NÜKLEER ENERJİNİN GELECEĞİ

                                       

                                                           

Giriş                        

Bilindiği üzere CO₂ üretmeksizin enerji üretmenin ender yollarından biri elektrik enerjisini nükleer santrallarda üretmektir.  Ayrıca, üretim güneş ve rüzgar santrallarında olduğu gibi kesintili değildir. Bu nedenle nükleer enerjinin geleceği iklim değişikliği ile yakından ilgilidir ve bu mücadelenin en önemli elemanıdır.   Enerji ekonomisinin farklı bölge ve ülkelerdeki imkanları çok farklı olup enerji politikasını etkilemekte ve nükleer santrallardan enerji üretmek konusu zaman içersinde acil olmaktan çıkmakta ve çok geniş bir zaman aralığına yayılmaktadır.  Ayrıca, imalatçı ülkelerin  politikası alıcı ülkelerde  enerji konusunda bağımlılık yaratacak yöne evrilmekte ve bu tutum genel bir politik bağımlılığa olanak sağlayan düzeye ulaşabilmektedir.  Bu nedenle, satıcı ülke ve firmaların nükleer santral satışını arttırma gayretleri arkasında siyasi etkenleri de aramak gerekir.

İklim Değişikliği

İklim değişikliği ile savaşın hedefi, COP21 de belirlendiği üzere, atmosfer sıcaklığındaki artışın endüstri devrimi öncesi sıcaklığa göre 2C⁰’nin altında kalmasıdır.  Sonunda 1.5 - 2C⁰ aralığı daha uygun görülmüş ve 1,5C⁰ ‘nin üzerine çıkılmaması önemsenmiştir.  Asrın sonu için bu zor bir hedeftir.  Sıcaklık artışı zaten 1C⁰ civarına yaklaşmıştır.  Gelişmelere daha yakından bakılırsa: Paris anlaşması için her katılımcı ülke “Olası Ulusal Katkı”sını (INDC; İntended Nationally Determined Contribution) belirtmiş, düşük karbon emisyonu hedefini ortaya koymuştur.  Bu hedefler, anlaşmanın taraflarca onaylanmasından sonra “ Ulusal Katkı” (NDC) adını almıştır.  Paris Anlaşması öncesi iklim değişikliliğine karşı koymak için seçilen hedefler genel olarak 2100 yılında 2.7-3.0 C⁰ artış sınırlamasını gerçekleştirmek üzere belirlenmişlerdi.  Anlaşma sonrası, belirlenen hedefler emisyon artışının 2C⁰, hatta daha ileri gidilerek 1.5C⁰ ile sınırlandırılmak istenmesi  şeklinde yenilenmiştir.  Bu durumda, yeterli olamayacağı anlaşılan NDC’lerin yenilenmesi gerekmektedir.  Bu değişikliğin zaman kaybına neden olacağı da hesaba katılmalıdır. 

Bu durumda, rüzgar ve güneş kaynaklarını ve teknolojilerini seferber etmekten öte yeni olanaklara  gereksinme olduğu anlaşılmıştır.  Bunlar, CCS (Carbon Capture and Storage), nükleer enerji santralları ve son kullanıcıların yakıt seçimlerinde değişikliğe gitmeleridir.  Emisyon hedeflerinde bu değişiklik, her ülke için izlenmesi zor bir yol haritası ortaya koymuştur.  Evvelce izin verilen salınımların engellenmesi veya yapılmaması gerekecektir.

Bu arada, nükleer enerji karşıtlarının iklim değişikliği ile mücadelede bir geçiş planı olup bu planda nükleer enerjiye yer yoktur.  Bu durum bazı kişi ve kuruluşlarca incelenmiş ve bu karşı çıkışın bilimsel olmadığı gösterilmiştir.  Nükleer karşıtlığın teknolojik bağnazlığa dönüştüğü ortamda bu teknolojinin gelecekteki durumu ortaya konmalıdır.  Yukarıda konu edilen geçiş planı; enerji depolama tekniklerinin gelişmesine kadar ucuz doğal gaz kaynağını kullanarak iklim değişikliği ile mücadeleyi sürdürmek ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kesikli üretiminin neden olduğu dağıtım şebekesi sorunlarının üstesinden bu yöntemle gelerek söz konusu olan CO₂ salınım seviyelerine nükleer santral kurmaksızın ulaşmak şeklindedir [1].  

