NEDEN DAHA ÇOK ELEKTRİK SANTRALI GEREKİYOR?

  

Dünyada gitgide artan nüfus, daha konforlu ve savurgan yaşam, daha çok enerji kullanımını ve bu da, daha çok elektrik santralını gerektiriyor.

Özet

Bugün dünyanın nüfusu 7,6 milyar, 2040 yılında 9 milyar kişi olacağı kestiriliyor. En çok enerjiyi artan nüfusun gereksinimlerini karşılayan endüstri karşılarken hem fabrikalarda birincil enerji olan kömür, petrol, doğal gaz (özellikle ısıtmada) hem de ikincil enerji olan elektrik enerjisini endüstri kullanmak zorunda. Otomobillerimiz petrol ile çalışıyor. Elektrikli otomobile geçilirken bunların aküleri de yine bir yerde üretilecek elektrikle doldurulacak. Tüm bunlar için daha fazla elektrik ve daha fazla elektrik santralı gerektiğini biliyoruz. Güneş ve rüzgar enerjileriyle elektrik üretiminde son yıllarda sevindirici büyük atılım yapıldı ve bunun gitgide artımı da sürüyor. Ancak çeşitli saygın kurumların ve üniversite araştırma merkezlerinin yaptıkları araştırmalar 2050 yılına doğru tüm gayretlere rağmen yenilenebilir enerjilerin (YE) tüm elektrik enerjisi üretimindeki payının %30 ile %50 arasında kalacağını gösteriyor /1,2/. Buradan, geri kalanının yine fosil yakıtlar ve nükleer enerjiden karşılanacağı ortaya çıkıyor. Öte yandan Almanya’da  YE’lerin elektrik üretimindeki payı epey artmışken, (%33), endüstri, yenilenebilir enerjileri her an gerektiği kadar bulamadığından, kendi kullandığı diğer enerjilerin arasında YE’leri ancak % 3,2 oranında kullanabiliyor (Bkz. Şekil 4 Kaynak: Statistisches Bundesamt).  Aşağıdaki grafikler ve daha önceki yazılarımızdaki ayrıntılı açıklamalar bugünkü ve yarınki durumu ortaya koyuyor.

İleride yenilenebilir enerjilerle insanlığı başka sorunların beklediğini de bilimsel araştırma kurumları açıklıyorlar /7-14/. Örneğin 1000 MWe’lik bir güneş santralı için yaklaşık olarak 3kmx3km= 9 km² lik bir kent merkezi kadar bir alan gerekiyor. Bunlardan 50 adet yapılacak olursa, ülkenin bir çok yeri güneş panelleriyle dolan tarlalardan oluşacak ve panellerin 20-25 yıl sonra eskiyip, sökülmeleri gerekecek. Bunlar için uygun çöplükler aranacak ve panellerdeki zararlı kimyasalların özel tekniklerle zararsız duruma getirilmesi sorunu nasıl çözülecek? bilinmiyor. Kaldı ki bugün özellikle Çin’de yapılan ucuz fiyatlı panellerin içindeki zararlı maddelerin sistem çalışırken dahi panellerdeki çatlak ve bozulmalarla havaya karışıp çevreyi kirletmeleri de göz önüne alınmalı diyor araştırmacılar. Bunlar daha önceki yazımızda ayrıntılarıyla bulunuyor (3). Rüzgar santrallarına ise örneğin Almanya’da halk gürültü ve görünümü bozduğu için karşı çıkıyor, bunları kimse yanı başında istemiyor.

Tüm bu yazdıklarımızdan Yenilenebilir Enerjiler (YE) zararlıdır, sorunludur, kullanılmasın anlamı çıkarılmamalı. Bu sorunlar görülerek, neyin ne olduğu iyice bilinerek, kalite kontrolu yapılarak ve şimdiden önlemler alınarak kullanılmalıdır kuşkusuz. Her şeyin bir bedeli olduğu unutulmamalı ve YE’lerle dünya  2050 ‘li yıllarda 10 milyar insanı sorunsuz besler ve konforlu, savurgan  yaşatır hayaline kapılmamalıyız.

