Kernenergie: toekomstvooruitzichten

Transcriptie

1 Kernenergie: toekomstvooruitzichten Inhoudstafel Editoriaal: Ernest Mund, Prof. Emérite UCL, Prof. ULB Le réacteur nucléaire EPR, J.-P. Poncelet, AREVA PBMR, the future of nuclear, today. Frederick Reitsma & Dr. Johan Slabber, PBMR (Property) Limited, South Africa MYRRHA, un réacteur de recherche hybride flexible pour des applications technologiques de pointe, Prof. Dr. Hamid Ait Abderrahim, SCK-CEN Scénarios mondiaux de transition du parc nucléaire actuel vers un parc de réacteurs surgénérateurs, Simone Massara, Philippe Tetart, David Lecarpentier, Claude Garzenne, EDF R&D, France Inertial Fusion, Prof. C.J. Joachain, ULB

2 Le réacteur nucléaire EPR J.-P. Poncelet, AREVA De EPR (Evolutionary Power Reactor) is een hoogdrukkernreactor van de derde generatie die geniet van de ervaring die verkregen werd in drie decennia met de uitbating van de vroegere hoogdrukwaterreactoren. De EPR brengt aanmerkelijke verbeteringen wat betreft veiligheid, economische doeltreffendheid en milieu. Vanuit het oogpunt van de elektriekers is hij ook een aanvaardbare optie voor de overgang naar de vierde reactorgeneratie: de EPR draagt bij tot het behoud van de uitstekende kwaliteit van de actoren van de zeer veeleisende nucleaire sector: overheid, ondernemingen, hooggekwalificeerde medewerkers.. De EPR-reactor wordt stilaan een industriële realiteit in Europa: het Franse EDF, bijvoorbeeld, is zich zeer bewust van de grenzen van zijn huidig nucleair park, die in de jaren zou kunnen ontbreken, als de levensduur van de centrales niet meer op dan 40 jaar wordt gebracht. Als antwoord hierop werd al gestart met de bouw van een eerste EPR in Flamanville (Departement Manche) en EDF zou, dankzij de EPR het geheel of een gedeelte van het in Frankrijk geïnstalleerd nucleair vermogen kunnen vervangen. Maar Finland en zijn elektricien TVO zijn Frankrijk vooruitgegaan door reeds in december 2003 de EPR te aanvaarden en korte tijd erna met de bouw te beginnen. Andere Europese markten, zoals het Verenigd Koninkrijk zou zich kunnen openen voor de EPR onder politieke impulsen. In België werd een werkgroep opgericht, genaamd Commissie energie 2030, die belast is, in 2006, een rapport uit te brengen waarin de strategische keuze van energiepolitiek op middellange en lange termijn voorgesteld worden. Deze bijdrage deed het debat oplaaien over de opportuniteit, uit de kernenergie te stappen, zoals in 1999 beslist werd. Het voorliggende artikel neemt de EPR op in de geschiedenis van de civiele kernreactoren, stelt zijn algemene karakteristieken voor en vermeldt de perspectieven van de commerciële ontwikkeling. PBMR, the future of nuclear, today. Frederick Reitsma & Dr. Johan Slabber, PBMR (Property) Limited, South Africa De ligging van het eerste demonstratiemodel van de korrelbed modulaire kernreactor is al gerealiseerd op een gedeelte van het terrein van de Koebergcentrale ten noordwesten van Kaapstad in Zuid-Afrika. Het ontwerp is Hoge Temperatuur Gasgekoelde Reactor (HTGR), relatief klein en maakt gebruik van een thermohydrolysecyclus. Grafiet wordt als moderator gebruikt, terwijl de koeling gebeurt m.b.v. heliumgas. Dit Zuid- Afrikaans project is niet het enige op dit gebied, maar wordt in het algemeen als de leider op het gebied van dit type energieopwekking beschouwd. Het reactorontwerp, die al de eigenschappen bezit van de toekomstige ontwerpen (de zogenaamde vierde generatie) is al ver gevorderd en het plan is om dat de bouw in 2009 zal van start gaan. Het Zuid- Afrikaans initiatief is goed gepositioneerd om voordeel te halen uit de wereldwijde opleving van de kernenergie alsook uit de bezorgdheid om de opwarming van de aarde,