COP 21 ve onu izleyen “Conference Of Parties” toplatılarında alınan kararlar uyarınca CO₂ üretimi kısıtlanmalıdır. Detaylar konferans kayıtlarında bulunabilir.  Yukarıda belirtilen 1.5-2C⁰ aralığında sıcaklık artışı için halen 500 g/kWh_e civarında olan CO₂ üretimin, 2050 itibarıyla 10-25 g/kWh_e ve 2060 itibarıyla 2 g/kWh_e değerlerine düşürülmesi gerektiği anlaşılmaktadır.  Bu sınırlar güç sektörü CO₂ üretim yoğunluğu için  IEA tarafından 2017 yılı değerlendirilmeleridir.  MIT tarafından yapılan son çalışmada bu değerler esas alınmıştır. Ancak, son değerin 2 yerine 1 g/kWh_e  gerektiğine inanılmaktadır [2].

Birim Enerji Fiatı Hesapları

Enerji üretim fiatı hesaplarında, LCOE (Levelized Cost Of Energy) Tek seviyeye indirgenmiş Enerji Fiyatı yöntemi kullanılmaktadır.  Yöntem her teknolojiye uygulanmaktadır.  Dolayısı ile birim enerji fiyatlarının karşılaştırılmasında, eksikliklerine rağmen önemli bir yöntemdir. Ancak, burada gereken 2060 yıllarına kadar giden enerji birim fiatı hesaplarında farklı teknolojilerin enerji üretim fiatı yerine sistemin sağladığı fiyatın bilinmesidir.  Bu nedenle, öngörülen senaryolar çerçevesinde ve yıllara dağılmış enerji birim fiatının minimize edilerek sistem içesindeki üretim santrallarının çeşitliğine ve nükleer gücün yerinin olup olmadığına karar vermek üzere GenX  (a power system decision support tool) karar verme sistemi kullanılmıştır [2].  İngiltere için benzer bir örnek daha vardır [1].

Yukarıda belirtilen yıllara dağılmış CO₂ salınım hedeflerini gerçekleştirecek farklı teknolojilere sahip enerji üretim sistemi ve sağladığı optimum enerji birim fiatı ($/MWh_e), nükleer santralların varlığı ve yokluğu, santral birim maliyetinin yüksek ve alçak olması durumlarında ayrı ayrı incelenmişdir.  Sonuçda, optimum birim fiyatı sağlayan elektrik üretim sisteminin optimum teknolojik karışımı elde edilmiştir.  Hesaplamalarda detaylı giriş datası verilerek güvenilir sonuçlar elde edilmeye özen gösterilmiştir.  Örneğin, santral teknolojisi ile ilgili bilgilerin ötesinde üretim santrallarının saat başı değişen kapasite çarpanları ve talep değişimleri de modellenmiştir.  “Sermaye Maliyeti” nin ($/kW) ilgili yıla ait parasal değeri giriş datasına yansıtılmıştır.    

Nükleer santral inşaat koşulları ve özellikle santral inşa birim fiatları ($/kW, overnight cost) ülkeler arasında önemli farklar gösterdiğinden Nükleer Güç’e gereksinim de ülkeler ve coğrafi bölgeler arasında büyük farklılıklar göstermektedir.  Halen 500 (g/kWh_e) civarında olan CO₂ salınımı ve yeni nükleer santralların pahalı olması nedeni ile salınım kısıtlamasının gevşek olduğu bu devre için Kuzey Amerika ve Avrupada yeni Nükleer santral siparişi olasılığı azdır.  Diğer yandan 2050 yılı için CO₂ salınım hedefi 25-10 g/kWh_e değerine düşmektedir.  Bu hedefe ulaşmada yenilenebilir kaynaklardan yararlanmada zorluk vardır. Yenilenebilir enerji  üretiminde marjinal fiat artmaktadır.  Nükleer enerjinin dahil edilmesi enerji üretim fiatının sınırlanmasında yardımcı olmaktadır.  Gelecekte nükleer santral yapımının ucuzlaması ile bu avantaj artacaktır.  Dolayısı ile CO₂ üretmeyen, enerji dağıtım ağına kesintisiz (dispatchable) enerji verebilen nükleer gücün iklim değişimi ile mücadelede önemi anlaşılmış olmaktadır.  Şu olasılığı da dikkate almak gerekir; CCS (Carbon Capture and Storage) üreyen CO₂ gazının atmosfere salınmasını engelleyen bir yöntem olup başarılı olma şansı pek bilinmediği gibi üreyen gazı ne oranda engelleyebileceği belirsizdir fakat önem verilmektedir.  Dolayısı ile nükleer santralların ucuzlamasının önemi artmaktadır. 

