Günümüz küresel enerji sepeti ile birlikte global güç üretimi portfoyü süratli değişim ve transformasyon süreci yaşamaktadır. Özellikle yenilenebilir enerji kaynakları YEK menşeli çevreci rüzgar enerjisi santralleri RES türbinleri ve güneş enerjisi santralleri GES panelleri elektrik üretimleri sayesinde dünya güç üretim profili dönüşümü gerçekleşmektedir. Yerkürenin ısınması ve dünya iklim değişiklikleri mekanizmaları sorunları çözümü için düşük karbon ekonomisi kapsamında sıfır karbon emisyonlu tekniklerin kullanılması ve küresel çağdaş karbonsuzlaştırma teknolojileri geçiş periyodu son derece önem arz etmektedir. Söz konusu global enerji transformasyonu ve elektrik enerjisi üretimi görünümü değişimi süreci boyunca temel yük kaynakları karbonsuz yeni kuşak nükleer güç santralleri NGS reaktörleri ile doğa dostu YEK kökenli RES ve GES üniteleri projeleri ehemmiyet kazanmaktadır. Atmosferi yoğun biçimde kirleten temel enerji kaynağı fosil yakıt yakan termik santraller sistemlerine mavi gezegenin ekolojik denge prensiplerinin korunması için uygulanacak sınırlamalar ve kısıtlamalar nedeni ile baz yüklü karbonsuz modern nükleer güç santralleri yapımı hızlanacaktır. Küresel sürdürülebilir nükleer yakıt ihtiyacı projeksiyonları karşılanması açısından dünya inovatif hızlı üretken reaktörler (Fast Breeder Reactors - FBR) yatırımları ve kurulumları da ivmelenmektedir. Gelecekte global elektrik enerjisi kompozisyonu içeriğinde karbonsuz baz enerji kaynağı yenilikçi NGS kompleksleri ve çevreci YEK sistemleri şiddetli rekabet içerisine girecektir. Dünya inovasyona dayalı FBR nükleer tesisleri ise Birleşmiş Milletler BM himayesinde yürütülen küresel nükleer silahların yaygınlaşması ve önlenmesi çalışmalarına sekte vurarak aynı zamanda global atom bombaları yapımı özendirilmesi yönünde kaygılar uyandırmaktadır. Öte yandan, büyük kapasiteli yeni nesil nükleer elektrik santralleri kompleksleri yerine küçük evrimsel modüler reaktörler (Small Modular Reactors - SMR) kurulması maliyetleri düşüklüğü yanında küresel nükleer yakıt erimesi kazalarının engellenmesi ve nükleer güç tesisi yapımı sürelerinin azaltılması çerçevesinde öne çıkmaktadır. Kurulumu kolay, küçük, güvenli ve ekonomik karbonsuz yenilikçi SMR reaktörleri ünitelerinin küresel elektrik enerjisi piyasası ile global güç pazarı kapsamındaki payı ve rekabeti bu yazıda araştırılmaktadır.
Yeryüzünün ısınması tehdidi ve global iklim değişikliği mekanizmaları problemleri karşısında karbonsuz ileri nükleer güç teknolojileri bir can simidi rolü üstlenmektedir. Küresel sera gazı emisyonlarının sınırlandırılması, kontrol ve denetim altına alınması çalışmalarına paralel, sürdürülebilir elektrik enerjisi temini bağlamında dünya nükleer güç santralleri NGS reaktörleri yapımı taraftarları, sıfır karbondioksit salınımlı nükleer enerji sektörü seçeneğini fosil yakıtlı termik santraller üniteleri yerine geçecek en ideal alternatif çözüm yolu olarak kabul etmektedir. Ancak, küresel nükleer güç sektörü ekonomik sorunları ve finansal sıkıntıları ise devam etmektedir. Özellikle 2011 yılı Japon konvansiyonel Fukushima Daiichi (Fukuşima Daiçi) nükleer güç santrali NGS kompleksi üç reaktör ünitesinde, ne yazık ki, vuku bulan üzücü nükleer yakıt erimesi kazaları neticesi dünya kamuoylarında oluşan nükleer güvensizlik kaynaklı nükleer nefret, nükleer korku ve nükleer dehşet atmosferi doruk seviyesine kadar ulaşmıştır. Diğer taraftan, küresel nükleer atıkların bertarafı kapsamında global radyoaktif atıkların yok edilmesi teknolojileri, teknikleri ve yöntemleri kuşkuları da halen sürmektedir. İlk yatırım maliyetleri yüksek olan karbonsuz yeni kuşak nükleer enerji santralleri reaktörleri yapımına dair global finansal sıkıntılar, mali sorunlar ve ekonomik zorluklar dikkat çekmektedir. Örneğin, yeni karbonsuz nükleer reaktör yapımı maliyeti 7 milyar dolar hatta daha yüksek düzeylere çıkmakta ve kurulumu kısa sürede gerçekleşen baz yüklü doğalgaz kombine çevrim santralleri kompleksleri ile rekabeti güçleşmektedir. Öte yandan, küresel sıcaklık artışları rakamları son yıllarda rekor üzerine rekor kırmaktadır. Global atmosferik koşullar ile küresel ekolojik denge şartları değişimi, dünya karbon salınımları ve küresel karbondioksit emisyonları miktarlarının dizginlenmesi ve limitlenmesi faaliyetlerini zorunlu kılmaktadır. Bununla beraber Amerika Birleşik Devletleri topraklarında son 20 yıl zarfında sadece 1 adet temel enerji kaynağı karbonsuz nükleer güç santrali NGS kompleksi kurulması ve işletilmesi gerçekleştirilmiştir. Küresel elektrik enerjisi üretimi sepeti içeriğinde küresel nükleer güç istihsali görünümü oranı 1996 yılında %17.6 iken günümüzde %11’e kadar düşmüştür. Portland, Oregon Eyaleti konuşlu Amerikan NuScale Güç (NuScale Power) Firması ortak kurucusu Nükleer Enerji Mühendisi Dr Jose Reyes ve ekibi, küçük boyutlu modüler nükleer reaktörler Small Modular Reactor - SMR) tasarımı ile birlikte nükleer rönesans ve nükleer diriliş sürecini yeniden başlatmayı hedeflemektedir. Dr Reyes 350 çalışanı ile beraber geleneksel nükleer santral sahası ölçümüne kıyasla %1 oranında yer işgal eden karbonsuz yenilikçi SMR dizaynı üzerinde çalışmalar yürütmektedir. Tipik konvansiyonel ticari reaktörler güç üretimi gigawatt düzeyinde iken her bir NuScale inovatif