Los SMR y el futuro del acero sostenible
La siderurgia moderna está migrando hacia procesos electrificados mediante hornos de arco eléctrico (EAF, por sus siglas en inglés) y hornos de fundición eléctricos (ESF, por sus siglas en inglés), que requieren un gran volumen de electricidad limpia para producir acero con bajas emisiones de gases de efecto invernadero (GEI). Los SMR son una tecnología clave que puede suministrar la electricidad limpia y confiable a la escala necesaria para producir acero.
Los EAF utilizan arcos eléctricos de alta potencia, por lo general en el rango de los 50 a 150 megavatios, para fundir rápidamente chatarra de acero o hierro de reducción directa (DRI, por sus siglas en inglés). Aunque a menudo se complementa con calentamiento por gas natural, la fuente energética principal de los EAF es la electricidad. Esto permite que los EAF se alimenten de diversas fuentes, inclusive de opciones no fósiles y sin emisiones.
Sin embargo, globalmente, solo cerca del 30% de la producción de acero utiliza hornos EAF, en parte debido a una infraestructura dominada por los combustibles fósiles y al limitado acceso a energía limpia y materias primas adecuadas, como la chatarra de acero. Es en este contexto donde los reactores modulares pequeños (SMR) —con capacidad para suministrar electricidad limpia, confiable y flexible— pueden marcar la diferencia, ya que son ideales para apoyar la expansión de la fabricación de acero con bajas emisiones en todo el mundo.
Hasta la fecha, no existen EAF alimentados directamente por reactores SMR, aunque varias compañías están explorando esta prometedora vía. Por otra parte, Hatch, referente en la industria de los SMR desde 2012, brinda asesoría especializada en desarrollo de proyectos, gestión regulatoria e integración de SMR en la producción siderúrgica y otras aplicaciones industriales.
Enorme potencial con dificultades prácticas
Los SMR se alinean adecuadamente con las operaciones de los hornos EAF por diversas razones:
- Su capacidad para suministrar electricidad confiable 24/7 los convierte en una fuente ideal de carga base para procesos siderúrgicos de consumo intensivo, lo que permite una alta utilización y rendimiento de los activos.
- Cero emisiones de gases de efecto invernadero que contribuyen directamente a la transición hacia una producción de acero descarbonizada.
- Su escalabilidad permite incorporar reactores adicionales conforme aumente la demanda energética.
- Seguridad e independencia energéticas.
La combinación de hornos EAF con reactores SMR no está exenta de dificultades, ya que los EAF presentan una de las cargas eléctricas más desafiantes. Se caracterizan por un comportamiento altamente no lineal y por fluctuaciones rápidas en su demanda de potencia. Durante la fase inicial de descenso de los electrodos, cuando el arco se forma sobre la chatarra fría, este suele ser muy inestable. Esta inestabilidad provoca variaciones bruscas de corriente y voltaje, que a su vez generan armónicos, fluctuaciones de voltaje y desequilibrios susceptibles de propagarse a través de la red eléctrica conectada.
Además de la variabilidad inherente al proceso de arco, la operación de los hornos EAF se realiza típicamente por lotes (ciclos de fusión), lo que implica que la carga cae a cero al finalizar un ciclo y luego se eleva rápidamente al comenzar el siguiente. Estas fluctuaciones plantean dificultades significativas para los sistemas de generación cautivos y para las redes con una alta penetración de energías renovables, donde el equilibrio entre oferta y demanda se debe preservar en tiempo real. En particular, los SMR tienen dificultades para ajustar la generación al perfil de carga, lo que requiere soluciones técnicas específicas.
Existen múltiples soluciones de estabilización y gestión de potencia que permiten mitigar estos efectos. Las soluciones para mejorar la calidad de la energía, como los filtros de armónicos y los compensadores estáticos de potencia reactiva (SVC, por sus siglas en inglés), llevan décadas en el mercado y son comunes en plantas con hornos EAF. Los compensadores síncronos estáticos (STATCOM, por sus siglas en inglés), alternativa de respuesta rápida a los SVC, ofrecen un rendimiento superior y se están acercando a la paridad de costos. Los convertidores en configuración espalda con espalda (Elksnis y Kadar, 2024) son uno de los avances más recientes y ofrecen a la red un nivel aún mayor de inmunidad frente a la alta variabilidad de la carga de los hornos. Más allá de la estabilización, las soluciones de gestión de potencia son invaluables para equilibrar la generación y la carga, especialmente en configuraciones de microrredes o sistemas aislados. Estas soluciones incluyen sistemas de conmutación de alta velocidad que permiten balancear la carga en tiempo real ante fluctuaciones de potencia; sistemas de almacenamiento de energía que absorben o suministran electricidad cuando es necesario; e integración de microrredes que incorporan otras fuentes de generación y almacenamiento para conformar una arquitectura eléctrica resiliente y flexible.