Nükleer Santral Kurulum Maliyeti

Nükleer santral sermaye maliyeti (overnight cost) incelendiğinde görülür ki batı ülkelerinden Çin’e kadar 8000 - 2800 $/kW arasında değişmektedir.  Bu nedenle Kuzey Amerika ve Batı Avrupada nükleer santral inşa etmek karlı bir yatırım değildir.  Ancak, bu maliyeti azaltmak mümkündür.  Nükleer santral inşaatı çok farklı disiplinlere ait yöntemlerin ve her kademede kişilerin kullanıldığı bir inşaat türü olup uzun bir zaman aralığına yayılmıştır. Farklı gruplar arasında daha iyi bir organizasyonun ve çalışma planının yapılarak birim fiatın düşürülebileceğine inanılmaktadır.  Kaynak-2’de bulunan sonuçlardan aşağıda kısaca bahsedilmiştir. 

a)      Özellikle yeni tip santrallarda ilgili bölümün dizaynı inşaat başlamadan tümüyle tamamlanmış olmalıdır.  Uygun nükleer buhar sağlama sistemi (NSSS) deneyimli personeli ile hazır olmalıdır.

b)      İstenen kalitenin daha kolay tutturulabilmesi için, imalatçı temsilcileri de dizayn takımına alınmalıdır.

c)      Tek ve deneyimli bir kontrat menajeri ile çalışılmalı ve tüm alt yükleniciler ona bağlı olmalıdır. Projenin başarısında tüm yüklenicilere haklar sağlanmalıdır.

d)      İnşaatın seyrinde esnek bir idari anlayış egemen olmalı talep ve değişikliklerinin sonuçlandırılması sürüncemede bırakılmamalıdır.

e)      İnşaatın yapıldığı ülke koşullarına göre inşaat alanına az iş bırakmak uygun olabilir. Bu durumda modüler çalışma değerlendirilmesi yapılmalıdır. Değişen oranlarda fiyat avantajı sağlayabilir.

Sermaye masrafını azaltmak için sadece nükleer santral ve ilgili teknolojiler üzerine odaklanmanın yetmeyeceği anlaşılmaktadır.  Tüm inşaat gidişatı dikkatle düzenlenmeli, finansman giderlerinin en aza düşürülmesi için gereken yapılmalıdır.  

Çeşitli ülke ve araştırma merkezlerinde geleceğin reaktör tipleri üzerinde çalışılmaktadır.  Örneğin, su ile soğutulan ufak moduler reaktör (SMR), Helyum gazı ile soğutulan, yüksek ve çok yüksek sıcaklık reaktörleri (HTRG), (VHTR). Helyum gazı soğutmalı hızlı reaktör (GFR).  Sıvı metal soğutmalı hızlı reaktörler, (sodyum soğutmalı SFR, kurşun soğutmalı LFR). Ergimiş tuz reaktörleri (MSR) ve Avrupa ergimiş tuz reaktörü (MSFR) üzerinde çalışılmakta olan reaktör tipleridir. 

Nükleer Enerjinin Yol Haritası

Burada sözü edilen yol haritası Kaynak 2’de yapılan çalışmada alınan sonuçlardan esinlenerek yazılmıştır.  Yukarıda bahsedilen GenX  karar verme sistemi dünyanın 6 farklı bölgesine uygulanmıştır.  İki bölge Çin’de, İki bölge Avrupada (Fransa ve UK) ve iki bölge ABD’de (Texas, New England).  Böylece, optimum birim fiatını sağlayan elektrik üretim sisteminin optimum teknolojik karışımı elde edilmiştir.  Hesaplamalarda, zaman içersinde değişen CO₂ salınım değerleri ve nükleer santralların varlığı ve yokluğu parametre olarak alınmışdır.  CO₂ salınım değerleri 500, 100, 50,10, 1(g/kWh_e) dir.  Nükleer güç ile ilgili olarak; yokluğu dışında varlığı hesaplara Nükleer Güç Sermaye Maliyeti, pahalı, nominal, ucuz ve çok ucuz olarak dört farklı değerde yansıtılmıştır.  Pahalı değer nominal değerin %25 üzerinde, ucuz değer %25 altında, çok ucuz değer ise %50 daha ucuz olarak alınmıştır (yukarıda sözü edildiği gibi, giriş datasında kurulu gücün sermaye maliyetinin ilgili yıla ait parasal değeri kullanılmıştır) Bu parametreler özet olarak;

