China pone en marcha el primer proyecto de cogeneración nuclear en una planta AP1000
China ha puesto en marcha su primer sistema comercial de cogeneración nuclear, utilizando dos reactores AP1000 recientemente operativos en la central nuclear de Haiyang para calentar 700.000 metros cuadrados de viviendas.
Shandong Nuclear Power Co. (SDNPC), filial de State Power Investment Corp. (SPIC), y propietaria de la planta de Haiyang, dijo el 15 de noviembre que la primera fase del Proyecto de Calentamiento de Energía Nuclear de Shandong Haiyang se puso formalmente en funcionamiento.
Los detalles sobre cómo produce Haiyang el calor no están claros. Generalmente, en un proceso de cogeneración nuclear, un refrigerante recupera la energía térmica liberada por la fisión en el núcleo del reactor. Esa energía suele convertirse en energía eléctrica a través de un turbogenerador, pero cuando el calor forma parte del uso final, puede utilizarse directamente para calefacción y refrigeración urbana, vapor de proceso, desalinización, hidrógeno o fabricación de acero.
Se prevé una gran ampliación del proyecto de calor de Haiyang
El Organismo Internacional de la Energía Atómica (OIEA), que ha publicado este mes de septiembre unas orientaciones sobre la cogeneración de energía nuclear, señala que la combinación de calor y energía nuclear no es algo nuevo, aunque su interés va en aumento. Unos 43 reactores nucleares de todo el mundo generan calefacción urbana, la mayoría de los cuales se encuentran en Europa del Este y Rusia; unos 17, en Japón, Kazajistán y Estados Unidos, desalinizan agua; y se han conseguido aplicaciones industriales no eléctricas en siete reactores de Canadá, Alemania, India y Suiza.
En total, los proyectos de cogeneración nuclear en todo el mundo han acumulado hasta la fecha casi 750 años de experiencia operativa, lo que se compara con los 17.000 años de experiencia de los reactores de energía nuclear civil. De los reactores que hoy proporcionan calefacción urbana, la potencia calorífica oscila entre 5 MWth y 240 MWth, según el OIEA. La potencia calorífica total distribuida es de unos 5.000 MWth, según el OIEA, lo que corresponde a una retirada media de energía inferior al 5%. «Esto significa que, aunque funcione en modo de cogeneración, la producción primaria del reactor sigue siendo energía eléctrica», explica.
El proyecto de Haiyang es importante por dos razones: Aprovecha la energía de los reactores de tercera generación recién construidos -algunos de los primeros AP1000 terminados hasta la fecha-; y su éxito servirá de modelo para la diversificación de la energía nuclear y la expansión del calor «limpio» en China, que cuenta con 45,6 GW de capacidad nuclear instalada y tiene otros 11 GW en construcción.
Como parte de la primera etapa, el proyecto está proporcionando calor al dormitorio de los empleados de la planta nuclear y a algunas zonas residenciales de Haiyang, una ciudad costera de la provincia de Shandong, al este de China, que tiene una población de unos 658.000 habitantes. No se ha facilitado un calendario, pero SDNPC dice que una etapa posterior implicará modificaciones en las Unidades 1 y 2 para ampliar la capacidad de calefacción a 30 millones de metros cuadrados.
SPIC, por su parte, planea construir cuatro unidades más en Haiyang, aunque éstas contarán con una estandarización local del diseño AP1000, conocido como CAP1000. Aunque las unidades 3 y 4 recibieron la aprobación de construcción en diciembre de 2015 y su construcción estaba prevista para comenzar en 2017, aún no se ha informado de ningún avance. La Unidad 1 de la central de Haiyang comenzó a funcionar en octubre de 2018, y la Unidad 2 le siguió en enero, tras los retrasos debidos a problemas con los equipos y a la moratoria de tres años tras el accidente de Fukushima. Las Unidades 1 y 2 de Haiyang mantienen actualmente un «funcionamiento seguro y estable», dijo SDNPC, añadiendo que espera que la generación anual de energía de la planta en 2019 alcance los 20,6 TWh, suficiente para satisfacer aproximadamente un tercio de la demanda anual de las necesidades residenciales de la provincia de Shandong.
Si se completan las unidades previstas, el proyecto de calefacción de energía nuclear de Shandong Haiyang podría proporcionar más de 200 millones de metros cuadrados de capacidad de calefacción, o un radio de calefacción de unos 100 kilómetros. Eso se traduce en un «ahorro anual de unos 6,62 millones de toneladas de carbón estándar». En la actualidad, el proyecto ahorra 23.200 toneladas de carbón, dijo SDNPC. La empresa proyecta que para 2030, Haiyang y otros «métodos de calefacción de energía limpia» podrían sustituir a todas las calderas de carbón de la península de Jiaodong.
El éxito de Haiyang también podría ser adoptado por otras regiones, dijo Ling Wen, vicegobernador de la provincia de Shandong, en una reunión de «observación» del proyecto y en un seminario de expertos sobre la «utilización integral de la energía nuclear» organizado por la Administración Nacional de Energía (NEA) en Haiyang el 28 de noviembre. En el acto, Liu Baohua, vicedirector de la AEN, señaló también que la puesta en marcha oficial del proyecto de calefacción nuclear es una parte fundamental de la nueva estrategia nacional de seguridad energética del país, que hará hincapié en la diversificación de la energía nuclear. Instó a promover activamente la «valiosa experiencia» obtenida con el proyecto.
