DÖRDÜNCÜ NESİL KÜÇÜK MODELLER REAKTÖRLER (SMR) TİCARİLEŞMEYE BASKAMİSTİR: SÜREÇTE GERİ KALMAMAK İÇİN TORYUM YAKİTİ REAKTÖR TASARIM CALİSMALARİ ULUSAL PROJE KAPSAMINA ALİNMALİDİR

Birim kWh enerji maliyetini düşürmek için geleneksel reaktörlerin güçleri zaman içinde 1200-1700 MWe’ye kadar yükselmiştir.

Artan yüksek güç kapasitesi inşaat maliyetlerinin aşırı artmasına ve inşaat sürelerinin çok uzamasına yol açmıştır.

Diğer taraftan birden fazla büyük güçlü reaktörün bir arada işletilmesi bir kaza durumunda, Fukishima’da yaşandığı gibi, kontrol zorlukları yaratabilmektedir.

Ayrıca, ışınlanan yakıt çubukları üzerinde nükleer silah üretminde kullanılan plütonyum oluşmaktadır.

Ömürlerini tamamlayan reaktörlerin söküm, taşıma ve bertaraf sorunları ve artan atıklar nükleer teknoloji sahibi ülkeleri yeni arayışlara yönlendirmiştir..

Küçük güçlü reaktörlerin uzun yıllardır denizaltılar, uçak gemileri ve buzkıran gemilerinde önemli bir sorun yaşanmadan kullanması yeni çağrışımlara yol açmıştır.

Bu küçük güçlü özel reaktörler, IV.Nesil Küçük Modüler Reaktörlerin öncüleridir.

“Küçük Modüler Reaktörler (Small Modular Reaktors-SMRs) teorik kapasiteleri 1000 MWth, elektrik üretim kapasiteleri ise 300 MWe’ı aşmayan su, gaz, sıvı metal (sodyum, kurşun) soğutmalı fisyon reaktörleridir.

Bu reaktörlerde genellikle %15’i aşmayan zenginlikte U235 yakıtı kullanılmaktadır.

Aslında ABD ve Sovyetler Birliği’nde 1950 li yıllarda elektrik üretmek amacıyla imal edilen ilk reaktörler de küçük reaktörlerdi.

Geleneksel büyük güçlü reaktörler, bir asma köprü veya bir hidroelektrik santral inşaat projesi gibi büyük oranda proje mahallinde ve uzun sürede üretilen tesislerdir.

Küçük modüler reaktörler ise, yolcu uçaklarının hangarlarda, yolcu gemileri ve süper tankerlerin tersanalerde üretildiği gibi, reaktör üretimleri büyük çapta fabrikalarda yapılmakta, proje sahasına taşınarak kısa sürede montajı yapılmakta ve işletmeye alınabilmektedir.

Geleneksel yüksek kapasiteli reaktörler, türünün tek örneği olduklarından, ana parçalar ayrı ayrı üretildikten sonra tesis sahasına taşınmakta, montaj ve işletmeye alma süreleri 5 yıl ve daha fazla olabilmektedir.

Küçük modüler reaktörler (KMR’ler) ise seri üretime uygun modüler yapıda tasarlanmakta ve üretilebilmektedir.

KMRlerde yakıt çubuklarını taşıyan kor-reaktör kalbi, buhar ve basınç kabı ile ısı değiştiriciler çelik koruyucu kap içinde tüm borulama işlemleri ile birlikte kompakt bir şekilde fabrika ortamında üretilmekte, tesis sahasına taşınarak kısa sürede montajları yapılabilmektedir.

KMR’lerin geleneksel büyük güçlü reaktörlere göre diğer avantajları :

-Sera gazı üretmeyen enerji üretim tesisleridir.

-Baz elektrik yükü özelliğine sahip üretim tesisleridir.

-Kapasiteleri küçük olduğundan ilk yatırım maliyetleri düşük olup, kredi temin kolaylığı sağlarlar.

-Tasarımları daha basit, kompakt ve seri üretime uygundur.

-Dışardan operatör müdahalesine gerek kalmadan pasif güvenlik altında çalışabilmektedir.

