A nukleáris energia szerepe a jövő biztonságos energiaellátásában

Átírás

1 Ortvay-előadás A nukleáris energia szerepe a jövő biztonságos energiaellátásában Kiss Ádám Atomfizikai Tanszék május 5.

2 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

3 1973 óta tudjuk csökkenteni kell! Az energiaigény folytonosan nő!

4 Miért nő az energiafogyasztás? Erős korreláció népességgel nő!

5 Régiónként egyenetlen Világpolitikai feszültségek forrása

6

7 Tények Európára:

8 Európa relatív súlya erősen csökken!

9 Egy főre eső fogyasztás ~ 150GJ/év Itt is a világtrend érvényesül!

10 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

11 Energiaigény a jövőben: biztosan nő!

12 Az energetika jelenlegi fő tényei: ásványi ~85%, készletek végesek (vita mikor merülnek ki) környezeti problémák (CO 2 stb.), politikai feszültségek energiatakarékosság nehéz megújulók elterjedésüket minden esetben speciális nehézség lassítja

13 Általános probléma: Energiaellátás nincs mindenkinek egyenlően biztosítva Nagy különbségek: régiók és nemzetek szintjén, társadalmi csoportok szintjén jelentősen eltérő lehetőségek különbség politikai kérdés!

14 Az atomenergetika megítélése: a főleg fosszilisokra épülő termelés mellett az egyetlen bizonyított nagytechnológia atomenergia: ma csak elektromos energiát termel felhasználása aggályokat vet fel

15 Hasadásos erőművek: ápr. 440 egység, GW e kapacitással (építés alatt 61 egység ~65 GW e ) 2009-ben: 2560 mrd kwh ~292 GW átl. teljesítmény (~78%) az összelektr. energia ~13.8%-a U igény: ~ 70 kt

16 A reaktortípusok: termikus reaktorok: 235 U kis dúsítása, gyors neutronok moderálása, hűtés legtöbbször vízzel Ma 439 db (265 PWR, 94 BWR) gyors (tenyésztő) reaktorok: magas dúsítású 235 U és 239 Pu, nincs moderálás, hűtés Na (Na-K) 1db Ez a típus képes érdemben dúsítani!

17 Elemzés tárgya: nukleáris fűtőanyagciklus

18 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

19 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!

20 2. Erőművek baleseti biztonsága: óriási aktivitások: ~10 21 Bq nagy telj. sűrűség: >10 MW th /m 3 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)

21 Fukushima: erőművi baleset Földrengés: , du. 14:46 Honshutól ~130 km keletre Besorolás: 9, gal (cm/s 2 ) gal

22 Reaktorok szabályosan leálltak! Érintett erőművek: Onagawa 3 BWR blokk ( 2175 MW e ) Fukushima- Daini 4 db BWR-5 ( 4400 MW e) NPP Japánban: = =( ,7)GWe Fukushima 1 Daichinél Japán: 55 egység

23 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!

24 Fukushima-Daichi 6 forralóvizes reaktor + tároló Üzemeltető: TEPCO Tokyo El. Power Co.

25

26 Fukushima Daiichi a felvétel 1975-ben készült; a 6. reaktor építés alatt Baleset: ~ 500 t alkalmazott fűtőelem és ~ 1800 t kiégett kazetták ~10 21 Bq összaktivitás Mind folyamatos hűtést igényel! Katasztrófa, ha kijut a bioszférába: ezt természeti törvény nem tiltja!

27 INES skálán: 1, 2, 3 level 5 4 level április 12 level 7 Nagyon súlyos baleset nagy radioaktív kibocsátással Kb. tizede a csernobilinak

28 Tervezte: GE és Toshiba, ~1960 évek elején

29 Csak a lényeget áttekintve: 1-3. blokk, BWR-3, 460MW e /784 MW e 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

30 Zr+víz magas hőmérsékleten H 2 termelődik Daichi-3 robbanása, március 14-én

31 4. blokk, BWR-3, 784MW e /2381 th 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

32 4. Reaktor épülete robbanás után Robotkamera: Pihentető medencében nem sérültek a fűtőelemek

33 Néhány következmény: a. Áramellátás kimaradása Frekvencia különbség miatt elektromos energia nem pótolható délről! Gördülő áramszünetek

34 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 t kisaktivitásút a tengerbe eresztenek és helyükre szivattyúzzák a nagyaktivitásút 5-6 blokk víztározóját (1500 t) kiürítik

35 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 nél több emberből ~ 100 szenny. Lakossági sug.v. következmények: nem várhatók; komoly pszichés hatások 5 halott, ~15 sebesült: mechanikus hatás

36 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

37 Nálunk Paks: 4 blokk, 1880MW e, 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

38 3. Nukleáris hulladékok: kis és közepes aktivitás (T 1/2 <30y) kis aktivitás: A< Bq/kg közepes: <A< Bq/kg Elhelyezés nemzeti feladat Felszíni és felszín alatti tárolók: ma elvileg megoldottnak tekinthető Magyarország: Bátaapáti (2010)

39 Nagy aktivitás (>GBq/kg, T 1/2 >30y) 2010: ~300 et kiégett fűtőelem - ebben 3 et Pu (~250t tiszta 239 Pu), t aktinída t nagy T 1/2 -ű hasadvány Végső elhelyezés nincsen megoldva! M.o.: KKÁT (Pakson) várakozás

40 Nagy aktivitás: függ a rendszertől Folyamatosan gyűlik, kezelendő

41 4. Urán-készletek nagysága LWR-ben elégetve ~ EJ, jelenlegi rendszerben ~80 év Tenyésztés mellett: több ezer év!

42 Atomerőművek generációi

43 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!

44 Erőművi biztonság: Belső biztonság növelése fizikai törvények biztosítsák alacsony legyen a mag sérülésének valószínűsége ne követeljen meg külső szükségintézkedésekre való felkészülést terroristákkal szemben felkészült

45 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

46 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)

47 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

48 Generation IV International Forum 2000-ben alakult: USA, UK, J, Br, Cd, Argentína, Dél-Afrika, Dél- Korea, Fr, Svájc 2003-ban EU (EURATOM) csatlakozott OECD Nuclear Energy Agency látja el a titkárságot

49 Szempontok: Fenntarthatóság (üzemanyag legyen elég, környezeti hatások) Versenyképes (olcsó, rövid építés) Veszélytelen és megbízható rendszer (belsőleg biztonságos) Atomfegyver elterjedése, terrorista támadás ellen önvédett

50 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)

51 Gyors, tenyésztő reaktorok: gázhűtésű gyorsreaktor (GFR) ólom-bizmut hűtéses gyorsreaktor (LFR) nátriumhűtéses gyorsreaktor (SFR) olvadéksós reaktor (MSR) Mind tervezés fázisában ( )!

52 A fejlesztések közül kettő alkalmas magas hőmérsékleten (~800 o C) folyamathőt fedezni: VHTR, LFR A folyamathőre való felhasználás új dimenziót nyit meg: H gazdaság (energetika új perspektívái) Számításba jöhet: szénelgázosítás (szénmezők felhasználása)

53 Fűtőanyagciklus zárása az új fejlesztésekkel:

54 Lényeg: Minden együtt

55 Lehetséges forgatókönyvek: G IV. IF sikeres lesz!

56 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

57 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!

58 Köszönöm a figyelmet!