Küçük Modüler Reaktörler (SMR)
SMR’ler nedir?
Uluslararası Nükleer Enerji Ajansı (UAEA) ve nükleer endüstri farklı SMR tanımları kullanmaktadır. UAEA tanımında SMR küçük ve orta ölçekli reaktör (Small and Medium sized Reactor) olarak geçmekte olup nükleer endüstrinin kullandığı tanımda SMR küçük ve modüler reaktör (Small and Modular Reactor) olarak geçmektedir. UAEA tanımı küçük ve modüler reaktörlerle birlikte 1000 MW ve üstü kurulu güce sahip 3. Nesil nükleer reaktörlerden önce kurulmuş 2. Nesil 300 – 700 MW kurulu güç aralığında nükleer reaktörleri de içermektedir. Yazımızda 4. Nesil küçük ve modüler nükleer reaktörlerin kurulumu üzerine olup SMR tanımı altında sadece bu reaktörler ele alınmaktadır.
SMR’ler elektrik üretiminin yanı sıra yüksek basınç ve yüksek sıcaklıkta proses buharı üretir ve kullanım amacına yönelik olarak farklı büyüklüklerde ve uzak bölgelerde kurulabilir. Tasarımlarında pasif güvenlik sistemleri dahil güvenlik sistemleri ve emniyet tedbirleri (nükleer yakıtlara yetkisiz erişimin engellenmesi) güçlendirilmiştir.
SMR’ler neden geliştirilmiştir?
SMR’ler özellikle elektrik iletim şebekesi kapasitesi küçük olan ülkeler için önemli bir seçenek olarak ortaya çıkmaktadır. Gelişmekte olan ülkelerin fosil yakıtlara bağımlılığı ve bunun yarattığı ekonomik ve çevresel sorunların SMR’lerin kurulumu ile bertaraf edilmesi öngörülmektedir. Nükleer silahların yayılmasının önlenmesi konusunda reaktör modüllerinin sahada erişime kapalı olarak yakıtla birlikte fabrikada üretilmesi ve yakıt değişimi için tekrar fabrikaya taşınması sayesinde ek önlem getirmektedir. Bunun yanı sıra dünyamızın artan sorunlarından biri olan su kaynaklarının tükenmesi ve enerji verimliliği sorunlarına karşı deniz suyu desalinasyonu ve ısı kojenerasyonu imkanlarına sahiptir. Bu özellikleriyle yenileşimci tasarımlara sahip SMR’ler 4. Nesil nükleer reaktörler arasında sayılmaktadır. Yenileşimci tasarımlara sahip sistemler modüler tasarımları sayesinde daha az elektromekanik ekipmana ve borulamaya ihtiyaç duymakta ve pasif (harici elektrik gücüne ihtiyaç duymadan çalışan) sistemleri sayesinde reaktör kaza olasılığını önemli ölçüde azaltmaktadır
SMR’lerin Avantajları ve Dezavantajları
| Avantajlar | Dezavantajlar | |
| Ekonomi |
|
|
| Lisanslama | – |
|
| Elektrik iletim şebekesi |
|
– |
| Saha izni |
|
– |
| Güvenlik |
|
|
| Yakıt çevrimi |
|
|
| Halkın kabulü |
|
– |
SMR’lerin teknik özellikleri ve mevcut durumu
| Model | Menşei | Kurulu güç
(termik/elektrik) |
Özellikleri | Mevcut durumu |
| GTHTR300 | Japonya (Mitsubishi Heavy Industeries (MHI)) | 600/300 MW | Yüksek sıcaklıklı Helyum soğutmalı reaktör
3 modüllü yapı (reaktör, gaz türbini-jeneratör, ısı eşanjörleri) Yakıtların yeniden işlemeye uygun olması Yüksek sıcaklıkta gaz üretimi ile hidrojen üretimine uygun olması
|
2001 yılında GTHTR300’ın prototipi olan 30 MW termal güçte HTTR reaktörü Japon Atom Enerji Ajansı tarafından tam güçte işletilmeye başlanmıştır. |
| SMART | Güney Kore (Kore Atom Enerjisi Araştırma Enstitüsü (KAERI)) | 330/90 MW | Hafif su soğutmalı reaktör
Reaktör basınç kabı içinde reaktör koru, 8 buhar jeneratörü, 4 soğutucu pompa, 1 basınçlandırıcı ve 25 kontrol çubuğu sürücü mekanizması 40.000 ton/gün deniz suyu desalinasyonu Mevcut PWR tasarımlarını temel alan tasarım
|
Kore’de 1/5 ölçeğinde prototip test reaktörünün denemesi devam etmektedir. 4 Temmuz 2012 tarihinde standart tasarım onayını almıştır. Önümüzdeki senelerde projenin ticarileştirilmesi planlanmaktadır. |
