Küçük Modüler Reaktörler: Zorluklar ve Fırsatlar Raporu Özeti

Ülkeler sera gazı emisyonlarını azaltmak için Paris Anlaşması hedeflerini karşılayacaklarsa, nükleer enerjinin genel enerji karışımına önemli ve vazgeçilmez bir katkı sağlaması gerekecektir. Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) Sürdürülebilir Kalkınma Senaryosuna (SDS) göre, bu tür hedeflere ulaşmak için mevcut nükleer santraller için yeni nükleer kapasite ve iddialı ömür boyu uzatma programlarına ihtiyaç duyulacaktır. Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli (IPCC) ayrıca karbondan arındırma hedeflerini karşılamak için nükleer enerjinin artan rolüne duyulan ihtiyacı doğrulamıştı (IPCC, 2018).

Ancak nükleer enerji, küresel elektrik üretiminde gerekli payına ulaşma yolunda değil. Aslında, halihazırdaki ek 5 gigawatt (GW) yıllık kapasite artışının, SDS’yi karşılamak için 2020 ve 2040 arasında en az iki katına çıkması gerekecektir. Nükleer konstrüksiyon tedarik zincirindeki baskıyı hafifletmek ve genel karbondan arındırma maliyetlerini kontrol altına almak için 30 ila 40 yıllık ilk tasarım ömürlerinin ötesinde ömür uzatmaları da gerekli olacaktır (IEA, 2019, 2020)

Küçük modüler reaktörler (SMR’ler), son nükleer projelerde gözlenen zorlukların bir kısmını ele alabilecek bir teknoloji seçeneği olarak politika yapıcıların dikkatini çekiyor. SMR teknolojisi, genel enerji karışımını karbondan arındırmanın bir yolu olarak nükleer enerjinin rolünü genişletme fırsatları da sunacaktır. Bu, özellikle düşük karbon teknolojisi seçeneklerinin daha sınırlı olduğu azaltılması zor sektörlerin elektriksiz uygulamalarında geçerlidir. Tasarım konseptlerinin doğrulanmasında önemli ilerleme kaydedilmiş olsa da yine de birçok zorluk devam etmektedir.

SMR rekabetçiliğini yöneten ekonomik etmenler aşağıdaki Şekil 1’de özetlenmiştir.

Şekil 1- Ölçek Ekonomisini Telafi Etmek İçin SMR Temel Ekonomik İtici Güçleri

Finansal açıdan bakıldığında, SMR’ler, özellikle liberalleştirilmiş elektrik piyasalarında, büyük LWR’lere kıyasla cazip bir yatırım seçeneği sunabilir:

  • Satın alınabilirlik
  • Daha kısa geri ödeme
  • Ölçeklenebilirlik
  • Portföy stratejisi

Küçük modüler reaktörler (SMR’ler) genellikle 10 megawatt (MWe) ile 300 MWe arasında elektrik üreten nükleer reaktörler olarak tanımlanır. SMR’ler, inşaatın öngörülebilirliğini artıran ve inşaat maliyetlerinde ve teslimat sürelerinde potansiyel düşüşlere yol açan çeşitli teknik özellikler sunar. Elektrik üretimi 10 MWe’den daha küçük olan tasarımlara- genellikle yarı otonom operasyonlar için- mikro modüler reaktörler (MMR’ler) denir.

Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı’na (IAEA) göre, şu anda yaklaşık 70 SMR konsepti geliştirme safhasında ve bu 2018’e göre %40’lık bir artışı temsil ediyor. “SMR” terimi, tüm küçük reaktör tasarımlarına atıfta bulunmak için dünya çapında benimsenmiş olsa da geliştirilmekte olan ana SMR türleri arasında önemli farklılıklar bulunmaktadır. Bu SMR tasarımları, örneğin çeşitli soğutucular ve yakıt formları kullanır ve farklı teknoloji hazırlık seviyelerine (TRL’ler) ve lisanslama hazırlık seviyelerine (LRL’ler) sahiptir. SMR yaygınlaşmasında, tek üniteli kurulumlar ve çok modüllü tesislerden yüzer (yani mavnaya monte edilmiş) üniteler gibi mobil güç setlerine kadar değişen farklı konfigürasyonlar kullanılabilir. Modülerleştirme derecesi de tasarımlara göre değişir.

Satıcılar tarafından önerilen en olgun SMR konseptleri, dünya çapında faaliyet gösteren hafif su Nesil II ve Nesil III / III + reaktörlerin (LWR-SMR’ler) evrimsel varyantlarıdır ve bunlar, onlarca yıllık işletme ve düzenleme deneyiminden yararlanmaktadır. Bunlar geliştirilmekte olan SMR tasarımlarının yaklaşık %50’sini oluştururlar. SMR tasarımlarının diğer %50’si, alternatif soğutucular (yani sıvı metal, gaz veya erimiş tuzlar), gelişmiş yakıt ve yenilikçi sistem konfigürasyonları içeren Nesil IV reaktörlere (Gen IV SMR) karşılık gelir. Nesil IV tabanlı tasarımlar, LWR’lerle aynı seviyelerde işletim ve düzenleme deneyimine sahip olmasa da ve bazı alanlarda hala ek araştırmalara ihtiyaç duyulsa da kapsamlı bir araştırma ve geliştirme geçmişinden yararlanırlar.