SMR ünitesi elektrik enerjisi üretimi ise sadece 60 megawatt düzeyine erişmektedir. NuScale nükleer elektrik santrali oluşturmak için iki 6 adet kutulu meşrubat paketi gibi 12 adet SMR ünitesi yan yana monte edilmektedir. NuScale nükleer güç santrali NGS kompleksi maliyeti ise 3 milyar dolar düzeyinde bulunmaktadır. Bununla beraber karbonsuz SMR modüler sistemleri de her derde deva sayılmamaktadır. Honduraslı ve Dominikalı aile kökenli aynı zamanda New York City aksanı ile konuşan 63 yaşındaki Dr Reyes, büyük kapasiteli nükleer reaktörlerin küçültülmesi ile birlikte zarara uğranacağını kesin biçimde ifade etmektedir. NuScale Şirketi mühendisleri tarafından nükleer reaktörler çalıştırılması ve işletilmesi daha güvenli konuma getirilmesi bağlamında geniş yer tutan pompalar, valfler ve diğer hareketli reaktör parçalarının kaldırılması yoluyla yeni nesil nükleer reaktör tasarımı sadeleştirilmiştir. Yenilikçi nükleer reaktör dizaynı kapsamında geliştirilen ilave nükleer güvenlik donanımları ve nükleer emniyet sistemleri sayesinde küresel nükleer yakıt erimesi kazaları önlenmesi de sağlanmaktadır. Karbonsuz evrimsel SMR nükleer kompleksleri maliyetleri düşürülmesi için tüm nükleer reaktör komponentleri montaj çalışmaları nükleer santral sahası yerine fabrikada yapılmaktadır. Böylece, inovatif SMR elektrik üretimi sistemleri diğer alternatif küresel güç tesisleri ile rekabet eder düzeye gelmektedir. Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı (United States Department of Energy – US DOE) 288 milyon dolar finansman desteği aynı zamanda özellikle global Mühendislik ve İnşaat Firması Fluor ekonomik yardımları ile birlikte ABD Oregon Eyalet Üniversitesi (Oregon State University - OSU) kampüsünde 2007 yılından beri yürütülen bilimsel araştırmalar çerçevesinde NuScale Şirketi inovasyona dayalı SMR tasarımı için 800 milyon dolar harcamıştır. SMR nükleer santral tesisi lisanslandırılması yönünde ABD Nükleer Düzenleme Komisyonu (Nuclear Regulatory Commission - NRC) mevzuatı uyarınca çalışmalar da başlatılmıştır. İlk karbonsuz SMR güç tesisi müşterisi Idaho Eyaleti Elektrik Üretim ve Dağıtım Firması tarafından 2023 yılında inovatif modüler nükleer reaktör yapımı faaliyetleri planlanmaktadır. SMR nükleer güç santrali NGS projeleri küresel boyutta yaygınlaşmaktadır. Örneğin, Çin ve Rusya Federasyonu da nükleer SMR tesisleri Araştırma Geliştirme Ar-Ge çalışmaları yürütmektedir. Amerikan Illinois Eyaleti Chicago Üniversitesi (University of Chicago) araştırmacılarından aynı zamanda 2011 SMR raporu yazarlarından Teorik Fizikçi Prof Dr Robert Rosner, karbonsuz küçük modüler reaktör kompleksleri ünitelerinin yeni nesil nükleer güç santralleri maliyetleri ve ekonomileri üzerinde etken rol oynayacağını ileri sürmektedir. NuScale Firması, SMR lisansı için başvuran yegȃne ABD kuruluşu olduğunu belirten Dr Rosner, küçük modüler reaktörler elektrik enerjisi üretimleri projeksiyonları açısından iyimser görüşler ifade etmektedir. NuScale Firması SMR dizaynları sayesinde nükleer enerji sektörü dalında önemli nükleer hamleler ve nükleer adımlar atıldığı da Dr Rosner’in olumlu görüşleri arasında sıralanmaktadır.
ABD Nükleer Düzenleme Kurulu (Nuclear Regulatory Commission - NRC) tarafından yeni onaylanan NuScale Küçük Modüler Nükleer Reaktör (Small Modular Reactor - SMR) kalbi parçasının bir TIR kamyonu vasıtasıyla nükleer santral inşaatı sahasına nakliyesi aşağıda resmedilmektedir. Yekpare SMR kalbi sayesinde nükleer santral montaj süresi ve reaktör inşaat maliyetleri son derece azaltılmaktadır.
Kaynak: Forbes Dergisi
NuScale nükleer reaktörleri şimdilik çoğunlukla bilgisayar modelleri halinde varlığını sürdürmektedir. Ancak, SMR reaktörünün üst bölümünü içeren tüm ölçekli modeli bir endüstriyel sahada kurulmuştur. Gerçekte, boruları görünen gri renkli 8 metre yükseklikteki NuScale reaktör silindiri tam anlamıyla küçük de değildir. SMR tesisi, kapalı havada yüzeye çıkan denizaltı güvertesi ya da denizaltı kulesi (conning tower) benzeri bir görüntü sergilemektedir. NuScale reaktör tasarımcısı Ben Heald, çalışanların denetimler karşısında sıkışıp kalma olasılığı karşısında SMR tesisinin kurulduğunu işaret ederek söz konusu yapının aynı zamanda iddialı bir nükleer santral pazarlama aracı olduğunu belirtmektedir. Öte yandan, NuScale ileri SMR reaktör dizaynı yoğun çalışmalarının çeşitli aksaklık ve karışıklık karşısında gerçekleşeceğini aynı zamanda başarıya ulaşacağını hiç kimse umut etmemiştir. Örneğin, çok sayıda ileri nükleer reaktör tasarımları uygulamaları ve girişimleri sonuçsuz kalmıştır. Washington, D.C. ‘de konuşlu George Washington University - GW kamu sektörü politikası ve uluslararası ilişkiler dalında öğretim üyesi olması yanında Birleşik Devletler Nükleer Düzenleme Kurumu (Nuclear Regulatory Commission - NRC) 2012 - 2014 yılları arası eski başkanlarından Jeolog Prof Dr Allison Macfarlane, yenilikçi NuScale tasarımı ile öteki gelişmiş nükleer reaktör dizaynları çalışmalarını olumlu nükleer yatırım projeleri saymakla beraber karbonsuz baz enerji kaynağı nükleer güç santralleri NGS kompleksleri ünitelerinin faaliyete geçirilmeleri için uzunca bir süre gerektiğinden yerkürenin ısınması ve global iklim değişiklikleri mücadelesi kapsamında yetersiz çözüm yolu olarak görmektedir.
