hrvatski

Održivi razvoj nuklearne energetike utemeljen na raspoloživim količinama plutonija za pogon brzih oplodnih reaktora

Održivi razvoj nuklearne energetike utemeljen na raspoloživim količinama plutonija za pogon brzih reaktora bavi se područjem razvoja novih generacija brzih reaktora u budućem vremenskom razdoblju do kraja 2100 godine. Glavni dio ovog rada bavi se područjem brzih reaktora i reaktora s rastaljenim solima. Njihovim doprinosom u ukupnom razvoju nuklearne energetike ostvaruje se značajno povećanje ukupne proizvedene el.energije iz ovih izvora. Razvojem energetike u 21. stoljeću dolazi se do povećanja ukupne proizvodnje i potrošnje električne energije koja se postupno povećava zbog povećanja ukupnog broja stanovnika, ali i njihova standarda. Pregledom odgovarajuće literature dolazi se podatka kako će povećanje ukupne potrošnje energije rasti za 2, 3%a a posljedica toga biti će povećanje ukupnih emisija CO2 za 1, 7%. Značajan udio u ukupnoj potrošnji energije odnosi se na električnu energiju koja će rasti za 4% u ovom vremenskom razdoblju. Preme izvještaju Međunarodne agencije za energiju (International Energy Agency – IEA) značajan udio proizvedene električne energije ostvariti će se pogonom elektrana na fosilna goriva, a to bi trebalo uzrokovati povećanje od 2, 5% emisija CO2 godišnje u atmosferu. Značajan doprinos smanjenju ukupnih emisija stakleničkih plinova trebao bi se ostvariti izgradnjom i pogonom nuklearnih izvora električne energije kao što su lakovodni reaktori i brzi oplodni reaktori. Istraživanja koja su obuhvaćena temom ovog rada bave se pronalaskom rješenja klimatske krize primjenom značajnog udjela nuklearnih i obnovljivih izvora električne energije u vremenskom periodu od 2015 do 2100 godine. Osnovni dio teme ovog rada bavi se područjem razvoja novih nuklearnih izvora električne energije koji će značajno smanjiti ukupne emisije stakleničkih plinova u promatranom vremenskom razdoblju. Tema ovog rada je razvoj scenarija proizvodnje i potrošnje električne energije za veliko vremensko razdoblje, s scenariji koji su obuhvaćeni ovim istraživanjem su sljedeći: WEO – CPS (Current Policies Scenario), WEO – NPS (New Policies Scenario) i WEO – 450Sc (450 Scenario). Prvi dio ovog rada sastoji se od razvoja snage fosilnih izvora energije u vremenskom razdoblju od 2015 do 2100 godine. Drugi dio ovog razdoblja značajno će se oslanjati na lakovodne reaktore (LWR) koji će koristiti dosad poznate otvorene nuklearne gorivne cikluse. Dok treći i najznačajniji dio se bavi razvojem i pogonom brzih oplodnih reaktora (FBR) kao osnovih izvora električne energije u vremenskom periodu od 2065 do 2100 godine. Četvrti dio ovog rada analizira razvoj reaktora s rastaljenim solima (MSR) u periodu od 2065 do 2100 godine. Dok peti dio ovog rada se sastoji od razvoja novih obnovljivih izvora energije u većem vremenskom period. Razvoj lakovodnih i brzih oplodnih reaktora ograničen je konvencionalnim zalihama urana. Tako da je analiza pojedinih scenarija napravljena sa svrhom određivanja raspoloživih zaliha nuklearnmog goriva do kraja ovog stoljeća. U prvom dijelu ovog rada napravljena je analiza potrebnih podataka o sadašnjem i budućem broju brzih reaktora u svijetu sa zadatkom njihova povećanja. Pregledom literature i dostupnih referenci dobiveni su početni podaci o njihovom razvoju u bližoj budućnosti. Kasnije, razvojem scenarija dobiveni su potrebni podaci o povećanju ukupne snage brzih reaktora u svijetu. Razlog povećanja ove snage su potrebe za električnom energijom u idućem velikom vremenskom periodu. Analizom dostupnih podataka dobiveni su potrebni