Kernenergie in feiten en cijfers Tim van der Hagen Technische Universiteit Delft Studium Generale UT, 17 oktober 2006

Toename energiegebruik / afname fossiele brandstoffen Het probleem Toename energiegebruik / afname fossiele brandstoffen Energiegebruik per hoofd van de bevolking Tonnen olie equivalent Noord-Amerika Europa Voorm. Sovjetunie Rest v/d wereld Wereld 74 79 84 89 94 99 6 5 4 3 2 1 Jaar Studium Generale UT, 17 oktober 2006

Het probleem Ontwikkeling elektriciteitsverbruik Nederland: verzesvoudigd in 40 jaar Jaar TWh 1950 1960 1970 1980 1990 2000 120 100 80 60 40 20 bron: CBS Studium Generale UT, 17 oktober 2006

Proved oil reserves at end 2005 Het probleem Afhankelijkheid Proved oil reserves at end 2005 Studium Generale UT, 17 oktober 2006

The last 160,000 years (from ice cores) and the next 100 years 700 Het probleem CO2-concentratie CO2 in 2100 (with business as usual) 600 Double pre-industrial CO2 The last 160,000 years (from ice cores) and the next 100 years 500 Lowest possible CO2 stabilisation level by 2100 CO2 concentration (ppmv) 400 CO2 now 300 10 Temperature difference from now °C 200 –10 100 Studium Generale UT, 17 oktober 2006 160 120 80 40 Now Time (thousands of years) Bron: IPCC

Temperatuurvariaties van het aardoppervlak van het jaar 1000 tot 2100 Het probleem Temperatuurvariaties van het aardoppervlak van het jaar 1000 tot 2100 broeikaseffect ? Studium Generale UT, 17 oktober 2006 Bron: IPCC

Elektriciteitsproductie EU Kernenergie nu kernenergie olie gas waterkracht wind en zon kolen biomassa 204 kernreactoren in Europa kernenergie is de belangrijkste e-bron in Europa Studium Generale UT, 17 oktober 2006

Kerncentrales Kernenergie nu Totaal 443 centrales  370.000 MWe Studium Generale UT, 17 oktober 2006

Kernenergie straks Status januari 2006 Azië West- Oost- N.- en Z.- Afrika Europa Europa Amerika gepland (154) in aanbouw (24) in bedrijf (443) Studium Generale UT, 17 oktober 2006

energie Kernsplijting radioactief Splijting van 1 gram uranium levert evenveel energie als het verbranden van 2500 liter benzine of 3000 kilogram kolen radioactief energie 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

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

Abundantie elementen – het periodiek systeem Co Ni U Th Au Pt Pb Sn Ag Fe Cu C Si O Studium Generale UT, 17 oktober 2006

Uraniumvoorraden De uraniumvoorraad is praktisch onuitputtelijk ! 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 jaar bij 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 ! toberniet Studium Generale UT, 17 oktober 2006

CO2 productie De kerncentrale te Borssele ‘voorkomt’ jaarlijks de uitstoot van 2 miljard kilogram CO2 bron: IAEA (2000) Studium Generale UT, 17 oktober 2006

Landgebruik Oppervlak benodigd voor 1000 MWe 3000-5000 > 50 100-150 Studium Generale UT, 17 oktober 2006

Splijtstofcyclus verrijken kerncentrale opwerken Studium Generale UT, 17 oktober 2006

De Nederlandse nucleaire sector NRG URENCO COVRA KCB RID Studium Generale UT, 17 oktober 2006

Energiebalans (LCA) (1000 MWe PWR, 80% beschikbaarheid, 40 jaar) Verrijking met diffusie: input / output = 5,7 % Verrijking met centrifuge: input / output = 1,7 % enrichment construction & operation construction & operation enrichment mining & milling conversion fuel fabrication fuel/waste storage & transport decommissioning Studium Generale UT, 17 oktober 2006

meerdere barrières om radioactief materiaal binnen te houden 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

kettingreactie altijd beheerst Veiligheid (2): kettingreactie altijd beheerst Alle kernreactoren (behalve Tsjernobyl) zijn zo ontworpen dat: 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

Kerncentrale (EPR) reactorgebouw turbinegebouw reactorvat 4 veiligheidsgebouwen Studium Generale UT, 17 oktober 2006