Aşağıda, enerji üretimiyle ilgili, daha önceki yazılarımızda da bulunan çizelgeler,konunun önemi nedeniyle buraya aktarılarak,  bugünkü gerçek durum ile gelecekteki bilimsel kestirimler sergileniyor.

Şekil 1: Dünya Elektrik üretiminde kaynakların dağılım oranları ve toplam (2017)

Enerji kaynaklarına göre dünya enerji kullanımı/eia/:

Şekil 2: Elektrik enerjisi üretiminin kaynaklarında 2012-2040 arası beklenen gelişme (Tera kWh) (Coal: Kömür, Renewables: Yenilenebilir enerjiler, YE).

Nükleer reaktörlerde artış

2018'de dünyada 449 nükleer reaktör işletilirken ve 55 adeti de yapım halindeyken, bu toplam sayıya 9 reaktör de 2018 'de katılmıştır (+10 GWe).

15 ülkede yapımı süren 55 nükleer reaktörün ülkelere göre dağılımında Çin, Hindistan ve Rusya en başlarda. Hindistan‘da bugün (Ocak 2018) uranyumla çalışan 22 ve yapımı süren 6 nükleer santral var. Çoğu toryumlu reaktörlerden oluşacak 19 santral planlanıyor ve 46 santral de öneriliyor /4/.

Ancak son yıllarda Hindistan, hızlı nötronlu-üretken Ergimiş Tuz Reaktörlerinin (ETR) çok daha verimli bir şekilde toryumu kullanacağını anladığından çok kapsamlı bir toryum-ETR programını yürürlüğe sokmuştur. Türkiye de AB araştırma projeleri çerçevesinde toryum ergimiş tuz reaktörlerinin geliştirilmesinde etkin katkıda bulunuyor /5/.

Kömürlü santrallarda artış

Azaltılacağı söylenen kömürlü elektrik santrallarının da hızla artmakta olduğunu pek kimse bilmiyor ya da bunlar açıklanmıyor:

Şekil 3: 1600 yeni kömürlü elektrik santralinin ilgili ülkelerdeki sayıları (mavi) ve bugün çalışan kömürlü santral sayıları (kırmızı) gösteriliyor. Dünyada büyük kömürlü santralların toplamı 5614 adet olacak (bugün 4000 adet kadar var). Küçük santrallarla birlikte dünyada 5000 adet kömürlü santralin çalıştığı kestiriliyor. Türkiye’de  93 adet kömürlü santral planlanıyor /3/.

Elektrik üretim ve tüketiminde yenilenebilir enerjilerin payı

Dünyada üretilen toplam elektrik enerjisinin yaklaşık olarak %75’ini endüstri kullanıyor. Arta kalanı ise evlerde, iş yerlerinde ve aydınlanmada kullanılıyor. Endüstride yenilenebilir enerjilerin payı ise çok düşük. Nedeni sürekli ve endüstri için gerekli miktarda yüksek olmaması, ara ara kömürlü santralların devreye girmesi zorunluluğu. Kömürlü santralların ara ara devreye girmesini, santralların standby’da bekletilmesini işleten şirketlerin pek kabul etmemeleri ve bunların da standby’da boş yere enerji sarf etmeleri.

Şekil 4: Yenilenebilir enerjiler endüstride önemli değil .

Sonuç

Yenilenebilir enerjilerdeki süregelen sevindirici artıma rağmen, artan nüfus ve konforlu savurgan yaşam sonucu, bunlar 2040 yılı ve ötesinde de toplam elektrik üretiminin ancak    % 30 - %40‘ da kalırken, gerek fosil yakıtlılar gerekse nükleer santralların, ileride de elektriğin % 60 - 70 ini karşılayacağını bilimsel araştırma kurumları açıklıyorlar. Ülkelerin, partilerin plan, programlarıyla nüfus planlamaları yapmaları ve savurgan yaşama son verecek önlemleri bir an önce almaları beklenir. Bunlar gerçekleşemezse ve yenilenebilir enerjilerin de (başka sorunları olmalarına rağmen) 2040 yılında bile tüm enerjinin ancak en çok %40 kadarını karşılayabileceği hesaplanıyorsa, o zaman tüm elektrik santrallarının sayıca artımını kabul etmek durumunda olacağız ve yenilenebilir enerjili santrallar zaten yapılabilecekleri kadar yapılmakta olduklarından, diğerlerini tartışmanın da artık bir anlamı kalmayacak.

