Ortvay-előadás
A nukleáris energia szerepe a jövő biztonságos energiaellátásában Kiss Ádám Atomfizikai Tanszék 2011. május 5.
Mi a jövője az atomenergiának? A válaszhoz elemeznünk kell: • Az energiaellátás helyzete a világon, Európában, M.o.-on • A közeljövő energiaigénye • Takarékosság, megújulók • Az atomenergia szerepe ma • Az atomenergetika problémái • Út a jövő atomerőműveihez
1973 óta tudjuk → csökkenteni kell!
Az energiaigény folytonosan nő!
Miért nő az energiafogyasztás?
Erős korreláció → népességgel nő!
Régiónként egyenetlen
Világpolitikai feszültségek forrása
Tények Európára:
Európa relatív súlya erősen csökken!
Egy főre eső fogyasztás ~ 150GJ/év
Itt is a világtrend érvényesül!
Magyarország energiahelyzete: fejenként ~110GJ/fő/év energiafogyasztás ~1.1EJ/év el. energia ~15% az összesből gazdaságpolitika: növekedés célú: felzárkózás az EU átlaghoz fosszilis források kicsik erős (~66%-os) importfüggés, import fele földgáz
Energiaigény a jövőben: biztosan nő!
Az energetika jelenlegi fő tényei: •ásványi ~85%, készletek végesek (vita → mikor merülnek ki) •környezeti problémák (CO2 stb.), politikai feszültségek •energiatakarékosság nehéz •megújulók → elterjedésüket minden esetben speciális nehézség lassítja
Általános probléma: Energiaellátás → nincs mindenkinek egyenlően biztosítva Nagy különbségek: •régiók és nemzetek szintjén, •társadalmi csoportok szintjén → jelentősen eltérő lehetőségek → különbség politikai kérdés!
Az atomenergetika megítélése: •a főleg fosszilisokra épülő termelés mellett az egyetlen bizonyított nagytechnológia •atomenergia: ma csak elektromos energiát termel •felhasználása aggályokat vet fel
Hasadásos erőművek: 2011. ápr. • 440 egység, 375.4 GWe kapacitással (építés alatt 61 egység ~65 GWe) • 2009-ben: 2560 mrd kWh → ~292 GW átl. teljesítmény (~78%) • az összelektr. energia ~13.8%-a • U igény: ~ 70 kt
A reaktortípusok: • termikus reaktorok: 235U kis dúsítása, gyors neutronok moderálása, hűtés legtöbbször vízzel Ma 439 db (265 PWR, 94 BWR) • gyors (tenyésztő) reaktorok: magas dúsítású 235U és 239Pu, nincs moderálás, hűtés Na (Na-K) – 1db Ez a típus képes érdemben dúsítani!
Elemzés tárgya: nukleáris fűtőanyagciklus
Nukleáris reaktor: komoly bírálatok 1. Az atomfegyverek elterjedése 2. Erőmű: baleseti félelmek 3. Nukleáris hulladékok elhelyezése 4. Urán-készletek nagysága 5. Nagy gazdasági kockázatok: nagy tőke kell az építésnél, leszerelési kockázatok, túl nagy egységek
1. Az atomfegyverek elterjedése • dúsítókapacitás lehetőség • újrafeldolgozás útján is fejleszthető Politikai stabilitás és védelem kell! IAEA számos technikai módszer, nemzetközi közösség ellenőrzése Igazi veszélyt jelent, de állami szint alatt nehéz fejleszteni!
2. Erőművek baleseti biztonsága: • óriási aktivitások: ~1021 Bq • nagy telj. sűrűség: >10 MWth/m3 → hőtermelődés leállás után is: ~6%, 6 óra: ~1-2%, 10 év: ~ 0.1% komoly hőtelj. → kötelező a hűtés • tárgyi és emberi hiányosságok Pl.: TMI (1979), Csernobil (1986) Fukushima (2011)
Fukushima: erőművi baleset Földrengés: 2011. 3. 11, du. 14:46
Honshutól ~130 km keletre Besorolás: 9, gal (cm/s2) →415-512 gal
Érintett erőművek: Onagawa 3 BWR blokk (∑2175 MWe) Fukushima- Daini 4 db BWR-5 (∑4400 MWe) NPP Japánban:∑ = =(41.3 + 4,7)GWe Fukushima 1 Daichinél Japán: 55 egység
Reaktorok szabályosan leálltak!
