Ei framtid utan kjernekraft?

Transkript

1 Ei framtid utan kjernekraft? Professor Jon Samseth HiOA, NTNU, SINTEF Bergen energi, 13. juni 2012

2 Kan verdens økende energibehov dekkes uten kjernekraften? Er det mulig å løse behovet med bare fornybar energi?

3

4 Framtidige krav til produksjon og bruk av energi Energieffektiv produksjon og bruk Klimanøytral (Ikkje bare CO2, men òg NOX, partiklar, PAH, osv.) Ikkje gå ut over det biologiske mangfaldet

5 Energikvalitet Elektrisitet er den mest fleksible energibæraren vi har og kan i prinsippet brukast til alt Varme ved høg temperatur har større bruksområde enn varme ved låg temperatur Det er politisk korrekt å gå bort frå elektrisitet til boligoppvarming, men

6 men Elektrisitet er den mest effektive energibæraren vi har Erstattar vi elektrisitet med ein annan energibærar vil energibruken gå opp Altså det motsette av Enøktiltak Utbygging av fjernvarme til erstatning av panelomn fører derfor auka bruk av energi

7 Panelomn Fjernvarme Sveriges statistiske centralbyrå

8 Frå vind til bil via hydrogen

9 Light duty vehicle fleet by type Billions of vehicles Lette kjøretøy 1.6 Natural gas/lpg Plug-in/electric 1.4 Avera Miles Hybrid 35 % av nybilsalet i 2040 er konvensjonelle bilar 50 % er hybridbilar Conventional diesel Conventional gasoline exxonmobil.com/energyoutlook

10 Human Development Index vs annual per capita electricity use

11 Population UN 2010 prediction

12 Primary energy supply - World

13 Primary energy supply - IEA Europe

14 exxonmobil.com/energyoutlook Drivstoff

15 Elektrisitetproduksjon Exxonmobil Elektrisitetsproduksjon aukar med 80 % mellom 2010 og 2040 I 2040 er kolkraft framleis den største Fornybar og kjernekraft like store Veksten er på gasskraft, kjernekraft og fornybar exxonmobil.com/energyoutlook

16 Oppsummering Det vil bli auka bruk av elektrisitet som energibærar Fleire vil få tilgang på elektrisitet Auka velstand er knytt til bruk av elektrisitet Transportsektoren vil ta i bruk meir elektrisitet Hydrogen er så energiineffektivt at det ikkje blir tatt i bruk Meir bruk av kjøling Energieffektive hus krev så lite oppvarming at elektrisk oppvarming blir mest kostnadseffektive Fossile energikilder vil dominere

17 Fornybar

18 Energi-innhald-areal 1 GW pr år 34 km 2 sol celler (e = 0.15) 12 km 2 solpanel termisk 200 km 2 vindenergi (2 MW) (5 MW/km 2 ) 330 km 2 vind energi Afrika (3 MW/km 2 ) 2000 km 2 energiskog (bio-masse) 500 km 2 energiskog Afrika (2 MW/km 2 )

19 Vindkraft Moden teknologi Potensialet for kostnadsreduksjon er lite All utbygging må subsidierast Dei beste områda i Europa er snart bygde ut Vidare utbygging vil skje til havs Kapasitetsfaktor % Årleg vekst litt over 20 % og fallande Levetid på vindturbin år

20 Utilisation time (capacity factor) wind parks Installed MW Average output MW Capacity factor USA ,8 Morocco ,3 UK (on-shore) ,7 Denmark ,1 Spain ,8 Netherlands ,4 Germany ,9 World ,6 Kjelde: Rondeel

21 Fargestoffceller

22 Fornybar elektrisitetproduksjon

23 Oppfylling av Kyoto (CO 2 )

24 Oppsummering Det er meir enn nok fossile kjelder på jorda til mange hundreårs forbruk Mindre samanheng mellom CO2 og temperatur enn tidlegare trudd Historisk: land som satsar på fornybar klarar ikkje å oppfylle CO2-måla Land som har ein stor del kjernekraft klarar CO2-måla

25 S Consumption and generation example Germany Hydro - storage Gas Hard coal Lignite Nuclear Higher marginal cost. Generation must match demand all the time! side 32

26 Finland 2006

27 Kjernekraft

28 Romerikes blad Leder om kjernekraft i Norge i 2053 Samseths utspill har interessante perspektiver og er befriende fritt for politisk korrekthet. Det er langt fram til 2053, men sannsynligheten for storstilt produksjon av kjernekraft i Norge er meget liten. Jon Samseths utspill er befriende fritt for politisk korrekthet.