Bu nedenle, elektrik santrallarıyla ilgili karşıtlar mı, yoksa yanlılar mı haklı? tartışması yerine, Dünya'yı biz nereye götürüyoruz? sorusunun yanıtını nesnel olarak kendimizde aramalı ve ona göre plan, program yapmalıyız ama bir türlü iğneyi kendimize batıramıyoruz!

Not: Bu konuların ayrıntılarını gözden geçirmek isteyenlerin ya da dünyadaki gerçek durumu, bilim ve teknolojideki son gelişmelerin sonuçlarıyla birlikte öğrenmek isteyenlerin aşağıdaki ilgili yazılarımızı, ön yargısız, okumaları yararlı olabilir.

Yüksel Atakan, Dr.Y.Müh. Almanya

 ybatakan3@gmail.com

İlgili yazılarımız:

1.Dünya neden kömür ve nükleer enerjileri bırakamıyor?

https://www.herkesebilimteknoloji.com/haberler/surdurulebilirlik/dunya-komur-nukleeri-birakamiyor 

2. İnternetin 300 nükleer santral kadar enerji harcadığını biliyor muyuz? 

https://docs.google.com/viewer?url=https://www.fmo.org.tr/wp-content/uploads/2019/12/INTERNET-VE-CO2-atakan-xxx051219-1.pdf&embedded=true&iframe

3. Temiz Güneş Enerjisinin pek bilinmeyen kirli yanı

https://docs.google.com/viewer?url=https://www.fmo.org.tr/wp-content/uploads/2018/06/GUNES-PANELLERI-Atakan-30062018-1.pdf&embedded=true&iframe 

Kaynaklar

/1/ EIA International Energy Outlook 2017 ve http://www.world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/nuclear-power-in-the-world-today.aspx

/2/ https://www.iea.org/weo2017/ (Tüm birincil enerjiler için, sadece elektrik üretimi değil)

/3/ https://climatechangedispatch.com/1600-new-coal-power-plants-being-built-around-the-world/

/4/ http://www.world-nuclear.org/information-library/facts-and-figures/world-nuclear-power-reactors-and-uranium-requireme.aspx

/5/ http://www.fmo.org.tr/wp-content/uploads/2018/01/Toryum-NGS-OCAK-2018-Atakan-14-Ocak-2018.pdf

/6/ https://www.herkesebilimteknoloji.com/haberler/surdurulebilirlik/nukleer-enerjiden-cikan-almanyada-ruzgar-gunes-enerjilerinden-elektrik-uretiminde-buyuk-atilim-ulkemizdeki-durumla-karsilastirma

/7/ https://www.herkesebilimteknoloji.com/haberler/surdurulebilirlik/nukleer-enerjiden-cikan-almanyada-ruzgar-gunes-enerjilerinden-elektrik-uretiminde-buyuk-atilim-ulkemizdeki-durumla-karsilastirma

/8/ IEA Photovoltaik Power Systems programme / Report IEA PVPS T1-33:2018

/9/ Schadstofreisetzung aus Photovoltaik-Modulen Prof. Dr. Jürgen Werner, Universität Stuttgart, Institut für Photovoltaik (2014-2017)

/10/ https://www.ingenieur.de/technik/fachbereiche/energie/duennschicht-solarzellen-giftige-chemikalien-preiswert-produzieren/

/11/ https://www.ingenieur.de/technik/fachbereiche/energie/chinesische-solarzellen-verheerende-umweltbilanz/

/12/ https://www.weltderphysik.de/gebiet/technik/energie/solarenergie/photovoltaik/solarzellentypen/

/13/ http://www.enerjiatlasi.com/gunes/

/14/ http://www.enerjibes.com/gunes-paneli-ureticileri/

İSVİÇRE, ÇEK CUMHURİYETİ, KANADA, JAPONYA, SİNGAPUR, GÜNEY KORE, DANİMARKA VE ENDONEZYA’DA ERGİMİŞ TORYUM TUZ REAKTÖRLERİ ÇALIŞMALARI

İsviçre daha önce tanıttığımız SAMOFAR projesinde Hollanda’nın ev sahipliğinde Fransa’nın sağ kolu olarak çalışmaktadır. Hedef reaktörün gücü 3000 MW thermaldir. (MSFR reaktörü). Kazanın içinde ThF₄-UF₄⁷LiF bulunmaktadır.

