Modelo para la gestión sostenible del combustible nuclear gastado

Abstract

Actualmente, la energía nuclear es de gran importancia para garantizar el suministro eléctrico a precios más bajos, para mantener la estabilidad y regulación de la red y ayudar a mitigar el cambio climático. No obstante, existe una oposición pública a este tipo de producción eléctrica que, en parte, es debida a la generación de diferentes tipos de residuos nucleares; en especial, el combustible nuclear gastado. Por tanto, una correcta gestión de este tipo de residuos es clave para una mejor aceptación de la energía nuclear. Sin embargo, en España está habiendo retrasos significativos en la implementación de la estrategia para la gestión del combustible nuclear gastado: la construcción de un Almacén Temporal Centralizado (ATC) estaba planificada para 2010 y, a día de hoy, dicha construcción aún no ha comenzado. Estos retrasos están produciendo cambios notables en el contexto de gestión del combustible nuclear gastado con respecto al año en el que se planificó la estrategia actual. Por tanto, la tesis aquí presentada surge a raíz de esta motivación, ya que la estrategia establecida para España en el Sexto Plan General de Residuos Radiactivos de 2006 puede haberse quedado desactualizada y es importante volver a analizar, en el contexto actual, diferentes alternativas a la estrategia vigente para ayudar a determinar si ésta continúa siendo la más favorable económicamente o si, por el contrario, debido al cambio de contexto, existen alternativas que se ajustan mejor a la situación actual. Para lograr este objetivo, se ha desarrollado un modelo económico dinámico que calcula, para varios escenarios determinados para España, en primer lugar, los flujos de materiales entre las instalaciones de gestión del combustible nuclear gastado y, en segundo lugar, los costes asociados para cada uno de los escenarios, de manera determinista y estocástica. A través del modelo desarrollado, se han obtenido una serie de resultados. En primer lugar, los resultados del caso base, establecido a partir de los costes más razonables para el caso español y las fechas consideradas más apropiadas. En segundo lugar, se han variado los parámetros, tanto de costes como de fechas, para analizar los efectos en los costes de estas variaciones y observar si las conclusiones obtenidas para el caso base siguen siendo aplicables ante estas modificaciones, así como para obtener una imagen más clara del funcionamiento y de la validez de los escenarios estudiados. Finalmente, se ha realizado un análisis estocástico para analizar el efecto de la probabilidad en los costes totales. Los resultados del modelo se han contrastado con los obtenidos en otros informes y estudios internacionales. Con esto, se ha podido determinar la validez del modelo. De esta manera, los resultados muestran que la estrategia actual no es la más favorable económicamente. Por el contrario, debido a la construcción de varios Almacenes Temporales Individualizados (ATIS) desde 2006, la estrategia cuyos costes son más bajos para todos los casos estudiados es un ciclo abierto sin construcción de un ATC, donde el almacenamiento temporal se realice en ATIS. Además, aunque con costes ligeramente más elevados que esta opción, un diseño alternativo para el ATC supondría también una reducción de los costes con respecto a la estrategia actual. No obstante, si se continuara con esta estrategia, los resultados del modelo han señalado que, si la construcción del ATC se retrasara más allá de 2030, los costes comenzarían a incrementarse de manera que dicha construcción dejaría de ser económicamente rentable, debido a que, para entonces, ya se habrán construido ATIS para todas las centrales. Por otro lado, se ha comprobado que el escenario actual de cierre de las centrales nucleares no es el más favorable económicamente para varias de las estrategias estudiadas, incluida la actual. Asimismo, la producción de electricidad extra al aumentar los años de vida operacional de las centrales compensa significativamente el incremento de costes que puede producirse, llegando a la situación en la que es económicamente más rentable vidas operacionales más largas para las centrales nucleares. Finalmente, los resultados obtenidos del modelo muestran que, aunque una estrategia de reprocesado tal y como se ha planteado no es rentable económicamente en comparación con las demás estrategias, si ciertas condiciones fueran más favorables (reducción del coste del reprocesado, valor como materia prima del plutonio y/o retraso en la fecha de inicio del reprocesado), podría llegarse a costes razonablemente comparables a los de las demás estrategias, con los que se podría considerar esta opción como alternativa, al tenerse en cuenta los beneficios asociados al reprocesado.

Nowadays, nuclear power is very important not only to secure the electricity supply at low prices, but also to maintain stability and regulation in the electricity grid, and to help mitigate climate change. Nevertheless, there is a strong public opposition to this type of electricity production that is partially due to the generation of different types of nuclear waste; especially, spent nuclear fuel. Thus, a proper management strategy for this waste is key to a better acceptance of nuclear power. However, the implementation of the selected spent nuclear fuel management strategy in Spain is suffering significant delays: the construction of a Centralised Interim Storage (CIS) facility was planned for 2010 and, currently, such construction has not started yet. These delays are significantly changing the spent nuclear fuel context from the year that the current strategy was planned. Therefore, the thesis presented here originates as a result of this motivation, since the strategy established for Spain in the 6th General Radioactive Waste Plan of 2006 may be outdated, and it is important to analyse again, in the present context, different alternatives to the current strategy to help determine whether this is still the most economically favourable one or if, on the contrary, due to the change of context, there are alternative strategies that accommodate better to the current situation. In order to achieve this purpose, an economic dynamic model has been designed, which calculates, for different scenarios established for Spain: firstly, the material flows between the spent nuclear fuel management facilities and, secondly, the associated costs for each scenario, both deterministically and stochastically. Using the model, a series of results were obtained. Firstly, the results of the base case, specified from the most reasonable costs for the Spanish case and the dates that were considered as more appropriate. Secondly, some parameters were modified, both the costs and the dates, in order to analyse the effects on the costs of these variations and to observe whether the conclusions obtained for the base case remain valid with these modifications, as well as to obtain a clearer image of the behaviour and validity of the scenarios studied. Finally, a stochastic analysis has been performed in order to analyse the effects of probability on the total costs. The results of the model have been contrasted with the ones obtained in other international reports and studies. This has allowed determining the validity of the model. Thus, the results show that the current strategy is not the most economically favourable one. On the contrary, due to the construction of several Independent Spent Fuel Storage Installations (ISFSIs) since 2006, the strategy that has the lowest costs for all cases studied is a direct disposal without a CIS facility construction, where the interim storage is made in ISFSIs. Furthermore, although it has slightly higher costs than this option, an alternative design for the CIS facility would entail a cost reduction when compared to the current strategy. Nonetheless, if the current strategy is still implemented, the results of the model show that, if the CIS facility construction is delayed beyond 2030, the costs would start to considerably increase, so the construction would not be economically reasonable, due to the fact that, by then, ISFSIs will have been constructed for all nuclear power plants. On the other hand, the model has proved that the current scenario for the nuclear power plants shutdown is not the most economically favourable one for most of the strategies studied, including the current one. Additionally, the extra electricity that would be produced if the nuclear power plants lifetime was increased, would significantly compensate the cost increment that may occur due to the greater amount of spent nuclear fuel, which results in a situation where it is more profitable for spent nuclear fuel management to have longer operational lifetimes. Finally, the results of the model show that, although a reprocessing strategy as proposed in this study is not economically feasible compared to the other options, if certain conditions were to be more favourable (lower reprocessing cost, the use of plutonium as a raw material and/or delay on the reprocessing start date), the costs of this strategy could be reasonably comparable to the other ones, and this option could be considered as an alternative if the benefits of reprocessing were considered.