nükleer reaktörler tipleri, yakıt Çevrimi ve kullanılmış yakıtlar, Ülkemizdeki durum

Prof.Dr. İbrahim USLU

Nükleer Reaktörler Tipleri, Yakıt Nükleer Reaktörler Tipleri, Yakıt Çevrimi ve Çevrimi ve Kullanılmış Yakıtlar, Kullanılmış Yakıtlar,

Ülkemizdeki durumÜlkemizdeki durum


Bu sunumda çok fazla sayıda animasyon vardır.

Animasyonlu indirmek için

www.gazi.academia.edu/ibrahimUSLU


Nükleer enerjiNükleer enerji

• Atomların parçalanmaları (fisyon) veya birleşmeleri (füzyon) esnasında ortaya çıkan enerjiye denir.


Nükleer EnerjiNükleer Enerji• Nükleer enerji elektrik elde etmenin yanında tıpta ve

sanayide kullanılan izotopların üretilmesinde, gemi ve denizaltının hareket ettirilmesinde kullanılmaktadır.

• Fransa’da elektriğin %80′i, ABD’de %20 si nükleer enerjiden sağlanmaktadır.


Nükleer Santral (Reaktör)Nükleer Santral (Reaktör)

• "Nükleer reaksiyon yardımı (fisyon yada füzyon) ile ortaya çıkan ısıdan (nükleer enerji) elektrik üreten tesislere verilen isimdir.


FüzyonFüzyon• Füzyon yani atom birleşmesinden çıkan enerjiyi kullanacak

İlk reaktör Fransa da 10 ülke katılımı ve 10 milyar $ bütçe ile 2005 yılında başlanmış olup 10 yılda tamamlanacaktır.


Nükleer santral fisyon enerjisi kullanırNükleer santral fisyon enerjisi kullanır

• Füzyon enerjisi kullanan santraller henüz araştırma safhasında olduğundan nükleer santraller fisyon yani parçalanma enerjisi kullanılır.

• 1953 de ilk nükleer santral kuruldu.• 1955 de ilk NÜKLEER DENİZALTI "Natullius" inşa edildi.

Üretimi


Termodinamik açıdan (nükleer = termik) santralTermodinamik açıdan (nükleer = termik) santral

• Bir nükleer santralden elektrik üretmekle, gaz veya kömür santrallerin den elektrik üretmek termodinamik olarak aynıdır. Aradaki fark ısı kaynağıdır.

• Termik santraller da ısı kaynağı olarak kimyasal yanma enerjisi kullanılır.

• Nükleer santraller da fisyon yani parçalanma enerjisi kullanılır.


Kimyasal - Nükleer yanma reaksiyonuKimyasal - Nükleer yanma reaksiyonu

• Kimyasal reaksiyon (bir mol) (atomların elektronları etkileşmektedir)

• Kimyasal reaksiyon (bir molekül) için NA= 6.02 1023 mol-1 a bölersek

• Nükleer reaksiyon (fisyon) (Atomların çekirdeği etkileşmekte, yani proton ve nötron sayıları değişmektedir)

JxeVeVCOOC 1922 106.111.4

kJCOOC 39422

MeVnKrBanU 20029736

13756

23592


Kimyasal - Nükleer reaksiyonKimyasal - Nükleer reaksiyon

• 1 kg U-235 izotopunun yanması sonucu açığa çıkan enerji yaklaşık 1.3 milyon kg kömürünkine eşdeğerdir.


Nükleer YakıtlarNükleer Yakıtlar

• Nükleer enerjiden uranyum üretmek amacıyla U-235 kullanılır.

• Halbuki doğada uranyumun %0.7’si U-235, geri kalan %99.3’ü yakıt olarak kullanılmayan U-238’den oluşmaktadır.


Nükleer Yakıt ÇevrimiNükleer Yakıt Çevrimi


Nükleer yakıt çevrimiNükleer yakıt çevrimi


Uranyum madeniUranyum madeni

Uranyum cevheri


Namibya Uranyum Maden OcağıNamibya Uranyum Maden Ocağı


Öğütme ve Uranium oxide (UÖğütme ve Uranium oxide (U33OO88)’te )’te

dönüştürme (Sarı pasta)dönüştürme (Sarı pasta)


Sarı pastanın gaz UFSarı pastanın gaz UF66’ya dönüştürülmesi’ya dönüştürülmesi


Doktora Çalışmamda ürettiğim nükleer Doktora Çalışmamda ürettiğim nükleer yakıtlaryakıtlar


ZenginleştirmeZenginleştirme

• Uranyumun genellikle nükleer santrallerde kullanılabilmesi için gaz santrifüj yöntemi ile zenginleştirilmesi gereklidir.