Çek Cumhuriyeti 2017’de Ergimiş Tuz Reaktör projesine başlamıştır. (Floride Salt Soğutmalı Yüksek Sıcaklık Reaktörü), FHR ve MSR. Proje 4 seneliktir. Çek araştırma enstitüleri ve belli başlı Çek firmaları tarafından yürütülmektedir. Proje 3 önemli ana amaç üzerinde ilerlemektedir(1).(Theoretical and Experimental Physics of MSR/FHR). FLİBe tuzu ve toryum uranyum florürlerin karışımları. Esas amaç, LR-O test reaktörünün florit tuzlarının nötroniğini incelemektir. Reaktör Araştırma Merkezi Rez’de bulunmaktadır. Kazandan ThF₄ ve UF₄’ün elde edilmesi metodları da incelenmektedir. Protoaktinyum ayırmaları üzerinde de çalışılmaktadır. Kazan yapı malzemeleri nikel-super alaşımı üzerinde de (MONCR) önemle durulmaktadır. Özel pompalar, musluklar, grafit kasketler üzerinde çalışılmaktadır.

Japonya’da Toryumtech Solutions firması (TTS) Toryum-Molten-Salt reaktörleri üzerinde çalışmaktadır. Kazanında ThF₄-²³³UF₄-⁷LiF-BeF₂-grafit vardır. Reaktör gücü 450 MW termaldir. Proje adı Toryum-Molten-Salt Reactor (Th-MSR) based on Fuji Concepts’dir.

Singapur Amerika ile birlikte ThorCon reaktörü üzerinde çalışmaktadır. Reaktör kazanında UF₄/NaF-BeF₂/grafit vardır. Gücü 557 MW termaldir.

Güney Kore Ajou Üniversitesi kazanında ²³³UF₄-ThF₄-⁷LiF-BeF_n grafit veya NaF-ZrF₄ vardır. Gücü 250 MW termaldir. Adı Advanced-Molten-salt, Break-even inherently safe Dual-Mission Experimental and Test Reactor’dür. (AMBIDEXTER).

Kanada Terrestrial Energy kazanında UF₄(Florürler) grafit vardır. Gücü 400 MW termaldir. Adı, Integral Molten Salt Reactor (IMSR)dir.

Danimarka Seaborg Teknoloji firmasının kazanında SNF/Florürler/grafit vardır. Adı, Compact Used Fuel Burner (CUBE) dir. Gücü 250 MW termaldir.(4,5)

Endonezya, ThorCon Power’da 2017’de fizibilite (feasibility) çalışmasını bitirdi. Daha önceki yazımda geniş bilgi sunmuştum.

Almanya, Institut fur Fest-körperpphysik gGmbH Dual Fluid Reactor-IFK Charlottenburg, 14050 Berlin 213. MSR çalışmaları. Kazan korozyon çalışmaları (7).

Çin, kazanında TRISO-coated U Th./FliBe grafit pebble-bed. Gücü 395 MW termal. Adı, Thorium-Molten-Salt Reactor, Solid Fuel (TMSR-SF). Sahibi Shangai Institute of Applied Physics (SINAP) Çin. Pebble-bed reaktörü Almanya’da geliştirilmiş. Sonra Güney Afrika Cumhuriyeti tarafından alınmış. Ondan sonra da Güney Afrika’dan Çin’e götürülmüştür. Çalışma verimi %42 gibi yüksektir.

Amerika, İngiltere, Fransa, Rusya, Hindistan ve Pakistan gibi bombacı ülkelerdeki muazzam çalışmalar bu yazıya ilave edilmemiştir. Bu yazımızdaki ülkelerin hepsi toryum yakan reaktörler üzerinde çalışmaktadırlar.

