Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
1
Kernenergie in feiten en cijfers
Tim van der HagenTechnische Universiteit
Delft
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
2
Toename energiegebruik / afname fossiele brandstoffenToename energiegebruik / afname fossiele brandstoffenHet
prob
lee
m Energiegebruik per hoofd van de bevolkingTonnen olie equivalent
Noord-Amerika
Europa
Voorm. Sovjetunie
Rest v/d wereld
Wereld
74 79 84 89 94
99
6
5
4
3
2
1
0
Jaar
74 79 84 89 94
9974 79 84 89 94
9974 79 84 89 94
9974 79 84 89 94
99
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
3
Het
prob
lee
mOntwikkeling elektriciteitsverbruik
Nederland:verzesvoudigd in 40 jaar
bron: CBS
0
20
40
60
80
100
120
1950 1960 1970 1980 1990 2000
Jaar
TWh
1950 1960 1970 1980 1990 2000
120
100
80
60
40
20
0
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
4
AfhankelijkheidAfhankelijkheidHet
prob
lee
m Proved oil reserves at end 2005
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
5
The last 160,000 years(from ice cores)and the next 100 years
Time (thousands of years)
160 120 80 40 Now
–10
0
10
100
200
300
400
500
600
700
CO2 in 2100(with business as usual)
Double pre-industrial CO2
Lowest possible CO2
stabilisation level by 2100
CO2 now
Temperature difference from now °C
CO
2 c
on
cen
trati
on (
ppm
v)
Bron: IPCC
Het
prob
lee
mCOCO22--
concentratieconcentratie
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
6
Temperatuurvariaties van het aardoppervlakvan het jaar 1000 tot 2100
Bron: IPCC
Het
prob
lee
m
broeikaseffect ?
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
7
Elektriciteitsproductie EUElektriciteitsproductie EU
kernenergie olie gas waterkracht wind en zonkolen biomassa
Kern
ener
gi
e nu
204 kernreactorenin Europa
kernenergie is de belangrijkste e-bron in Europa
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
8
KerncentralesKerncentrales
Kern
ener
gi
e nu
Totaal 443 centrales 370.000 MWe
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
9
Status januari 2006
Kern
ener
gi
e st
raks
0
50
100
150
200
250
1 2 3 4 5
gepland in aanbouw in bedrijf
Azië West- Oost- N.- en Z.- Afrika Europa Europa Amerika
gepland (154)in aanbouw (24)in bedrijf (443)
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
10
Splijting van 1 gram uranium levert evenveel energie als
het verbranden van 2500 liter benzineof 3000 kilogram kolen
radioactief
KernsplijtingKernsplijting
Wereldgebruik:- 65.000 ton natuurlijk uranium per jaar (16% van de e-productie)
- 10.000.000 ton olie per dag
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
11
Weinig materiaal nodig aanleg strategische voorraden mogelijk
weinig afval (maar radioactief)
• alle elektriciteit in Nederland nucleair:0,4 gram uranium verspleten (=afval)
per gezin per jaar • in een heel mensenleven: volume van 1 biljartbal
• ‘Borssele’ produceert 1,3 m3 afval per jaar
• afval straalt ruimt zichzelf op (maar duurt lang)
een sterke straler verdwijnt snel
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
12
Abundantie elementen – het periodiek systeemAbundantie elementen – het periodiek systeem
CoNi
UTh
AuPtPb
SnAg
Fe Cu
CSiO
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
13
• de aardkorst bevat 40 x zoveel uranium als zilver;evenveel uranium als tin
• goedkoop uranium (tot 80$ per kg):3,5 miljoen ton; voldoende voor 50 jaar(0,1 ct/kWh)
• voor de dubbele grondstofprijs:35 miljoen ton; voldoende voor 500 jaarbij 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 praktisch onuitputtelijk !