Para determinar la solución adecuada de calidad de energía y gestión de potencia se requiere una evaluación de expertos y un conocimiento profundo de las tecnologías, de modo que puedan adaptarse a los requisitos del sistema.
Dimensiones adecuadas, seguridad avanzada y potenciales mejoras económicas
Las centrales nucleares convencionales están diseñadas, por lo general, para generar electricidad a escala de gigavatios. Los reactores SMR están concebidos para adaptarse mejor a la demanda de una planta siderúrgica y ofrecen una solución energética más compacta y flexible.
Además, las nuevas tecnologías de SMR están incorporando funciones avanzadas de seguridad con diseño “walkaway safe”, lo que significa que el reactor entra en un estado seguro tras un evento imprevisto sin necesidad de intervención del operador. Por ejemplo, algunos proveedores de SMR están aprovechando la circulación natural para eliminar el calor residual, en lugar de depender de un sistema activo de enfriamiento. Esto reduce la necesidad de sistemas de seguridad complejos, lo que contribuye a que el reactor sea más seguro y simple de operar.
Forjar el futuro
El punto de partida más prometedor para integrar los SMR con los hornos EAF se identifica en regiones como América del Norte y Europa, donde ya existe experiencia nuclear e infraestructura siderúrgica. Estas regiones cuentan con marcos regulatorios adecuados, una fuerza de trabajo calificada y las cadenas de suministro necesarias para liderar el camino.
Los SMR ofrecen más que una nueva fuente de energía. Representan una oportunidad estratégica para descarbonizar una de las industrias más intensivas en emisiones a nivel mundial. Al combinarlos con procesos siderúrgicos electrificados, podemos iniciar una nueva era en la fabricación de acero limpia, resiliente y escalable.
Hatch cuenta con experiencia tanto en siderurgia como en redes eléctricas complejas y puede ayudar a sus clientes a aprovechar el potencial de los SMR mientras desarrollan estrategias resilientes de largo plazo. Comuníquese con nosotros para averiguar cómo estamos respaldando la próxima generación de la siderurgia y escuche nuestro pódcast para averiguar más con nuestros expertos.
Referencias (en inglés)Elksnis, Y. y Kadar, L. (2024). Next Generation Power Supply Options for Electric Arc Furnaces and
Electric Smelting Furnaces, 13th European Electric Steelmaking Conference, Essen, Germany (Opciones de suministro eléctrico de nueva generación para hornos de arco eléctrico y hornos de fundición eléctricos, 13.ª Conferencia Europea de Siderurgia Eléctrica, Essen, Alemania).
Acerca del autor
Herbert Lam
regional (EE. UU.) de Energía Nuclear, Gerente
Herbert ha trabajado para propietarios, financistas, empresas de servicios públicos, operadores de sistemas e inversores en proyectos de generación de energía nuclear y térmica de Estados Unidos, Canadá, el Reino Unido, Jordania, Chile, Japón, Ghana y Malasia. Su experiencia incluye una amplia variedad de funciones, como servicios de asesoría técnica y de ingeniería para instalaciones generadoras durante las fases de diseño, construcción y operación de los proyectos. Además de un gran conocimiento comercial, nos aporta un sólido historial técnico en ingeniería mecánica obtenido en proyectos de energía, que ayuda a nuestros clientes a lograr el éxito en sus proyectos.
Richard MacRosty
Tecnologías de Potencia y Control, Director global de
Richard se desempeña como director global del grupo de Tecnologías de Potencia y Control de Hatch, cargo en el que lidera un equipo especializado enfocado en desarrollar y apoyar aplicaciones de alta potencia y soluciones de automatización. Estas soluciones son parte de varias de las tecnologías clave de Hatch, en particular de sus hornos de fundición eléctricos. Uno de los principales focos del equipo es resolver problemas complejos para ofrecer resultados eficaces en entornos que están entre los más exigentes de la industria. Richard inició su carrera en Hatch en 2005 como ingeniero de control de hornos tras obtener un doctorado en Estrategias Avanzadas de Control orientadas a optimizar la operación de hornos de arco eléctrico (EAF, por sus siglas en inglés). Durante más de 20 años, ha acumulado experiencia en todas las etapas del ciclo de vida de los proyectos de fundición, desde el concepto y diseño hasta la puesta en servicio y operación. Sus contribuciones también abarcan el desarrollo de tecnologías innovadoras y mejoras de rendimiento en una amplia gama de aplicaciones, lo que le ha permitido adquirir un dominio profundo y una sólida experiencia técnica en sistemas industriales de potencia y control.