Analysis of small modular reactors integration in bolivian power sector

To meet the global climate targets, on a worldwide scale, and decrease the consumption of fossil fuels, which are the most significant contributors to CO2 emissions, in addition to increasing the usage of renewable energy, an energy source that is comparable safe, and clean is required to fulfill energy demand in situations where renewables are insufficient due to intermittent resource availability. Nuclear reactors may be a promising solution. This thesis work presents a study on the potential introduction of nuclear small modular reactors (SMRs) into Bolivia’s energy mix in 2035. The Calliope optimization tool is used to model and analyze various scenarios, considering factors such as evolving energy demand, renewable resource availability, and tecno-economical constraint for each technology. Two scenarios have been analyzed: a first scenario to assess the economic feasibility of introducing one or more SMRs into the Bolivian power sector in 2035, and a second scenario where the competitiveness of nuclear power was tested, evaluating whether the introduction of new renewable sources would compromise the tool’s choice to install SMRs. Finally, a sensitivity analysis revealed the economic thresholds beyond which the integration of nuclear energy is no longer economically advantageous. In particular, with an interest rate of 11%, SMRs are not installed, while at lower interest rates, the optimal solution might involve the installation of a single SMR. The final section of the work focuses on a preliminary assessment of the application of SMRs for cogeneration, aiming to enhance lithium extraction in Bolivia. This section can be seen as a starting point for future developments that would enable a more detailed analysis of thermal requirements and, consequently, more comprehensive evaluations.

Per raggiungere gli obiettivi climatici, a livello mondiale, e ridurre il consumo di combustibili fossili, principali responsabili delle emissioni di CO2, oltre a incrementare l’uso di energie rinnovabili, è necessaria una fonte energetica ugualmente sicura e green, in grado di soddisfare la domanda energetica in situazioni in cui le rinnovabili risultano insufficienti a causa della disponibilità intermittente delle risorse. I reattori nucleari potrebbero essere una soluzione promettente. Questo lavoro di tesi presenta uno studio sulla potenziale introduzione di reattori nucleari modulari di piccole dimensioni (SMRs) nel mix energetico della Bolivia nel 2035. L’analisi è stata svolta con Calliope, un tool di energy modeling che ha come obiettivo quello di minimizzare i costi globali, utilizzato per modellare e analizzare vari scenari, prendendo in considerazione vari fattori come l’evoluzione della domanda energetica, la disponibilità di risorse rinnovabili e i vincoli tecno-economici per ciascuna tecnologia. Due scenari sono stati analizzati: un primo scenario per valutare la fattibilità economica di introdurre uno o più SMRs nel panorama energetico boliviano nel 2035, e un secondo scenario in cui si è voluta testare la competitività del nucleare, valutando se l’introduzione di nuove fonti rinnovabili avrebbe compromesso la scelta del tool di installare reattori nucleari. Una sensitivity analysis, infine, ha rivelato le soglie economiche oltre le quali l’integrazione dell’energia nucleare risulta non essere più economicamente vantaggiosa. In particolare, con un tasso di interesse dell’11%, gli SMR non vengano installati, mentre a tassi di interesse più bassi, la soluzione ottimale potrebbe prevedere l’installazione di un singolo SMR. La sezione finale del lavoro è incentrata su una valutazione preliminare dell’applicazione degli SMR per cogenerazione, in modo da migliorare l’estrazione del litio in Bolivia. Questa sezione può essere vista il punto di partenza per degli sviluppi futuri, che consentirebbero un’analisi più dettagliata dei fabbisogni termici e, quindi, valutazioni più esaustive.