Olika scenarier för framtida kärnkraft
Jag läste just igenom en väldigt intressant artikel med titeln "Scenarios for a Worldwide Deployment of Nuclear Power" publicerad i International Journal of Nuclear Governance, Economy and Ecology* där tre olika scenarier för kärnkraftens framtid målas upp med avseende på hur många reaktorer som krävs, resursåtgång osv. Tyvär så är en av grundpremisserna till scenarierna grovt felaktig. Nämligen detta.
The amount of the resource that has already been extracted is estimated at 2 million metric tons of uranium (MtU) [11]. The established reserves for an extraction cost of $40/kgU amount to 1.6 MtU; they amount to 2.6 MtU at a cost of $80/kgU, representing 40 years of consumption at the current level. The estimation of the total natural uranium resource is a function of the technology and of the acceptable extraction costs. Today, the average uranium extraction cost is $30/kgU; extrapolating to an extraction cost of $400/kgU gives a total amount of 23 MtU [11].
Man kommer aldrig bryta uran som kostar 400USD/kg eftersom maxgränsen för kostnader går vid runt 200USD/kg som jag förklarat i detta inlägget. Speciellt i ett perspektiv som sträcker sig så långt fram som till 2100 som de scenarier i artikeln gör. Det är lite synd att de använder sig av en så felaktig maxgräns för urantillgångarna, men det spelar inte så stor roll för slutsatserna som dras i artikeln.
Jag ska överskådligt beskriva de tre scenarierna de målar upp. Alla är baserade på att kärnkraft energiproduktion ska öka från 2 400 TWh till 18 000 TWh år 2050 och 32 400 TWh år 2100. Ungefär en faktor 8 fram till 2050 med andra ord.
Scenario 1, enbart lättvattenreaktorer med öppen bränslecykel och med återvinning av plutonium. Plutonium-uran bränslecykel.
Vi ser av de översta bilderna att runt kärnkraften kan växa till runt 3000 GWe fram till 2070 men att det sen går ner eftersom uranet tar slut enligt deras premisser. På de nedersta bilden vänsta visar den blå kurvan hur mycket uran som finns kvar och den rosa hur mycket utarmat uran som bildats. Den nedersta högra bilden visar mängden plutonium med och utan plutoniumåtervinning. Anledningen till att de stora mängderna plutonium inte kan användas mer är eftersom lättvattenreaktorer endast kan återvinna plutonium ett fåtal gånger innan isotopsammansättningen omöjligör fler återvinningar på grund av säkerhetskäl.
Som jag skrev så kan vi ignorera deras antagande att uranet tar slut och därmed så kan kärnkraft med lättvattenteknik växa sig betydligt större än 3000 GWe om så krävs. Men det som är lite otrevligt med det scenariot är dock de 50 000 tonnen plutonium som finns kvar runt år 2100. Ett sådant scenario är inte särskilt hållbar ur avfallssynpunkt, bättre än att köra på med kol givetvis. Men ändå inte särskilt lockande.
Scenario 2. Lättvattenreaktorer och snabba breeder reaktorer. Plutonium-uran bränslecykel.
Detta scenarie bygger på att man använde både plutonium från lättvattenreaktorer och anrikat uran för att starta snabb breederreaktorer. Runt år 2050 så finns det lika många breeders som lättvattenreaktorer och därefter så börjar de totalt dominera medans lättvattenreaktorerna sakta försvinner. De räkna med att 45% av den tillgängliga mängden uran konsumeras fram till 2100 enligt deras felaktiga premiss(ja vet jag gnäller om detta, men det är viktigt att komma ihåg!). Enligt detta scenarie så växer kärnkraft till 8000 GWe utan större problem. Återigen så står man vid 2100 med en mängd plutonium som inte är särskilt sexigt, 60 000 ton. Eftersom hela denna mängden i princip återfinns innuti reaktorerna och inget mer produceras såvida inte fler reaktorer tas i drift så är det ett anständigt scenario i mina ögon. Scenarie ett var inte anständigt eftersom allt plutonium måste slutförvaras, här används det i slutna bränslecykler och hamnar aldrig i någon slutförvaring. Enda ämnena som går till slutförvaring är fissionsprodukterna.
