía en las distintas etapas de la gestión del agua
Fuente: World Energy Outlook 2016 – Agencia Internacional de la Energía

16. 15
Consumo de energía en el tratamiento de aguas residuales
Fuente: World Energy Outlook 2016 – Agencia Internacional de la Energía
Tratamiento primario: eliminación de sólidos
mediante filtros, pantallas, tanques de
sedimentación y tanques de flotación
Tratamiento secundario: procesos biológicos para
eliminar la materia orgánica disuelta mediante
técnicas como tanques de aireación, filtrado
mediante capas porosas, lodos activados y tanques
de estabilización
Tratamiento terciario: eliminación de nutrientes,
como el nitrógeno, el fósforo y sólidos en
suspensión mediante técnicas como la filtración por
arenas o mediante membranas. La desinfección
suele ser la etapa final antes del vertido
Los procesos biológicos del
tratamiento secundario
suponen el mayor consumo
de electricidad

17. 16
El agua
y
las centrales nucleares

18. 17
Las centrales termoeléctricas
utilizan el calor procedente de la
combustión de materiales fósiles en
una caldera, o el producido por la
fisión del uranio en un reactor nuclear
Esta energía térmica ha de
transformarse en energía mecánica,
mediante el giro de una turbina de
vapor, que acciona a su vez un
alternador, convirtiendo la energía
mecánica en electricidad

19. 18
El agua, en forma de vapor, circula en circuito cerrado desde la caldera en
las centrales fósiles o el reactor en las nucleares hasta la turbina, haciéndola
girar y perdiendo para ello parte de su energía térmica
El vapor de escape de la turbina se condensa en un cambiador de calor
denominado condensador, por cuyos tubos circula agua de refrigeración
procedente del mar, de embalses o ríos
El condensado se bombea después a la caldera o al reactor, donde se cierra
el circuito
El agua de este circuito de trabajo no está en ningún momento en contacto
con el combustible fósil o nuclear, ni con el agua de refrigeración del
condensador

20. 19
Central Térmica
Central Nuclear

21. 20
En las Centrales Nucleares, la energía térmica generada en forma de calor
en la reacción de fisión en cadena se cede al agua de refrigeración
En los reactores de agua en ebullición BWR el agua se vaporiza
directamente en la misma vasija del reactor; el vapor va después a la
turbina; el vapor de escape se condensa en el condensador y el agua
condensada regresa a la vasija como agua de alimentación, todo ello en
circuito cerrado.

22. 21
En los reactores de agua a presión PWR se utiliza, además, un circuito
cerrado (llamado primario) de agua que no se convierte en vapor y que
circula por el exterior de los elementos combustibles, trasladando el calor
recibido a un generador de vapor en donde lo entrega al circuito cerrado
(secundario) agua/vapor.

23. 22
Necesidad de agua de refrigeración
La necesidad de agua de refrigeración exterior está determinada por la
energía térmica perdida en el ciclo agua-vapor que, según las leyes
termodinámicas, va desde 1,25 a 2 kWh térmicos por cada kWh eléctrico
generado, según haya o no sobrecalentamiento del vapor y según la
temperatura del foco frío
Una central nuclear de agua ligera de 1.000 MWe entrega constantemente al
agua de refrigeración exterior unos 2.000 MWt, aumentando su temperatura
ligeramente
Otros reactores avanzados, refrigerados por gas o por metales líquidos,
pueden utilizar ciclos de agua-vapor de más alta temperatura y mayor
rendimiento, perdiendo unos 1.250 MWt por cada 1.000 MWe

24. 23
El circuito abierto
El agua de refrigeración de los condensadores se toma del mar y se
devuelve a él lo suficientemente lejos de la toma para que el calor que
transporta no influya en la temperatura de la toma
Si el agua procede de un río, lago o embalse próximos, se toma aguas
arriba de la central y se vierte aguas abajo, es decir, se devuelve
enteramente al medio del que se tomó
Este esquema, válido para localizaciones costeras o ríos muy caudalosos,
se conoce como circuito abierto de refrigeración, y con él no existe
prácticamente consumo de agua, sino utilización necesaria

25. 24
Los aproximadamente 2000 MWt perdidos en el ciclo equivalen a
480 millones de calorías por segundo (Mcal/s)
1 caloría calienta 1 g de agua 1 grado centígrado, luego 1 Mcal
calienta 1 Mg (es decir, 1 tonelada o 1 m3 de agua) 1 grado centígrado
Por consiguiente, las 480 Mcal/s calientan un caudal de Q m3/s un
temperatura ∆t grados siempre que Q x ∆t = 480

26. 25
En el caso de localización costera no hay problema de refrigeración, pues
no hay limitación en el caudal disponible que se toma del mar
Hay que alejar, sin embargo, el punto de descarga de agua caliente del
punto de toma para asegurar su dilución sin alterar localmente las
condiciones ambientales del mar
En localizaciones en el interior, las autoridades hidrográficas pueden
establecer limitaciones, tanto en los caudales de agua que se pueden captar
como en los aumentos máximos admitidos en su temperatura aguas abajo de
la central (no más de 3ºC de aumento de temperatura y capacidades
máximas en función del caudal del río)