Silindir şeklinde ve yüksekliği 8 metre olan aynı zamanda denizaltı kulesi veya denizaltı güvertesi (conning tower) şeklini andıran, boruları sadeleştirilmiş gri renkli karbonsuz baz yüklü NuScale (Small Modular Reactor - SMR) nükleer güç tesisi aşağıdaki resimde görüntülenmektedir.
Kaynak: NuScale Güç (NuScale Power) Şirketi
NuScale evrimsel nükleer enerji santrali, 12 adet küçük modüler reaktör ünitesinin tek bir havuz içerisine monte edilmesi ve yerleştirilmesi ile oluşmaktadır. Nükleer reaktörler pasif nükleer güvenlik sistemleri ve nükleer emniyet ekipmanları sayesinde çok daha güvenilir duruma getirilmiştir. Ayrıca, basit nükleer reaktör tasarımı vasıtasıyla nükleer yakıt erimesi kazalarının engellenmesi yanında çok sayıdaki reaktör parçaları, pompalar ve valflerin ortadan kaldırılması amaçlanmıştır. Nükleer reaktör maliyeti düşürülmesi bağlamında fabrikasyon reaktörler bir bütün halinde nükleer santral inşaat sahası mahalline taşınmaktadır. Güç üretimi bölümü, soğutma havuzu, gezer vinç, ana reaktör binası, besleme suyu takviyeli buhar türbinleri, kullanılmış nükleer yakıtı reaktörden uzaklaştıran aynı zamanda nükleer yakıt yükleme aygıtı, NuScale reaktörü koruma kabı (containment vessel), nükleer yakıt kontrol çubuğu düzeneği ve reaktör basınç kabı tertibatı, modüler nükleer reaktörler ana komponentleri sayılmaktadır. Ayrıca, nükleer reaktör dahili buhar jeneratörü dizaynı basitleştirilmiş ve güvenliği de artırılmıştır. Reaktör kalbinin ısınmasına yönelik nükleer yakıt çubukları kabı vakum altında tutulmaktadır. Aşırı düzeyde ısınan reaktörün soğutulması açısından mevcut buharın reaktör havuzundaki ısı eşanjörleri – ısı değiştiricileri (heat exchangers)’ne doğru yönlendirilmesi mümkün olmaktadır. Reaktör kalbi son derece ısındığı takdirde ise buhar ile su, emniyet valfleri ve tahliye vanaları (relief valves) kanalıyla vakumlu bölmeye aktarılarak sıcaklık reaktör havuzuna doğru ilerlemektedir. Diğer taraftan, doğal ısı nakli (natural convection) de pompaları gereksiz kılarak reaktör kalbine doğru soğutma suyunu harekete geçirmektedir. Öte yandan, büyük ve küçük 100 den fazla NuScale modüler reaktör ünitelerinin klasik gigawatt dev kapasiteli tek bir nükleer reaktör koruyucu kabı (containment building) içerisine sığması da mümkün olmaktadır. Çok daha fazla nükleer yakıt bulunduran büyük kapasiteli reaktör kalbine kıyasla NuScale reaktör kalbi yakıtı sadece %8 düzeyinde kalmaktadır. Son derece ideal buhar kazanı kabul edilen nükleer reaktörün kalbi içinde genellikle uranyum oksit tabletleri ihtiva eden nükleer yakıt çubukları yer almaktadır. Radyoaktif uranyum atomlarının birdenbire bozunması veya parçalanması sonucu enerji ile birlikte hızlı nötronlar açığa çıkmaktadır. Ortaya çıkan nötronlar daha fazla uranyum atomunu parçalamak suretiyle nükleer fisyon adı verilen nötron kökenli zincirleme nükleer tepkimeler ya da nükleer kimyasal reaksiyonlar silsilesi meydana getirmektedir. Kimyasal nükleer zincirleme reaksiyonlar neticesi su ısıtılıp buhar oluşturulmakta ve buhar türbinleri (steam turbines) yoluyla elektrik enerjisi üretimi temin edilmektedir. Dünyada faaliyet gösteren 452 adet karbonsuz nükleer güç reaktörleri sistemlerinin %85’i yukarıda kısaca anlatılan su sirkülasyonlu nükleer fisyon tepkimeleri prensibi ve esasına göre çalışmaktadır. Nükleer elektrik enerjisi santralleri işletilmesi ve güvenliği temelinde su çok önemli rol oynamaktadır. Nükleer enerji reaktörleri nükleer yakıt olarak küçük miktarda fisil Uranyum - 235 radyoaktif maddesi kullanmaktadır. Su, nükleer reaktörlerde nötronları yavaşlatarak atomların nükleer bozunma ve nükleer parçalanma ihtimallerini artırmaktadır. Böylece, yavaş nötronlar vasıtasıyla sürdürülebilir nükleer zincir tepkimeleri ve reaksiyonları sağlanmaktadır. Nötronların ve su içindeki hidrojen atomlarının kütlelerinin yaklaşık eşit olması sebebiyle iki bilardo topunun elastik çarpışmasına benzer biçimde nötronlar