Entre otros proyectos discutidos en la reunión se encuentra uno que podría aplicar la energía nuclear para la desalinización de agua de mar. El 12 de octubre, el SDNPC anunció una asociación con el gobierno municipal de Haiyang y Zhonglian Energy para proyectos de calefacción y desalinización nuclear. Según el anuncio, los socios ya han realizado un estudio de viabilidad de un proyecto de demostración de desalinización a gran escala.
Los funcionarios presentes en el acto también señalaron que el proyecto de calefacción no aumentaba la carga financiera de SPIC. Los detalles sobre los costes tampoco están claros. Según el OIEA, suele ser necesaria una inversión inicial para el transporte y la distribución del calor, pero señala que «en muchos casos, el resultado es una energía más barata para el consumidor.» Y añade: «Después de la amortización, el calor residual de los reactores nucleares es la forma más barata de calor».
Por qué la cogeneración nuclear está tan de moda en estos momentos
El OIEA elaboró su informe de orientación basándose en el aumento del interés por la cogeneración de energía nuclear, tanto por parte de los generadores existentes como de los promotores de reactores pequeños y medianos (de entre 300 MW y 700 MW), debido a algunas ventajas clave.
La principal es que la cogeneración recupera el calor residual y podría aumentar la eficiencia energética de una central nuclear hasta el 80%. «La eficiencia típica de conversión de calor en electricidad es del 33%. Por lo tanto, unos dos tercios de la energía de fisión acaban calentando la atmósfera o el agua de refrigeración», explica. «La cogeneración permite utilizar parte, si no todo, el calor residual». Esto podría ofrecer a los productores de energía nuclear una fuente de ingresos potencialmente lucrativa, una base de clientes más amplia y una mayor flexibilidad, ya que permite cambiar entre las dos salidas en función de las señales del mercado y la demanda.
Otra ventaja que subraya el OIEA es que la cogeneración podría reducir los residuos nucleares, señalando: «Al aprovechar más energía por fisión en un modo de cogeneración… se reduce la cantidad de residuos generados por unidad de energía.»
Significativamente, el OIEA dice que la seguridad de una central nuclear no depende del rendimiento operativo de una planta de calor de cogeneración, pero señala que «cualquier transferencia potencial de radiactividad a través del sistema hasta la línea principal de transferencia de calor», es una preocupación específica. «Una buena forma práctica de evitar cualquier contaminación radiactiva a un sistema de aplicación de calor, por ejemplo, es aislar físicamente el bucle primario del reactor de la línea principal de transferencia», aconseja. «Esto se hace obviamente en un reactor de agua a presión (PWR), ya que el bucle secundario ya es un sistema de bucle cerrado aislado que sirve de barrera para los contaminantes. Sin embargo, en un reactor de agua en ebullición (BWR), se necesitaría un bucle de agua adicional entre el intercambiador de calor/condensador a la salida de la turbina y la línea de transporte de calor principal (MHT).»
El OIEA dice, sin embargo, que hasta ahora, en los sistemas de calefacción urbana que utilizan calor nuclear, «no se ha identificado ningún problema importante relacionado con la extracción de calor de una central nuclear.» Los obstáculos se encuentran generalmente en los sistemas más antiguos, que pueden sufrir grandes pérdidas de calor en la generación, el transporte, la distribución y el uso final. Sin embargo, concluye que la cogeneración puede añadirse a las centrales existentes y, según el emplazamiento, el tipo de reactor y la proximidad a los usuarios finales, estima que una central existente podría recuperar los costes en un plazo de cinco años si se convirtiera para suministrar calefacción urbana. En general, «el calor nuclear en forma de agua caliente puede suministrarse hasta a 150 kilómetros de distancia a un coste competitivo y con una pérdida inferior al 2%», afirma.
Aún así, sugiere que la cogeneración es más atractiva para los nuevos reactores nucleares pequeños y medianos porque estos diseños incorporan características de seguridad mejoradas, suelen requerir menores inversiones, plantean menos riesgos financieros y pueden ser más fáciles de ubicar cerca de los usuarios finales.
Los reactores de agua ligera son quizás los más adecuados para la calefacción urbana y la desalinización, debido a su bajo rango de temperatura de trabajo, mientras que las altas temperaturas de trabajo de los reactores rápidos refrigerados por plomo (550C), los reactores de sales fundidas (700C a 800C), los reactores rápidos refrigerados por gas (850C) y los reactores de muy alta temperatura (900C a 1.000C) son más adecuados para la producción de calor de proceso industrial y de hidrógeno, así como para la desalinización y la calefacción urbana cuando se utilizan como sistemas de cogeneración, dice.
La gama de posibles aplicaciones no eléctricas que podrían explotar los cogeneradores nucleares es también muy amplia. Entre ellas, la producción de vapor a alta temperatura para alimentar procesos industriales y la producción de hidrógeno. Podrían «en primer lugar, mejorar los recursos petrolíferos de baja calidad, como las arenas bituminosas, compensando al mismo tiempo las emisiones de carbono asociadas al reformado del metano con vapor; en segundo lugar, apoyar la producción a gran escala de combustibles líquidos sintéticos basados en la biomasa, el carbón u otras fuentes de carbono; y, en tercer lugar, servir directamente como combustible para vehículos, muy probablemente utilizando pilas de combustible», afirma el OIEA. El organismo señala que ha emprendido actividades para ayudar a los Estados miembros a explorar estas oportunidades en profundidad.
Sonal Patel es editor asociado senior de POWER (@sonalcpatel, @POWERmagazine)