27. 26
Es fácil calcular que una captación de unos 45m3/s, normal en una
central de 1.000 MW, calentándose 12 ºC y mezclándose después con
120 m3/s no captados, dan aguas abajo del río 165 m3/s de agua con un
aumento de temperatura de 3 ºC
No hay consumo de agua, pero sí utilización necesaria

28. 27
El circuito cerrado
Si no se dispone de un curso de agua abundante cerca de
la central, con frecuencia se utilizan torres de refrigeración
que mantienen la temperatura del agua a bajos niveles:
El agua de refrigeración que sale caliente del
condensador se lleva a la parte superior de las torres de
refrigeración, donde cae en forma de lluvia y se evapora
en parte en contacto con el aire ascendente que entra
por la base
El resto del agua, que ha aportado el calor de
evaporación, se recircula después al condensador
En este caso, la cantidad de agua tomada del medio
acuático es mucho menor, ya que solo se requiere la
necesaria para reponer el agua evaporada en las torres
de refrigeración

29. 28
Para una central de 1.000 MWe pueden pasar por el condensador 30 m3/s
de agua, resultado de la suma de 27 m3/s que recirculan y 3 m3/s tomados del
río, al que se devuelven después 2,5 m3/s
Los 0,5 m3/s restantes, perdidos por evaporación, constituyen el
consumo de agua de refrigeración de la central

30. 29
Agua y energía: perspectivas de futuro
Integración de las políticas energética e hídrica
Utilización conjunta de infraestructuras energéticas e hídricas
Utilización de la energía contenida en las aguas residuales
Utilización de fuentes alternativas de agua para la producción de energía
Políticas de ahorro y eficiencia energética e hídrica

31. 30
Situación actual de la energía nuclear

32. ENERGÍA NUCLEAR EN EL MUNDO
31
• 449 reactores nucleares en en 31 países
• Producen el 11,5% de la electricidad: ≈ 2.400 TWh/año
• Experiencia acumulada: > 17.200 años x reactor
• 60 reactores en construcción en 16 países
• 240 reactores de investigación en 56 países

33. 32
EL PARQUE NUCLEAR ESPAÑOL
• 8 reactores en 6 emplazamientos
• 7.865 MW de potencia instalada: 7,27%
• 58.578 GWh producidos en 2016: 21,39%
• 250 añosxreactor de experiencia operativa

34. 33
SOSTENIBILIDAD ENERGÍA - CLIMA
Pilares básicos
• Seguridad y calidad de suministro
• Competitividad
• Sostenibilidad ambiental
Seguridad y calidad
de suministro
Competitividad
Sostenibilidad
ambiental

35. 34
ENERGÍA NUCLEAR Y SEGURIDAD DE SUMINISTRO
• Consideración del combustible necesario para la producción
eléctrica en las centrales nucleares
• Consideración de la aportación de la producción eléctrica nuclear
al sistema eléctrico

36. 35
ENERGÍA NUCLEAR Y SEGURIDAD DE SUMINISTRO
130 $ / kg U 5,9 Mtoneladas
260 $ /kg U 7,6 Mtoneladas
120 años de funcionamiento del
parque nuclear mundial
Disponibilidad de reservas de uranio

37. 36
ENERGÍA NUCLEAR Y SEGURIDAD DE SUMINISTRO
Sistema eléctrico en España en 2016

38. 37
Cambio climático: una oportunidad para el consenso
• Unión Europea octubre 2014: Paquete Energía y Clima 2030
• 40% reducción emisiones GEIs (vinculante)
• 27% EE. RR. en energía final bruta (vinculante)
• 30% aumento eficiencia energética (orientativo)
• COP21 Acuerdo de París diciembre 2015
• “Acuerdo histórico”: Acuerdo jurídico vinculante
• Límite de aumento de la temperatura media global planetaria 2 ºC
• Alcance de la reducción de las emisiones (horizontes 2035 y 2050)
• Medidas de mitigación y adaptación para balance neto cero de emisiones
• Mecanismos de financiación: 100.000 M$/año a partir de 2020
• “Neutro” desde el punto de vista de la tecnología

39. 38
Emisiones de CO2 globales en el sector eléctrico mundial y emisiones evitadas por las tecnologías bajas en carbono
Fuente: Climate change and nuclear power 2016. OIEA (octubre 2016)
• El parque nuclear mundial evita la emisión
anual de unos 2.000 Mt CO2
• En los últimos 45 años ha evitado la
emisión de 65 Gt CO2
• El 41% del total de las emisiones evitadas
por las fuentes bajas en carbono
• En 2050, según los distintos escenarios de
crecimiento de la potencia, evitará la
emisión de entre 3.300 y 9.000 Mt CO2/año
ENERGÍA NUCLEAR Y CAMBIO CLIMÁTICO