| KLT-40C | Rusya (OKBM Afrikantov) | -/70 MW | Hafif su soğutmalı reaktör
Deniz üstü araca yerleşik kurulum |
Rusya’da inşa edilmekte olan Akademik Lomonosov gemisinde kullanılacaktır. |
| SVBR-100 | Rusya (OKB Gidropress & Doğu Avrupa enerji teknolojileri araştırma ve proje enstitüsü (VNIPIET)) | -/100 MW | Kurşun – bizmut soğutmalı hızlı nötron reaktörü | Tasarım çalışmaları tamamlanarak referans santral inşaat sahası belirlenmiştir. Ar&Ge çalışmaları 2015 – 16 ‘da tamamlanacaktır. |
| NuScale | ABD (NuScale Power Inc.) | 160/45 MW | Hafif su soğutmalı reaktör
Reaktör modülü içinde reaktör koru, buhar jeneratörleri, basınçlandırıcı ve modül koruma kabı 12 modüle kadar santralde kurulum ile maksimum 540 MW elektrik üretim kapasitesi Yer altında kurulu havuza reaktör modüllerinin yerleştirilmesi ile büyük ölçekli santrallerde olan koruma kabına ihtiyaç duymaması. |
Oregon eyaletinde 1/3 ölçeğinde prototip reaktörün denemesi devam etmektedir. Aralık 2013’te Idaho Ulusal Laboratuarına kurulmak üzere NuScale reaktörü seçilmiştir. Projeye ABD Enerji Bakanlığı tarafından Mayıs 2014 itibariyle 217 milyon dolar fon aktarılmıştır. Proje takviminde 2020 yılında ilk betonun dökülmesi ve 2023 yılında ilk yakıtın yüklenmesi planlanmaktadır. |
| VK-300 | Rusya (N.A. Dollezhal Güç Mühendisliği Araştırma ve Geliştirme Enstitüsü (NIKIET)) | -/250 MW | Hafif su soğutmalı kaynar su reaktör
Kojenerasyon durumunda 150 MW elektrik üretimi ve 400 GCal/saat ısı üretimi |
Tasarım çalışmaları tamamlanarak referans santral inşaat sahası belirlenmiştir. |
| ACP100 | Çin (Çin Ulusal Nükleer Şirketi (CNNC)) | 310/100 MW | Hafif su soğutmalı reaktör
Elektrik iletim şebekesi kapasitesi düşük uzak bölgeler için geliştirilmiş Reaktör koruma kabı içinde reaktör koru, buhar jeneratörleri ve basınçlandırıcı |
Ön güvenlik analiz raporunun Aralık 2014’te onaylanması planlanmaktadır. Çin’in doğu kıyısında Putian bölgesinde 2 reaktörün kurulması planlanmaktadır. |
| CAREM25 | Arjantin (Comision Nacional de Energia Atomica) | 100/31 MW | Hafif su soğutmalı reaktör
Doğal konveksiyon soğutmalı Reaktör koruma kabı içinde reaktör koru, buhar jeneratörleri ve kontrol çubuğu sürücü mekanizmaları |
2012 yılında Atucha sahası yakınına inşaatı başlamıştır. Reaktörün ilk kritikliğe Ekim 2017 tarihinde ulaşması planlanmaktadır. |
| FBNR | Brezilya (Rio Grande do Sul Federal Üniversitesi) | 218,4/72 MW | Hafif su soğutmalı reaktör
Çakıl taşı yataklı reaktör tasarımı Yakıt yüklemesi için reaktör modülü fabrikaya taşınır
|
Tasarım aşamasındadır. |
| Flexblue | Fransa (Direction des Constructions Navales Services (DCNS)) | 600/160 MW | Hafif su soğutmalı reaktör
Deniz altına batırılarak yerleştirilen modül Yakıt yüklemesi için reaktör modülü fabrikaya taşınır
|
Fransız denizaltı teknolojisini temel alan bir tasarım olarak geliştirilmektedir. |
| mPower | ABD (B&W Company ve Bechtel Power Corporation) | 530/180 MW | Hafif su soğutmalı kaynar su reaktörü | Tedarikçi firmalar B&W, Bechtel ve TVA ile ABD Enerji Bakanlığı arasında Nisan 2013’te destek anlaşması imzalanmıştır. Projeye ABD Enerji Bakanlığı tarafından Mart 2014 itibariyle 101 milyon dolar fon aktarılmıştır. Proje takviminin oluşturulması için görüşmeler sürmektedir. |
| GT-MHR | ABD (General Atomics) | 350/150 MW | Yüksek sıcaklıklı Helyum soğutmalı hızlı reaktör
Yüksek uranyum yakıt yakma oranı (Akkuyu NGS’de 60, GT-MHR’de 200 GWd/ton Uranyum) Elektroliz veya termokimyasal su parçalama yöntemiyle hidrojen üretimine uygun.
