Nükleer Enerji
28
NAME OF PRESENTATION Company Name NÜKLEER ENERJİ ERAY DELİ 11/A 104
description
Nükleer enerji ve santrallerin çalışma prensibleri, yararları ve zararları yaşanmış kazalar
Transcript of Nükleer Enerji
NAME OF PRESENTATIONCompany Name
NÜKLEER ENERJİERAY DELİ 11/A 104
Nasıl Çalışır?
1Füzyon Patlaması
2Isıyla Suyun
Buharlaştırılması
3Buharla
Türbinlerin Dönmesi
Aşamaları1. Nükleer santralin iç yapısına baktığımızda, uranyumun füzyon
tepkimesine girmesiyle oluşan enerji su buharının çok yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılmasını sağlar.
2. Yüksek sıcaklıktaki bu buhar, elektrik jeneratörüne bağlı olan türbinlere verilir.
3. Türbin kanatçıklarına çarpan yüksek enerjili buhar, bilinen şekilde türbin şaftını çevirir ve jeneratörün elektrik enerjisi üretmesi sağlanır.
4. Türbinden çıkan basınç ve sıcaklığı düşmüş buhar, tekrar kullanılmak üzere yoğunlaştırıcıya gider, su haline gelir ve döngü devam eder.
Not: Nükleer santrallerin birincil yakıtı uranyumdur ve bu yakıt doğada bol miktarda bulunur. İkincil yakıtı ise toryumdur. Türkiye, Dünya’nın en büyük toryum rezervlerine sahip ülkesidir.
Atıkların SaklanmasıTermik Santral Atıkları:Katı Atıklar; toprağa serpiştirilir ya da deniz tabanına salınır.Sıvı Atıklar; denize ya da çevredeki akarsuya dökülür.Gaz Atıklar; Yaklaşık %90’ı filtrelenip katılaştırıldıktan sonra toprağa atılır. Geri kalan havaya salınır. Nükleer Santral Atıkları:Katı Atıklar; özel metal kaplarda depolanır ve saklanır.Sıvı Atıklar; denize ya da çevredeki akarsuya dökülür.Gaz Atıklar; Su buharı havaya salınır, yoğunlaştırılmışsa denize dökülür. İki santral tipinde de ısıtılmış su, şebekeye sıcak su olarak verilerek verim yükseltilebilmektedir. Nükleer santralin ortaya çıkardığı uranyum atığı depolanır ve değerlidir. Çünkü bilimsel çalışmalar bunların defalarca kullanılabileceğine dair ipuçları içermektedirler. Bu nedenle de dünyada hurda ya da atığı en kıymetli metaller sıralamasında altından sonra 2. sırada yer almaktadır.
Resim: Kullanılmış yakıt çubuklarını koruma havuzundaki yerine yerleştirilmesi.
Atıklar 35 Yıl Bekletiliyor Son rakamlara göre ortalama bir nükleer santralinin maliyeti 3-5 milyar dolar arasında değişiyor. Büyük ölçekli bir santral ise yılda yaklaşık 1.1 GWS(Atatürk Barajı kadar) enerji üretiyor. Bu büyüklükte bir santral yılda ortalama 60 m3 radyoaktif atık üretiyor. Bu teknolojiyi kullanan ülkeler atıkları 70°C varan yüksek ısıları nedeniyle önce santral yakınlarında bulunan soğuk su havuzlarında 'dinlendiriyor. Bu dinlendirme 5 yıl sürüyor. Ardından ara depolama safhası başlıyor. Soğuyan radyoaktif maddeler toprak altına gömülmeden önce ışıma oranının düşmesi için genellikle toprak üzerinde bulunan ara depolarda yaklaşık 30 yıl daha bekletiliyor. Bu depolar 60 cm’lik beton ve çelikten oluşan duvarlarıyla her türlü deprem, sel ve yangına karşı dayanacak şekilde inşa ediliyor. Son depolama safhasında ise yaklaşık 35 yıldan beri bekletilen atıklar toprak altına gömülüyor. Bunun için eski ve kurumuş maden ocakları kullanılıyor. Bu yer altı depolarının derinlikleri ise 200-900 m arasında değişiyor. İşin bu kadar uzun sürmesi atıkların içerisinde bulunan ağır metal adı verilen maddelerin etrafa yaydıkları radyasyonun azalmamasından kaynaklanıyor.