yavaşlatılmaktadır. Gerçekte su, nötronları yavaşlatan nükleer moderatör - nükleer yavaşlatıcı (nuclear moderator) görevi üstlenmektedir. Ortamda su bulunmadığı zaman fisyon tepkimeleri ve nükleer reaksiyonları kontrolü de kaybolmaktadır. Örneğin, grafit moderatör menşeli reaktörler ile işletilen 1986 yılı Ukrayna Çernobil nükleer güç santrali NGS kompleksi patlaması, zincirleme nükleer kimyasal tepkimeler ve nükleer reaksiyonlar silsilesinin çığ gibi büyüdüğü çok ciddi küresel nükleer yakıt erimesi kazaları içinde yer almaktadır. Zincirleme nükleer reaksiyonlar tamamen sona erse bile nükleer fisyon sayesinde ortaya çıkan atomların radyoaktif bozunması kaynaklı sıcaklık nedeniyle nükleer yakıt erimesi devam etmektedir. Örneğin, söz konusu nükleer yakıt erimesi kazası 2011 yılı tsunami süpürtü dalgaları sonrası Japonya Fukuşima Daiçi geleneksel nükleer güç santrali NGS reaktörleri içerisinde oluşmuştur. Nükleer enerji reaktörleri ünitelerine soğutma suyu pompalayan acil durum jeneratörleri, dev bataryalar, aküler ve donanımları tsunami süpürtü dalgaları sularının altında kalarak çalışamaz hale gelmiştir. NuScale SMR nükleer enerji santrali yukarıda anlatılan küresel nükleer yakıt erimesi kazaları riskleri ve tehlikeleri vakalarını çok yönlü biçimde azaltmaktadır. NuScale mühendisleri reaktör kalbine soğutma suyu sağlayan pompalar ve ekipmanlarını ortadan kaldırarak doğal ısı nakli (natural convection) teknikleri ve yöntemlerini kullanmaktadır. NuScale Mühendisi Eric Young, nükleer güvenlik ve nükleer emniyet kriterleri açısından SMR nükleer elektrik santrali sistemleri kapsamında hareketli parçaların sökülüp atılması ile birlikte nükleer güç tesisleri kazaları olaylarının minimum düzeye indirildiğini bildirmektedir.
Düşük maliyetli, emniyetli ve güvenli 12 adet karbonsuz yeni nesil küçük modüler reaktör (Small Modular Reactor - SMR) nükleer güç santrali NGS ünitelerinin tek kontrol odası vasıtasıyla yönetimi aşağıdaki resimde görülmektedir.
Kaynak: NUSCALE POWER, LLC
Öte yandan, NuScale yeni reaktör muhafazası, kılıfı ve gövdesi de ileri düzeyde korunma sağlamaktadır. Konvansiyonel nükleer elektrik santrali reaktörleri montajı 40 metre çapında güçlendirilmiş betonarme reaktör koruma kabı içerisine yapılmaktadır. Karbonsuz SMR tesisi ise 4.6 metre genişlikteki çelik koruma kabı içine kurulmakta ve reaktör çapının çok daha küçük olması nedeni ile 15 kat yüksek basınçlara dayanıklılık göstermektedir. Nükleer reaktör koruma kapları büyük su havuzları içerisinde yer almaktadır. SMR üniteleri de derinliğine savunma felsefesi kapsamında nükleer güvenlik sistemi donanımları ve nükleer emniyet ekipmanları ile donatılmıştır. Örneğin, nükleer emniyet ve nükleer güvenlik acil durum müdahalesi gerektiğinde operatörler, türbinlerdeki buharı havuzun içinde bulunan ısı değiştiricileri - ısı eşanjörleri (heat exchangers)’ne doğru yönlendirmekte aynı zamanda nükleer reaktör kalbi ve çekirdeğinin soğutulması işlemini gerçekleştirmektedir. Normal nükleer reaktörler işletilmesi koşulları esnasında reaktör ve nükleer santral koruma kabı (containment vessel) arasındaki boşluk sayesinde termosa benzer biçimde reaktör kalbinin yalıtılması ve ısıtılması temin edilmektedir. Nükleer reaktör kalbi ve çekirdeği aşırı derecede ısındığı takdirde ise nükleer reaktör tahliye valfleri ve emniyet vanaları (relief valves) derhal açılmaktadır. Böylece, yüksek basınçlı buhar ve su, reaktör havuzuna ısı transferi yapılması suretiyle vakumlu bölgeye aktarılmaktadır. Dr Reyes, ısı geçişleri temin eden pasif nükleer güvenlik sistemleri ekipmanlarının sadece makul ve olası nükleer santral kazaları senaryoları için tasarlandığı işaret ederek nükleer reaktör kalbi ve çekirdeği çevresinin korunmasının sağlandığını belirtmektedir.
Yeni kuşak SMR kompleksi operatör müdahalesi olmayan,alternatif akım AC ya da doğru akım DC güç ve ilave nükleer reaktör soğutma suyu gerektirmeyen görüntüleri aşağıda şema halinde verilmektedir.