UraniumvoorradenUraniumvoorraden
toberniet
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
14
0
300
600
900
1200
1500
CO
2 (g
/kW
h e)
kolen olie gas zon PV water bio wind nucleair fusie
COCO22 productie productie
De kerncentrale te Borssele ‘voorkomt’ jaarlijks de uitstoot
van 2 miljard kilogram CO2
bron: IAEA (2000)
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
15
LandgebruikLandgebruik
0
2000
4000
6000
km2
bio zon wind
3000-5000 Oppervlak benodigd voor
1000 MWe
> 50 100-150
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
16
SplijtstofcyclusSplijtstofcyclus
kerncentraleopwerken
verrijken
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
17
De Nederlandse nucleaire sector
NRG
URENCO
COVRA
KCB
RID
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
18
Energiebalans (LCA)Energiebalans (LCA)(1000 MWe PWR, 80% beschikbaarheid, 40 jaar)
energy input (diffusion)input / output = 5,7 %
1 2
3
4
5
6 71
2
3
4
5
6
7enrichment
energy input (centrifuge)input / output = 1,7 %
1
2
3
4
5
6
71
2
3
4
5
6
7construction &
operation
Verrijking met diffusie: input / output = 5,7 %
Verrijking met centrifuge: input / output = 1,7 %
construction & operation
enrichment
mining & milling
conversion
fuel fabrication
fuel/waste storage & transportdecommissioning
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
19
Veiligheid (1):Veiligheid (1):meerdere barrières om radioactief materiaal binnen te houden
Splijtstof (tablet en bekleding)
Primair systeem (staal)
Veiligheidsomhulling(2x beton + staal)
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
20
Alle kernreactoren (behalve Tsjernobyl) zijn zo ontworpen dat:
Veiligheid (2):Veiligheid (2):kettingreactie altijd beheerstkettingreactie altijd beheerst
de kettingreactie vanzelf uitdooft bij een hogere temperatuur
Dit betekent:
• stabiel systeem (zelfregeling)
• verlies van koelcapaciteit schakelt de reactor af
• verlies van moderatie schakelt de reactor af
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
21
Kerncentrale (EPR)Kerncentrale (EPR)
react
orva
t
turbinegebouwreactorgebouw
4 veiligheidsgebouwen
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
22
85 87 89 91 93 95 97 99 01 03
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Source: Federal Energy Regulatory Commission/EUCG
Nuclear 1.72
Coal 1.8
Gas 5.77
Oil 5.53
U.S. Electricity Production Costs(in constant 2003 cents/kWh )
U.S. Electricity Production Costs(in constant 2003 cents/kWh )
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
23
Productiekosten Productiekosten voor 2010voor 2010
US 2003 cents/kWhe
nuclear
coal gas
Finland 2.76 3.64 -
France 2.54 3.33 3.92
Germany 2.86 3.52 4.90
Switzerland 2.88 - 4.36
Netherlands 3.58 - 6.04
Czech Rep 2.30 2.94 4.97
Slovakia 3.13 4.78 5.59
Romania 3.06 4.55 -
Japan 4.80 4.95 5.21
Korea 2.34 2.16 4.65
USA 3.01 2.71 4.67
Canada 2.60 3.11 4.00
US 2003 cents/kWh, discount rate 5%,40 year lifetime, 85% load factor
Source: OECD/IEA NEA 2005
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
24
0102030405060Euro/MW
Without With
Finland - Electricity Generating Costs Without and With Emission Trading
NuclearGasCoalWind
without with
Emission Trading
Source: Lappeenranta University of Technology, 2003
euro/MW
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
25
Opbouw kosten van nucleaire elektriciteitsproductieOpbouw kosten van nucleaire elektriciteitsproductie
0,1 ct/kWhe
0,1 ct/kWhe
Alle kosten zijn verdisconteerd in de kWh-prijs
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
26