Avrupa'nın Nükleer Atıkları - Avrupa'da bu atıklardan tam 12 bin ton toprak altında bulunuyor. - Bu rakama her yıl bin 730 t yeni atık ekleniyor. - Son verilere göre Avrupa'da halen 145 nükleer santral faaliyet gösteriyor. - Alman Nükleer Enerji Kurumu'nun rakamlarına göre bu atıkları güvenli olarak ortadan kaldırmanın yıllık faturası ise 30-35 milyon Euro arasında değişiyor.
Atıklar Sadece OECD(Ekonomik Kalkınma ve İşbirliği Örgütü) ülkelerindeki nükleer santraller yılda 1200 milyon ton CO2 salınımına engel olmaktadır. Mevcut nükleer santraller kapatılıp termik santrallerin açılması durumunda CO2 miktarının %8 artacağı bilinmektedir.
Patlar mı? Şu an son teknolojiye sahip 3. nesil reaktörler daha öncekilerin aksine pasif güvenlik sistemlerine
sahiptirler. Bunun anlamı bütün güvenlik sistemleri elektriksiz olarak çalışabilmektedir(Fukushima’daki gibi personel müdahalesine ya da elektrik hattına gerek yoktur).
Çift hermetik kap koruması: Bu kapsüllerden ilki 1,2 metre ikincisi ise 1 metre kalınlığındadır. Aralarında 2 metre boşluk bulunan bu kapsüller reaktörü 9 şiddetinde depreme ya da uçak düşmesine karşı dahi reaksiyon bölümünü korurlar. Dış kap etkilense dahi iç kaba etki neredeyse imkansızdır.
Eriyik Kapanı: En küçük bir sorun yaşandığında dahi işlem halindeki hammadde bu eriyik kapanlarına geçerek dış dünyayla bağlantıları kesin bir şekilde kesilir. Hiçbir ışınımın ya da etkinin dışarıdan içeriye-içeriden dışarıya etkisi söz konusu değildir.
Hidrojen Çözücü: Fukuşima’da aşırı ısınma nedeniyle Hidrojen açığa çıkmış ve reaktörün üstünde birikerek radyoaktif olmayan patlamaya sebep olmuştu. Fakat yine pasif olarak çalışan Hidrojen Çözücü sistem sayesinde herhangi bir olumsuzluk olduğunda açığa çıkabilecek herhangi bir miktarda Hidrojen’i kimyasal etkileşimle kendisine bağlar ve herhangi bir birikmeye mahal vermez.
Nükleer Santrallerin Enerji Üretiminde Tercih Edilişinin Nedenleri
- Sera gazı etkisi olmaması
- Düşük işletim maliyeti
- Yüksek kullanım kapasitesi
- Yakıt fiyatlarının stabilitesi
- Enerji yoğun üretim
- Santral ömrü uzunluğu
Nükleer Santral Tipleri MAGNOX TİPİ - 1950’lerde İngiltere’deki Calder Hall’da kuruldu. - Askeri amaç taşıyordu.
PWR TİPİ - Basınçlı su soğutmalı santrallerdir.
BWR TİPİ - Kaynar sulu reaktör. - Çoğu ülkede kullanılan tiptir.
Yakıt Miktarları
1000 Mwe enerji üretimi için; termik kömür santrallerinde 2 milyon ton, termik petrol santrallerinde 1 milyon ton, nükleer santrallerde ise 25 ton yakıt gerekmektedir.
Bu yakıtların elde edilme masrafları ve madeni kazıların ne kadar yüksek sağlık tehlikesi oluşturduğunu göz önünde bulundurursak nükleer santrallerin avantajı açık ve net bir şekilde ortadadır(yaklaşık 80.000 kat daha az yakıt miktarı).
Yakıtların MaliyetleriGörüldüğü üzere diğer santrallere nazaran çok daha uygun bir maliyet tablosuna sahiptir.
Karbon Salınımı Doğrudan Çevresel Etkiye Farklı Bir Açıdan Bakış Nükleer enerji, havayı kirletmeyen ve sera gazları salmayan çok az sayıdaki enerji kaynağından biridir. Cevher madenciliği dahil olmak üzere nükleer yakıt çevriminin tüm aşamalarında ve santral inşasında üretilen kilowatt saat başına 2.5-5 gram karbon salındığı öngörülmektedir. Bu miktar yenilenebilir enerji kaynaklarınca(rüzgar, hidrolik ve güneş) salınan miktarlara yaklaşık olarak eşit olup mevcut fosil kaynakları arasında en temizi olarak düşünülen doğalgaz santrallerinden 25 – 75 kat daha düşüktür.