Kaynak: NuScale Firması
Nükleer reaktörün öngörüldüğü şekilde çalıştığını kanıtlamak için NuScale mühendisleri tarafından üçte bir ölçekli model SMR nükleer reaktörü kurulumu gerçekleştirilmiştir. Amerikan Oregon Eyalet Üniversitesi (Oregon State University - OSU) Nükleer Enerji Mühendisliği Bölümü laboratuvarının bir köşesinde 7 metre boyunda borular, valfler ve kablolardan ibaret gerçek SMR reaktörü modeli kurulduğunu açıklayan Mühendis Young, reaktör bilgisayar modellerinin geçerli kılınması yönünde Birleşik Devletler Nükleer Düzenleme Komisyonu (United States Nuclear Regulatory Commission - USNRC) tasarım güvenliği ve emniyeti değerlendirilmesi çalışmalarının yürütüleceğini bildirmektedir. Model reaktörün çekirdeği, nükleer yakıt yerine saç maşalarına benzer 56 adet elektrikli ısıtıcılar kanalıyla ısıtılmaktadır. NuScale SMR Reaktörü Deneme Grubu Yöneticisi Eric Young, sistemin büyük bir filtreli kahve makinesini andırdığını aynı zamanda deney düzeneğinin üç gün boyunca test edildiğini dile getirmektedir. Kanada Vancouver kentindeki British Columbia Üniversitesi (University of British Columbia) bilim insanı Fizikçi Prof Dr M. V. Ramana ise küçük reaktörler yapımları hakkında olumsuz bir görüş ortaya atmaktadır. Küçük kapasiteli reaktör üniteleri nükleer yakıtı uranyumun tonu başına elde edilen enerjinin düşük olduğunu vurgulayan Dr Ramana aynı zamanda nükleer reaktör işletme maliyetleri rakamlarının artarak doğası gereği NuScale reaktörleri ekonomik ölçekli avantajlarının kaybolduğunu açıklamaktadır. Diğer taraftan Dr Reyes, küçük boyutlu reaktör tesisleri vasıtasıyla çok yönlü endüstriyel kazanımlar sağlandığını ifade etmektedir. Örneğin, küçük kapasiteli reaktörler komplekslerinin tuzlu suyu tatlı suya dönüştürme nükleer tesisleri (nuclear desalination plants) ve sanayi prosesleri için sıcak su temini çalışmalarında kullanılması da olası görülmektedir. Aralıklarla kesintili enerji sağlayan YEK tabanlı çevreci RES türbinleri ve güneş panelleri devamlı artan kalkınmakta olan ülkelerin sürdürülebilir küçük elektrik şebekeleri ağlarının desteklenmesi açısından 12 adet modüler reaktörden oluşan baz yüklü karbonsuz NuScale nükleer güç tesisleri sistemlerinin önemli rol oynaması da beklentiler arasında sıralanmaktadır. NuScale yenilikçi nükleer elektrik enerjisi reaktörleri dizaynları doğrultusunda nükleer tasarımcılar yeni nesil nükleer güç santrallerin NGS kurulması ve işletilmesi hakkında çarpıcı inovatif nükleer değişiklikler ve yenilikçi nükleer dönüşümler yapmayı planlamaktadır. Amerika Nükleer Düzenleme Kurulu NRC yönetmelikleri uyarınca nükleer santral kontrol odası içinde ikiden fazla nükleer reaktörün yönetilmesine izin verilmemektedir. NuScale tipi nükleer güç santrali yönetimi için ise en az 6 operatöre gereksinim duyulmaktadır. NuScale nükleer enerji santrali kontrol odası vasıtasıyla bir düzine kadar daha basit, emniyetli ve güvenli reaktör idaresi mümkün olmaktadır. NuScale reaktörleri kıdemli işletme mühendisi Ross Snuggerud, SMR nükleer santralinin 6 kişi tarafından işletilmesi olasılığı karşısında otoritelerin esprili yaklaşım gösterdiklerini ifade etmektedir. Söz konusu nükleer elektrik santrali operasyonu ihtimalinin kanıtlanması bağlamında gerçek bir nükleer güç santralinin yönetilmesi için NuScale mühendisleri tam donanımlı reaktör kontrol odası kurmuştur. Nükleer reaktör kontrol odası, Willamette River nehri boyunca uzanan sanayi parkı içinde bulunan NuScale binasının ikinci katında yer almaktadır. SMR kontrol odası duvarları yüksek çözünülürlü son derece hassas dev monitorlar ile kaplanmış olup 12 adet gerçek reaktörün performansı izlenmektedir. Mühendis Snuggerud, model bir reaktör kazasını oluşturmak için dokunmatik ekranı harekete geçirmesi ile birlikte 12 reaktörün birinde reaktivite yani tepkisellik aniden maksimum düzeye ulaşmıştır. Nötronları absorblamak suretiyle fisyon reaksiyonları ve nükleer kimyasal tepkimeleri durduracak olan boron karbür ihtiva eden reaktör kontrol çubukları devreye girmemiştir. Böylece, alarm sesi duyulmuş ve uyarı lambaları yanıp sönmeye başlamıştır. Reaktör kalbi sıcaklığı son derece yüksek seviyelere çıkmıştır. Reaktör sıcaklığı otomatik olarak havuza doğru yönlendirilerek dakikalar içerisinde nükleer reaktör çekirdeği sıcaklıkları düşürülmüştür. Neticede SMR tesisleri kapsamında reaktör kalbi erimesi vakaları ya da nükleer yakıt erimesi kazaları vuku bulması imkȃnsız kabul edilmektedir. Ross Snuggerud; NuScale reaktörleri, nükleer emniyet ve nükleer güvenlik ölçütleri aynı zamanda reaktör çekirdeği bütünlüğünün korunması yönünden çok uygun niteliklere sahip olduğunu belirtmektedir. NuScale Şirketi, SMR nükleer güç tesisleri ünitelerinin güvenli ve emniyetli işletimine dair NRC yetkililerini ikna etmesi gerekmektedir. İki yıl önce 12000 sayfadan ibaret nükleer reaktör lisanslama müracaatı dökümanları NRC’ye sunulmuştur. NRC tarafından nükleer reaktör lisans başvuru belgeleri 2020 yılına kadar incelenmesi ve gözden geçirilmesi tamamlanarak sonuçlandırılması beklenmektedir. Sunulan SMR lisans müracaatı