SMR’lerin daha küçük boyuttakileri ölçek ekonomilerinden yararlanamayacaklardır. Bu ekonomik zorluğun üstesinden gelmek için “seri konstrüksiyon” bir zorunluluk haline gelecektir. Bu nedenle SMR tasarımları, daha büyük nükleer reaktörlere kıyasla daha yüksek seviyelerde modülerleştirme, basitleştirme ve standardizasyon yoluyla hızlandırılmış öğrenme eğrileri göstermelidir. Fabrika merkezli imalat ayrıca konstrüksiyon risklerini azaltabilen, öğrenmeyi teşvik eden ve yeni üretim tekniklerinin uygulanmasını sağlayan gelişmiş bir kalite kontrol ortamı sağlar. Bu faydalardan bazıları diğer endüstrilerde zaten tecrübe edilmiştir ancak yine de SMR’ler için ispatlanması gerekmektedir.

Aynı zamanda, daha küçük boyut ve daha kısa teslimat sürelerinin öngörülmesi, daha büyük reaktörlere kıyasla SMR’ler için ön yatırım ihtiyaçlarını azaltabilir. Sonuç, potansiyel müşteriler ve yatırımcılar için daha düşük bir finansal risktir ve bu da SMR’leri daha uygun fiyatlı bir seçenek haline getirebilir. SMR’nn çekiciliğini artıran diğer özellikler, sistem maliyeti faydaları ve yeni pazar fırsatları getirebilecek ve böylelikle büyük nükleer santral kullanımının daha sınırlı olduğu sektörler ve bölgelerde nükleer enerjiye erişimi kolaylaştırabilecek SMR esneklik yetenekleriyle (hem gelişmiş yük takibi hem de elektriksiz uygulamalar) ilişkilidir.

Bu yeni teknolojiler, halihazırda uygulanabilir uluslararası nükleer sözleşmeler hazırlanırken öngörülmediğinden, bu tür sözleşmelerin, gerekirse, halihazırda değerlendirilmekte veya üstlenilmekte olan yenilikçi SMR kavramlarına uyarlanması için gözden geçirilmesi gerekecektir. Örneğin, mevcut lisanslama çerçeveleri tipik olarak %5’in altında zenginleştirme ile uranyum oksit yakıt kullanan büyük tek üniteli LWR’lerin kapsamlı deneyim tabanına dayanmaktadır. Önerilen LWR tabanlı SMR’ler, lisanslama sürecini kolaylaştırması beklenen benzer çalışma koşullarına ve yakıt düzenlemelerine sahiptir. Bununla birlikte, yeni tasarımlarla ilgili temel zorluk, daha sınırlı deneyim temelidir ve bu, daha verimli pasif güvenlik özelliklerine, daha az ve daha az ciddi arıza modlarına ve azaltılmış saha dışı acil durum planlama bölgelerine (EPZ’ler) dayalı olarak güvenlik durumlarını göstermeyi ve onaylamayı zorlaştırır. Ek olarak, yakıt ve / veya soğutucudaki değişiklikler, önceki düzenleyici paradigmalardan daha büyük sapmalara dönüşecek ve daha esnek lisanslama yaklaşımlarının yanı sıra nükleer güvenlik düzenleme kurumlarında önemli miktarda yeni uzmanlığın geliştirilmesini gerektirebilecektir.

Uluslararası nükleer sorumluluk sözleşmeleri ilke olarak SMR’leri kapsıyorsa, bunların yüzer / taşınabilir nükleer enerji santrallerine uygulanmasına daha fazla dikkat edilmesi gerekecektir.

Bir dizi NEA (Nükleer Enerji Ajansı) üyesi ülke, yerel bir programın geliştirilmesini ve / veya demonstrasyon ve / veya türünün ilk örneği (FOAK) birimlerinin konstrüksiyonunu kolaylaştırarak SMR gelişimini farklı yaklaşımlarla desteklemektedir. Örneğin Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı (DOE), kamu-özel ortaklıkları aracılığıyla seçilen SMR şirketlerine maliyet paylaşım desteği sağlıyor ve bu şirketlere ulusal laboratuvarlarda bulunan deneysel tesislere erişim izni veriyor. Birleşik Krallık ayrıca, 2050 karbon nötr hedefine ulaşmak için gerekli teknoloji portföyünün bir parçası olarak SMR’lere mali destek sağlamaktadır.

Kanada veya Finlandiya gibi ülkeler de halihazırda, yeni teknolojilerin uygulanmasını daha iyi destekleyebilecek lisans rejimleri dahil olmak üzere politika çerçevelerinin geliştirilmesine odaklanmaktadır.