3 de beloofde vermindering van emissie van koolstofdioxyde in de atmosfeer en de speciale energievereeisten en politieke omstandigheden in Zuid- Afrika. De korrelbed modulaire kernreactor wordt beschouwd als de toekomst van de kerntechnologie. De belangrijkste reden is de passieve veiligheidseigenschappen, wat het gevolg is van de inherente ontwerpeigenschappen. Verbeterde veiligheid wordt door het ontwerp verzekerd omdat voldoende afkoeling na een ongeluk verschaft wordt door de passieve hitteoverdrachtsmechanismen. Dit garandeert dat de brandstof na een ongeluk koel genoeg blijft, zodat de vrijkomende hoeveelheid radioaktief materiaal onbeduidend is. Het zijn zulke ongelukken en het vrijkomen van radioaktief materiaal naar buiten, wat door de mensen het meest gevreesd wordt. In dit geval berust dus de veiligheid op het inherente ontwerp en de natuurkundige wetten en niet op actieve ingenieurstellingen. De economische voordelen komen voort uit de lage kapitaalinverstering en verlaagde bedrijfskosten. Dit wordt mogelijk gemaakt door eenvoudigere ontwerpen en de bouw van kleinere modulaire eenheden waar en wanneer ze nodig zijn. Het uiteindelijke marktvoordeel voor deze technologie is de tevredenstelling van de energietoepassingsvereisten in de gehele energiemarkt en niet alleen in de elektriciteitsmarkt. Vooral de proceshitte-toepassing opent nieuwe perspectieven Mogelijke toepassing omvat de vervaardiging van waterstof of het verschaffen van hitte om olie aan zandvelden te onttrekken of andere nieuwe toepassingen die op de koop toe een verdere bijdrage kan leveren tot het verlagen van de emissie van koolstofdioxyde. Het bijgaand artikel geeft een algemene beschrijving van de korrelbed modulaire kernreactor en meer inlichtingen over de specifieke politieke en elektriciteitsmarktomgeving, die tot het ontstaan van het projekt geleid hebben, alsook informatie over verdere ontwikkeling en successen. MYRRHA, un réacteur de recherche hybride flexible pour des applications technologiques de pointe Prof. Dr. Hamid Ait Abderrahim, SCK-CEN Het SCK CEN werkt aan een onderzoeksproject rond een hybride versneller-aangedreven systeem (ADS Accelerator Driven System): MYRRHA. MYRRHA bestaat uit een onderkritische reactor met een snel neutronenspectrum gevoed door MOX-splijtstof en een externe neutronenbron. Deze externe neutronen worden geproduceerd door zogenaamde spallatiereacties die plaats vinden bij het afvuren van een protonenbundel uit een deeltjesversneller op een doelwit bestaande uit een zwaar metaal (lood bismuth). Het doel van het project is beschikken over een installatie die toelaat om verder het gedrag van materialen onderworpen aan hoge fluxen van snelle neutronen (> 1 MeV) te onderzoeken, in het bijzonder: de mogelijkheid om radio-actieve isotopen met een lange halfwaardetijd die in de vermogenreactoren van vandaag geproduceerd worden te transmuteren, de toepassingen voor toekomstige reactoren (Generatie-IV), de toepassingen voor de gecontroleerde thermonucleaire fusie en de stralingsbescherming van installaties in de ruimte vaart. Dit artikel geeft een korte voorstelling van MYRRHA: de objectieven, het fysische principe, de technologie, de experimentele mogelijkheden, de kost en de sociale impact voor België.

4 Scénarios mondiaux de transition du parc nucléaire actuel vers un parc de réacteurs surgénérateurs Simone Massara, Philippe Tetart, David Lecarpentier, Claude Garzenne, EDF R&D, France De wereldenergie context wordt gekenmerkt door de problematische samenloop van een sterke toename van de vraag en een voorspelbare uitputting tijdens deze eeuw van de fossiele reserves, die vandaag nog deze toename dekken. De problematiek wordt nog verscherpt door het risico van de ontregeling van het klimaat, die ertoe aanzet technologieën te ontwikkelen, die het broeikaseffect verminderen. Hiertoe behoort de kernenergie, waarvan de technologie beheerst wordt en ook veilig en economisch is. Het uranium bestaat echter voor meer dan 99 % uit 238U, niet splijtbaar en de huidige in bedrijf zijnde kernreactoren (met thermisch spectrum) verbruiken hoofdzakelijk 235U wat de mogelijkheid, uit uranium energie op te wekken, aanmerkelijk vermindert en haar herleidt naar het niveau van fossiele bronnen. De huidige gang van zaken is dus geen duurzame oplossing voor de ontwikkeling van de kernenergie. Om aan de energieuitdaging van de XXIe eeuw te beantwoorden zal het dus nodig zijn, beroep te doen op de technologie van de kweekreactor of broedreactor (KR), die toelaten bijna het hele uranium te verbranden, waardoor de op deze manier opgewekte energie verhonderdvoudigd wordt. De bijdrage van de KR tot de totale energiewereldbehoefte hangt echter sterk af van de snelheid, waarmee deze reactoren zullen worden geïnstalleerd. Dit artikel legt dus de nadruk op de overgangsfase tussen het huidige kerncentralepark en een toekomstige KR-park, waarbij men 2 tegenovergestelde scenario s in ogenschouw neemt (hoog en laag) van de wereldvraag naar energie. De KR hebben weliswaar het vermogen een duurzame ontwikkeling van de kernenergie mogelijk te maken voor duizenden jaren, en de afval minimaliseren dank zij haar gesloten cyclus, toch hangen de bereikbare performanties wat betreft het maximaal geïnstalleerde vermogen voor het einde van deze eeuw en het verbruik van het natuurlijke uranium sterk af van enkele parameters, die hun ontplooiingssnelheid beïnvloeden, met name de broedcoëfficiënt. Deze zou gemaximaliseerd moeten worden (door het ontwerp van de KR te optimaliseren of door broedbedekkingen te gebruiken) en de installatiesnelheid van de KR die niet te traag mag verlopen.

5 Inertial Fusion Prof. C.J. Joachain, ULB Energie produceren op aarde zoals op de sterren door gebruik te maken van de reacties van kernfusie is een belangrijke uitdaging voor de toekomst van de mensheid. Na een overzicht te hebben gegeven over de principes van gecontroleerde thermonucleaire fusie, brengt dit artikel de fundamentele eigenschappen van de fusie door magnetische opsluiting (MCF) en van de fusie door inertiële opsluiting (ICF) die de twee mogelijkheden van thermonucleaire fusie voorstellen. Een uitvoerige discussie van de ICF methode wordt dan gegeven, vanaf de driver en target technologieën en gaat tot het procedé die deel uitmaken van de centrale en snelle ontsteking. Het artikel besluit met het bekijken van de toekomstperspectieven, die geboden worden door de inertiële opsluiting.