KERNENERGIE: Het probleem of de oplossing?

Transcriptie

1 KERNENERGIE: Het probleem of de oplossing? Jan Leen Kloosterman Technische Universiteit Delft 1 (met dank aan Tim van der Hagen) het probleem Wereldbevolking = 1 miljoen mensen Source: 1

2 het probleem Wereldbevolking Historische bevolkingsgroei 9 miljard populatie / miljoen jaar 3 het probleem Mondiale energievraag 4 2

3 het probleem Mondiale energievraag morgen % nu miljard euro aan investeringen nodig in de energiesector 5 Source: International Energy Agency 2006 hetelektriciteitsverbruik Nederland probleem TWh Jaar 6 3

4 Kern energie nu Elektriciteitsproductie EU kernenergie olie gas waterkracht wind en zon kolen biomassa 7 8 4

5 Status kerncentrales januari gepland (316) (316) in in aanbouw (34) in in bedrijf (439) Azië West- Oost- N.- en Z.- Afrika Europa Europa Amerika 9 Kernsplijting radioactief Splijting van 1 gram uranium levert evenveel energie als het verbranden van 2500 liter benzine of 3000 kilogram kolen 10 5

6 Drukwaterreactor Borssele 11 Kokendwaterreactor Dodewaard 12 6

7 CO 2 productie CO 2 (g/kwh e ) Borssele voorkomt jaarlijks de uitstoot van 4 miljard kilogram CO 2 kolen olie gas zon PV water bio wind nucleair fusie bron: IAEA (2000) 13 Energiebalans ( (Life Cycle Analysis) (1000 MWe PWR, 80% beschikbaarheid, 40 jaar bedrijfstijd) waste storage & 6 transport 7 decommis -sioning energy input (centrifuge) mining & input / output = 1,7 % milling 1 conversion 2 enrichment 3 Verrijking met centrifuges: input / output = 1,7 % 5 construction & operation fuel fabrication

8 Opbouw kosten van nucleaire elektriciteitsproductie 0,1 ct/kwh e 0,1 ct/kwh e 15 Kosten, de Finse situatie 60 euro/mwh 50 brand stof bedrijf en onderhoud investering nucleair gas kolen turf hout wind March 2003 prices 5 % real interest rate Excl. CO 2 tax of CCS bron: Lappeenranta University of Technology,

9 Abundantie elementen C Si O Fe Co Ni Cu Ag PtAu Sn Pb Th U 17 Uraniumvoorraden De aardkorst bevat 40 x zoveel uranium als zilver; evenveel uranium als tin Uranium voor de prijs van 80$ per kg: 4,5 miljoen ton; voldoende voor 70 jaar (0,1 ct/kwh) Uranium voor de prijs van 130$ per kg: 35 miljoen ton; voldoende voor ruim 500 jaar bij gebruik van snelle reactoren: jaar Uranium uit zeewater (450$ per kg): 4 miljard ton; voldoende voor jaar De uraniumvoorraad is onuitputtelijk! toberniet 18 9

10 Generaties van reactorconcepten Generation I Early Prototype Reactors - Shippingport - Dresden, Fermi I - Magnox Generation II - LWR-PWR, BWR - CANDU - VVER/RBMK Generation III Advanced LWRs - ABWR - System AP600 - EPR Evolutionary Designs Offering Improved Economics Generation IV - Highly Economical - Enhanced Safety - Minimal Waste - Proliferation Resistant Gen I Gen II Gen III Gen IV 19 Geavanceerde reactoren Generatie III betrouwbaar en veilig op basis van: redundantie separatie diversificatie kortere/minder pijpleidingen grote watervolumes ABWR (in bedrijf sinds 1995), EPR, ACR1000,

11 actieve veiligheidsystemen viervoudig redundant reactorgebouw turbinegebouw reactorvat 4 veiligheidsgebouwen 4 x 100% 21 EPR in aanbouw in Finland (Olkiluoto-3) 22 11

