KERNENERGIE: Het probleem of de oplossing? Jan Leen Kloosterman Technische Universiteit Delft (met dank aan Tim van der Hagen) 1 het probleem Wereldbevolking Historische bevolkingsgroei 9 miljard populatie / miljoen jaar 2 1
het probleem Mondiale energievraag 3 het probleem Mondiale energievraag morgen 2030 + 50 % nu 2004 15.000 miljard euro aan investeringen nodig in de energiesector 4 Source: International Energy Agency 2006 2
het probleem Elektriciteitsverbruik Nederland 120 100 TWh 80 60 40 20 0 1950 1960 1970 1980 1990 2000 Jaar 5 Kern energie nu Elektriciteitsproductie EU kernenergie olie gas waterkracht wind en zon kolen biomassa 6 3
7 Status kerncentrales januari 2008 300 250 gepland (316) (316) in in aanbouw (34) in in bedrijf (439) 200 150 100 50 0 1 2 3 4 5 Azië West- Oost- N.- en Z.- Afrika Europa Europa Amerika 8 4
Kernsplijting radioactief Splijting van 1 gram uranium levert evenveel energie als het verbranden van 2500 liter benzine of 3000 kilogram kolen 9 Drukwaterreactor Borssele 10 5
Kokendwaterreactor Dodewaard 11 CO 2 productie CO 2 (g/kwh e ) 1500 1200 900 600 300 Borssele voorkomt jaarlijks de uitstoot van 4 miljard kilogram CO 2 0 kolen olie gas zon PV water bio wind nucleair fusie bron: IAEA (2000) 12 6
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 4 13 Opbouw kosten van nucleaire elektriciteitsproductie 0,1 ct/kwh e 0,1 ct/kwh e 14 7
Kosten, de Finse situatie 60 euro/mwh 50 brand stof bedrijf en onderhoud investering 40 30 20 10 0 nucleair gas kolen turf hout wind March 2003 prices 5 % real interest rate Excl. CO 2 tax of CCS bron: Lappeenranta University of Technology, 2003 15 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: 50.000 jaar Uranium uit zeewater (450$ per kg): 4 miljard ton; voldoende voor 6.000.000 jaar De uraniumvoorraad is onuitputtelijk! toberniet 16 8
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 80+ - AP600 - EPR Evolutionary Designs Offering Improved Economics 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 Generation IV - Highly Economical - Enhanced Safety - Minimal Waste - Proliferation Resistant Gen I Gen II Gen III Gen IV 17 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,... 18 9
actieve veiligheidsystemen viervoudig redundant reactorgebouw turbinegebouw reactorvat 4 veiligheidsgebouwen 4 x 100% 19 EPR in aanbouw in Finland (Olkiluoto-3) 20 10
Geavanceerde, evolutionaire ontwerpen Generatie III + met passieve componenten: natuurlijke-circulatie kernkoeling convectieve koeling van veiligheidsomhulsel warmteafvoer door straling AP1000, ESBWR, PBMR,... 21 Passieve veiligheidssystemen: minder componenten 22 11
Pebble Bed Modular Reactor (HTR( HTR) AVR (Duitsland, 1967-1988) HTTR (Japan, 1999) HTR10 (China, 2000) Helium als koelmiddel Inherent veilig 23 HTTR, HTTR, Japan Japan (1998) (1998) PBMR, South Africa (2013) HTR-PM, China (2013) HTR-10, China (2000) 24 12
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 80+ - AP600 - EPR Evolutionary Designs Offering Improved Economics 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 Generation IV - Highly Economical - Enhanced Safety - Minimal Waste - Proliferation Resistant Gen I Gen II Gen III Gen IV 25 Gebruikte splijtstof: slechts 4,5% % is echt afval 1% 94,5% opwerken 4,5% 26 13
Twee soorten radioactief afval Radiotoxiciteit Radiotoxicity (Sv) / Sv 10 9 10 8 10 7 10 6 10 5 10 4 10 3 erts 250 jaar actiniden (110 kg per jaar) splijtingsproducten (450 kg per jaar) Actinides Fiss Prods Ore 250.000 jaar 10 2 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 Storage Tijd / time jaar (a) 27 Radiotoxiciteit van de actiniden Radiotoxiciteit / Sv Radiotoxicity (Sv) 10 8 10 7 10 6 10 5 erts (weer 2 componenten) americium (5-10 kg) curium plutonium (100 kg) Pu Am Cm U Np Ore 250.000 jaar 4 10 10 uranium 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 St ti ( ) Tijd / jaar 5000 jaar plutonium is splijtstof americium is echt afval 28 14
Radioactief afval plutonium 100 kg andere actiniden 10 kg uranium 10000 kg splijtingsproducten 450 kg Twee routes mogelijk: 1) Niet opwerken: levensduur reststof 250.000 jaar 2) Wel opwerken + snelle reactoren: levensduur afval 500-5.000 jaar volume gereduceerd tot 5% tot 100x beter grondstofgebruik getallen: jaarproductie Borssele 29 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 30 15
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 31 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) 32 16
Bezoek Borssele! 33 17