içeriği ile NuScale firmasının çok geniş kapsamlı nükleer deneyim ve tecrübesi de kanıtlanmaktadır. Dr Jose Reyes, Oregon Eyalet Üniversitesi - OSU’da iken iki adet konvansiyonel Westinghouse nükleer santral tasarımı lisanslandırılması için NRC’ye yardım etmiştir. Öte yandan, NuScale reaktör dizaynı onaylandığı takdirde 2014 yılından beri NRC tarafından lisanslanan ilk nükleer santral tasarımı olacaktır. NuScale Firması nükleer reaktör lisanslama uzmanı Carrie Fosaaen, 1500’den fazla resmi talebin yaklaşık %30’unun yanıtlandığını ifade etmektedir. Bayan Fosaaen, çok sayıda ciltlerden oluşan dökümanlar ile bir araya getirilen tasarımlarının çok farklı nitelik taşıdığını ve diğer nükleer lisans müracaatı yapan kuruluşlara örnek teşkil ettiğini belirtmektedir. NRC nükleer lisanslama yönetmelikleri, klasik reaktörün minyatür tipinin kurulması gerektiğini şart koşmaktadır. Kurulan prototip reaktör sayesinde yetkili düzenleyici kuruluşlara karışık nükleer donanımlar ve nükleer sistemler bertaraf edilerek NuScale tasarımının ne kadar güvenli ve emniyetli olduğu gösterilmektedir. NuScale şirketinin bazı talepleri de cesur ve gözüpek kabul edilmektedir. Örneğin, NuScale Firması, reaktörlerinin güce gerek duymadan kapanması nedeniyle ilave elektrik enerji desteği ihtiyacının olmadığı şirketin NRC lisans başvurusu içinde yer almaktadır. Benzer olarak NuScale Şirketi, nükleer santral sahası dışında iyonlaştırıcı radyasyonlar yayılması tehlikesi ve riski bulunmaması sebebi ile 32 kilometre genişlikteki bölgede yaşayan insanların acil tahliyesi ve ivedi boşaltılması (emergency evacuation) NRC yönetmelik hükmüne de karşı çıkmaktadır. Böyle bir NRC yönetmeliği değişikliği gerçekleşmesi halinde eyaletlerin elektrik üretim ve dağıtım şirketlerinin yoğun çevre kirliliği oluşturan baz yüklü kömürlü termik santraller yerine yenilikçi temel enerji kaynağı karbonsuz NuScale SMR nükleer güç santralleri kurmayı tercih etmeleri beklenmektedir. Diğer taraftan, Waghington, D.C. ‘de konuşlu Duyarlı Bilim İnsanları Birliği (Union of Concerned Scientists - UCS) üyesi Fizikçi Dr Edwin Lyman ise nükleer elektrik santralleri maliyetlerinin azaltılması yönünde NuScale Şirketi tarafından nükleer santral nükleer güvenlik ve nükleer emniyet kriterleri önlemlerinin soyulup soğana çevrildiğini ileri sürmektedir. Dr Lyman, yeni reaktörlerin çalışması ve işletilmesi koşulları tam anlamıyla bilinmeden NRC nükleer santral kazası acil durum tahliye ve boşaltma bölgesi maddesinin kaldırılması olasılığını sorumsuzluk olarak değerlendirmektedir. Ancak, Cambridge konuşlu Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (Massachusetts Institute of Technology - MIT) Nükleer Enerji Mühendisi Prof Dr Jacopo Buongiorno, reaktör lisansı onayına yönelik NuScale Firması taleplerini makul şekilde nitelendirmekle birlikte bazı nükleer güvenlik şartlarının kaldırılması isteğine ise oldukça olumsuz bakmaktadır. NuScale mühendisleri karbonsuz evrimsel nükleer güç santrali NGS inşaatı gerçekleştirmeyi sabırsızlıkla beklemektedir. NuScale Firması, 6 eyalettin 46 elektrik üretim ve dağıtım şirketini temsil eden Utah Birleşik Belediye Güç Sistemleri (Utah Associated Municipal Power Systems - UAMPS) konsorsiyumu ile geçici mukavele imzalamıştır. Geçici anlaşma uyarınca NuScale, UAMPS karbonsuz güç projesi kapsamında Idaho Şelaleleri (Idaho Falls) yakınlarındaki Amerikan Enerji Bakanlığı DOE adına faaliyet gösteren Idaho Ulusal Laboratuvarı (Idaho National Laboratory - INL) içinde 12 reaktörden ibaret SMR nükleer elektrik enerjisi tesisi kuracaktır. DOE nükleer enerji projeleri yürüten INL, bir nükleer reaktör modülü kompleksi içeriğinde bilimsel araştırmalar planlamaktadır. INL yönetimi diğer nükleer modülü de laboratuvar güç ihtiyacı karşılanması yönünde kullanmayı hedeflemektedir. Kalan 10 nükleer modül ise eyalet elektrik şebekesi ağı beslenmesi çerçevesinde devreye girecektir. UAMPS, yenilikçi SMR nükleer santralleri kurulması hakkında 2019 yılında karar verecektir. İnovatif küçük modüler reaktörler SMR nükleer elektrik santralleri inşaatları da 2027 yılında başlayacaktır. NuScale Firması yeni kuşak SMR nükleer enerji santrali talebi ve pazarının genişleyeceğini umut etmektedir. NuScale Şirketi Ticaret Müdürü Tom Mundy, inovasyona dayalı SMR elektrik santrali talep eden çok sayıda kuruluşun olduğunu ancak ilk müşteri olmak istemediklerini bildirmektedir. Birleşik Krallık (United Kingdom - UK) Sellafield konuşlu Ulusal Nükleer Laboratuvarı (National Nuclear Laboratory - NNL) 2014 yılı raporuna göre 2035 yılında küresel SMR santralleri nükleer güç üretimi kapasitesi profili rakamlarının 65 gigawatt - 85 gigawatt bandında olacağı tahmin edilmektedir. Ayrıca, SMR nükleer santralleri yapımları için sağlanması gereken finansman kaynakları bilançosunun ise 320 milyar dolar ve 510 milyar dolar arasında olması beklenmektedir. Öte yandan Arjantin, Çin, Rusya Federasyonu ve Güney Kore nükleer mühendisleri yenilikçi SMR tasarımları Araştırma - Geliştirme Ar-Ge çalışmaları yürütmektedir. Fizikçi Prof Dr Robert Rosner, uluslararası