-Kapasite faktörleri geleneksel reaktörlere göre daha yüksektir,

-Modüler bir yapıya sahip olduklarından ihtiyaç halinde kapasitelerini hızla artırmak mümkündür.

-Büyük tesis alanı gerektirmezler(aynı kapasitesideki GES ve RES’lre göre alan ihtiyacı 1/100 kadardır).

-Soğutmanın gaz veya ergimiş metalle yapıldığı reaktörlerde soğutma suyuna ihtiyaç duyulmaz.

-Tesisin mutlaka bir su kaynağı yakınına kurulması zorunluluğu yoktur.

-Reaktörün montaj sahasına karayolu ile de taşınması mümkündür.

-Ekonomik ömrü tamamlandıktan sonra bir bütün halinde sökümü ve bertaraf sahasına taşınması daha kolaydır.

-Kullanılmış yakıt çubukları az miktarı olduğundan nükleer silah yapımına uygun değildir.

-Avrupa Birliği düşük karbon ayak izleri nedeni ile KMR’leri yeşil yatırım olarak kabul etmiştir.

-KMR’ler, mevcut iletim hatlarından da yararlanmak üzere, kullanım süresi dolmuş herhangi bir fosil yakıt santral sahası yerine de kurulabilmektedir.

-Ana iletim hatlarından uzak mahallerde, bağımsız kapalı çevrim şebekesi şeklinde baz güç kaynağı olarak, kritik stratejik tesislerde güvenli kullanılma imkanı sağlamaktadır.

-KMR’lerin doğrudan elektrik enerjisi üretimi yanında, deniz suyundan tatlı su elde edilmesi, yüksek ısı gerektiren alanlarda proses ısısı sağlanması ve sudan elektroliz yoluyla hidrojen üretilmesinde de kullanılmaları mümkündür.

-Geleneksel büyük reaktörlere göre devreye alınmaları ve devreden çıkartılmaları daha kolay olduğundan, yenilenebilir enerji kaynakları ile hibrit kullanılma imkanları vardır.

KMR’lerin tasarım çalışmaları 2000 yılında, AB Euratom ve ABD Enerji Bakanlığı (DOE) öncülüğünde, nükleer teknolojiye sahip 12 ülkenin katılımı ile “IV. Nesil Reaktörler İçin Forum (Forum-GIF)”kapsamında başlatılmıştır.

GIF kapsamında mevcut 130 kadar nükleer reaktör tasarım çalışması, 100 kadar uzman ile sürdürülebilirlik, rekabet gücü, güvenlik, güvenilirlik, silah yapmaya uygun olup olmama gibi kriterler açısından değerlendirilmiş ve IV. Nesil Modüler Reaktör konsepleri olarak aşağıdaki 6 konsept üzerinde görüş birliğine varılmıştır. Bu konsepler:

-Ergimiş Tuz Reaktörleri (ETR),

-Sodyum Soğutmalı Hızlı reaktörler,

-Süper Kritik Su Soğutmalı Reaktörler,

-Gaz Soğutmalı Hızlı Reaktörler,

-Kurşun Soğutmakı Hızlı reaktörler,

-Yüksek Sıcaklık Gaz Soğutmalı Reaktörler.

Bu küçük modüler reaktörler, teknolojisi bilinen ve kabul görmüş çoğu lisanslı geleneksel büyük güçlü reaktörlerden ölçeklendirilerek üretilecek reaktörlerdir.

Bu reaktörlerin konsept tasarımı ve prtotip imalatlarının yapılmasında GIF katılımcı ülkeleri konsorsiyumlar şeklinde çalıştıkları gibi, projelerini bireysel yürüten ülkeler de vardır.

Bu projeler çok büyük kaynak gerektirdiğinden, ilgili ülkelerin desteği ile

doğrudan özel sektör, kamu araştırma kuruluşları veya üniversiteler tarafından yürütülmektedir.

ABD’de halen 18 farklı KMR projesi üzerinde çalışılmaktadır.

Bunlardan 6’sı detaylı tasarım çalışmasını ve prototip imalatını tamalayarak lisans için NRC (Nuclear Regulatory Commission)’ye başvurularını yapmıştır.