|
2001 yılında NRC’ye ön lisans başvurusu yapılmıştır. Tasarımın 4. Nesil reaktörler için deneme amacıyla yapıldığı değerlendirilmektedir. |
| EM2 | ABD (General Atomics) | 500/240 | Yüksek sıcaklıklı Helyum soğutmalı hızlı nötron reaktörü
Hızlı nötron reaktörü tasarımıyla yakıtta bulunan artık Plütonyum’un yakılması sağlanır |
Erken tasarım aşamasındadır. |
| 4S | Japonya (Toshiba) | 30/10 | Sodyum soğutmalı hızlı nötron reaktörü
İnşaat süresi tahmini 19 ay 30 yıl reaktör modülü işletme ömrü Hızlı nötron reaktörü tasarımıyla yakıtta bulunan artık Plütonyum’un yakılması sağlanır |
ABD NRC tarafından ön başvuru değerlendirilmesi yürütülmektedir. Toshiba tarafından sıvı metal soğutmalı reaktörler için düzenleyici mevzuatın geliştirilmesi çalışmalarına katılım sağlanmaktadır. |
| HTR-PM | Çin (Tsinghua Üniversitesi Nükleer Enerji ve Yeni Teknoloji Enstitüsü & Huaneng Shandong Shidaowan Nükleer Güç Şirketi (HSSNPC)) | 250/105 MW | Yüksek sıcaklıklı Helyum soğutmalı reaktör
Çakıl taşı yataklı reaktör tasarımı Geçmişte Almanya’da sonrasında Güney Afrika’da yürütülen ve sonrasında durdurulan projenin Çin’de sürdürülmesi sonucu devam eden bir proje 2 reaktör ünitesi ve 1 türbin ünitesinin sahada kurulumu ile 211 MW elektrik üretim gücü imkanı |
Aralık 2012’de proje inşaat izni alınarak ilk beton Shidaowan sahasına dökülmüştür. İnşaatın 50 ay sürmesi planlanmakta ve 2017 yılı başında santralin işletmeye alınması planlanmaktadır.[1] |
| IRIS-50 | Uluslar arası Konsorsiyum (Toshiba-Westinghouse başkanlığında) | 165/50 MW | Pasif tasarımlı entegre basınçlı su reaktörü
10 yıllık yakıt yükleme periyotu seçeneği |
NRC ön başvuru süreci devam etmektedir. |
Şekil Yenileşimci SMR tasarımına örnek olarak NuScale reaktör binası ara kesiti. (NuScale reaktör modülleri yüksek dayanımlı çelik koruma kapları içinde yer seviyesinin altında su doldurulmuş havuzlarda bulunur. Reaktör binası deprem, tsunami, hortum, kasırga ve uçak çarpmasına karşı korunaklıdır. Yakıt havuzu ve kontrol odası yer seviyesinin altındadır. )
Şekil mevcut büyük ölçekli reaktör tasarımlarını temel alan SMR tasarımlarına örnek olarak ACP-100 reaktör modülü üç boyutlu çizimleri. (modül içerisinde reaktör koru, buhar jeneratörleri ve basınçlandırıcı bulunmaktadır.)
