Nükleer Teknolojinin Yenilenme Süreci

NÜKLEER TEKNOLOJİNİN YENİLENME SÜRECİ

Prof. Dr. Şarman Gençay
Emekli Öğretim Üyesi

Haziran 2007

Giriş: Uluslararası Enerji Ajansı'nın yaptığı ve tüm ülkelerce itibar gören enerji tahminlerine (2006 yılı tahminleri, IEA - WEO-2006) göre 2005 - 2030 yılları arasında dünyada kurulacak olan reaktörlerin toplam gücü 48000 MW(e) olacaktır. Büyüklüğüne göre 40 - 80 adet reaktör demektir. Türkiye kurulu toplam gücünün bir buçuk katı kadardır. Daha önemlisi; çevrenin korunması, iklim değişikliğine karşı önlem alınması için, söz konusu raporda yapılan tavsiyeler arasında, yukarıdaki değerin 150 000 MW(e) olması, vardır.

Rapordaki tahminler iki farklı senaryo için verilmiştir. Bunlar, referans ve alternatif senaryolardır. Birincisi, bugüne kadar ülkelerin izledikleri enerji politikalarına uygun olan senaryodur. İkincisi ise çevre korunması ile igili yeni teknolojileri hızla devreye sokan ve alterntif enerjilere belli bir öncelik veren senaryodur. Enerji talebinde, 2030 itibariyle %10, karbondioksit üretiminde ise ancak %16'lık bir indirim sağlayabilmektedir. Sözünü ettiğim üç katı daha fazla nükleer güç, çevreyi korumak üzere geliştirilen alternatif senaryo için tavsiye edilmektedir. Başlıca nedeni, sera etkisine neden olan karbondioksit gazını üretmemesidir. Bir diğer yararı da nükleer elektriğin zaten rekabet edebilir bir enerji birim fiatı olması ve özellikle kömür santrallarının sağlığa zararlı etkileri için enerji birim fiatına eklenmek istenen dış etkenler bedeline gerek göstermemesidir.

Nükleer enerjinin Dünya elektrik enerjisi üretiminde yıllık payı 20 yıldır değişmemiş ve %16 değerinde kalmıştır. Dünya elektrik üretimi iki katı civarında artarken bu oranın değişmemesi nükleer enerji üretiminde artışın ve dünya çapındaki öneminin kesin göstergelerinden biridir. Artış, yeni inşa edilen santrallardan ve batı ülkelerinde çalışmakta olan eski santrallarda yapılan yenileştirme ve yük katsayısının iyileştirilmesi çalışmaları ile çalışmakta olan nükleer santralların ömürlerinin uzatılmasından ileri gelmektedir. ABD'de son beş yılda 19 santralın ömürleri ve lisansları 20'şer yıl uzatılmıştır. 2030 yılına kadar nükleer enerji üretimin mutlak değer olarak artacağı fakat söz konusu oranın %9 civarına kadar gerileyebileceği tahmin edilmektedir. Gelişmiş ülkelerde, özellikle A.B.D’de çok sayıda nükleer güç santralinin ömrünü tamamlayacağı için kapatılacak olması bunun en büyük nedenidir. Ayrıca, batı ülkelerinde yapılacak reaktör sayısı az olacaktır. Yukarıda verilen 48000 Mw(e) değerin büyük bir bölümü, Rusya, Japonya, Çin ve Hindistan'ın planladığı reaktörlerden kaynaklanmaktadır. Buna karşın batı ülkeleri, yukarıda da belirttiğim gibi, ömür uzatma, kullanma faktörünü iyileştirme gibi yollarla üretimi artıracak ve devam ettireceklerdir.

Bu durumda başlıktaki yeni gelişmelerden neyin hedeflendiği sorusu akla geliyor. Hedef, 4. nesil reaktörlerdir. Diğer bir deyişle 2030'lar ve sonrasının reaktörleridir. Önemli olan, çalışmalara hızlı bir şekilde başlanmış olması, bu hedefe ulaşmak, bu teknolojinin sahibi olabilmek veya katkı yapabilmek için bu günden harekete geçilmesi gerekliliğidir. Yol haritalarına göre 2020 yılı civarında ilk örneklerini göreceğimiz 4. nesil reaktörler 2030 yılından başlayarak yaygınlaşacaktır.