küçük modüler reaktör üniteleri dizaynları arenası alanında NuScale SMR tasarımlarının kalitesi ve mükemmeliyeti sayesinde dikkat çekeceğini ifade etmektedir. Ancak, baz yüklü NuScale reaktörlerinin başarı ritmini yakalaması bağlamında ucuz ve düşük maliyetli temel enerji kaynakları doğalgaz kombine çevrim santralleri kompleksleri ile ciddi rekabet etmesi de gerekmektedir. NuScale Firması, reaktör yapımı ve işletilmesi dahil olmak üzere toplam elektrik enerjisi maliyeti tarifesini megawatt-saat başına 65 dolar seviyesinde tutmayı amaçlamaktadır. SMR reaktörü güç üretimi maliyeti, doğalgaz termik santralleri elektrik enerjisi üretimleri maliyetleri rakamlarına kıyasla %20 daha fazla olmaktadır. Dr Rosner, global doğalgaz fiyatları tarifelerinin her zaman düşük kalmayacağını vurgulamaktadır. Örneğin, ülkelerin gelecekte karbon emisyonları ve karbondioksit salınımları fiyatı ilave etmeleri zorunluluğu nedeni fosil yakıtlı güç santralleri elektrik enerjisi üretimi maliyetleri de yükselecektir. Nitekim ABD MIT Enstitüsü 2018 raporu, karbon vergisi yürürlüğe girmesi halinde baz yüklü karbonsuz nükleer enerji santralleri ünitelerinin yine temel enerji kaynağı doğalgaz yakıtlı elektrik enerjisi kompleksleri karşısındaki rekabet gücünün artacağını işaret etmektedir. Diğer taraftan karbonsuz nükleer güç, çevreci yenilenebilir enerji kaynakları YEK menşeli rüzgar enerjisi santralleri RES sistemleri ve güneş enerjisi santralleri GES üniteleri ile son derece yoğun rekabet süreci yaşayacaktır. Dr Ramana, doğa dostu YEK tabanlı RES ve GES kompleksleri ünitelerinin giderek çok daha ucuz hale geldiğini belirtmektedir. Dr Lyman, NuScale şirketinin Amerikan Enerji Bakanlığı DOE kaynaklı ekonomik destekleri, mali sübvansiyonları ve finansal yardımları olan UAMPS projeleri gibi benzer programlara rağmen sadece az sayıda ulusal nükleer elektrik enerjisi müşterisi toplayacağını açıklamaktadır. Aynı zamanda Dr Lyman, küresel ekonomilerin istikrarsızlığı ve kararsızlığından dolayı dünya küçük reaktörler talebinin hızla artmasını da beklememektedir. Dr Reyes ise “YEK kökenli RES ve GES ünitelerinin sürdürülebilir enerji üretim kaynakları statüsüne çıkabilmeleri için fosil yakıtlı elektrik santralleri karbondioksit emisyonları karşısında önemli avantaj sağlayan temel yük kaynağı karbonsuz nükleer güç santralleri NGS reaktörleri sayesinde olacağını” çok sayıda enerji uzmanı görüşü olarak aktarmaktadır. Öte yandan, NuScale Şirketi Amerika Birleşik Devletleri genelinde nükleer enerji hamlesi ve nükleer güç adımları atmayı planlanmasına karşın asıl nükleer elektrik talebinin Atlantik Okyanusu kıyılarının diğer yakasından geleceğini öngörmektedir. Örneğin, karbondioksit emisyonlarının dizginlenmesi, kontrol ve denetim altına alınması bağlamında Büyük Britanya yönetimi 2025 yılına kadar son kalan 7 adet baz yüklü kömür yakıtlı termik santraller sistemlerinin kapatılmasını taahhüt etmektedir. İngiliz kömürlü güç santralleri yerine yeni nesil gaz kombine çevrim santralleri ikȃmesi programlanması karşısında Amerikan NuScale Firması, İngiltere Hükümeti yetkililerini karbonsuz nükleer elektrik santralleri seçeneği konusunda ikna etmeye çalışmaktadır. Tüm yenilikçi nükleer teknoloji girişimleri ve atılımları ile birlikte NuScale Güç Firması küçük modüler reaktörler üniteleri klasik konumlarını da muhafaza etmektedir. Örneğin, bir kez yakılan geleneksel ticari reaktör nükleer yakıtları kullanılmakta ve güvenli biçimde yüksek aktiviteli nükleer atıkların yok edilmesi sağlanmaktadır. Öte yandan, yaklaşık 30 yıldan beri Nükleer Enerji Mühendisleri sınırsız nükleer yakıt arzı sağlanması için hızlı nükleer reaktörler tasarımları ve hızlı üretken reaktörler (Fast Breeder Reactors - FBR) dizaynları üzerinde çalışmaktadır. FBR nükleer santralleri, sürdürülebilir küresel nükleer yakıt arz güvenliği sağlaması yanında çok daha az uzun yarı ömürlü radyoaktif atıklar meydana getirmektedir. Günümüzde düzinelerce ileri hızlı reaktörler dizaynları yoluyla eski nükleer güç santralleri NGS kompleksleri sistemlerine nazaran inovasyona dayalı çok güvenli ve düşük maliyetli nükleer elektrik tesisleri kurulmaya çalışılmaktadır. Tipik nükleer reaktör uranyum yakıtı, %5 den daha az Uranyum-235 (U-235) izotopu içermektedir. Nükleer çekirdek parçalandığında ya da nükleer fisyon tepkimeleri oluştuğunda enerji ve nötronlar salınmaktadır. Sulandırılmış nükleer yakıt ile sürdürülebilir nükleer zincir reaksiyonları sağlanması sadece nötronların reaktör soğutma suyu sayesinde yavaşlatılmasına bağlı konumda bulunmaktadır. Nükleer reaktör soğutma suyu yavaşlatıcı - moderatör (moderator), diğer nükleer çekirdeklerin bozunması yönünde nötronların nükleer yakıt etkileşme olasılıklarını artırmaktadır. Tam tersi biçimde hızlı reaktörler ise çok daha zenginleştirilmiş Uranyum-235 veya Plutonyum-239 (Pu-239) kullanarak moderatör olmaksızın çalıştırılmaktadır. Her iki nükleer yakıt da bol ve bereketli nötronlar üretmektedir. Hızlı üretken reaktörler Uranyum-235 çekirdeğine daha fazla nötron yağdırmak (neutron shower) suretiyle zengin ve