Nükleer reaktörler. Dr.M.Azmi Aktacir 2018 ŞANLIURFA

Transkript

1 Nükleer reaktörler Nükleer reaktör, zincirleme çekirdek tepkimesinin başlatılıp sürekli ve denetimli bir biçimde sürdürüldüğü aygıtlardır. Nükleer reaktörler bazen nükleer enerjiyi başka bir tür enerjiye (genelde elektrik enerjisine) çevrilen santraller olarak kullanılırlar. Diğer bir ifade ile reaktörler, yeterli miktarda fizyon reaksiyonu verebilen maddenin, uygun biçimde yerleştirildiği ve bununla da denetim altında zincirleme bir Fizyon reaksiyonunun başlatılıp sürdürülebildiği aygıttır. Dr.M.Azmi Aktacir

2 Nükleer reaktörler Ağır çekirdeklerin bölünme ürünleri büyük miktarlarda enerji içerirler. Bu enerji ısıya dönüşerek birçok yükseksıcaklıkta gerçekleştirilebilen işlemler için yararlı olur. Ayrıca, daha önemlisi bu ısıdan aşırı ısınmış ve yüksek basınçlı su buharı elde etmede yararlanılır. Bununla buhar türbini döndürülerek elektrik üretilir. Bu tür tesisler Nükleer Enerji Santraları adını alırlar. Reaktörlerin çoğu elektrik üretimi için çalışırlar. Bazı küçük boyutlu rektörler nükleer denizaltı gemileri ile su-üstü gemilerinde kullanılır. Reaktör son derece kusursuz biçimde yalıtılmış ve dışarıya radyasyon sızması önlenmiş olmalıdır. Nükleer santrallerde üretilen elektrik enerjisi; kömür, petrol veya nükleer gibi "birincil" enerji kaynaklarının kullanımı sonucu elde edildiğinden, "ikincil" enerji olarak nitelendirilir. Dr.M.Azmi Aktacir

3 Nükleer reaktörler 2005 itibarıyla dünyada 1100 civarında nükleer reaktör çalışır durumdadır. Bunların yaklaşık 310 tanesi araştırma reaktörüdür. Sanayi ve ilaç için izotop üretiminde bulunmaktadır. 400ü aşkın reaktör denizaltılarla ilgilidir. 440 dolayında reaktör ise ur anyum yakıtı kullanarak fisyona dayalı olarak elektrik enerjisi üretimi faaliyetinde bulunmaktadırlar. 3

4 Nükleer santraller Bir nükleer santraldeki sistemler konvansiyonel güç santralleri ile aynı mantıkla çalışırlar. Isı enerjisinin üretildiği kısımda elde edilen buharın türbin-jeneratörü döndürerek elektrik üretilmesi felsefesi, temel olarak nükleer santrallarda da aynıdır. Nükleer santraller ısı üretmek için nükleer reaksiyonu kullandıkları ve bunun sonucunda çevreye salınmaması gereken radyoaktif maddeler ürettikleri için, bazı ek sistemler kullanırlar. Örneğin, bir çok nükleer santralde nükleer yakıtı barındıran yakıt tüpleri arasından ısınarak geçen su, doğrudan türbine gönderilmeyip, türbin için buhar üretilen ikinci bir çevrimi ısıtmak için kullanılır. Bununla ilgili sistemlere Birincil (Soğutma) Sistem(i) adı verilir. İkincil sistem ise birincil soğutma sistemindeki ısıyı alarak türbinjeneratörü döndürmek için gerekli olan buharın üretilmesi için kullanılan sistemdir. Her iki sistem de kapalı birer döngü oluşturmuşlardır. 4

5 Dr.M.Azmi Aktacir

6 Dünyadaki Nükleer Santraller Dünyada ilk kamu elektrik şebekesine elektrik veren santral 26 Haziran 1954 de Rusya da Obninsk santrali olmuştur. 27 Ağustos 1956 da ilk ticari maksatlı olarak İngiltere de Calder Hall 1 (50 MW) olmuştur. Birleşik Krallık da, Oldbury santrali, 7 Kasım 1967 de hizmete girip ve halen kullanılan en eski santraldir. Kashiwazaki Kariwa Japonya da bulunan 7 reaktör üniteli santral, şu an dünyanın en güçlü santralidir. (8212 MW kapasite) Fransa da bulunan 2 Civaux reaktör ünitesi, şu an dünyanın en güçlüleridir. (1561 MW brüt kapasite) 6