Uluslararası 4. Nesil Reaktörler Forumu: 4. Nesil Nükleer Güç Santralleri Uluslararası Forumu ilk toplantısını 20, Ocak, 2000 tarihinde yapmıştır (Generation IV International Forum, GIF). Bu gurup; ABD, Arjantin, Brezilya, Fransa, Güney Afrika, Güney Kore, İngiltere Kanada, Japonya ve Şubat 2002 tarihinde katılan İsviçre’den oluşmaktadır. EURATOM tarafından temsil edilen AB foruma 11. ülke gibi katılmaktadır. Rusya ve Çin'in de foruma katılacakları beklentisi vardır. Bu önemli bir gelişmedir. 4. nesil reaktör tipleri olarak 6 reaktör tipi seçilmiş ve izlenecek yol haritası oluşturulmuştur. Ülkelerin seçtikleri çeşitli komisyonlar toplantılarına devam etmektedirler. Seçilen reaktör tipleri üzerinde gerekli ek araştırmaların yapılması, deneme ve üretilme aşamaları, güvenliğin sağlandığından emin olunması, reaktörlerin ticari enerji üretiminde yerini alması, yol haritasının önemli adımlarıdır. 2030 yılı, yolun sonu olmakta ve bu tarihden başlayarak nükleer enerjinin ucuz ve bol elektrik enerjisi üretiminde yaygın bir yöntem olarak yer alacağı kabul edilmektedir. Seçilmiş olan 4. nesil güç reaktörü modelleri ile ilgili, geçmişte pek çok çalışma yapılmış ve benzerleri inşa edilmiş veya araştırma geliştirme çalışmaları ile önemli yol alınmıştır. Söz konusu olan geleceğin reaktörleri bu günden başlayarak gerçekleştirilecek yeni tipler değildir.

4. Nesil Güç Reaktörleri: 4. nesil reaktör sistemlerinin hedefleri iddialı ve önemlidir. a) Sürdürülebilir enerji üretimi sağlayan sistemler olacaktır. Atmosferi kirletmeyen, uzun ömürlü, yakıtı etkin kullanan, nükleer atığı azaltılmış, dolayısı ile halk sağlığı ve çevre korunması konularında önemli gelişmeler vaadeden sistemlerdir. b) Üretilen enerjinin birim fiyatı diğer üretim yöntemlerine göre ucuz olacaktır. Maliyet ile ilgili riskler diğer santraller ile tamamıyla rekabet edebilir düzeyde olacaktır. c) 4. nesil güç reaktörleri özde güvenli (inherently safe) reaktörler olup, güvenlik ve güvenilirlik bu yöntemle en üst düzeyde sağlanacaktır. Dolayısı ile tehlike anında, dış aktif sistem önlemlerine gerek kalmayacaktır. Bu reaktörlerin kalp erime kazası olasılığı çok düşük olacaktır. d) Terörist saldırılara karşı güvenli ve silah yapımına uygun kalitede Plutonyum elde edilemeyen reaktörler olarak dizayn edileceklerdir.

 

2030'ların yeni nesil reaktörlerinin kısa sürede inşa edilebileceği ( 36 ay), farklı bir güvenlik felsefesi ile dizayn edilmesi sonucu sistemlerinin basit, dolayısı ile ucuz olacakları, yüksek yanma oranı nedeniyle toryum kullanımına, bilinen tiplere oranla çok daha uygun olacakları anlaşılmaktadır. Foruma dahil olmayan Hindistan bir 4. nesil reaktör tipi seçerek çalışmalara başlamıştır. Çin de GIF ülkeleri arasında olmamasına rağmen 4. nesil reaktörü olarak seçilen çakıl yataklı reaktörün (Pebble Bed Reactor) 10MW gücündeki bir modelini imal etmiş ve çalıştırmaya başlamıştır. Kesin reaktör hesapları ile ilgili olarak ABD ve Çin arasında bir ortak proje vardır.