Scenarie 3, lättvattenreaktorer+breederreaktorer+moltensaltreaktorer i en torium-uran bränslecykel.
Detta är ett exempel på att man alltid sparar det bästa till sist :), detta scenarie bygger på att man använder plutonium från lättvattenreaktorer som bränsle i snabba breederreaktorer, breederreaktorerna i sin tur breedar uran-233 från torium istället för plutonium från uran-238 som i förra scenariet. Uran-233 används sen i molten salt reaktorer som även de breedar uran-233 från torium. Man räknar konservativt med att molten salt reaktorerna använder precis lika mycket uran som de skapar nytt från toriumet. Vi ser av första grafen att en väldigt liten andel av reaktorerna måste vara snabba breeders för att stadigt kunna ta nya molten salt reaktorer i drift. Molten salt reaktorerna dominerar energiproduktionen redan vid år 2040 vilket är lite väl optimistiskt i mina ögon.
Men sen till det bästa, den totala mängden plutonium år 2100 enligt detta scenarie är 1000 ton eller mindre! Ingenting jämfört med de två andra scenarierna, sen har endast 33% av mängden tillgänligt uran(återigen enligt deras felaktiga antagande) använts och en försumbart lite andel torium.
Måste även påpeka att det är väldigt konservativt att anta att molten salt reaktorerna bara breeder plus minus noll. Man kan designa dom så att de breedar netto 12% per år vilket gör att man skulle kunna fasa ut allt plutonium och allt användande av naturligt uran om man så vill. Då återstår endast reaktorer som man matar med torium och så får man ut fissionsprodukter, inget annat.
Så även om det finns nog med uran för en jäkla massa lättvattenreaktorer så är det inte ett särskilt lockande scenario med tanken på de enorma avfallsmängder som bildas. Att ta vägen med snabba reaktorer är acceptabelt men allt hanterande av plutonium kan vara känsligt. Tredje scenariot där fissilt material nästan aldrig lämnar reaktorerna är lockande i alla avseende. Miljömässigt, ekonomiskt och inte minst för att förhindra vapenspridning.
Man ser klart och tydligt att vi måste gå ifrån lättvattentekniken, den är föråldrad, slösaktig och producerar enorma mängder långtlivat avfall. Den är inte fördelaktig ur något perspektiv, inte ens ekonomiskt om man ser lite längre framåt. Det var ett jäkla misstag att industrin låste fast sig i lättvattenteknik efter 60 talet, det valet var främst eftersom tekniken redan hade utvecklats och beprövats av amerikanska flottan. Men ingen av kärnkraftspionjärerna ens på den tiden såg någon framtid för tekniken i energiproduktionssyfte.
Om någon vill att jag ska fortsätta att då och då plocka en intressant artikel från de olika journalerna och beskriva den sammanfattat här på bloggen så lämna gärna en kommentar. Hela artikeln som detta blogginlägget handlar om finns det en länk till nedan.
*E. Merle-Lucotte, D. Heuer, C. Le Brun and J.-M. Loiseaux, "Scenarios for a Worldwide Deployment of Nuclear Power", International Journal of Nuclear Governance, Economy and Ecology, Volume 1, Issue 2, pp 168-192 (2006).
Mycket intressant. Jag vet inte om det var här på din blogg jag läste det, men det var väl någon av forskarna i kärnteknikens barndom som hade blivit grymt förvånad över att den civila kärnkraften hade börjat använda lättvattenreaktorer av alla tekniker man forskade på. Tror att han ansåg att det bara var för atomubåtar lättvattenreaktorn hade några egentliga fördelar.
Det är möjligt att det är jag som skrivit det. Lättvattenreaktorn utvecklades först till amerikanska ubåtar eftersom den kan byggas väldigt kompakt.
När "atoms for peace" programet drog ingång så ville presidenten se en elproducerande reaktor och då plockade bara flotta en prototyp till hangarfartygsreaktor och kopplade den till en turbin(Shippingport reaktorn).