U-235 ZenginleştirmeU-235 Zenginleştirme• Hiroşimaya atılan atom bombası zenginliğine ulaşabilmek

için 3000 ila 5000 civarında seri dizilmiş santrifüja ihtiyaç vardır.


UOUO2 2 Yakıt Fabrikasyonu Yakıt Fabrikasyonu


Reaktör KalbiReaktör Kalbi

• Nükleer reaksiyonun gerçekleştiği kısma “Reaktör kalbi" denilir.

• Ortaya çıkan buhar ise türbünleri çevirir ve buna bağlı jenaratörler döner, onlar da elektrik üretirler.


Açık tip – kapalı tip nükleer santrallerAçık tip – kapalı tip nükleer santraller

• Nükleer santraller geçmişte iki tip olarak inşâ edilmiştir:– Açık tip– Kapalı tip


Açık ve kapalı nükleer santrallerAçık ve kapalı nükleer santraller

•Batı devletleri NS kalplerini kapalı bir beton kubbe içine yaptılar•Sovyetler ise NS kalplerini açık olarak inşâ ettiler.

Kapalı sistemAçık sistem


Nükleer santrallerin gelişimiNükleer santrallerin gelişimi


Yaygın Nükleer Santral TipleriYaygın Nükleer Santral Tipleri

• Basınçlı su reaktörü• Kaynar su reaktörü• İleri tasarım reaktörleri


Basınçlı su reaktörü (PWR)Basınçlı su reaktörü (PWR)• Bu santralın en büyük özelliği nükleer enerjiyi taşayan su döngüsünün

buharlaşmaması için 150 atmosferlik bir basınç altında tutularak, içinde

bulunan suyun yüksek sıcaklıklara kaynamadan çıkarılması sağlanmıştır.

• 150 atmosferlik basınç altındaki bu su, enerjiyi ikinci bir su döngüsüne taşımakta, düşük basınç altındaki ikinci döngü suyu buharlaşarak türbin-jeneratör düzeneğini döndürmektedir.


Basınçlı su reaktörü (PWR)Basınçlı su reaktörü (PWR)

• Dünyada en yaygın olarak kullanılan türdür• 440 nükleer santralın 260 tanesi PWR’dır• Yakıt olarak %3-5 seviyelerinde U-235 kullanılmaktadır.


PWR satan şirketlerPWR satan şirketler

• Asea Brown Boveri combustion Engineering (ABB-CE),• Framatome,• Kraftwerk Union• Siemens• Mitsubishi• Babcock ve Wilcox


Kaynar su reaktörleri (BWR)Kaynar su reaktörleri (BWR)

• Dünyada kurulu 440 nükleer santraldan 92 tanesi BWR’dır.• BWR tasarımı yapan girmalar Asea-Atom, Kraftwerk Union, Hitachi ve

Toshiba’dır.


Kaynar su reaktörleri (BWR)Kaynar su reaktörleri (BWR)

• BWR reaktörlerin en belirgin özelliği nükleer enejiyi taşayan suyun daha düşük basınç altında tutulması ve kaynamasına izin verilmesidir. Oluşan buhar doğrudan türbine gönderilmektedir.

• BWR larda %3 senginleştiriliş U-235 kullanılır.• Reaktör kalbine yaklaşık 140 ton uranyum

kaoyulabilmektedir.• BWR’larda yakıt değişimi süresince mreaktörün devre dışı

kalması gerekmekte ve bu işlem 4-6 hafta sürmekte ve yılda bir kere yapılmaktadır.


Basınçlı Su Reaktörü

Kaynar Su Reaktörü

•440 nükleer santralın 260 tanesi basınçlı su reaktörüdür.• Nükleer enerjiyi taşıyan su 150 atmosferlik basınç altındaki tutularak buharlaşmaması sağlanır, enerjiyi ikinci bir su döngüsüne taşınır, düşük basınç altındaki ikinci döngü suyu buharlaşarak türbin-jeneratör düzeneğini döndürür.