Bu projelerden, ABD Enerji Bakanlığı ve Oregon Üniversitesi ortak projesi olan “NuScale” ile, General Elektrik(GE) ve Hitachi ortak projesi BWRX-300 reaktörleri lisans almaya en yakın tasarımlardır.

Bu konsorsuyumlar şimdiden çok hızlı bir tanıtım ve pazarlama faaliyetine başlanmıştır.

Bu tanıtım kapsamında ABD, Türkiye, Kazakistan ve Özbekistan enerji bakanlıkları ilgililerinin katılımı ile 5-6 Nisan 2022 tarihlerinde yapılan ortak bir webinarda yürütülen KMR çalışmaları üzerinde görüş paylaşımı olmuş ve Amerika tarafı lisans almaya yakın yukarıda anılan projelerini tanıtmıştır.

Bu webinarı benim de izleme imkanı bulmam bu makalenin yazılmasına yol açmıştır.

Rusya’nın çoğu ülkeden önce çok sayıda KMR projesi üzerinde çalışmakta olduğu bilinmektedir.

Bu projelerden KLT-40S küçük modüler reaktörü, 2020 yılında lisans alan ilk KMR’üdür.

Bir Rus yapımcı firma, İki adet KLT-40S reaktörü ile 150MW termal kapasiteli, ağırlığı 21500 ton olan bir yüzer nükleer santralı imal etmiştir.

Bilim insanı Mikhail Lomonosov’a atfen “Akademik Lomonosov” olarak bilinen bu yüzer santral, halen Doğu Sibirya’da Chukotka Bölgesinde Pevek Limanında demirli olarak elektrik üretmeye devam etmektedir.

Bu santral, ihtiyaca göre limanlar arasında yer değiştirebilecek niteliktedir.

Rusya uzun süredir KLT-40S reaktörlerini buzkıran gemilerin tahrikinde kullanmakta olduğundan, modüler reaktör üretiminde önemli bir yetkinlik kazanmıştır.

Çin’in de önemli sayıda farklı consept KMR üzerinde çalıştığı açık kaynaklardan bilinmektedir.

Birleşik Krallık Rolls-Royce firması da 440 MWe kapasitesindeki

UK-SMR reaktörünün detaylı tasarım çalışmalarını tamamlamıştır.

Projeyi destekleyen Birleşik Krallık Enerji Bakanlığı ile ticari görüşmelere başlamıştır.

Nükleer kapasitesi olan diğer ülkeler de benzer çalışmalarını sürdürmektedir.

2030 yılı itibarı ile bir çok sayıda SMR uluslararası ticari rekabete açılacaktır.

Özellikle Avrupa Yeşil Mutabakatı kapsamında KMR’lere yeşil ışık yakılması, Rusya’ya olan enerji bağımlılığını azaltma isteği ve halen yaşanan enerji krizi, önümüzdeki yıllarda KMR’lerin hızlı ticarileşmesine yol açacaktır.

Türkiye de çeşitli yollarla KMR’lerin gelişim sürecinini izlemeye çalışmış ancak, bir ulusal proje oluşturamamıştır.

GIF’ın uygun gördüğü 6 konsepten biri olan Ergimiş Tuz Reaktörleri (ETR) projesi Türkiye’nin yakın ilgisini çekmektedir.

Çünkü ETR, toryum yakıtlı reaktörlerinin gelişmesini sağlayacak bir konseptir.

ETR konsept tasarım çalışmaları, 2015-2019 yılları arasında tamanlanmak üzere, bazı AB ülkeleri konsorsuyumu tarafından desteklenmiş ve proje koordinatörlüğünü Hollanda Delft Teknik Üniversitesi yapmıştır.

“Safety Assessment of MSFR” veya kısa adıyla SAMOFAR olarak bilinen bu projeye TÜBİTAK izleme başvurusu yapmış ve 2016 yılında gizlilik anlaşması imzalanarak Türkiye’den FİGES A.Ş. firması bu projeye izleyici olarak katılmıştır.