Doğal Radyasyon DağılımıDoğada bulunan radyasyonun sadece %1’lik kısmını nükleer
endüstri oluşturmaktadır.Ayrıca sağlık uygulamalarında kullanılan aletlerin yaydıkları
radyasyonun oranı dahi nükleer santrallerden daha düşüktür.
Santral Tiplerinin Karşılaştırılması
100 Megawatt Elektrik Enerjisi İçin 1 Yılda Yayılan Radyasyon
Çevreye Bırakılan Atık
Katı Sıvı Gaz
Termik Santral Kişi başına 49 rem/yıl
5560 m3 kül3500 ton katı parçacık
Soğutmak için alınan
777.600.000 m3deniz
suyunun bir miktar ısıtılmış
hali
750 ton CO 45000 ton
SO2
26000 ton NO
250 ton Hidrokarbon
Nükleer Santral Kişi başına 0,48 rem/yıl
İş eşyaları(eldiven
vs.)0,7m3
uranyum atığı
Soğutmak için alınan
777.600.000m3deniz
suyunun bir miktar ısıtılmış
hali
Su Buharı(yoğunlaştırıl
mamışsa)
Çalıştıkları Sürece Çevreye Verdikleri Zararlar
Görüldüğü üzere termik santrallerin yaydığı radyasyon nükleer santrallerden çok daha fazladır. Özellikle gaz atık miktarında ve çeşidinde nükleer santraller çok büyük avantajlara sahip olmakla beraber şimdiye kadar küresel ısınmanın artmasına yönelik hiçbir etkileri görülmemiştir.
DÜNYA ENERJİ TALEBİNİN %17’Sİ NÜKLEER SANTRALLARDAN SAĞLANIR 30 ülkede toplam 438 nükleer santral var. Bunların 272'si (yüzde 62) sanayileşmiş ülkelerin oluşturduğu G-7 ülkelerinde bulunuyor.
Dünyadaki Nükleer SantrallarınCoğrafi Yerleri
NÜKLEER ENERJİDE URANYUMUN GELECEĞİNE BAKIŞ
Enerji tüketimindeki hızlı artışla birlikte dünyadaki kömür, petrol, doğalgaz gibi fosil yakıtların en fazla 50 yıl içinde tükenmesi beklenmektedir. Bu fosil yakıtların çevreye yaydığı CO2 ve SO2 gibi gazlar tüm dünyanın iklimini canlıların yaşayamayacağı bir hale getirmekte, kömür santrallarından çıkan küllerdeki radyoaktivite de havada yayılarak solunum ve sindirim yolları ile vücutta depolanabilmektedir. Mevcut nükleer santralları ise atom bombası için plütonyum üretmek üzere dizayn edilmiş, daha sonra nükleer enerji üretimine adapte edilmişlerdir. Bu eski tip santralların atık problemleri ve kaza olasılıkları nedeni ile insanlık daha temiz, güvenli ve devamlılığı olan bir enerji kaynağına ihtiyaç duymaktadır.
DÜNYADA EN FAZLA 60 YILLIK URANYUM KALDI Nükleer santrallerde yakıt olarak zenginleştirilmiş uranyum kullanılıyor. Dünya üzerinde faaliyet gösteren 465 nükleer santralin yıllık uranyum ihtiyacı 65 bin ton seviyesinde bulunuyor. Dünyanın toplam uranyum rezervi ise 11 milyon ton düzeyinde. Araştırmalar bugün çıkarılan uranyum miktarının talebe göre en çok 60 yıl yeteceğini gösteriyor. Dünyada 19 uranyum üreticisi var. Bu ülkeler dünya uranyum üretiminin % 90'ını karşılıyor.
Türkiye Birincil Enerji Üretiminde Kaynak Payları
Diğer23%
Hidrolik9%
D. Gaz2% Linyit
46%
Taş kömürü6%
Yenilenebilir3%
Petrol11%
1kg uranyumun vereceği enerjiyi ancak 25ton kömürün yanmasıyla elde edilir.
Uranyum çok daha fazla enerji üretebilir ama işlem sırasında sadece %1'i kullanılır.
Nükleer Santrallerin Türkiye’deki Gelişim Süreci
Türkiye yaklaşık 50 senedir nükleer teknolojinin ülkeye getirilmesi ve faydalanılması konusunda hem bilimsel ve teknik, hem de politik sahada çalışmalar yapıyor. Ülkemizde nükleer santral için ilk yer belirleme çalışmaları 1968 yılında başlamıştır. Akkuyu mevkii ilk nükleer santral yeri olarak seçilmiştir. Ülkemizdeki ikinci nükleer santral alanı olarak seçilen yer Sinop’tur. Buradaki ilk araştırmalar ise 1980 yılında başlamıştır. Türkiye’de etkin durumda olan tek nükleer reaktör; Çekmece Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezinde bulunan TR-2 Araştırma Reaktörüdür. Ülkemizin ilk Nükleer Santralı Akdeniz kıyısında Mersin'in Gülnar İlçesi, Akkuyu mevkiinde kurulacaktır.