BWR- PWR karşılaştırmasıBWR- PWR karşılaştırması

BWR’ın avantajları• Basit• Termal verimi

yüksek• Yük değişimlerini

izleme kolaylığı• İlk yatırımı düşük• Daha güvenilir

BWR

PWR


BWR’ın dezavantajları

• Büyük basınç kabı nedeniyle yüksek fiyat• Türbinin zırhlanma problemi• Karmaşık kontrol çubukları mekanizması• Yakıt idaresi için fazla sayıda radyasyon algılayıcısı

Yeni BWR ve PWR tipleri rekabet halindedirÇalışan reaktörlerin %22 si BWR

BWR- PWR karşılaştırmasıBWR- PWR karşılaştırması


İleri tasarım nükleer santrallerİleri tasarım nükleer santraller

İleri reaktörler aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır.• Evrimsel Tasarımlar : Mevcut tasarımlardan çok büyük

sapmalar içermezler sadece belli özellikler geliştirilmiş ve yeni teknolojiler kullanılmıştır.

• Yenilikçi Tasarımlar : Büyük değişiklikler ve kavramsal yenilikler içerirler ve genellikle bir pilot tesis ile yapılan yeniliklerin ispatlanması gerekir.


Evrimsel tasarımlarEvrimsel tasarımlar

Tasarımın adı Tasarımcı firma

AP600 Westinghouse (ABD)

APWR Westinghouse (ABD), Mitsubishi (Japonya)

SWR 1000 Siemens (Almanya)

ABWR General Electric (ABD), Hitachi, Toshiba (Japonya)

EPR AREVA (Fransa-Almanya)

System 80+ ABB Combustion Engineering Nuclear Power (ABD)

VVER 640 Atomenergoproject (Rusya)

AC-600 China National Nuclear Corporation)


Evrimsel tasarımlar ve pasif güvenlik Evrimsel tasarımlar ve pasif güvenlik sistemlerisistemleri

• Özellikle bu tasarımlarda pasif güvenlik sistemleri kullanılmaktadır. (doğal kuvvetlerle harekete geçen sistemler).


Yenilikçi tasarımlara Örnek.Yenilikçi tasarımlara Örnek. gaz soğutmalı Nükleer Santraller gaz soğutmalı Nükleer Santraller

• 1950lerde başlamıştır. , • Nötronların yavaşlatılması için grafit kullanılır. • Malzeme ve Gaz türbini teknolojisindeki gelişmeler,

bunları kullanan yenilikçi tasarımlarla yeniden cazip hale gelmiştir.


Yenilikçi TasarımlarYenilikçi Tasarımlar

• Evrimsel tasarım kategorisinde yer alan nükleer santrallere göre daha fazla geliştirmeye ihtiyaç bulunmaktadır.


Yenilikçi tasarımlara Örnek:Yenilikçi tasarımlara Örnek: Gaz Soğutmalı Reaktörler Gaz Soğutmalı Reaktörler

• Gaz soğutmalı reaktör tasarımlarında yakıt elemanı olarak küresel veya prizmatik yakıt kullanılmaktadır.


Gas soğutmal reaktörlerGas soğutmal reaktörler


Sodyum soğutmalı reaktörlerSodyum soğutmalı reaktörler


Kurşun soğutmalı reaktörlerKurşun soğutmalı reaktörler


Erimiş tuz soğutmalı reaktörlerErimiş tuz soğutmalı reaktörler

• Yakıt uranyum tetraflorit (UF4) olarak tuz eriğinin içinde çözünmüştür


Nükleer santrallerin kurulmasına olumsuz tepkilerNükleer santrallerin kurulmasına olumsuz tepkiler

• Nükleer santraller kurulmasını olumsuz etkileyen unsurlar:– Ekonomi: Yeni nükleer santraller rekabet ettikleri kombine çevrim

doğal gaz santralleri gibi diğer enerji kaynaklarından daha ucuza

üretim yapabilmeli ve özellikle yatırım maliyetleri azaltılmalıdır.

– Halkın kabulü: Three Mile Island ve Çernobil kazaları pek çok ülkede nükleer santrallere duyulan güveni sarsmıştır.

– Radyoaktif atık: Radyoaktif atık sorununun çözümü bellidir ve özellikle yüksek seviyeli radyoaktif atıkların nihai depolanması konusunda endüstriyel ölçekte tesislerin kurulması çalışmaları sonuç aşamasındadır.