podaci, kao i smjernice u pogledu njihova budućeg razvoja. Tema ovog rada bavi se razvojem nekoliko različitih scenarija koje uključuje povećanje snage pojednih izvora energije u vremenskom razdoblju od 2015 do 2100 godine. Svrha razvoja novih scenarija bila je smanjenje snage i proizvodnje električne energije iz fosilnih izvora, te povećanje ovih vrijednosti iz nuklearnih i obnovljivih izvora energije. U prvom dijelu ovog vremenskog perioda od 2015 do 2065 godine značajnu ulogu u proizvodnji električne energije, potrošnji urana i proizvodnji plutonija trebali bi imati lakovodni reaktori. Dok je drugi dio vremenskog perioda od 2065 do 2100 godine period u kojem dolazi do početka i povećanja proizvodnje električne energije iz brzih oplodnih reaktora uz manju pomoć reaktora s rastaljenim solima. Ovi reaktori bi trebali postati jedan od glavnih izvora električne energije koji će preuzeti jedan manji udio u njenoj ukupnoj proizvodnji uporabom zatvorenih nuklearnih gorivnih ciklusa i značajnijim uštedama konvencionalnih zaliha nuklearnog goriva zbog budućih energetskih potreba tih sustava. Brzi oplodni reaktori su izvori električne energije koji bi u budućnosti trebali preuzeti vodeću ulogu u ukupnoj proizvodnji ovog oblika energije uzimajući u obzir razvoj novih gorivnih ciklusa. Ovi nuklearni izvori trebali bi se razvijati koristeći nekoliko različitih koncepata kao što su: reaktori hlađeni vodom s nadkritičnim parametrima (SCWR), brzi reaktori hlađeni tekućim natrijem (SFR), brzi reaktori hlađeni plinom (GFR), visoko-temperaturni reaktori hlađeni plinom (VHTR), brzi reaktori hlađeni tekućim olovom (LFR), te brzi reaktori s rastaljenim solima (MSR). Razvojem i uporabom zatvorenih gorivnih ciklusa, konvencionalne zalihe urana i nastali plutonij trebali bi biti dostatni za njihov normalan razvoj do kraja ovog stoljeća. Razvojem koncepta i metodologije istraživanja dobiveni su standardni modeli koji omogućavaju razvoj snage svih izvora električne energije do 2100 godine. Zasnivaju se na modelu početnog razvoja lakovodnih reaktora i kasnijeg razvoja brzih reaktora i reaktora s rastaljenim solima do 2100 godine. Važan dio ovog koncepta je ponovno korištenje urana i plutonija korištenog za pogon lakovodnih reaktora, te kasniji pogon brzih reaktora. U ovom dijelu rada analizirane su relativne i ukupne količine istrošenog urana, te dobivenog plutonija. Posebno poglavlje rada bavi se proizvodnjom plutonija radom lakovodnih reaktora, te njihovom dostatnosti za pokretanje i rad brzih reaktora. Glavni dio ovog rada sastoji se od poglavlja razvoja scenarija snage i proizvedene električne energije. Razvojem ovih scenarija dobiveni su odgovarajući podaci o povećanju ukupne snage fosilnih, nuklearnih i obnovljivih izvora električne energije u budućnosti. Na temelju ovih podataka, napravljen je proračun godišnje i ukupne potrošnje nuklearnog goriva. Ovdje su dobiveni podaci o dostatnosti zaliha nuklearnog goriva kao što su zalihe urana i torija. Analizom ukupne potrošnje ovih zaliha dobiveni su podaci o najvećem postotku povećanja snage i proizvodnje električne energije iz ovih izvora. Kako se tema ovog rada bavi potrebnim količinama plutonija za pokretanje potrebnog broja brzih reaktora, u jednom poglavlju je analizirana dostatnost ovog fisibilnog materijala potrebnog u njihovom povećanju proizvodnje el.energije. Povećanje snage pojedinih izvora električne energije sastoji se od povećanja snage fosilnih, nuklearnih i obnovljivih izvora energije. Povećanje instalirane snage lakovodnih reaktora (LWR), brzih reaktora (FBR) i reaktora s rastaljenim solima (MSR) određeni su za