Anlaşılacağı üzere, çevre korunmasında sera gazları salmadığı için hızla gündeme oturan nükleer enerji, gelişimini ve yaygınlaşmasını 4. nesille sürdürecektir. Gelecekte temiz ve bol hidrojen üretiminin çok önemli olacağı da bilinmektedir. Temiz hidrojen üretiminin en önemli kaynağı nükleer enerjidir. Artan elektrik enerjisi üretimini karşılarken binlerce ton petrolün yerini tutmaya başlayacak olan büyük miktarlardaki hidrojenin üretimi için kaynak olabilecek en önemli seçenek nükleer enerjidir. 4. nesil bu yönden de önem kazanmaktadır. GIF ülkeleri tarafından şeçilmiş olan 6 tip reaktör vardır. 1) Yüksek Sıcaklık Reaktör Sistemi (VHTR), 2) Kritik Üstü Su Soğutmalı Reaktör (SCWR), 3) Gaz Soğutmalı Hızlı Reaktör (GFR), 4) Kurşun Soğutmalı Hızlı Reaktör (LFR), 5) Sodyum Soğutmalı Hızlı Reaktör (SFR), 6) Sıvı Yakıtlı Reaktör (MSR).

Yapılan Çalışmalar: ABD yukarıda belirtilen 2 ve 6. hariç diğerleri üzerinde çalışmaktadır. 4. nesil programında termal reaktör olarak Yüksek Sıcaklık Reaktör sistemini (VHTR, Very High Temperature Reactor) seçmiştir. Hızlı reaktörlerin her üç tanesi üzerinde de çalışmaktadır. Ayrıca, programlar ''İleri Yakıt Çevrimi İnsiyatifi (AFCI)'' ve ''Nükleer Hidrojen İnsiyatifi (NHI)'' adlı iki önemli program ile desteklenmektedir. Yüksek Sıcaklık Reaktör sisteminin Avrupadaki karşılığı AREVA ANTARES 600 MW(e) çakıl yataklı, kombine çevrimli, helyum soğutuculu sistem olup GIF çerçevesinde geliştirilecek bir Avrupa reaktörüdür.

ABD'nin hızlı reaktör geliştirme programında zaman çizelgesi 20 yılı kapsamaktadır. İlk 10 yıllık bölümü hazırlanmıştır. Bu plana göre bir demonstrasyon ünitesi 10 yıl içinde hazırlanacaktır. 2010 yılı hızlı reaktör tipinin seçiminde karar yılı, 2014 ise ünitenin imali için son karar tarihi olacaktır.

GIF çerçevesinde ve ABD ile diğer bazı GIF ülkeleri arasında yapılan ikili anlaşmalar ile yürütülen çok sayıda araştırma bulunmaktadır. Örneğin LFR çalışmalarını yönlendirme komitesi kurulmuşdur. Bu komitede ABD'den başka AB'yi temsilen EURATOM'un yanında Japonya'da yer almaktadır. Güney Kore muhtemelen katılacaktır. EURATOM, hızlandırıcı ile sürülen LFR ile ilgilenmektedir. Avrupa'da bu projeye 29 kuruluş ve çok sayıda üniversite katılmış durumdadır. Japonya sodyum ile soğutulan hızlı reaktörler üzerinde çalışmaya daha meyilli görülmektedir. Hindistan'da GIF ülkeleri arasında olmamakla birlikte 4. nesil reaktör tipi olarak SFR'ı seçmiştir.