7 Dünyadaki Nükleer Santraller Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı nın Güç Reaktörü Bilgi Sistemi Power Reactor Information System (PRIS) verilerine göre dünyada nükleer enerjinin durumu; 31 ülkede 449 nükleer reaktör işletme halindedir (22 Şubat 2018) yılı itibariyle dünya genelinde elektrik üretiminin yaklaşık %11 i 2477 TWh ile nükleer santrallerden sağlanmıştır. 16 ülkede 56 nükleer reaktör inşası da devam etmektedir. Türkiye'de etkin durumda olan tek nükleer reaktör; Çekmece Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezinde bulunan TR-2 Araştırma Reaktörüdür. Dr.M.Azmi Aktacir

8 Dünyadaki Nükleer Santraller Dr.M.Azmi Aktacir

9 Dünyadaki Nükleer Santraller ABD de 99 nükleer reaktör işletmede bulunmaktadır yılında elektrik üretiminin %20 si nükleer santrallerden karşılamıştır. 2 Nükleer reaktör inşa halindedir. Rusya da 36 nükleer reaktör işletme halindedir. Rusya elektrik üretiminin yaklaşık %17 sini nükleer santrallerden karşılamakta olup 6 nükleer reaktör inşa halindedir. Rusya, ilk yüzen nükleer santral, ticari işletmesi olan yeni nesil ilk hızlı nötron reaktörü (BN-800 ve BN-1200) gibi öncü çalışmalar yapmaktadır. Dr.M.Azmi Aktacir

10 Çin Halk Cumhuriyeti nde 39 nükleer reaktör işletme ; 18 nükleer reaktör de inşaat halindedir. Çin elektrik üretiminin %3.5 ini nükleer enerjiden karşılamaktadır. Çin nükleer santralleri yerlileştirme noktasında önemli adımlar atmış olup, şuanda kendi nükleer santral tasarımına sahip olmakla kalmayıp uluslararası piyasaya kendi tasarımı reaktörleri pazarlamaktadır. Birleşik Krallıkta 15 nükleer reaktör işletme halindedir ve üretilen elektriğin %20 si nükleer santrallerden karşılanmaktadır. Birleşik Krallık 2006 da yayımladığı politika belgesiyle toplam 16 GW lık yeni nükleer santral yapmayı planlamaktadır. Fransa da 58 nükleer reaktör işletme halindedir. Elektrik üretiminin %72 si nükleer santrallerden karşılanmaktadır. 1 nükleer reaktör de inşaat halindedir. Dr.M.Azmi Aktacir

11 Dr.M.Azmi Aktacir

12 Dünyadaki Nükleer Santraller Almanya da 7 nükleer reaktör işletme halindedir ve elektriğinin %13 ü bu santrallerden karşılamaktadır. Fukuşima sonrası 8 nükleer reaktörünü kapatmıştır. Kapatılan Nükleer reaktörler 1980 den önce yapılmıştır. İşletmecilerle yapılan anlaşmaya göre, bu santraller 2010 yılında işletmeden çıkarılacaktı. Ancak 2010 yılında enerji arz güvenliği sebebiyle bu santrallerin işletme sürelerinde uzatma yapıldı yılında yaşanan Fukuşima kazası sonrası 250 bin kişilik antinükleer gösteri sonunda işletme süresi uzatılan bu santraller kapatıldı. İşletme sahiplerinin açtığı dava süreçleri devam etmektedir. Dr.M.Azmi Aktacir

13 Dr.M.Azmi Aktacir

14 Dünyadaki Nükleer Santraller Japonya da Fukuşima öncesi 48 nükleer reaktör işletmede iken 2 nükleer reaktör inşa halinde idi. Fukuşima sonrası işletmede olan tüm nükleer santraller yeniden risk değerlendirmesi yapılması amacıyla kapatılmıştır. Aralık 2013 yılında Japon hükümetinin yayınladığı 20 yıllık enerji planında nükleer enerji santrallerinin baz yük olarak kullanılacağı öngörülmektedir. Bu sebeple Nükleer Santrallerin detaylı güvenlik analizlerinin yapılıp yeniden işletmeye alma süreçleri başlatılmıştır. Japonya daki 43 reaktörün 26 sı yeniden işletmeye alınmak için Nükleer Düzenleyici Kuruluşuna (NRA) başvuruda bulunmuştur. Şubat 2018 itibarı ile Japonya da 5 reaktör NRA da izin alıp sisteme elektrik üretmeye başlamış olup, 21 reaktör elektrik üretimi için NRA iznini beklemektedir. Dr.M.Azmi Aktacir