CO₂ Salınım değerleri: 500, 100, 50,10, 1(g/kWh_e),

Nükleer Güç: Yok,

                         Var (sermaye maliyeti pahalı),

                         Var (sermaye maliyeti nominal değerde),

                         Var (sermaye maliyeti ucuz), 

                         Var (sermaye maliyeti çok ucuz).

New England (USA) için sonuçlar:  CO₂ salınımı 500, 100. 50 (g/kWh_e) değerleri için nükleer enerjinin varlığı, ortalama sistem enerji üretim fiyatında bir avantaj sağlamamaktadır.  Ancak sermaye maliyetinin çok ucuz olması durumunda nükleer enerji avantajlı duruma geçmektedir.  Bunun anlamı, bu bölgenin 10 (g/kWh_e) salınım değeri için, diğer bir deyişle 2050 yıllarına kadar sistemde nükleer santrala ihtiyaç olmayacaktır.  Gerçi ucuz nükleer santral seçeneğinin bulunması sistemde 100 (g/kWh_e) salınım değerinden başlayarak belirli bir avantaj sağlamaktadır.  Bu salınım değeri ise 2040’lı yılları göstermektedir.  İklim değişikliğine engel olmak için konulan CO₂ salınım hedeflerini 2050 yılından sonra nükleer enerji olmaksızın tutturmaya imkan yoktur.  Özellikle 2060 yılından sonra 1 veya 2 (g/kWh_e) CO₂ salınım değerleri için nükleer santral bulunmayan bir sistemin ortalama sistem enerji üretim fiyatı en az %100 daha fazla ve kurulu gücün değeri ise beş kat daha fazla olabilecektir (Almanya’nın kritik yılları olacağı anlaşılmaktadır).  Texas (USA) için sonuçlar da benzer olup mutlak değerlerde farklar vardır.  Fransa ve İngiltere için benzer sonuçlar elde edilmiştir.  Sermaye maliyeti ucuz nükleer santral seçeneği 100 ve 50 (g/kWh_e) salınım değerinden başlayarak avantaj sağlamaktadır. Çin’deki iki bölge için durum farklıdır.  Üretim sisteminde nükleer seçeneğin bulunması bugün dahi ortalama sistem enerji üretim fiyatında ucuzluk sağlamaktadır ve bu avantaj  yıllar içinde, diğer bir deyişle CO₂ salınım hedefi azaldıkça hızla artmaktadır.

Bir önceki bölümde sözü edilen yeni teknolojilerin üzerinde önemle durulmalı ve bugünden başlayarak uygun bir nükleer enerji politikası ile reaktör seçimi ve geliştirilmesi çalışmalarına başlanmalıdır.  CCS yöntemi, eğer başarılı olursa, nükleer güç üretiminin artmasını etkileyecek bir unsur olarak görülmelidir.  2040 yıllarına kadar Kuzey Amerika ve Batı Avrupa’da Nükleer güç üretiminin azalacağı anlaşılmaktadır.  Bu devrede nükleer güç üretimine başlayacak olan ülkelerin toplam inşaat gideri konusunda dikkatli olmaları gerekmektedir.  Asya ülkelerinde, özellikle Çin ve Rusya için durum farklıdır.  Halen inşa halinde ve planlanmış pekçok reaktör vardır.  Geliştirilmekte olan yeni tip 4. nesil reaktörlerin 2050-60 yıllarında nükleer teknolojide büyük değişimlere neden olması olasılığı yüksektir.

KAYNAKÇA

  [1]   “The False Economy of  Abandoning Nuclear Power”, The New Nuclear Watch    Institute (NNWI) 2018.

  [2]   “The Future Nuclear Energy in a Carbon–Constrained World” An Interdisciplinary MIT Study, 2018.

Şarman Gençay

                                                      Emekli Öğretim Üyesi