FİGES A.Ş, projenin ısı değiştirici hesaplamalarını yapmış ve bu konuda bir yetkinlik kazanmıştır.

Diğer taraftan, Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı EÜAŞ’ın yurt dışında faaliyet gösteren ICC şirketi, İngiliz Rolls-Royce’un liderliğini yaptığı ve lisans almaya çok yakın UK-SMR projesi ile bir işbirliği mutabakat anlaşması imzalamıştır.

Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı Kümelenme ve Destek Programı kapsamında Ankara Sanayi Odası bünyesinde kurulan “Nükleer Sanayi Kümelenme Projesi” kapsamında kurulan NÜKSAK İktisadi İşletmesi de bu gelişmeleri izlemektedir.

Ergimiş Tuz Reaktörleri (ETR) konsepti “Toryum Yakıtlı IV.Nesil Reaktörler”in esasını teşkil ettiğinden, Ankara Sanayi Odası (ASO) Toryum Yakıtlı Ergimiş Tuz Reaktörleri konusunda bir kamu oyu yaratma çalışması başlatmıştır.

Bu konudaki faaliyetlerinin ilki, 2021 yılı Mayıs ayında “Türkiye Toryum Yakıtlı IV.Nesil Nükleer Reaktör Yapmak İçin Yola Çıkıyor “başlığı altında yürütülmüştür.

Toryum yakıtlı ETR’lerin atıkları U235 yakıtlı geleneksel reaktörlere göre çok daha düşük ve termal verimlerinin daha yüksek olduğu bilinmektedir.

ETR’ler,10MWe’den başlayıp, 300MWe’ye kadar çeşitli güçlerde üretildiğinde kimya sanayiinde proses ısısı elde edilmesi, hidrojen üretimi, deniz suyu arıtımı ve elektrik üretimi gibi çok farklı alanlarda ve amaçlarda kullanılabilecektir.

İlerde uçak, kargo gemileri ve denizaltıların tahrikinde de önemli bir güç kaynağı olarak kullanılma imkanı olabilir.

Bu nedenlerle Türkiye, Ergimiş Toryum Yakıtlı IV.Nesil SMR üretim çalışmalarını savunma sanayi projelerinde olduğu gibi bir devlet projesi olarak yürütmelidir.

Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı Türkiye Enerji, Nükleer ve Maden Araştırmaları Kurumu (TENMAK) undan daha fazla geç kalmadan böyle bir ulusal projenin hazırlanması için girişimde bulunması beklenmektedir.

Çin ve Hindistan’ın toryum yakıtlı SMR’ler üzerinde önemli gelişmeler sağladığı bilinmektedir.

Türkiye’nin Çin’le işbirliği yolları araması bu projenin hızlı gelişimine katkı sağlayacaktır.

Diğer taraftan toryum reaktörleri ticarileşinceye kadar Sinop ve İğneada’da kurulması planlanan yeni nükleer güç santrallarının, Akkuyu’daki gibi geleneksel büyük reaktörler yerine, KMR konseptindeki reaktölerden oluşması ve geliştirilmelerinin lisans sahibi ülke ile birlikte yapılması yararımıza olacaktır.

Toryuma dayalı teknoloji barışcıl, yeşil ve daha az atık üreten bir teknolojidir.

Küresel toryum rezervinin %22’si Türkiye’dedir.

Bu imkanı değerlendirme zamanı gelmiştir.

Çok önemli bir doğal kaynağımız atıl olark toprak altında beklemektedir.

Artan fiyatlar nedeniyle 2022 yılı ilk üç ayında enerji ithalatı için harcanan kaynak 25 milyar dolardır.

Prof.Dr.Yusuf Zeren

Yararlanılan Kaynaklar:

Eurolectric Türkiye Termik ve Nükleer Çalışma Grubu, 2021. SMR Küçük Güçlü Reaktörler(www.tesab.org.tr).

Kutakrock, 2017. Small Modular Reactors: Adding Resilience at Federal Facilities.

Ültanır, M.Ö., 2022. Küresel Isınma ve Enerji Sorunu Çözümsüz Değildir(www.ultanirplatformu.com).