15 Dünyadaki Nükleer Santraller Nükleer Santrallerin Ağustos 2017 itibariyle mevcut kapasitesi 391 GW dır. Uluslar arası Atom Enerjisi Ajansı (UAEA-IAEA), Uluslar arası Enerji Ajansı (UEA- IEA) ve Dünya Nükleer Birliğinin (DNB- WNO) yayımladığı öngörülere göre: 2020 yılında nükleer santrallerin toplam kapasitesinin GW; 2030 yılında ise 700 GW dolaylarında olacağı beklenmektedir. Ülkelerin nükleer santrallere yönelmesinde: Elektrik üretim maliyetlerinin düşük olması Enerji arz güvenliğinin sağlanması Yakıt fiyatlarının, elektrik maliyeti üzerindeki küçük etkisi, Sera gazı salımının olmaması ile İklim Değişikliğiyle mücadeleye etkisi. en önemli parametrelerdir. Dr.M.Azmi Aktacir

16 Ülkeler İşletmedeki Nükleer Santral Sayısı İnşaat Aşamasındaki Santral Sayısı Elektrik Üretiminde Nükleer Enerjinin Payı (%) ABD ,74 Fransa ,28 Japonya 48 (5) 2 2,15 Rusya ,14 Güney Kore ,3 Çin ,56 Hindistan ,38 Kanada 19 15,63 İngiltere 15 20,4 Ukrayna ,29 İsveç 8 42,7 Almanya 7 15,5 İspanya 7 19,7 Belçika 7 52,1 Çek Cumhuriyet 6 36,4 Tayvan ,4 İsviçre 5 40 Finlandiya ,71 Macaristan 4 51,27 Slovakya ,14 Pakistan 5 2 4,4 Arjantin 3 1 5,62 Brezilya 2 1 2,93 Bulgaristan 2 35,03 Meksika 2 6,19 Romanya 2 17,09 Güney Afrika 2 6,61 Ermenistan 1 31,41 İran 1 2,11 Hollanda 1 0 3,39 Slovenya 1 35,19 Birleşik Arap Emirliği 4 Beyaz Rusya 2 TOPLAM Dr.M.Azmi Aktacir

17 REAKTÖR ANA BİLEŞENLERİ Dr.M.Azmi Aktacir

22 Ağır su nedir? Hidrojen; 1 proton ve 1 elektrondan oluşur. Hidrojen 'in (H) üç doğal izotopu bulunur, bunlar 1 H, 2 H, ve 3 H. Döteryum: D ( 2 H) ve Trityum: T ( 3 H) Ağır su (D 2 O), hidrojen yerine ağır hidrojen (döteryum) izotopuna sahip yoğunluğu yüksek sudur. Ağır suyun nötron yavaşlatma gücünün normal sudan daha yüksek olması ve soğurma özelliğinin daha az olması ile reaktörlerde yakıt olarak doğal uranyumun kullanılmasına olanak verir. Dr.M.Azmi Aktacir

23 REAKTÖR ANA BİLEŞENLERİ 23

24 REAKTÖR ANA BİLEŞENLERİ 24

25 Nükleer Reaktör Tipleri 1) Yakıtlarına göre: Doğal Uranyum yakıtlı, Zenginleştirilmiş Uranyum yakıtlı, Plütonyum yakıtlı, Toryum yakıtlı, yüksek sıcaklıklı. 2) Soğutucularına göre: Hafif su soğutmalı, Ağır su soğutmalı, Gaz soğutmalı, Sıvı metal soğutmalı. 25

26 Nükleer Reaktör Tipleri 3) Nötron yavaşlatıcılarına göre: Hafif sulu, Ağır sulu, Grafitli. 4) Nötron enerjilerine göre: Termal, Hızlı. 26