sva tri anlizirana scenarija do 2100 godine. Povećanje ukupne snage ovih reaktora odvijalo se u smjeru niskog i srednjeg povećanja kao srednjišnjeg dijela ovog rada. Jedan od glavnih cijleva ovog rada bilo je smanjenje ukupne snage fosilnih elektrana, te povećanje snage brzih reaktora i reaktora s rastaljenim solima. Značajan dio ovih ciljeva ostvaren je razvojem novih scenarija u proizvodnji električne energije povećanjem postotka snage povećanja brzih reaktora i reaktora s rastaljenim solima uz važan doprinos lakovodnih reaktora do 2100 godine. Povećanje snage nuklearnih izvora energije kao što su brzi reaktori i reaktori s rastaljenim solima ostvareno je niskim i srednjim vrijednostima ovih snaga do kraja ovog perioda. Značajno ograničenje povećanju tih vrijednosti ostvareno je uporabom samo konvencionalnih izvora urana. Povećanje proizvodnje električne energije radom lakovodnih i brzih oplodnih reaktora postignut je temeljni cilj održivog razvoja energetike u svijetu unutar prethodna tri scenarija. Značajan doprinos ostvaren je razvojem interpolacijske funkcije snage, te proizvedene električne energije brzih oplodnih reaktora i reaktora s rastaljenim solima. Razvojem CPS, NPS i 450Sc dobiven je značajan doprinos razvoju novih nuklearnih izvora energije za vremenski period do 2100 godine. Povećanjem ukupne snage i stupnja kapacitivnosti ovih snaga ostvareno je nisko i srednje povećanje proizvodnje električne energije u tom period. Ukoliko bi se ostvario razvoj koji je određen u NPS i 450Sc onda je utjecaj ovih izvora energije značajan do 2090 godine, ali i u period poslije toga. Razvojem tih scenarija dolazi se do zaključka kako će značajan dio energetskog sustava ovisiti o novim nuklearnim izvorima energije, ali da će ovaj doprinos biti uvećan za onu količinu energije koja je proizvedena u obliku obnovljivih izvora. Jedan dio ovog rada prikazuje udjele u proizvodnji el.energije iz pojedinih izvora sa zadatkom povećanja ukupnih nuklearnih izvora u velikom vremenskom periodu od 2020 do 2100 godine. U ovom dijelu rada prikazani su udjeli u proizvodnji za fosilne, nuklearne i obnovljive izvore električne energije. Kako bi se dobili potrebni podaci, napravljena je obrada podataka o potrošnji nuklearnih goriva. Te su dobiveni podaci o utjecaju lakovodnih i brzih reaktora u vezi potrošnje ovih izvora električne energije. Kasnije je napravljena usporedba određenog broja scenarija u proizvodnji električne energije i potrošnji nuklearnog goriva u promatranom vremenskom periodu. Drugi dio ovog rada obuhvaća poglavlja u kojima su analizirane količine potrošnje nuklearnih kroz pojedinu godinu, te ukupne količine goriva u toj godini. Količine utrošenog goriva sastoje se od potrošnje urana za pogon lakovodnih rektora (LWR) i brzih oplodnih reaktora (FBR), te torija za pogon reaktora s rastaljenim solima (MSR) u vremenskom period od 2015 do 2100 godine. U ovom dijelu rada razmatrane su godišnje potrošnje urana za pogon ovih elektrana, te je dobiveno nekoliko zaključaka. U prvom dijelu ove analize dolazi se do spoznaja kako će količine godišnje potrošnje urana u scenarijima CPS i NPS biti niske i srednje vrijednosti obzirom na proizvodnju električne energije. Dok će u scenariju 450Sc biti ostvarene visoke vrijednosti potrošnje urana radom brzih oplodnih reaktora prema kraju vremenskog perioda do 2100 godine. U drugom dijelu ove analize dobivene su vrijednosti ukupne potrošnje urana koje su ostvarene radom lakovodnih reaktora (LWR) i brzih oplodnih reaktora (FBR) do kraja 2100 godine. Dobiveni rezultati prikazuju srednje i velike vrijednosti ukupne potrošnje nuklearnih