SMR’lerin ekonomik mantığını değerlendirirken, piyasa sorunları merkezi hale gelir. Bir yandan, SMR’ler ticari uçaklara benzer bir seri üretim tarzında üretilirse, ekonomik faydalar önemli olabilir. Bununla birlikte, bu, tek bir tasarım için pazarın nispeten büyük olmasını gerektirecektir, bu da küresel bir pazara duyulan ihtiyacı vurgulamaktadır ve aynı zamanda, geliştirilmekte olan birçok tasarımın yalnızca küçük bir alt kümesinin nihayetinde böyle bir küresel pazar kurabileceğini önermektedir.

Küresel bir pazarı desteklemek için daha yüksek seviyelerde düzenleyici uyumlulaştırmanın yanı sıra satıcılar tarafından önerilen tasarımların sayısında bir azalma gözlemlenmesi gerekecektir. SMR’ler ayrıca ek teknoloji risklerine de yol açabilecek bir dizi test edilmemiş yenilik getirmiştir. Bununla birlikte, SMR’ler ilk demonstrasyonların devreye girmesiyle birlikte olgunlaştıkça, bu risklerin bir kısmının azaltılması ve böylece potansiyel müşterilerin ilgisinin artması sağlanabilir. Tedarik zinciri aynı zamanda Fabrika imalat yeteneklerinin, düşük zenginleştirilmiş uranyum (HALEU) ve diğer yenilikçi yakıt üretim kapasitelerinin ve gerekli beceri ve araştırma ve geliştirme (Ar-Ge) altyapısının zamanında kullanılabilirliğini sağlamak gayesiyle SMR’ler için bir pazarın ortaya çıkmasını desteklemeye hazır olmalıdır.

Son olarak, bu SMR’lerin birçoğu tahliye bölgelerini en aza indirmeye ve reaktörleri büyük nüfus merkezlerine daha yakın yerleştirmeye çalıştığından, halkın katılımı ve kabulü açısından ek zorluklar ortaya çıkabilir.

Devlet desteği ve uluslararası iş birliği: SMR yaygınlaşması için temel kolaylaştırıcılar

SMR seçeneğini destekleyen ülkeler, hükümet desteğinin ve uluslararası iş birliğinin kilit bir rol oynayacağı dört ana eylem alanına odaklanan bir yol belirlemenin önemini görmelidirler:

  • Halkın katılımı: Gelecekteki projeler, uluslararası iş birliğinden, öğrenilen dersler hakkında bilgi alışverişinden ve yerel topluluklarla halkın katılımı yoluyla erken benimseyenler tarafından tecrübe edilmiş zorluklar ve en iyi uygulamalardan faydalanabilir.
  • FOAK SMR demonstrasyon birimlerinin inşası ve öğrenme: Hükümetler, FOAK (türünün ilk örneği) demonstrasyon projelerini, belirli uzun vadeli elektrik satın alma anlaşmalarından, daha fazla yatırımcı çekmek için inşaat risklerini en aza indirebilecek maliyet paylaşım mekanizmalarına kadar pek çok biçimde destekleyebilir. Düzenleyicilerin gerekli lisans rejimlerini ve yeteneklerini geliştirme çabalarını desteklemek de çok önemlidir. Buna paralel olarak, çabalar, ilk deneysel birimleri barındırarak ve gerekli araştırma altyapısını finanse ederek araştırmayı etkili uygulamaya dönüştürmeye devam etmelidir.
  • Lisans rejimlerinin uyumlaştırılması: Büyük reaktörler için mevcut iş birliği çerçevelerinin yanı sıra diğer yüksek düzeyde düzenlenmiş sektörler kullanılarak uyumlaştırmada ilerlemeler sağlanabilir. Tam uyum gerçekçi olmayabilir (ve bazı açılardan istenmeyen) olsa da anlamlı ortak düzenleyici konumların elde edilebileceği alanlarda çabalar devam etmelidir. Çokuluslu Tasarım Değerlendirme Programı (MDEP) kapsamında yürütülenler gibi, çok taraflı lisans koordinasyonunun, iki taraflı iş birliklerinin ve ortak güvenlik değerlendirmelerinin NEA araştırmaları dikkate alınmalıdır. Ön lisans düzeyinde uyumlaştırma için önemli fırsatlar da mevcuttur ve bu da SMR tasarımlarının alt seçim sürecini teşvik edebilir.
  • Üretim yeteneklerinin geliştirilmesi: Hükümetler, birkaç SMR biriminden oluşan ulusal bir nükleer programı taahhüt ederek, üretim yeteneklerini artırabilir. Halihazırda büyük nükleer projelerle uğraşan ülkeler, mevcut yetenekler ve teslimat süreçleri içindeki sinerjilerden yararlanabilir. Potansiyel riskleri paylaşmak için ülkeler arasında kilit ortaklıklar ve endüstriyel iş birliği de araştırılabilir. Piyasa beklentilerini uygun şekilde desteklemek için yakıt döngüsü sorunlarının önceden tahmin edilmesi gerekir. Ve son olarak, ek piyasa faydaları sağlayabilecek kanun ve standartları uyumlu hale getirmek için çaba gösterilmelidir.

Kaynak: “Small Modular Reactors: Challenges and Opportunities”, NEA

İndirmek için tıklayın

X