27 TİCARİ REAKTÖR TÜRLERİ Dünyada, dokuz tip nükleer reaktör kullanılmaktadır: 1. ABWR (Advanced Boiling Water Reactor): ileri Kaynar Sulu Reaktör. 2. AGR (Advanced Gas Cooled Reactor): İleri Gaz Soğutmalı Reaktör. 3. BWR (Boiling Water Reactor): Kaynar Sulu Reaktör. 4. FBR (Fast Breeder Reactor): Hızlı Üretken Reaktör. 5. GCR (Gas Cooled Reactor):Gaz Soğutmalı Reaktör. 6. LWGR (Light Water Cooled Graphite Moderator Reactor): Hafif Su Soğutmalı Grafit Yavaşlatıcılı Reaktör. 7. PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor): Basınçlı Ağır Sulu Reaktör. 8. PWR (Pressurized Water Reactor): Basınçlı Su Reaktörü. 9. WWER (Water Cooled Water Moderator Power Reactor): Su Soğutmalı Su Yavaşlatıcılı Güç Reaktörü. 27

28 TİCARİ REAKTÖR TÜRLERİ 28

31 St. Alban Basınçlı Su Reaktörü (Fransa). 31

32 Gundremmingen Kaynar Sulu Reaktör (Almanya). 32

33 Pickering CANDU tipi reaktör (Kanada). 33

34 Hunterstone İleri Gaz Soğutmalı Reaktör (İngiltere). 34

35 Mochove Su Soğutmalı Su Yavaşlatıcılı Reaktör (Slovakya). 35

36 Ignalia Hafif Su Soğutmalı Grafit Yavaşlatıcılı Reaktör (Litvanya). 36

37 37

38 Dünyada halen 30 ülkede 438 nükleer santral reaktörü enerji üretiminde kullanılırken, 42 nükleer santral inşa aşamasında bulunuyor. Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı (IAEA) verilerine göre, küresel düzeyde kurulu gücü 371 bin 562 GW olan 438 nükleer santral, söz konusu 30 ülkenin ürettiği enerjinin % 17,71'ini sağlıyor. Bir başka deyişle, nükleer santralle sahip ülkeler ürettiği enerjinin %17,71'ini bu santrallerden elde ediyor. 38

39 Dünyada kurulu 438 nükleer santralin 272'isi (yüzde 62) G-7 ülkelerinde yer alıyor. G-7 üyesi ülkelerden İtalya'da nükleer santral bulunmaz iken, Fransa'da 59, Almanya'da 17, Japonya'da 55, ABD'de 104, İngiltere'de 19 ve Kanada'da 18 santral var. Sanayileşmiş 6 ülkede bulunan 272 nükleer santralden elde edilen 254 bin 365 mw enerji, dünyada kurulu gücü 371 bin 562 mw olan 438 santralden elde edilen enerjinin yüzde 68'ini oluşturuyor. Söz konusu ülkelere Rusya'nın da eklenmesi halinde 7 ülke toplam kurulu gücün yüzde 74,3'nü elinde bulunduruyor. 39

40 ABD, dünyada en fazla nükleer santral reaktörü ve en fazla kurulu güce sahip ülke konumunda. ABD, 104 reaktör ile toplam 438 reaktörün yüzde 23,7'sini, 100 bin 583 mw olan kurulu güç ile toplam gücün yüzde 27,1'ini elinde tutuyor. Dünyada elektrik enerjisi üretiminde nükleer enerjiden en fazla yararlanan ülke sıralamasında Fransa ilk sırada yer alıyor. Söz konusu 30 ülke arasında Fransa, ürettiği enerjinin 76,18'ini nükleer enerjiden elde ederken, ikinci sırada yüzde 72,89'luk pay ile Litvanya izliyor. 40

41 Halen küresel düzeyde 36 bin 988 MW gücünde 44 nükleer santralin inşaasına devam ediliyor. Verilere göre, Arjantin, Finlandiya, Fransa, İran, Pakistan ve ABD'de birer reaktör, Bulgaristan, Japonya ve Ukrayna'da ikişer, Çin'de 11, Hindistan'da 6, Güney Kore'de 5 ve Rusya'da 8 nükleer reaktör inşa aşamasında bulunuyor. 41