Kärnkraftspionjärerna däremot på de nationella labben var delade. Vissa ville se plutonium breeders för elproduktion medans andra ville se molten salt reaktorer. Jag tror inte nån av dom tyckte att lättvattenreaktorer var ett bra val.
Det är iallafall historien så som jag uppfattat den :)
Thank you for this outstanding article.
Jag saknar livscykelsanalyser som är kopplade till de olika scenarior. I livscykelanalyser ingår också faktorer som miljöbelastning. Den ökade utvinningen ledero nekligen till att den negativa miljöbelastningen ökar.
Finns det några sådana siffror? Bryr någon sig om att försöka ta fram sådana siffror?
Mvh Heiti
Syftet med denna studien var inte att se på livscykelutsläpp ect, utan snarare att se på resursåtgången och avfallsmängden beroende på vilken reaktortyp man bestämmer sig för att använda. Det är alltså inte en livscykelanalys.
Det finns dock ingen anledning att tro att livscykelbelastningen/kWh skulle bli större än den är idag för franska kärnkraften enligt ExternE med tanken på att frankrike har både storskalig upparbetning och anrikning som drivs med just kärnkraft. Se http://www.externe.info/oldvolumes/vol5.pdf
Men det är rätt lätt att dra slutsatsen att scenarie tre kommer ha betydligt mindre miljöpåverkan per kWh än kärnkraft idag på grund av den betydligt effektivare(faktor 100) användningen av resurserna och eftersom torium används.
Även scenarie 2 kommer ha mindre miljöpåverkan än dagens kärnkraft per kWh. Scenarie ett är business as usual där allting är identiskt med dagens kärnkraft, bara mer.
De ekologiska fotavtryck du efterfrågan finns det knappt några studier om ens för de förnyelsebara energikällorna, det är så pass nytt och komplicerat. ExternE är utan tvekan den mest kompletta livscykelanalysen någonsin eftersom den tar hänsyn till allt, inklusive probabilistisk riskanalyser. Har du läst ExternE ännu? Den har jag refererat till sen vår första diskussion :)
För fler livscykelanalyser förutom ExternE kan du läsa(jag kan maila dig alla de nedan, det är de LCA's jag hittat hittils. Använder du @boras.se mailen som finns på din blogg?). De fokuserar dock på co2 utsläpp.
S.M Rashad, Applied Energy, 2000, vol 65 211-219.
Young Eal Lee et al, Progress in nuclear energy, vol 37, 113-118.
Koji Tokimatsu et al, Energy Policy, 2006, vol 34, 833?852
Vasilis M. Fthenakis, Energy Policy, 2007 ,vol 35, 2549?2557
Hiroki Hondo, Energy, 2005, vol 30, 2042?2056
Luc Gagnon et al, Energy Policy, 2002, vol 30, 1267?1278
Keishiro Ito et al, Energy Convers. Mgmt, 1997, Vol. 38, 607-$614.
Daniel Weisser, Energy, 2007, vol 32, 1543?1559.
Ok! Det finns inga siffror eller forskning altså; Det är väldigt viktigt att detta göra innan man drar igång en "storskalig" satsning, inte sant?
Personligen håller jag EPS-systemet (Environment Priotity Strategies) för mer säkert. Den används av industrin och är framtaget ihop med Volvo, IVL Svenska Miljöinstitutet och Industriförbundet.
EPS systemet är också transparent i sin konstruktion.
Enligt EPS får vi följande värden:
Oljekraftverk: 80 mELU/kWh
Kärnkraft: 33 mELU/kWh
Vindkraftverk: 3 mELU/kWh
Vattenkraft: 1 mELU/kWh
Heti. du borde läsa lite av de olika genomgångarna av EPS systemet, Speciellt de bitar som säger att kärnkraft är svår att modelera med detta systemet eftersom man läper stor risk att KRAFTIGT överskatta potentiella skador och därmed dess miljöpåverkan.