Nükleer Santral GüvenliğiNükleer Santral Güvenliği

• Kapalı tipte kubbe duvar kalınlığı ~1.5 metre civarında tor çeliği ile karışımlı özel betondan imal edilmiştir.

• Öyle sağlamdır ki; bir yolcu uçağının kubbe üzerine dikine düşmesi esnasında bile çatlamayacak şekilde yapılmıştır.

• Açık tip Çernobil santralında aşırı ısı nedeni ile patlamış ve içindeki erimiş radyoaktif yakıt çubukları etrafa dağılmış ve bir kısmı da buhar vasıtası ile bulutlara karışmıştır.

• Türkiyenin yapmak istediği NS “Kapalı tip” olacaktır.


Dünyada nükleer santral kazalarıDünyada nükleer santral kazaları

Windscale İngiltere 05.10.1957 Kapalı Sistem Kaçak Yok

T.M. Island A.B.D. 28.03.1979 Kapalı Sistem Kaçak Yok

Çernobil S.S.C.B. 26.04.1986 Açık Sistem FELAKET!


Kullanılmış yakıt Kullanılmış yakıt • Kullanılmış yakıtlar reaktörden çıkarıldıktan sonra radyoaktif

bozunma işlemi devam ettiği için fiziksel olarak sıcaktırlar. • Yakıtlar yoğun olan radyaoktif bozunmaları hafifleyinceye

kadar belirli bir süre reaktör binasındaki su dolu havuzlarda bekletilir.


Kullanılmış yakıtKullanılmış yakıt

• Kullanılmış yakıtlar, ya yeniden işlenerek içindeki uranyum ve plutonyum geri kazanılır ve kalan kısım yüksek aktiviteye sahip olduğundan camlaştırılarak depolanır ya da herhangi bir işlem yapılmaksızın depolanır.


Nihai DepolamaNihai Depolama

• ABD'de Yucca Dağında kullanılmış yakıtların 2010 yılında tesise konmasını planlamaktadır.

• New Mexico daki ilk yeraltı depolama tesisi 1999 da işletmeye alınmıştır.

• Finlandiya’da nihai depolama tesisinin inşası 2010 yılında başlayacaktır.


CamlaştırmaCamlaştırma

• Yüksek seviyeli atıklar camlaştırılarak depolanacaktır

• Camlaştırılmanın nedeni camın suda çözünmesinin hemen hemen olanaksız olmasıdır.

• Böylece atığın suya karışma ihtimali çok azaltılmış olacaktır.


Ülkemizde Kurulucak Nükleer Ülkemizde Kurulucak Nükleer santraller Enerjide çeşitlilik santraller Enerjide çeşitlilik

sağlayacaktırsağlayacaktır

• Nükleer santrallar enerjide çeşitlilik sağlayacaktır.• Unutmayalım, Türkiye petrolde yüzde 40, doğalgazda yüzde

64 oranında Rusya’ya bağımlı.


3 ayrı teşvik 3 ayrı teşvik

Kurulu gücü 3,000-5,000 MW olarak planlanan nükleer santralde

- Alım garantisi - Yer tahsisi - Altyapı

Teşviği verilecek

• Ancak nükleer santral ihalesine teklif verecek yatırımcıların, 15 yıllık alım garantisinden tam olarak yararlanması için tesislerin, 2015 yılında üretime geçecek şekilde planlanması gerektiği belirtiliyor. Alım garantisi 2030'dan sonrası için geçerli olmayacak. Alım garantisi 31 Aralık 2020'ye kadar işletmeye girecek ünitelerle sınırlı olacak.


Bedelsiz arsaBedelsiz arsa

• Üzerinde santral kurulacak arsaya Bakanlar Kurulu kararı ile bedelsiz kullanım hakkı tanınacak.

• Altyapı teşvikleri kapsamında ise, firmaların Çevresel Etki Değerlendirmesi (ÇED) raporu alırken karşılaşacağı bürokratik işlemlerde kolaylık sağlanacak.

• Ayrıca santral sahası dışında gerekli güvenlik ve emniyet önlemlerini devlet alacak.


Önce Akkuyu sonra SinopÖnce Akkuyu sonra Sinop

• Hükümet, nükleer santral için lisansı hazır olan Mersin Akkuyu'ya da nükleer santral yapılabileceğini açıkladı.