Radioactief afval: samenstelling gebruikte splijtstofRadioactief afval: samenstelling gebruikte splijtstof
450 kg
130 kg
6 kg
uranium
13000 kg
plutonium
splijtings-producten
andere actiniden
Getallen: jaarproductie Borssele
Twee routes mogelijk:
1) Niet opwerken:- ‘levensduur’ reststof 220.000
jaar
2) Wel opwerken / snelle reactoren:
- ‘levensduur’ afval 500-5.000 jaar
- volume gereduceerd tot 4%- tot 100x beter
grondstofgebruik
minder dan 4% is echt afval
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
27
U.S. DOE initiativesU.S. DOE initiativesAdvanced Fuel Cycle Initiative
• Recovery of energy value from SNF• Reduce the inventory of civilian Pu• Reduce the toxicity & heat of waste• More effective use of the repository
Nuclear Hydrogen Initiative
Develop technologies for economic, commercial-scale generation of hydrogen
Nuclear Power 2010
• Explore new sites• Develop business case• Develop Generation III+ technologies• Demonstrate new licensing process
Generation IV Better, safer, more economic nuclearpower plants with improvements in• safety & reliability• proliferation resistance & physical protection• economic competitiveness• sustainability
Source: US DOE
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
28
AFCI Approach to Spent Fuel ManagementAFCI Approach to Spent Fuel Management
Once ThroughFuel Cycle
Direct Disposal
SpentFuel
U and PuActinidesFission Products
Repository
ConventionalReprocessing
PUREX
Pu Uranium
MOX
LWRs/ALWRs
Interim Storage
less U and PuActinides
Fission Products
CurrentEuropean/Japanese
Fuel Cycle
Advanced Recycling
Closed Fuel Cycle
+ ADS Transmuter?
Trace U and PuTrace Actinides !less Fission Products
Repository
Gen IV Fast Reactors
Advanced RecyclingClosed Fuel Cycle
Gen IV Fuel Fabrication
LWR/ALWR/HTGR
Advanced Separations Technologies
Source: US DOE
Spent Fuel FromCommercial Plants
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
29
Early PrototypeReactors
Generation I
- Shippingport
- Dresden, Fermi I
- Magnox
Generation II
- LWR-PWR, BWR
- CANDU
- VVER/RBMK
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030
Generation IV
- Highly Economical
- Enhanced Safety
- Minimal Waste
- Proliferation Resistant
- ABWR
- System 80+
- AP600
- EPR
AdvancedLWRs
Generation III
Gen I Gen II Gen III Gen IV
Evolutionary Designs Offering Improved Economics
Generaties van reactorconceptenGeneraties van reactorconcepten
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
30
Geavanceerde reactoren, Generatie IIIGeavanceerde reactoren, Generatie III
betrouwbaar en veilig op basis van:
• redundantie• separatie• diversificatie• kortere/minder pijpleidingen• grote watervolumes
ABWR (in bedrijf sinds 1995), System-80+, EPR,BWR-90+, KNGR, CANDU, VVER-91, ...
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
31
FinseFinse EPREPR (1600 MWe) in aanbouw (Olkiluoto-3)
Verder:
EPR in Normandië, Frankrijk(2007-2012)
Offerte uitgebracht voor 4 EPRs in China
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
32
Geavanceerde, evolutionaire Geavanceerde, evolutionaire ontwerpen ontwerpen (Generatie III(Generatie III++))
met ‘passieve’ componenten:
• natuurlijke-circulatie kernkoeling• zwaartekracht-gedreven noodkoeling• convectieve koeling van veiligheidsomhulsel
AP-600, AP-1000, ESBWR, SWR-1000, PBMR, GT-MHR,
APWR, EP-1000, AC-600, MS-600, V-407, V-392, JSBWR,
JSPWR, HSBWR, CANDU-6, CANDU-9, AHWR, ...
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
33
‘‘Kogel’bedreactor (HTR)Kogel’bedreactor (HTR)AVR (Duitsland, 1967-1988) – HTTR (Japan, 1999) – HTR10 (China, 2000)
gasturbine
proceswarmte:waterstofproductiewaterontzilting ...