SMR’lerin yatırım ve elektrik üretim maliyetleri
| Reaktör modeli | Ülke | Reaktör kurulu güç (MWe) | Yatırım maliyeti (milyar dolar/ GWe) | Maliyetin değerlendirmesi | |
| VK-300 | Rusya | 250 | 1,0[1] | VVER teknolojisi temelinde sadeleştirilmiş tasarıma sahip kaynar su reaktörü (BWR) teknolojisine sahip SMR. | |
| GTHTR-300 | Japonya | 300 | 1,98[2] | Almanya tarafından güvenlik sorunu nedeniyle ve sonrasında Güney Afrika tarafından da maliyetlerin artması sebebiyle terk edilmiş çakıl taşı yataklı gaz soğutmalı SMR. | |
| HTR-PM | Çin | 105 | 2,0[3] | ||
| ACP-100 | Çin | 100 | 3,94[4] | Çin tarafından yerlileştirilmiş basınçlı su reaktörü teknolojisinin temelinde geliştirilmiş ve sadeleştirilmiş tasarıma sahip SMR. | |
| NuScale | ABD | 45 | 4,0[5] | Reaktör ünitelerinin fabrikada entegre olarak üretilerek aktif ve güç isteyen ekipmanlar (pompalar, valfler) yerine pasif ve güç istemeyen ekipmanların kullanıldığı ve nükleer yakıta sahada erişimin engellenmesi sayesinde nükleer silahların yayılmasının önlenmesi konusunda ek güvence sağlayan SMR. | |
| SVBR-100 | Rusya | 100 | 4,0 – 4,5[6] | Rus hızlı nötron reaktör teknolojisi temelinde geliştirilmiş sıvı metal (kurşun-bizmut karışımı) soğutmalı SMR. | |
| KLT-40C | Rusya | 70 | 6,0[7] | Rus nükleer deniz kuvvetleri programı temelinde geliştirilmiş ve iletim hatlarının erişemediği uzak bölgelere kıyıya yanaşık gemiden elektrik tedariki için kullanılması planlanan SMR. | |
| SMART | Güney Kore | 90 | 9,2[8] | Elektrik üretimi ile birlikte deniz suyu tuzsuzlaştırma (desalinasyon) ve atık ısı kullanımı (kojenerasyon) için geliştirilmiş SMR. |
Kaynaklar:
[1] http://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/P1500_CD_Web/htm/pdf/topic5/5S07_Y.%20Kuznetsov.pdf makalesinde 2x220MW kurulu gücünde santralin yatırım maliyeti 440 milyon dolar olarak verilmiştir.
[2] Çalıştayda 4 reaktörlü santral için 4 yıl inşaat süresi, %3 ıskonto oranı ve 40 yıl işletme ömrü baz alınarak Japon Atom Enerji Ajansı tarafından tahmin edilen değer . Japonya’da hafif sulu reaktörler için elektrik üretim maliyeti 7,42 Dolar sent/kWh’dır.
[3] http://www.uxc.com/smr/Library%5CDesign%20Specific/HTR-PM/Papers/2009%20-%20Current%20Status%20and%20Technical%20Description%20of%20Chinese%202x250MWth%20HTR-PM%20Demonstration%20Plant.pdf makalesinden alınmıştır.
[4] http://www.world-nuclear.org/info/Country-Profiles/Countries-A-F/China–Nuclear-Power/ sayfasında 2x100MW kurulu gücünde ilk santralin yatırım maliyeti 788 milyon dolar olarak verilmiştir.
[5] http://www.forbes.com/sites/michaelkanellos/2011/10/13/mini-nukes-back-from-grave-as-fluor-invests-in-nuscale-power/ internet sayfasından alınmıştır.
[6] http://www.akmeengineering.com/assets/files/SVBR-100%20new%20generation%20power%20plants.pdf sunum dosyasından alınmıştır.
[7] http://www.neimagazine.com/features/featureklt-40s-nuclear-barge-project-still-afloat/ internet sayfasında 1 MW başına 6 milyon dolar yatırım maliyeti belirtilmektedir.
[8] http://www.pacificnuclear.net/pnc/2004-plenaries/Kang.pdf sunum dosyasından alınmıştır.