• ilerleyen dönemde lisanslama çalışmalarının tamamlanmasının ardından Sinop‘ta da nükleer santral kurulabilecek.


İhalede 3 aşamalı yarışmaİhalede 3 aşamalı yarışma olacak olacak

- Şartnamaye uygunluk - TAEK ölçütlerine uygunluk - Alım garantisi ile satış fiyatını içeren teklifin uygunluğu

• Firmalar, sırasıyla şartnamaye uygunluk, Türkiye Atom Enerjisi Kurumu (TAEK) ölçütlerine uygunluk ve alım garantisi ile satış fiyatını içeren teklifin uygunluğu olmak üzere 3 aşamada elenecek.

• TAEK ölçütlere uygunluk ile ilgili anlaşılmayan hususlarda firmalardan bu eksikliği gidermelerini isteyebilecek.

• Söz konusu ölçütlere uygun olmayan firmalar yarışmadan elenecek.

Bu aşamadan geçen taliplerin teklif fiyatları, üretim miktarlarına göre belirlenen ödemeler ve satış fiyatları karşılaştırılarak en uygun firma Bakanlar Kurulu'nun onayına sunulacak.


Yerli payı %60 olacak Yerli payı %60 olacak

• Santral için en az % 60 yerli payına ulaşılmasını sağlayacak plan önerilecek.


Reaktörün işletme süresiReaktörün işletme süresi

• Nükleer güç santralının hizmet vereceği süre en az 40 yıl olacak


ÖzetÖzet

• Nükleer santrallerde uzun yıllar boyunca nükleer yakıtı depolamak mümkündür.

• Nükleer santraller sera gazı emisyonuna neden olmazlar.


Ülkemizde kurulması düşünülen Ülkemizde kurulması düşünülen Reaktör tipleriReaktör tipleri

Değerlendirmeye alınacak reaktör tipleri:– Doğal uranyum kullanan basınçlı ağır su (CANDU), – Basınçlı su reaktörü (PWR)– Kaynar su reaktörleri (BWR)

olacak.

• Bunların dışında kalan reaktörler değerlendirmeye alınmayacak.


ÖzetÖzetNükleer – Termik santrallerNükleer – Termik santraller

• Fosil yakıtlı, özellikle kömür santralların, çevre etkisi nükleer santrallarla kıyaslanamayacak ölçüde olumsuzdur.


ÖzetÖzetNükleer santraller ve deprem riskiNükleer santraller ve deprem riski

• Nükleer santrallerin tasarımında esas alınan deprem kriterleri, klasik yapılarda kullanılanlara göre son derece tutucu kabuller içermektedir.

• Deprem olması durumunda nükleer santralı güvenli bir şekilde durduracak ve soğutulmasını sağlayacak sistemler ayakta kalacaktır.

Niigata, Japonya santralinde deprem, 12 Temmuz 2007


ÖzetÖzet

• Nükleer santralların işletilmesi ile ilgili Türkiye bir çok uluslararası antlaşmaya imza atmıştır, – Örneğin: Nükleer Kaza ve Radyolojik Acil Durum Hallerinde

Yardımlaşma Sözleşmesi, Nükleer Kazaların Erken Bildirimi Sözleşmesi, Fiziksel Korunma Sözleşmesi, Nükleer Güvenlik Sözleşmesi gibi birçok uluslararası anlaşmanın altında Türkiye'nin imzası bulunmaktadır.


ÖzetÖzetGelişmiş ülkelerde nükleer enerji AR-GEGelişmiş ülkelerde nükleer enerji AR-GE

• Bazı Avrupa ülkelerinin yeni nükleer santral kurmama kararının altında, o ülkelerin bu teknolojiden vaz geçtikleri anlamı çıkarılmamalıdır.

• Bugün Almanya'da yeni bir nükleer santral kurulmasa bile, Fransa ile birlikte nükleer teknoloji alanında yatırım yapılmaktadır.

• EPR reaktörlerinin ilk olarak Fransa'da kurulması planlanmaktadır.

• Ayrıca, Almanya'da ileriye yönelik toryum yakıtlı çevrimler üzerinde çalışılmaktadır.


Beni dinlediğiniz için teşekkürlerBeni dinlediğiniz için teşekkürler

nükleer reaktörler tipleri, yakıt Çevrimi ve kullanılmış yakıtlar, Ülkemizdeki durum

Documents