TÜRKİYE İÇİN REAKTÖR SEÇİMİ Türkiye’de kurulacağı açıklanan nükleer santrallerin reaktör tipi de tartışma konusudur. Dünyada ağırlıklı olarak CANDU, yani ağır su ile basınçlı su reaktörleri (PWR) bulunmaktadır. Bu anlamda 1GW elektrik gücündeki bir PWR reaktörünün maliyeti 2.2 ile 2.5 milyar dolar arasında değişmektedir. Söz konusu santrallerin elektrik verimliliği daha yüksektir. CANDU reaktörlerinin ilk yatırım maliyeti diğer reaktörlere göre %10-20 daha yüksek olan bir teknolojiye sahiptir. Ancak zenginleştirilmiş uranyum yerine doğal uranyum kullanıldığı için bu tip reaktörlerin işletim maliyeti daha düşüktür. Türkiye'nin uranyum ve toryum kaynaklarını kullanma isteğine cevap verebilecek en avantajlı teknoloji olarak CANDU ve enerji hızlandırıcılı (EA) reaktörler gösterilebilir. Bugün inşa halindeki 27 reaktörün 8'i CANDU’dur. Hindistan bu tip reaktörlerden 6 tane inşa edilmektedir
Yaşanmış Kazalar 1986 SSCB Çernobil Kazası Reaktörün 4’üncü ünitesinin 25 Nisan 1986 tarihinde rutin bakım için durdurulması sırasında, elektrik kesintisi durumunda, kalp soğutmasının sürdürülüp sürdürülemeyeceğini görmek üzere deney yapılmasına karar verilmiştir. Bu deneyin amacı, şebeke elektriğinin kesilmesi durumunda yavaşlayarak duracak olan türbinin, acil durum dizel jeneratörleri devreye girinceye kadar acil durum ekipmanı ile kalp soğutma pompalarına yeterli gücü sağlayıp sağlayamayacağının belirlenmesidir. Deney programında, acil durumlarda kalbin soğutulmasını sağlayan acil durum kalp soğutma sisteminin devre dışı bırakılması planlanmıştır. Bu durumun kazaya bir etkisi bulunmamakla birlikte, deney boyunca bu sistemin devre dışı bırakılması güvenlik prosedürlerinin uygulanmadığını göstermektedir. Ayrıca normalde reaktörün kontrolünü sağlamak için 30 kontrol çubuğu gerekli olmasına rağmen bu deneyde 6-8 kontrol çubuğu kullanılmıştır. Bu durum reaktörün yeterince hızlı şekilde kontrol edilmesi veya durdurulmasını engellemiştir. Saniyeler içerisinde artan güce karşılık neredeyse tamamı yukarıda olan kontrol çubuklarının kalbe girmesi ve reaktörü durdurması için geçecek surenin en az 20 saniye olacağı dikkate alınmaksızın deneye devam edilmiştir. Ayrıca, kontrol çubuğu tüplerini dolduran suyun dışarı itilmesi yüzünden pozitif reaktivite daha da artmıştır.
Deney sırasında yedek pompaların devreye alınmasıyla soğutucu akışında artış ve bunu takiben buhar basıncında düşüş gerçekleşmiştir. Normal çalışmada buhar basıncı düştüğünde reaktörü durdurmak üzere kullanılan otomatik sistem bu deney nedeniyle devre dışı bırakılmıştır. Soğutma suyunun azalması reaktörü daha kararsız bir duruma getirerek soğutma kanallarındaki buhar üretimini (pozitif boşluk katsayısı nedeniyle) arttırmış ve operatörler nominal gücün 100 katına kadar varan güç artışını önleyememişlerdir.