29

30 Hans Blix Støtter Samseth Han applauderer uttalelsen til den norske fysikkprofessoren og kjernekrafteksperten Jon Samseth, som sier at det bare er et spørsmål om tid før Norge får en omfattende kjernekraftproduksjon.

31 NB! Tala inkluderer Japan som har 50 reaktorar som ventar på godkjenning til oppstart IAEA WNA 433 reaktorar i drift (371 GW) i 30 land 63 under bygging (61 GW) 160 under planlegging (180 GW) 329 foreslått (373GW) Stor satsing i Russland, India og Kina 30+ nye land har uttrykt interesse for kjernekraft deriblant mange i Afrika og Midt-Austen

32 Nye kjernekraftnasjonar UAE har tinga 4 reaktorar frå KEPCO (Sør-Korea) Tyrkia, Jordan, Algerie, Vietnam, Kvitrussland planlegg reaktorar til 2020 Nokre nasjonar som vurderer kjernekraft: Afrika: Nigeria, Ghana, Libya, Egypt, Marokko, Tunis, Kenya Asia: Indonesia, Bangladesh, Thailand, Kasakhstan Amerika: Chile, Venezuela, Ecuador

33 2008 gjennombrotet for moderne kjernekraft Kina skal ha 100 nye reaktorar (AP1000) i drift eller under bygging i 2020 Finland har godkjent 3 environmental impact assessments (EIA) Russland trappar opp nybygging til 3 reaktorar i året Brasil planlegg å bygge eit verk i året til 2050 England planlegg å gi konsesjon til 8 nye reaktorar i løpet av 2 år USA vil starte bygging av over 30 nye reaktorar

34 Kva skjer rundt oss? Finland bygger sin 5. reaktor, vedtok i 2010 den 6. og planlegg den 7. og 8. Storbritannia vil auke delen av kjernekraft og planlegg 13 nye reaktorar. Dei første 4 blir EPR operative i 2020 Sverige oppgrader sine reaktorar med totalt 6 TWh pr år og opna i 2010 for søknader om å bygge nye Litauen vil erstatte sin reaktor med ein ny til 2018 Estland planlegg ein reaktor Nederland, Sveits og Polen

35 Ny kjernekraft i Nord-Europa Norske firma vil ta oppdrag på kjernekraftanlegg i Europa Neste åra minst 20 nye store reaktorar i Nord- Europa (England minst 10, Sverige minst 5, Finland minst 2, Polen minst 5) Bare i vår region vil det vere ein marknad på 1000 milliardar kr

36 Kjernekraft

37 Nuclear capacity in GWe Current Nuclear Programs low 2030 high 2060 low 2060 high 2100 low 2100 high China India Brazil Finland Sweden UK USA Bahrain, Kuwait, Oman, Qatar, Saudi Arabia, UAE Nigeria Turkey Norway World total

38 Lange tidsperspektiv Reaktorar som blir bygde i dag vil vere i drift i 2100 Fleire av reaktorane frå 1900-talet vil vere i drift i 2100 Opphaldstida til brensel i reaktoren vil bli lengre år Mellomlagring av avfall i minst 50 år pga kjøling Frankrike har nok uran-238 på lager til fleire tusen års energiproduksjon

39 Installert effekt [10 MW] Japans kjernekraftperspektiv Dagens reaktorar 60 års levetid 3. gen reaktorar 60 års levetid Dagens reaktorar 40 års levetid Gen IV FBR

40 4 grunnar til kjernekraft Økonomisk stabil (variasjon i brenselpris betyr lite for kostnad på strøm) Energisikker (kan ha fleire års forbruk av brensel på lager) Miljø (ingen utslipp) Driftsikker (oppetid > 90 %)

41 Kostnader Brensel 3-4 øre/kwh uran Lagring av avfall og fjerning av reaktor ca. 1 øre/kwh (Sverige) Det same som vi finansierer ENOVA med I motsetning til vindkraft er levetida for eit kjernekraftverk mange tiår etter at investeringa er avskreve

42 Trykkvassreaktor PWR M.S. Kazimi, American Scientist 91, 408 (2003)

43 Lagring og gjenvinning Lagring er teknisk løst (Finland og Sverige) Men dagens avfall er framtidas brensel Må vere tilgjengeleg for bruk i framtidige reaktorar I dagens avfall er det mange isotopar som har kommersiell interesse (Cs-137) Vi vil få ny teknologi for gjenvinning Sellafield er gjenvinningsindustriens Tsjernobyl