KAYNAKLAR

1.      Gen IV, International Forum, Annual Report 2017, OECD Nuclear Energy Agency, 2017.

2.      SAMOFAR, Samofar Stakeholders Bulletin, 2018.

3.      ThorCon Power, Indonesia Completes ThorCon Pre-Feasibility Study, 2017.

4.      Seaborg The Cube Reactor, 2018 (Accessed 18.11.2018)

5.      Copenhagen Atomics, Technology-Our Cornerstones in Thorium MSR Development, 2018 (Accessed 18.11.2018)

6.      Institut für Festkörper-Kernphsik gGmbH Dual Fluid Reactor-IFK Charlottenburg, 14050 Berlin 213.

7.      V.Encinas-Sanchez, M de Miguel, G.Garcia Martin, M.Lasanta and F.Perez, Corrosion resistance of Cr/Ni alloy to a molten carbonate salt at various temperatures for the next generation high temperature CSP plants, Solar Energy, vol. 171 pp.286-292, 2018.

Doç.Dr.Çetin ERTEK

14.12.2019

ERGİMİŞ TUZ REAKTÖRLERİ ATIKLARI DA YAKIP ELEKTRİK ENERJİSİ ELDE EDEBİLİYOR

Hindistan toryum rezervleri bakımından dünya birincisi. Orada uzun vadeli toryum reaktörleri çalışmaları çok yoğun. Hindistan Milli Akademisi 2015 yılında, üretken ergimiş tuz reaktörü, Indian Molten Salt Breeder Reaktörü’nün dizaynını yaptı (IMSBR).(1) Çalışma çok miktarda yan çalışmaları da beraber gerektirir. Rusya şu sıralar sıvı yakıtlı floritli reaktörler üzerinde de çalışmaktadır. (2) Aktinitler içerde dönerler, yakılırlar ve sabit nüklidler haline de getirilebilirler. Tekrar yakılabilen ve enerji üretebilen transuranikler şu anda çalışan VVER reaktörlerinin yanmış yakıtından elde edilerek kullanılır. (Actinide Recycler and Transmuter)(MOSART).

Terrestial Energy’nin MSR’ı 2nci fazına başladı. Çalışma Canadian Nuclear Safety Commission’la birlikte yürütülmektedir(3). Bu firma ticari Generasyon IV reaktörlerinin öncülüğünü nükleer regülatörden ilk defa almış firmadır. Üzerinde çalıştıkları MSR, %45 verimle bir defadan yedi sene ömürlü bir reaktör kalbine sahiptir. Moltex Energy firması, PWR reaktörlerine benzer şekilde Stable Salt Reactor (SSR) reaktör dizaynını ortaya attı.

Ergimiş tuzun soğutulmasında kullanılacak pompalama aletlerini hazırladı.(4) Komponetlerin zarar görmemesi için soğutucu tuzun içine Hafnium ilave edildi.(5). İçinde radyoaktif atıkları yakan (SSR-W) ergimiş tuz reaktörü 2027’de ticari olarak kullanılmaya başlayacaktır. (New Brunswick, Canada).

Doç.Dr.Çetin ERTEK

07.12.2019

KAYNAKLAR

1.       P. Vijayan, A. Basak, I. Dulera, K. Vaze, S. Basu and R.Sinha, Conceptual Design of Indian Molten Salt Breeder Reactor, Pramana, Journal of Physics, Vol.85, no.3 pp 539-554, 2015.

2.       Tuomo Koivisto, Two-Fluid Molten Salt Reactors: Design and Application with Chloride Salts Villigen, 25 April, 2019, Finland.

3.       Press Release, Terrestrial Energy, 16.10.2018 (on-line available): https://www.terrestrial-energys-imsr-begins-final-stage-of-prelicensing-vendor-design-review-in-canada/ .(Accessed 17.11.2018)

4.       Moltex Energy, An Introduction to the Moltex Energy Technology Portfolio, January 2018.

5.       EPRI Electric Power Research Intitute, Program on Technology Innovation: Technology Assessment of a Molten Salt Reactor Design. The Liquid-Fluoride Thorium Reactor (LFTR), Palo Alto, California, 2015.