Source: http://www.nei.org/documents/6 Studium Generale UT, 17 oktober 2006

Productiekosten voor 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 Productiekosten voor 2010 US 2003 cents/kWhe Source: UIC http://www.uic.com.au/nip08.htm Source: OECD/IEA NEA 2005 US 2003 cents/kWh, discount rate 5%, 40 year lifetime, 85% load factor Studium Generale UT, 17 oktober 2006

euro/MW without with Emission Trading Lappeenranta University of Technology 2003 without with Emission Trading Studium Generale UT, 17 oktober 2006 Source: Lappeenranta University of Technology, 2003

Alle kosten zijn verdisconteerd in de kWh-prijs Opbouw 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

Radioactief afval: samenstelling gebruikte splijtstof 450 kg 130 kg 6 kg uranium 13000 kg plutonium splijtings- producten andere actiniden minder dan 4% is echt afval 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 Getallen: jaarproductie Borssele Studium Generale UT, 17 oktober 2006

Advanced Fuel Cycle Initiative Nuclear Hydrogen Initiative U.S. DOE initiatives Source: US DOE Nuclear Power 2010 Explore new sites Develop business case Develop Generation III+ technologies Demonstrate new licensing process Advanced 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 Generation IV Better, safer, more economic nuclear power plants with improvements in safety & reliability proliferation resistance & physical protection economic competitiveness sustainability Nuclear Hydrogen Initiative Develop technologies for economic, commercial-scale generation of hydrogen 2010 – response to Supporting expansion of nuclear energy in the United States Studium Generale UT, 17 oktober 2006

AFCI Approach to Spent Fuel Management Advanced Recycling Closed Fuel Cycle + ADS Transmuter? Trace U and Pu Trace Actinides ! less Fission Products Repository Gen IV Fast Reactors Gen IV Fuel Fabrication LWR/ALWR/HTGR Advanced Separations Technologies Spent Fuel From Commercial Plants Once Through Fuel Cycle Direct Disposal Spent Fuel U and Pu Actinides Fission Products Repository Conventional Reprocessing PUREX Pu Uranium MOX LWRs/ALWRs Interim Storage less U and Pu Actinides Fission Products Current European/Japanese Fuel Cycle Studium Generale UT, 17 oktober 2006 Source: US DOE

Generaties van reactorconcepten Early Prototype Reactors 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 Advanced LWRs Generation III Gen I Gen II Gen III Gen IV Evolutionary Designs Offering Improved Economics Studium Generale UT, 17 oktober 2006

Geavanceerde 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

Finse EPR (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

Geavanceerde, evolutionaire ontwerpen (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

‘Kogel’bedreactor (HTR) AVR (Duitsland, 1967-1988) – HTTR (Japan, 1999) – HTR10 (China, 2000) Helium als koelmiddel gasturbine proceswarmte: waterstofproductie waterontzilting ... Studium Generale UT, 17 oktober 2006

Het Generatie-IV Initiatief: sustainable nuclear energy Argentinië, Brazilië, Canada, Frankrijk, Japan, Zuid Afrika, Zuid Korea, Zwitserland, Groot-Brittannië, Verenigde Staten en de Europese Unie 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) } gesloten splijtstofcyclus Studium Generale UT, 17 oktober 2006

VHTR: nucleaire e- en waterstofproductie Idaho 2015 ? e H2 VHTR H2O in, O2 en H2 uit Studium Generale UT, 17 oktober 2006

Pluspunten Minpunten grootschalig inzetbaar geen CO2, geen luchtvervuiling voorzieningszekerheid economisch concurrerend radioactief afval grote investering kernenergie past goed in een mix van opties voor een duurzame energievoorziening 2) duurzame kernenergie: opwerken gebruikte splijtstof 3) duurzame kernenergie: snelle kweekreactoren ontwikkelen Studium Generale UT, 17 oktober 2006

KIVI-symposium: Kernenergie, de principes voorbij 14 november 2006; 9:30 h – 17 h Aula Congrescentrum, TU Delft Lezing R.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 bedrijfsleven P.G. Boerma, algemeen directeur Delta Nuclear Renaissance: The AREVA view Ruben Lazo, vice president Marketing and Sales Development, AREVA NP Plenaire discussie met diverse stellingen 17 h Afsluitende borrel Studium Generale UT, 17 oktober 2006

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

Gebruikte splijtstof: slechts 3% is echt afval opwerken Studium Generale UT, 17 oktober 2006

LPG tankstations (RIVM, 2001) Groepsrisico’s Borssele (2005) Schiphol (RIVM, 2005) LPG tankstations (RIVM, 2001) wegtransport (RIVM, 2001) ALARA 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10 kans per jaar Studium Generale UT, 17 oktober 2006