40. 39
Fuente: Climate change and nuclear power 2016. OIEA (octubre 2016) y Foro Nuclear
Análisis del ciclo de vida de las distintas tecnologías de generación
Tecnología
t CO2 eq / GWh
Inferior Superior Mediana
Carbón 729 1.791 1.025
Gas 307 988 492
Carbón y gas con CAC 34 410 167
Geotérmica N/D N/D 62
Biomasa N/D N/D 61
Solar FV N/D N/D 49
Eólica N/D N/D 16,4
Nuclear N/D N/D 14,9
Hidráulica N/D N/D 6,6
ENERGÍA NUCLEAR Y CAMBIO CLIMÁTICO

41. 40
Fuente: MAPAMA y Foro Nuclear
Evolución de las emisiones de CO2 eq en España
Año Emisiones Índice
1990 288,2 Mt CO2 eq 100
2007 438,3 Mt CO2 eq 153,9
2014 328,9 Mt CO2 eq 115
Compromiso 2008 – 2012: +15%
100
103,2
106,5
102,9
108,6
113,9
111,2
116,2
119,7
129
134,7133,7
140
142,6
148,1
153,3
150,8
153,9
143
129,9
126,2 126
124,3
114,5 115
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
90
100
110
120
130
140
150
160
115

42. 41
Fuente: MAPAMA Inventario Nacional 2014
Emisiones en España
2
20% del total
Fuente: REE
75%
Uso de la energía
25%
Otros
usos
Totales 2014: 328,9 Mt CO2 eq
Generación eléctrica

43. 42
La contribución de la energía nuclear
• El parque nuclear evita la emisión
anual de entre 30 y 40 Mt CO2
• El 14% del total de emisiones por
cualquier actividad
• Genera más de una tercera parte
de la electricidad libre de
emisiones
Emisiones sin parque nuclear Emisiones de CO2 eq en España
Fuente: MAPAMA y Foro Nuclear
Emisiones de CO2 eq en España
1990 2015
90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
Índice
100
118,6
128,9
115

44. 43
LA INDUSTRIA NUCLEAR ESPAÑOLA

45. 44
Impacto socioeconómico de la industria nuclear española
• Contribución al PIB: 2.781 millones de Euros (0,27% del total)
• Contribución al empleo: 27.500 personas (0,16% del total)
• 81% de los empleados contrato indefinido
• 49,5% de los empleados titulación universitaria
• Productividad: 3,8 veces superior a la media nacional
• Inversión en I+D: 71 millones de Euros (1,03% del gasto total)
• 2,4 veces superior a la media nacional
• Exportaciones: 238 millones de Euros (0,10% del total)
• Contribución tributaria: 1.141 millones de Euros (25% de la cifra de negocio)
Fuente: Impacto socioeconómico de la industria nuclear en España. PwC. Septiembre 2015

46. 45
¿QUÉ ES LA CONTINUIDAD DE LA OPERACIÓN?
• Funcionamiento de una central nuclear, manteniendo su nivel de
seguridad, más allá del periodo inicialmente considerado en su diseño
• La legislación vigente no limita la vida operativa de las centrales
nucleares españolas
• El Consejo de Seguridad Nuclear determina la capacidad de cada
instalación para operar de forma segura en todo momento
• El MINETAD aprueba las autorizaciones de explotación

47. 46
¿EN QUÉ PAÍSES ES UNA PRÁCTICA ESTABLECIDA?

48. 47
¿QUÉ VENTAJAS TIENE LA CONTINUIDAD
DE LA OPERACIÓN DEL PARQUE NUCLEAR?
• Independencia y diversificación del abastecimiento energético
• Electricidad estable y continua en el sistema eléctrico
• Cumplimiento de los compromisos medioambientales
• Competitividad económica del sistema eléctrico
• Mantenimiento de la capacidad tecnológica de la industria nuclear
• Generación de empleo altamente cualificado y estable

49. 48
¿QUÉ SUPONDRÍA PARA ESPAÑA?

50. 49
¿QUÉ SUPONDRÍA PARA ESPAÑA?
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
Producción eléctrica neta 2016: ≈ 260 TWh
(*) Incluye biogás, biomasa, hidroeólica, hidráulica marina y geotérmica
Fuente: Foro Nuclear con datos de REE y UNESA
Nuclear: ≈ 60 TWh
Térmica: ≈ 100 TWh
Hydro: ≈ 40 TWh
Renovables: ≈ 60 TWh
• Sustituir 60 TWh
térmicos exigiría instalar
30 GW de EE.RR.
• Sustituir 60 TWh
nucleares exigiría instalar
30 GW de EE.RR.
adicionales

51. 50
¿QUÉ REQUISITOS SON NECESARIOS?
Debe alcanzarse un consenso en materia de política energética que permita:
• Proporcionar estabilidad regulatoria y seguridad jurídica, certidumbre
administrativa y equidad fiscal y tributaria para las distintas tecnologías
• Priorizar las decisiones técnicas y económicas sobre cualquier otro criterio
• Abordar los asuntos relativos a la planificación energética futura sin prejuicios,
sin apriorismos y sin exclusiones
• Cumplir los requisitos adquiridos a nivel internacional para desarrollar un
modelo sostenible y una economía baja en carbono
• La aceptación pública e institucional, que permita la toma de decisiones con
trasparencia y consenso social

52. @foronuclear www.foronuclear.org