verimli nükleer yakıtlar üretmektedir. Ayrıca, Uranyum-235 fisil Plutonyum-239’a dönüştürülerek nükleer yakıtın tekrar işlenmesi olası durumunu da gelmektedir. Atomik çağın başları olan 1950’li yıllarda uzmanlar bir gün nükleer enerjinin dünya güç profili kapsamında önemli yer tutacağını varsaymıştır. Ayrıca, global uranyum yakıtı kıtlığı ve darlığı önlenmesi çerçevesinde baz yüklü karbonsuz hızlı üretken reaktörler (Fast Breeder Reactors - FBR) kurulması için nükleer enerji uzmanları çaba göstermiştir. Bununla beraber hızlı reaktörlerin yönetimi son derece kompleks ve zorluklar ihtiva etmektedir. Örneğin, hızlı üretken reaktörlerin soğutulması için sıvı sodyum ve erimiş tuz kullanılmaktadır. Yoğun kimyasal dönüşüm prosesleri nedeni ile çok sayıda tehlikeli ve riskli atıklar oluşmaktadır. Ayrıca kapalı nükleer yakıt çevrimi, plütonyum için global nükleer silah marketi kurulması anlamına gelmektedir. Global atom bombaları yapımı kapsamında tercih edilen radyoaktif maddeler arasında küresel plutonyum nükleer yakıtları artması ise uluslararası nükleer silahların üretilmesi ve yaygınlaşması yönündeki kamuoyu kaygılarını körüklemektedir. Şimdiye kadar sadece 19 adet küresel hızlı reaktörler çalıştırılması gerçekleştirilmiştir. Günümüzde ise 3 adet Rusya Federasyonu, bir adet Çin ve 1 adet de Hindistan olmak üzere sadece üç ülkede hızlı üretken reaktörler işletilmesi sağlanmaktadır. Klasik su soğutmalı reaktörler ünitelerine benzer şekilde mühendisler hızlı reaktörler için küçük modüler reaktör tasarımları Ar-Ge faaliyetleri yürütmektedir. Küçük hızlı üretken modüler reaktörler dizaynları içeriğinde plutonyum üretimi de yapılmaktadır. Ancak, yeni nükleer yakıt çevrimi prosesi bertaraf edilerek üretilen plutonyum küçük hızlı reaktör içinde yakılmaktadır. Bununla beraber gelecekteki ileri hızlı reaktör projeleri yatırımlarının dünya çapında yaygınlaşması da kaygı uyandırmaktadır. Prof Dr Allison Macfarlane ise hızlı reaktör tasarımları yoluyla son derece yüksek iyonlaştırıcı radyasyon yayan nükleer atıkların yok edilmesi sorunlarının ortadan kalkacağını ifade etmektedir. Ayrıca, Nükleer Mühendis Prof Dr Jacopo Buongiorno, global uranyum nükleer yakıt arz güvenliği sorunları yaşanmadığını işaret ederek Amerika Birleşik Devletleri dahil olmak üzere hiçbir ülkede hızlı reaktörler kurulması gereği bulunmadığını vurgulamaktadır. Sonuçta, yerkürenin ısınmasının durdurulması ve dünya ekolojik denge koşullarının korunması bağlamında küresel elektrik enerjisi kompozisyonu içinde %11 düzeyinde yer alan global karbonsuz nükleer güç payı gelecekte artacağı da olası sayılmaktadır.
Kaynaklar:
- «Yeni Nesil Nükleer Güç Reaktörleri”, Ahmet Cangüzel Taner Radyasyondan
Korunma Derneği Yayınları RKD , Yararlı Bilgiler, 2013.
-“Kâinat, İnsan Ve İyonlaştırıcı Radyasyonlar », Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler 2014.
-« Dünya Elektrik Arz Güvenliği Sıkıntıları Çözümü Perspektifleri Kapsamında Yüzer Karbonsuz Yeni Nesil Nükleer Enerji Santralleri Kurulması Çalışmaları Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2014.
- “Çin Nükleer Güç Programı ve Nükleer Enerji Planlaması Kapsamında Karbonsuz Baz Yük Kaynağı Nükleer Güç Santralleri NGS Nükleer Güvenlik Kıstasları ve Nükleer Radyasyon Güvenliği Zafiyetleri », Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler 2014.
- “Atom, Radyoaktivite, Radyoizotoplar ve İyonlaştırıcı Radyasyon Çeşitleri »”, Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler 2014.
Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler 2014.
-“İyonlaştırıcı Radyasyonların Biyolojik Etkileşme Mekanizmaları », Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler 2014.
-“Nükleer Atık Yönetimi (İdaresi) », Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2015.
- «Radyoaktif Atıkların Nihai Depolanması”, Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2015.
«Global Uranyum Zenginleştirme Programları Çerçevesinde Küresel Nükleer Kontamine Sahaları Temizleme ve Radyoaktif Atık Yönetimi Çalışmaları, Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2015.
-“Amerika Nükleer Güç Santralleri NGS Çalıştırılması Sonrası Ortaya Çıkan Tüketilmiş Radyoaktif Uranyum Yakıtlarının Nükleer Atık İdaresi Kapsamında Yok Edilmesi Problemleri”, Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2015.
- “Finlandiya Radyasyon ve Nükleer Güvenlik Kurumu Yönetimi Denetiminde Yüksek Seviyeli Radyoaktif Atıkların Saklanması, Yok Edilmesi ve İmhası”, Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2017.
-“Global Nükleer Güç, Atom Çağı ve Radyoizotopların Keşfi Süreci Önemli Araştırıcıları Arasında Sayılan 1938 Nobel Fizik Ödülü Sahibi Dr Enrico Fermi », Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2018.
Cangüzel Taner, Radyasyondan Korunma Derneği RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2018.
Cangüzel Taner, Radyasyondan Korunma Derneği RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2018.
-Science Dergisi, 21 Şubat 2019.
Ahmet Cangüzel Taner
Fizik Yüksek Mühendisi
Radyasyondan Korunma Derneği (canguzel.taner@gmail.com)