Szökőár (tsunami) du 3:42-kor jött Legalább 14 m-es, 4-5 m-rel magasabb, mint amire felkészültek Fukushima-1-nél elvitte a hűtőrendszer elemeit; áramszolgáltatás teljes megszünése!
Fukushima-Daichi 6 forralóvizes reaktor + tároló Üzemeltető: TEPCO Tokyo El. Power Co.
Fukushima Daiichi a felvétel 1975-ben készült; a 6. reaktor építés alatt Baleset: ~ 500 t alkalmazott fűtőelem és ~ 1800 t kiégett kazetták → ~1021 Bq összaktivitás Mind folyamatos hűtést igényel! Katasztrófa, ha kijut a bioszférába: ezt természeti törvény nem tiltja!
INES skálán: 1, 2, 3 → level 5 4 → level 4 2011. április 12 → level 7 „Nagyon súlyos baleset nagy radioaktív kibocsátással „ →
Kb. tizede a csernobilinak
Tervezte: GE és Toshiba, ~1960 évek elején
Csak a lényeget áttekintve:
1-3. blokk, BWR-3, 460MWe /784 MWe Földrengéskor: működött, aut. leállás Reaktor mag és fűtőelem: sérült Vízszint a RPV-ben: fűtő. fele borítatlan Contaiment: különböző sérülések Épületek: komolyan sérültek RPV vízellátása: rendben Fűtőel. tározó: vízellátás biztosítva
Zr+víz magas hőmérsékleten → H2 termelődik
Daichi-3 robbanása, 2011. március 14-én
4. blokk, BWR-3, 784MWe /2381th MW Földrengéskor: kikapcsolt állapotban Reaktor mag és fűtőelem: nincs fűtőelem Contaiment: nincs sérülés Épület: súlyos sérülés
Fuk. Daiichi, 5-6. blokk, BWR-3, BWR-5
Földrengéskor: kikapcsolt állapotban Reaktor mag és fűtőelem: sértetlen Contaiment: nincs sérülés
4. Reaktor épülete robbanás után
Robotkamera: Pihentető medencében nem sérültek a fűtőelemek
Néhány következmény: a. Áramellátás kimaradása
Frekvencia különbség miatt → elektromos energia nem pótolható délről!
Gördülő áramszünetek
b. Sugárvédelmi helyzet az erőműnél: • 30km-es körzetben kiürítés • 2. blokkból sok nagy aktivitású víz folyt a tengerbe • az 1-4 blokk turbinacsarnokában nagy aktivitású víz gyűlt össze • 10000 t kisaktivitásút a tengerbe eresztenek és helyükre szivattyúzzák a nagyaktivitásút •5-6 blokk víztározóját (1500 t) kiürítik
c. Sugárvédelmi helyzet baleset után: •A telephelyen magas: max. 400 mSv/h •Az elhárításban részt vevők dóziskorlátját 100-ról 250 mSv/év-re vitték fel •370 főből 21 kapott többet 100mSv-nél •30 km-en belül max. 100 µSv/h •100000-nél több emberből ~ 100 szenny. •Lakossági sug.v. következmények: nem várhatók; komoly pszichés hatások •5 halott, ~15 sebesült: mechanikus hatás
A helyszínen a balesetnek nincsen vége! Bizonyosan a második legnagyobb súlyú baleset a történelemben Nagy hatása lehet a nukl. energia jövőjére Európai tanulságok: ideges első reakciók (WENRA→ENSREG hagyja jóvá): •Progr.: Targeted Safety Reassesment (Célzott Biztonsági Felülvizsgálat) •önkéntes alapon, 6 hónap alatt
Nálunk → Paks: 4 blokk, 1880MWe, •Termelés (2009): 14.8TWh, 43% M.o. •87.7%, magas rendelkezésre állási idő •Földrengésre: 6.5 Rsk, legnagyobb eddigi: 6.2, Komárom (1792) •AGNES-project (1991-től): biztonság szisztematikus javítása •Tervszerű fejlesztések, pl.: H-rekombinátorok (~30/blokk) •Kis és közepes hulladék: Bátaapáti
3. Nukleáris hulladékok: • kis és közepes aktivitás (T1/2<30y) kis aktivitás: A<5.104Bq/kg közepes: 5.104
•Nagy aktivitás (>GBq/kg, T1/2>30y) 2010: ~300 et kiégett fűtőelem 239 - ebben 3 et Pu (~250t tiszta Pu), - 260 t aktinída - 400 t nagy T1/2-ű hasadvány Végső elhelyezés nincsen megoldva! M.o.: KKÁT (Pakson) → várakozás
Nagy aktivitás: függ a rendszertől
Folyamatosan gyűlik, kezelendő
4. Urán-készletek nagysága LWR-ben elégetve ~ 6000-1200 EJ, jelenlegi rendszerben ~80 év Tenyésztés mellett: több ezer év!