44 Hurtige nøytron Det langliva avfallet kan bli nytt brensel ved at ein tar i bruk ny reaktorteknologi som nytter hurtige nøytron kan spalte uran-238 kan spalte plutonium-239 kan spalte langliva avfall

45 Industriell prosessvarme Damp Tjæresand Oljeskifer EOR Damp-metan reforming Hydrogen Ammoniakk Metanol Spalting av vatn (H 2, O 2 ) Hydrogen Coal-to-liquids (CTL) Gas-to-liquids (GTL) Tjæresand Avsalting av sjøvatn

46 Russiske flytande reaktorar 70 MWe, 300 MWt (PWR) Off shore gassfelt Avsalting av sjøvatn 8 reaktorar i

47 Uran Kjente ressursar (open cycle) 50+ år Med hurtigreaktorar (FBR) > år Enorme uranmengder i havet Typisk pris $ 120 pr kg U 3 O 8 (ca. 0,25 /kwh) Pris for UO 2 pellet 0,5-1 /kwh Dersom det blir stor satsing på kjernekraft, vil det tvinge fram ein stor reprosesseringsindustri

48 Uran (U 3 O 8 ) spotpris

49 Uran produksjonsland U 3 O 8

50

51 Torium Teknologien for å utnytte torium i kjernekraft er kjent Ein rekner med at det er 3 gonger så mykje torium som uran på jorda Bare India har kommersiell satsing på torium i reaktorar Torium må gjerast om til uran for å bli spalta Til det trengst det ekstra nøytron Sidan ein del av nøytrona må nyttast til å konvertere torium til uran, vil ein torium-reaktor produsere mindre elektristitet enn om same reaktor hadde gått på uran Torium vil neppe bli nytta i stor grad i dette hundreåret Bruk av torium vil kreve reprosessering

52 Kjernekraft-system

53 Europa i dag

54 Framtidig kjernekraft

55 Framtidas kjernekraft Utvikling av hurtig reaktorar Lukking av brenselsyklus Utvikling av små reaktorar Bruk av høgtemperatur termisk energi Blanding av ulike typar reaktorar Både uran og torium brenselsyklus

56 Reaktorteknologi

57 3. Generasjons reaktor Kommersiell Avhengig av type

58 3. Generasjon reaktor Vidareutvikling av dagens teknologi med Forenkla design Passive system Redusert kostnad og byggetid

59 Olkiluoto 3 - EPR PWR 1600 MWe, 4300 MWt Effektivitet 37 % m 3 bygningsvolum m 3 utgravd masse m 3 betong tonn stål Kommersiell drift

60 EPR Firedobla tryggingssystem Nedsmeltingsareal Naudvatn Doble veggar

61 NuScale Thermal power: 160 MWt Electric power: 45 MWe Prototype to be built at Savannah River, SC

62 4. Generasjons reaktorar Prototypar under utvikling Kommersielt frå 2030?

63 Mål for 4. generasjon Bærekraftig Full utnytting av brensel Minimalisering av avfall (fisjonsprodukt) Hindre spreiing av kjernefysisk materiale Anna bruk enn elektrisitetsproduksjon Industriell prosessvarme Hydrogenproduksjon Vassrensing Billegare og tryggare enn 3. generasjon

64 6 utvalde reaktorsystem GFR Gasskjølt hurtigreaktor LFR Blykjølt hurtigreaktor MFR Saltsmeltereaktor SFR Natriumkjølt hurtigreaktor SCWR Superkritisk Vasskjølt reaktor VTHR Veldig-Høg-temperaturreaktor Desse reaktorane er på varierande utviklingsstadium; alt frå lovande konsept til prototypspesifisering

65

66 GEN IV reactors Reaktor VHTR Very high temperature reactor SFR Sodium-cooled fast reactor SCWR Super critical water reactor GFR Gas-cooled fast reactor LFR Lead-cooled fast reactor MSR Molten salt reactor Neutron spektrum Kjølemiddel Temperatur [ C] Fuel cycle Effekt [MWe] Termisk Helium Open Hurtig Natrium 550 Lukka Termisk /Hurtig Vatn Open/ Lukka Hurtig Helium 850 Lukka 1200 Hurtig Bly Lukka Epitermisk Fluorid salt Lukka 1000

67 Avfall

68 Avfall Tre typar: Fisjonsprodukt (cesium, strontium) borte etter 700 år Ubrent U-238 (og Th-232) (95-96 %) Langliva tungmetall (plutonium, curium, americium) borte etter fleire år Torium gir mindre av det langliva avfallet