Sonuç olarak;Çernobil reaktörünün, güvenlik kültürü eksikliği ile birleşerek tarihin en büyük kazasına yol açmasına sebep olan bazı
önemli tasarım özellikleri bulunmaktadır. Bunlardan ilki, özellikle düşük güçlerde çalışırken, reaktör soğutucusunun buharlaşmasının artmasıyla birlikte reaktör gücünün yükselmeye başlaması ve bu durumun bir kısır döngüye yol açmasıdır. Bu durumun önüne geçilebilmesi için ikinci bir kapatma sisteminin bulunması gerekmekte idi. Ancak, böyle bir sistem Çernobil reaktöründe bulunmamaktaydı. Reaktörün tek kapatma sistemi olan kontrol çubuğu sistemi ise böylesi bir kazayla başa çıkabilecek şekilde tasarlanmamıştı. Kazanın boyutlarının bu kadar büyümesine yol açan asıl eksiklik ise batı tipi reaktörlerde bulunan ve bu tip bir kazada radyoaktif maddelerin çevreye salınımını engelleyen koruma kabı binasının bulunmayışıdır. Eğer bu yapı bulunmuş olsaydı böylesi bir kaza sonucunda bile sadece reaktör kaybedilecekti.
Yaşanmış Kazalar
Çernobil kazasından nükleer endüstrinin aldığı en önemli ders nükleer reaktörlerin tasarımından işletmesine kadar tüm safhalarda güvenlik kültürünün ne kadar önemli olduğudur. Batı tipi reaktörlerde, benzeri bir kaza mümkün değildir. Batı tipi reaktörlerde, radyoaktif maddelerin reaktör dışına çıkmasına sebep olabilecek herhangi bir kaza meydana gelse bile bu maddelerin çevreye yayılmasına engel olacak önlemler alınmıştır. Bu nedenle, Çernobil kazası sonrasında bu tip reaktörlerde herhangi bir tasarım değişikliğine gerek duyulmamıştır.
Yaşanmış Kazalar 1979 ABD Three Mile Island Kazası
1979 yılında ABD’de, Pennsylvania Eyaleti’ndeki Three Miles Island nükleer santrali insan hatası, soğutma sistemindeki bazı vanaların kapalı unutulması, yüzünden kazaya uğrayınca koruyucu dış güvenlik kabuğunun sızdırmaz kapısı kapatılarak eriyen reaktör kalbinden sızan çok yüksek radyasyon bu kabuk içine hapsedilmiştir. Bu kazanın sonucunda Çernobil’de olduğu gibi bir çevre felaketi yaşanmamış, kimse radyasyon hastalığına uğramamıştır.
Yaşanmış Kazalar Fukushima Daiichi Nükleer Santrali
Deprem ve tsunamiden dolayı santralde, dışarıdan alınan elektrik gücü kaybı yaşandığından ve acil durum dizel jeneratörlerinin de su baskını nedeniyle çalıştırılamaması sonucu, özellikle 1 numaralı reaktör ünitesinde yakıtların soğutulmasında sorunlar ortaya çıkmıştır. 1970 yılı sonunda devreye alınan 460 MWe (1300 MWtermik) gücündeki ünite, Fukushima Daiichi santralının 6 reaktörünün en eskisi ve en düşük güçlü olanıdır.
Bu ünitede yetersiz soğutma sonucu sıcaklık yükselmiş, dolayısıyla buhar basıncı artmış ve aynı zamanda kızgın metalle temas eden su buharının oksijen ve hidrojene ayrışması* sonucu 12 mart günü bir “Hidrojen Patlaması” meydana gelmiştir. Bunun bir atomik patlama olmadığı ve böyle bir patlamaya yol açmayacağını söyleyebiliriz.1971 de faaliyete geçen Fukushima (proje safhası 1960’ta bitirildi) santrali kapatma kararının bu yılın şubatında 10 yıl ertelenmesinin hemen akabinde faciaya neden olmuştur.
NÜKLEER REAKTÖR ÜRETİCİLERİ AREVA: 1958, Fransız, Framatome kökenli, Siemens’i aldı.
– Kurulu güç açısından en büyük firma.– 100/303 adet PWR inşa etti.– Yakıt hazırlama, reaktör tasarımı, inşaat, entrümantasyon, nükleer ölçüm sistemleri, mühendislik alanlarının
tümünde hizmet veren tek firma.WESTINGHOUSE: 1957, ABD’li, Japon Toshiba 2006’da satın aldı.- 98 PWR ve 17 BWR inşa etti.AECL: 1952, Kanada’lı.- 48 Candu (PHWR) inşa etti.- Doğal Uranyumla çalışır.ATOMSTROYEXPORT: Rus, 1998 sonra yeniden yapılandı.- 30 VVER tipi santralı Bulgaristan, Macaristan, Çek Cumh., Slovakya’ya inşa etti.GE: 1950, ABD’li, 2007’de %40 hisseyi Japon Hitachi’ye sattı.- 90 adet BWR ve 10 adet nükleer santral Japonya’da inşa etti.