goriva u području potrošnje konvencionalnih zaliha urana radom lakovodnih reaktora i brzih oplodnih reaktora u tom vremenskom periodu. Ovom analizom utvrđeno je kako će ukupna potrošnja urana radom lakovodnih reaktora (LWR) biti velika kod 450Sc scenarija, dok će ista potrošnja biti srednjih ukupnih vrijednosti kod NPS scenarija. Potrošnja zaliha urana radom brzih oplodnih reaktora (FBR) biti će niska kod CPS scenarija, dok se srednje i velike vrijednosti ove potrošnje dobivaju kod NPS i 450Sc krajem promatranog razdoblja. Pregledom dobivenih podataka o ukupnoj potrošnji urana i torija dobiveni su potrebni zaključci kako će dostupne konvencionalne zalihe ovih goriva biti dostatne do kraja 2100 godine. Dio istraživanja koji obuhvaća ukupne proizvodnje plutonija najviše je usmjeren prema proizvodnji ovog materijala unutar jezgri lakovodnih reaktora (LWR) u vremenskom periodu od 2015 do 2100 godine. Ovaj rad bavi se pručavanjem i analizom dostatnosti zaliha plutonija dobivenih izgaranjem nuklearnog goriva u jezgrama lakovodnih reaktora, te njihovom pretvorbom u koristan fisibilan materijal za pokretanje brzih reaktora (FBR) u početnom periodu njihova rada 2065 godine i kasnije do 2100 godine. Vrijednosti proizvedenog ukupnog plutonija radom lakovodnih i brzih reaktora pokazuju kako će ove količine biti dovoljne za početno pokretanje brzih oplodnih reaktora 2065 godine, te da će te iste količine biti dovoljne do kraja 2090 godine. Srednje i velike vrijednosti za rad brzih reaktora dobivene su u NPS i 450Sc scenarijima krajem promatranog perioda uzimajući u obzir značajno povećanje ukupne potrošnje urana i visokog stupnja njihova obogaćenja kod brzih reaktora. U trećem dijelu ovog rada napravljena je analiza udjela nuklearnih izvora energije u ukupnoj proizvodnji električne energije do kraja ovog perioda. Ukupan udio nuklearnih izvora električne energije izražen je kod NPS i 450Sc scenarija. Značajan dio ove proizvodnje odnosi se na lakovodne reaktore (LWR) sa bitnim povećanjem brzih reaktora (FBR) i reaktora s rastaljenim solima (MSR) krajem promatranog perioda. Ova dva scenarija imaju značajan udio obnovljivih izvora električne energije, a posebno je taj udio naglašen kod razvoja 450SC scenarija. Nekoliko poglavlja posvećeno je usporedbi pojedinih scenarija u proizvodnji električne energije i godišnjoj potrošnji nuklearnog goriva. Prema tome, vrijednosti proizvodnje električne energije radom lakovodnih reaktora i brzih reaktora su najveće kod 450Sc scenarija i NPS scenarija u promatranom razdoblju. Dok se godišnja potrošnja goriva isto tako razvija do 2100 godine. U ovom dijelu rada su uspoređeni pojedini scenariji s posebnim naglaskom na doprinos brzih reaktora. U zadnjim poglavljima disertacije napravljena je ukupna analiza emisija CO2 u atmosferu temeljena na dostupnim podacima. U ovom dijelu rada povećan je učinak rada nuklearnih i obnovljivih izvora električne energije zbog nulte stope emisija ovih stakleničkih plinova. Smanjenjem postotka porasta fosilnih izvora energije i povećanjem postotka porasta pojedinih nuklearnih izvora energije ostvaruje se njihov važan dopsrinos u smanjenju utjecaja na povećanje srednje temperature u atmosferi. Na kraju, napravljen je zaključak koji je dobiven na temelju obrađenih podataka. Te su ostvareni preduvjeti za nastavak ovih istraživanja u smjeru razvoja novih generacija nuklearnih izvora energije.

održivi razvoj ; scenariji ; nuklearna energija ; dinamika izgradnje ; nuklearno gorivo ; lakovodni reaktori ; brzi reaktori ; reaktori s rastaljenimsolima ; uran ; plutonij ; emisije ugljičnog dioksida

nije evidentirano