69

70 Gjenvinning

71 Framtidig krav til gjenvinning Inga separering av ulike grunnstoff (spesielt ikkje plutonium) Veldig lågt innhald av langliva isotopar i det endelege avfallet Brenning av alle tunge grunnstoff i reaktoren

72 Gjenvinning - PUREX Sellafield, La Hague Uran og plutonium til MOX Væskebasert Kostbar Mykje kjemisk avfall Brensel må lagrast i 5-10 år før prosessering THOREX for toriumbrensel Einaste reelle alternativ for dagens reaktorar

73 Fisjonsprodukta må lagrast i 700 år

74 Lagring

75 Sentral Lagringsbasseng i La Hague

76 Luftkjølt onsite mellomlager Mellomlager 50 år Luftkjølt Naturleg konveksjon Connecticut Yankee, USA

77 Sveriges sluttlagringskonsept Kaplingsrør Brukt brensel Bentonittleire Overmarksdel sluttlager 500 m Brenselpellets Kopparkapsel Grunnfjell av UO 2 med støpjarninnsats Undermarksdel sluttlager

78 Krav til lager - Scenaria Hull i kobberkapsling (fabrikasjonsdefekt) Svikt i buffermaterialet med påfølgande ekstremt hurtig korrosjon av kobberkapsling Kraftig jordskjelv med forkasting og brudd påbeholder Ekstrem trykkpåkjenning med svikt i beholdarar Boring ned i deponiet Klimaendring Endring av grunnvassnivå Istid

79 Ikkje-spreiing

80 Ikkje-spreiing Sivil kjernekraft gir ikkje produkt som på ein lett måte kan nyttast til kjernefysiske våpen Men det gir kunnskap om korleis ein skal framstille kjernefysisk materiale IAEA 50 år i 2007

81 Ikkje-spreiing Ein treng ikkje reaktorteknologi for å lage enkle uran- 235 bomber Laserbasert separasjonsteknologi vil gjere det lett å lage bombemateriale i små, skjulte anlegg

82 Ulykker

83 Reaktorulykker Kjernekraft har minst dødsulykker pr TWh 2 hovudkategoriar Kritikalitetsulykker Tap av kjølevatn (LOCA) Nedsmelting (Three mile island, Fukushima) (LOCA) Brann med kjemisk eksplosjon (Tsjernobyl) (Kritikalitetsulykke) Pga grunn av innebygde negative tilbakekoplingar kan ei kritikalitetsulykke ikkje skje i ein moderne reaktor Det kan aldri bli ein kjernefysisk eksplosjon i ein reaktor

84 Fukushima status 2012 Ingen vil døy på grunn av stråleskader Ingen helsemessige konsekvensar til befolkninga Dekommisjonering vil starte i 2013 og vil ta år I 2012 vil delar av evakueringssona bli opna Enorme økonomiske konsekvensar for TEPCO og det japanske samfunnet

85 Scandpower

86 Scandpower

87 Fusjon

88 Roadmap Fusion Power Plant R. Goldston (IAEA TM, June 2011)

89 Fusjonskraft Første tenkbare tidspunkt for prototyp kraftverk rundt 2050 Deretter må fusjon vere billegare enn alternativa Neppe regulær kommersiell drift før etter 2060 Mest realistiske scenario: Vi vil ikkje ha kommersielle fusjonskraftverk i dette hundreåret

90 Oppsummering Mange av reaktorane som blir bygde i dag vil gå 2100 Stor utbygging av kjernekraft vil kreve reprosessering Blanding av 3. og 4. generasjons reaktorar Av 4. generasjons reaktorar har den natriumkjølte reaktoren eit forspang Nye små reaktorar rundt 100 MWe Reaktorar vil levere prosessvarme til industriell bruk Kjernekaft blir viktig for avsalting av sjøvatn i mange land Fusjonskraft neppe viktig i dette hundreåret

91 Oppsummering Forbruket av elektrisitet vil opp Vil trenge billeg kraftproduksjon for å oppretthalde velferden vår Prisen på produksjon er styrande CCS blir for kostbart Fornybar energi blir viktig, men kan ikkje danne grunnlaget for ein moderne velferdsstat Det er nok uran til konkurransedyktig pris dersom ein startar med reprosessering

92 Kjernekraft Naturgass - Kol Sol Verdas energiframtid

93 Kjernekraft - Vasskraft Noregs energiframtid