Atomerőművek generációi
Reaktorok fejlesztési szempontjai: •válaszoljanak mindarra, amiért ma félnek a nukleáris energiától •a hosszú távú energetikai megoldásokat támogassa •segítsen a környezeti problémák kezelésében •legyen gazdaságos máshoz képest Nem lehet teljesen a piacra bízni!
Erőművi biztonság: •Belső biztonság növelése → fizikai törvények biztosítsák •alacsony legyen a mag sérülésének valószínűsége •ne követeljen meg külső szükségintézkedésekre való felkészülést •terroristákkal szemben felkészült
Nagy aktivitású aktinídák: nincs megoldva az elhelyezésük •olyan megoldásokat keres, amely lényegesen kisebb mennyiséget termel •újrafeldolgozás elkerülhetetlen •legyen ez a nukleáris farm területén, ne kelljen szállítani
Gazdaságosság: ma nagy kockázat •legyen világos az előnye más energiatermelési móddal szemben •kisebb legyen a bevetendő tőke •üzemeltetés legyen biztonságos •legyen alkalmas más, mint el. energetikai felhasználásra is (H, folyamathő)
Fenntarthatóság: ez a legfontosabb •U és Th vagyon „jó” felhasználása •hosszú távú megoldások •elterjesztés lehetősége világszerte •levegőminőség javítása •nukleáris hulladékoktól származó veszély jelentősen csökkenjen •nukleáris fegyverek ne terjedjenek
Generation IV International Forum •2000-ben alakult: USA, UK, J, Br, Cd, Argentína, Dél-Afrika, DélKorea, Fr, Svájc •2003-ban EU (EURATOM) csatlakozott •OECD Nuclear Energy Agency látja el a titkárságot
Szempontok: •Fenntarthatóság (üzemanyag legyen elég, környezeti hatások) •Versenyképes (olcsó, rövid építés) •Veszélytelen és megbízható rendszer (belsőleg biztonságos) • Atomfegyver elterjedése, terrorista támadás ellen önvédett
Az elvek alapján hat fejlesztés → cél 2020 és 2025 között prototípus Termikus reaktorok: •magas hőmérsékletű gázhűtéses termikus reaktor (VHTR) •szuperkritikus hőmérsékleten működő vízhűtéses reaktor (SCWR)
Gyors, tenyésztő reaktorok: •gázhűtésű gyorsreaktor (GFR) •ólom-bizmut hűtéses gyorsreaktor (LFR) •nátriumhűtéses gyorsreaktor (SFR) •olvadéksós reaktor (MSR) Mind tervezés fázisában (2015-25)!
A fejlesztések közül kettő alkalmas o magas hőmérsékleten (~800 C) folyamathőt fedezni: VHTR, LFR •A folyamathőre való felhasználás új dimenziót nyit meg: H gazdaság (energetika új perspektívái) •Számításba jöhet: szénelgázosítás (szénmezők felhasználása)
Fűtőanyagciklus zárása az új fejlesztésekkel:
Lényeg: Minden együtt
Lehetséges forgatókönyvek:
G IV. IF sikeres lesz!
A biztonságos energiaellátásban való részvételhez szükséges: •társadalmi kontrol: erős, független, szakmailag hozzáértő hatóság •hazai szakmai felkészültség •kutatás-fejlesztési programok •jó képzési rendszer •lakosság tájékoztatása, bevonása és éberségének fenntartása
Összefoglalás: • atomenergia ma megkerülhetetlen • a bírálatokat komolyan kell venni • gazdaságilag versenyképes lehet • hosszú jövőhöz: gyors reaktorok • a környezeti problémák megoldását segítő fejlesztés lehetséges Előfeltétel: politikailag stabil világ!
Köszönöm a figyelmet!