Son üç yılda ABD'de, seçilen termal ve hızlı reaktör tipleri ile ilgili çok sayıda bilimsel çalışma yapıldığı görülmektedir. Çoğunlukla teknolojik uygulamaları içeren bu deneysel çalımalara örnek olarak; VHTR yakıtları imali, reaktörün ön dizayn hazırlığı, grafit testleri, yüksek sıcaklık testleri, 4. nesil malzemeleri için Handbook hazırlığı, üniversitelere verilecek araştırma konularının tesbiti ve destekler ile bu çalışmaların başlatılması, hızlı reaktör yakıtları imali, sayılabilir. Diğer GIF ülkeleri ve ABD arasında 2001 yılından başlayarak 58 adet araştırma projesi başlatılmışdır. Bunlardan 21 adedi Güney Kore, 16 adedi Fransa, 10 adedi EURATOM arasındadır. Diğer ülkeler, Kanada, Brezilya, Japonya'dır.

3. Nesil Reaktörler: 2030 yılı bir bakıma uzak bir gelecek olarak görülebilir. Aradaki zamanı doldurmak üzere batı ülkeleri az sayıda reaktör inşa ederek 3. ve 3+ nesillere şans vermek niyetindedirler. Rusya ve Çin bu süre içersinde çok sayıda reaktör inşa etmeyi planlamışlardır. Çalışan reaktörlerinin gelişmiş tiplerini, bir anlamda 3. veya 3+ nesil reaktörleri planlanmaktadırlar. Japonya da çalışan 4 adet, inşa halinde 1 adet ve planlanmış 4 adet 3. nesil reaktör bulunmakta olup 2 adet de Taiwan'da inşası planlanmıştır. Güney Kore, 3. nesil olarak geliştirilen ABD reaktörü System80+'yı esas alarak APR-1400 reaktörünü geliştirmiş, 2010 civarında bir reaktörün inşasını tamamlayarak devreye sokmayı ve dünya piyasalarına sunmayı planlamaktadır. İlk 3+ nesil olarak bilinen ABD reaktörü AP-1000 Çin tarafından benimsenerek 4 adet olarak inşası planlanmıştır. ABD bir adet planlamış bulunmaktadırlar. Finlandiya, Avrupa 3+ nesil reaktörü olan EPR'nin inşasına başlamış ve Fransa bir adet planlamış bulunmaktadırlar.

Sonuç: Nükleer enerji konusu özellikle 2000 yılından itibaren bazı ülkelerin uzun vadeli enerji planlamalarında önemli bir yer tutmaya başlamıştır. Bazı çevrelerin “gelişmiş ülkeler nükleer enerjiden vazgeçiyor” diyerek zihinleri bulandırmaya çalıştığı bir zamanda, çoğunluğu gelişmiş ülkelerden oluşan GIF ülkeleri, nükleer enerji konusunu birlikte yeniden ele almışlar ve ortak projeler üretmek üzere işbirliği yapmaya başlamışlardır. Bilindiği üzere nükleer güç reaktörlerinde yapılan çalışmalar uzun vadelidir ve teknolojiye yansıması uzun yıllar alır. Dünya üzerinde çalışan reaktörlerin %90' ından fazlası 2. nesil reaktörler olup, 1960-70'lerin teknoljik ürünleridir. Güvenilir ve kendini ispatlamış bir teknolojilerdir. Yenileri yapılmasa dahi en az 20 yıl süre ile çalıştıklarını göreceğiz. 40 yıldan fazla bir süre başarı ile çalışan 2. nesil artık yerini 2020-30 yıllarında başlayarak 4. nesile bırakacaktır. Bunun pekçok sebebi vardır. Kısaca özetlemek gerekirse, güvenlikten fedakarlık etmeden, hatta yeni bir güvenlik felsefesi ile daha da güvenli ve ekonomisi daha iyi dolayısı ile ürettiği birim enerji fiatı düşük reaktörler inşa etmenin mümkün olabileceği anlaşılmıştır. Kömür santrallarının sağlığa zararlı dış etkileri nedeni ile enerji fiatına yansıtılacak ek ödemelerin gündeme gelmesi durumunda, 4. nesil nükleer santrallar bariz bir şekilde daha ucuza üretim yapar duruma geleceklerdir. 2030 yılına kadar geçecek süre ise 3 ve 3+ nesil reaktörlerin devreye girdiği bir zaman aralığı olacaktır.