12 Geavanceerde, evolutionaire ontwerpen Generatie III + met passieve componenten: natuurlijke-circulatie kernkoeling convectieve koeling van veiligheidsomhulsel warmteafvoer door straling AP1000, ESBWR, PBMR, Advanced Passive PWR 1117 MWe (Westinghouse VS) 24 12

13 Passieve veiligheidssystemen: minder componenten 25 Pebble Bed Modular Reactor (HTR( HTR) AVR (Duitsland, ) HTTR (Japan, 1999) HTR10 (China, 2000) Helium als koelmiddel Inherent veilig 26 13

14 HTTR, HTTR, Japan Japan (1998) (1998) PBMR, South Africa (2013) HTR-PM, China (2013) HTR-10, China (2000) 27 Generaties van reactorconcepten Generation I Early Prototype Reactors - Shippingport - Dresden, Fermi I - Magnox Generation II - LWR-PWR, BWR - CANDU - VVER/RBMK Generation III Advanced LWRs - ABWR - System AP600 - EPR Evolutionary Designs Offering Improved Economics Generation IV - Highly Economical - Enhanced Safety - Minimal Waste - Proliferation Resistant Gen I Gen II Gen III Gen IV 28 14

15 Gebruikte splijtstof: slechts 4,5% % is echt afval 1% 94,5% opwerken 4,5% 29 Twee soorten radioactief afval Radiotoxiciteit Radiotoxicity (Sv) / Sv erts 250 jaar actiniden (110 kg per jaar) splijtingsproducten (450 kg per jaar) Actinides Fiss Prods Ore jaar Storage Tijd / time jaar (a) 30 15

16 Radiotoxiciteit van de actiniden Radiotoxiciteit / Sv Radiotoxicity (Sv) erts (weer 2 componenten) americium (5-10 kg) curium plutonium (100 kg) Pu Am Cm U Np Ore jaar uranium St ti ( ) Tijd / jaar 5000 jaar plutonium is splijtstof americium is echt afval 31 Radioactief afval plutonium 100 kg andere actiniden 10 kg uranium kg splijtingsproducten 450 kg Twee routes mogelijk: 1) Niet opwerken: levensduur reststof jaar 2) Wel opwerken + snelle reactoren: levensduur afval jaar volume gereduceerd tot 5% tot 100x beter grondstofgebruik getallen: jaarproductie Borssele 32 16

17 Het Generatie-IV Initiatief: sustainable nuclear energy Argentinië, Brazilië, Canada, Frankrijk, Japan, Zuid Afrika, Zuid Korea, Zwitserland, Groot-Brittannië, Verenigde Staten en de Europese Unie geselecteerde concepten Waterstofproductie: Zeer hoge temperatuur gasgekoelde reactor Voortbordurend op lichtwaterreactoren: Superkritische watergekoelde reactor (thermisch/snel) Afvalreductie en efficiënt uranium gebruik: Gasgekoelde snelle reactor Natriumgekoelde snelle reactor Loodgekoelde snelle reactor Zeer innovatief: Gesmolten zout reactor (thermisch/snel) }closed fuel cycle 33 Resumé kernenergie Pluspunten grootschalig inzetbaar geen CO 2, geen luchtvervuiling voorzieningszekerheid economisch concurrerend Minpunten radioactief afval draagvlak grote investering proliferatie kernenergie past goed in een mix van opties voor een duurzame energievoorziening 34 17

18 Resumé kerncentrales zijn voortdurend in ontwikkeling Gen II Gen III Gen IV nu beschikbaar: EPR (Finland, Frankrijk ) AP1000 (passieve systemen) ESBWR (Dodewaard) straks beschikbaar: PBMR (inherent veilig) toekomst: Gen IV (snelle reactoren) 35 Bezoek Borssele! 36 18

19 Summing up society will run on conventional energy resources for decades hopefully solar will become mature (in 2050?) all hands on deck to make a sustainable future a reality nuclear energy is at the least essential to keep society running to be able to develop other options fast reactors and waste repositories have to be realized 37 19