Helium als koelmiddel
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
34
De 6 geselecteerde reactorconcepten:
Waterstofproductie:• zeer hoge temperatuur gasgekoelde reactor
Voortbordurend op lichtwaterreactoren:• superkritische watergekoelde reactor (thermisch/snel)
Afvalreductie en efficiënt uraniumgebruik:• gasgekoelde snelle reactor• natriumgekoelde snelle reactor• loodgekoelde snelle reactor
Zeer innovatief:• gesmolten zout reactor (epithermisch)
Het Het Generatie-IVGeneratie-IV Initiatief Initiatief: sustainable nuclear energy
Argentinië, Brazilië, Canada, Frankrijk, Japan, Zuid Afrika, Zuid Korea, Zwitserland, Groot-Brittannië, Verenigde Staten en de Europese Unie
}geslotensplijtstofcyclus
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
35
VHTR: nucleaire e- en waterstofproductieVHTR: nucleaire e- en waterstofproductie
Nuclear HeatNuclear HeatHydrogenHydrogen OxygenOxygen
H2O22
1
900 C400 C
Rejected Heat 100 C
Rejected Heat 100 C
S (Sulfur)Circulation
SO2+H2O+
O221
H2SO4
SO2+
H2OH2O
H2
I2
+ 2HI
H2SO4
SO2+H2OH2O
+
+ +
I (Iodine)Circulation
2H I
I2
I2
WaterWater
Nuclear HeatNuclear HeatHydrogenHydrogen OxygenOxygen
H2O22
1 O22121
900 C400 C
Rejected Heat 100 C
Rejected Heat 100 C
S (Sulfur)Circulation
SO2+H2O+
O221
H2SO4
SO2+
H2OH2O
H2
I2
+ 2HI
H2SO4
SO2+H2OH2O
+
+ +
I (Iodine)Circulation
2H I
I2
I2
WaterWater
Idaho 2015 ?
H2O in,O2 en H2 uit
eH2
VHTR
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
36
• grootschalig inzetbaar
• geen CO2, geen luchtvervuiling
• voorzieningszekerheid
• economisch concurrerend
PlusPluspuntenpunten MinMinpuntenpunten • radioactief afval
• grote investering
1) kernenergie past goed in een mix van opties vooreen duurzame energievoorziening
2) duurzame kernenergie: opwerken gebruikte splijtstof
3) duurzame kernenergie: snelle kweekreactoren ontwikkelen
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
37
KIVI-symposium: Kernenergie, de principes voorbij 14 november 2006; 9:30 h – 17 hAula Congrescentrum, TU Delft
LezingR.F.M. Lubbers, voorzitter Raad van Toezicht ECN
Overzicht van moderne kerncentrales T.H.J.J van der Hagen, directeur van het Reactor Instituut Delft van de TU Delft
Randvoorwaarden nieuwe kerncentrales H. van der Vlist, directeur generaal milieu, ministerie van VROM
Wat zijn de voornaamste voorwaarden voor financiering van kerncentrales?
A. Alting von Geusau, Global Sector Head Utilities, ING
Kernenergie - keuzes voor overheid en bedrijfslevenP.G. Boerma, algemeen directeur Delta
Nuclear Renaissance: The AREVA view Ruben Lazo, vice president Marketing and Sales Development, AREVA NP
Plenaire discussie met diverse stellingen17 h Afsluitende borrel
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
38
Resumé - Radioactief afval
• ‘Borssele’ genereert 1,3 m3 hoog-radioactief afval per jaar (verglaasd)
• Hoeveelheid en levensduur van hoog-radioactief afval:
450 kg per jaar 250 jaar
6 kg per jaar ~5000 jaar
opbergen in stabiele ondergrond
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
39
Gebruikte splijtstof: slechts 3% is echt afval
opwerken
Studium Generale UT, 17 oktober 2006
Reactor Instituut Delft
Faculteit Technische Natuurwetenschappen
40
Groepsrisico’s
1,0E-10
1,0E-08
1,0E-06
1,0E-04
1,0E-02
1 10 100 1000minimaal aantal doden
kans
per
jaar
Borssele (2005)
Schiphol (RIVM, 2005)
LPG tankstations
(RIVM, 2001)
wegtransport (RIVM, 2001)
ALARA
10-2
10-4
10-6
10-8
10-10
kan
s p
er
jaar
Top Related