TORYUM REAKTÖRLERİNDE ÇİN NEDEN HOLLANDA’YA YAKLAŞMAK MECBURİYETİNDE

Bunu anlayabilmek için önce reaktörlerde nötronların nereden geldiğine odaklanalım. Nötronlar U-235 ve U-233’le olan fisyon olayından meydana gelir. Bir nötron çekirdek içine girer, fisyon olur, 2 veya 3 nötron bu olaydan ortaya çıkar. Fisyon olayında kütle kaybı olur. Kaybolan kütle Einstein formülüne göre E-mc²’lik çok büyük enerji çıkartır. Artık elektriğin hammaddesi elde edilmiştir. Şimdi reaktörlerde uranyum çubuklarının civarındaki bu nötronların sayısına odaklanalım. Saniyede 1 cm²’den her iki yönde geçen nötronların sayısına nötron akısı denir. 10¹³, 10¹⁴ n/cm² saniye nötronu düşünebiliyor musunuz?

Güç reaktörlerinde bu değer daha da büyük olabilir. Hollanda Petten Araştırma Merkezi’nde özel olarak bundan 30-35 yıl önce inşaa edilen Yüksek Akı Reaktörü (High Flux Reactor HFR) hala çok özel deneyler için tam faaliyettedir ve nötron akısı 10²¹ nötron/cm² saniyedir. (Yavaş nötronların hızları 2.2 km/saniye, hızlıların 10.000 km/saniyedir.) İşte Çin’de HFR olmadığı için, Çinliler Petten Laboratuarı ile anlaşıp, birkaç sene sürecek bir program dahilinde araştırma malzemelerine, ergimiş tuza, uranyum toryum karışımlarına nötronların uzun vadede ne etki yapacaklarını anlayabilmek için Petten ile anlaşmak mecburiyetinde kaldılar. Araştırmak istedikleri sistemler nötronlara maruz kaldıklarında ne gibi etkiler yapıyorlar, bunları tespit edebilmek için. (Korozyon, malzeme içindeki kırılganlıklar, malzeme hasarları, deformasyonlar, atomların yer değiştirmeleri ve bunun etkileri vs.) Acaba bu nötron alanlarında 10¹⁸, 10¹⁹ vs.de hangi değerde nötronlar nötronlarla çarpışır diye sorulduğunda 10²⁰ veya 10²¹ değeri üzerinde durulur. Aynı şekilde muhteşem Çanakkale savaşımızda havada uçuşan mermileri düşünelim. Müzelerde görüyoruz, bir kurşun bir kurşuna çarpmış, gözümüzün önünde duruyor. Ne korkunç bir hakiki mermi yağmuru. İşin şiddetini ve ölüm tehlikesini gösteren en önemli kanıtlar. Bize Kurtuluş Savaşı yolunu açan şehitlerimiz nur içinde yatsın.

Çekmece Nükleer Araştırma ve Eğitim Müdürü’nün bana bir sene önce bildirdiğine göre bizde de bir HFR reaktörü yapılması düşünülüyormuş. 1964’lerde Ayazağa’da İstanbul Teknik Üniversitesi bir TRIGA-MARK II atom reaktörü aldı. Alınışında Prof. Nejat Aybers’le birlikte Avusturya’lı kıymetli arkadaşım Avusturya Atom Enstitüsü’nden Doç.Dr. H.Böck’ün bu 240 kWatt’lık reaktör seçiminde büyük faydaları oldu. Aynı reaktörden Avusturya da bir reaktör almıştı. Onların reaktöründe küçük bir değişiklikle kısa bir zaman aralığında çok yüksek nötron akılarına varmak mümkündü. Onlar bu opsiyonu haftada bir iki sıklıkla kullanarak yüzlerce malzeme araştırmaları yaptılar. Bizde bu sistem yerine oturmadı. Faydalanamadık. Ayazağa TRIGA reaktörü için çok büyük çabaları için Doç.Dr. Helmuth Böck’e  minnet ve teşekkürlerimizi bir kere daha tekrarlarız. Aynı tipte, aynı güçte bu reaktörlerde (Avusturya, Türkiye) yapılan ilmi makale çalışmalarını, master tezlerini, doktora tezlerini mukayese etmek okuyucuya çok şey kazandırır.

Doç.Dr.Çetin ERTEK

30.11.2019