(desutom så visar inte dina sifror på om man pratar om ett grafikmodererat kärnkraftverk av ingalina typ elelr tex en modern breeder, elelr en lättvattenkok osv osv) detta gör att siffrorna är ganska irelevanta
Jag kan rekomendera dig denna som startpunkt "http://www.google.se/search?q=%22Environmental+Load+Unit%22+nuclear+&btnG=S%C3%B6k&hl=sv&client=firefox-a&rls=org.mozilla%3Asv-SE%3Aofficial"
/C
Glömde desutom att om vi ska behandla alla sätt att producera kraft likadant så måste vi OMEDELBART ställa enormt högre krav på vindkraftvekt då vi nu ser hur de faller i bitar ett efter ett (och sprider vrakdelar 500 meter omkring sig)
http://www.processnet.se/iuware.aspx?pageid=4216&ssoid=76505
I ett första steg så måste vi ju förbjuda all bebyggelse innom ca 2-3KM från vindkraftverk (6gr säkerhetsavstånd), men existerande vindkaftverk måste förses med säkerhetsburar som kan hålla inne allt splitter som kan uppstå vid ett eventuellt haveri. slutligen måste vi införa statens vindkraftsinspektion som ska betalas av alla mölleägare som som ska inspektera alla möllor och dess säkerhets reglemente och underhåll. Alla mindmöllor om har minsta fel måste omedelbart nödstoppas.
(hoppas ironin syns)
/C
Christoffer det var intressant!
Heiti läser du någonsin alls vad jag skriver? Ska upprepa det några gånger nu så du kanske ser det.
ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE, ExternE,
Christoffer det var intressant!
Suck Heiti, varför läser du aldrig vad jag skriver? Jag sa inte att ingen gör sådana studier och jag sa inte att ingen har gjorts. Varför blundar du för ExternE? Jag har refererat dig till ExternE jag vet inte hur många gånger och den tar hänsyn till alla föroreningar från alla delar av livscykeln.
Anugerah Widiyanto et al, "A LCA/LCC Optimized Selection of Power Plant System With Additional Facilities Options"
Journal of Energy Resources Technology -- December 2002 -- Volume 124, Issue 4, pp. 290-299
The most significant point is that the environmental
load is large for nuclear power generation plants. The plant is a conventional, one-through type in which the fuel is not reprocessed, and the main cause is the environmental load due to the
depletion of fossil fuels.
However, when it is converted into the reprocessing type, shown next to the one-through type in Fig. 2,
the fast-breeder, recycling ~reprocessing! reactor, it becomes clear that the environmental load is reduced markedly and the plant will then be more excellent than the ACCS plant which is said to be
the most environmentally-friendly plant at present. This quantitatively explains the purpose of nuclear fuel recycling.
Här kan du hitta resultaten av studien ovan
http://gronarealisten.blogg.se/images/eload_1204022532.jpg
Bilden var dålig i journalen så därför den är så dålig där. Men man ser att majoriteten av miljöbelastningen för både vanlig kärnkraft och breeders är från användning av fossila bränslen i bränslecykeln. Det kan givetvis elimineras.
Heiti, du förespråkar ju själv vind/solkraft, som än så länge har visat sig vara svindyr (framför allt solkraft), det är väll ganska oklokt att satsa storskaligt på vind/sol...?
Eller räknas inte dessa två för mp med flera har blivit nykära i dessa två energislag?
Johan och Christoffer
Självfallet inser jag att det finns brister i de olika metoderna, även för ExternE, Johan.
Men det känns som att den spirande teknikoptimismen fördunklar all ytterligare nyansering.
Miljökonsekvensbeskrivningar (men äver de sociala faktorerna) borde vara självklara faktorer vid framtagningen av sådana scenarior. Dock saknas de tvärvetenskapliga slutsatserna.
Jag tycker att det borde tas ett helhetsgrepp runt problemet. En seriös och oberoende(!) forskningsinsats (kanske en statligt finansierad utredning) som en gång för alla beräknar konsekvenserna: miljöbelastningen, politiska faktorer (terrorism etc.), sociala faktorer, samhällskostnader, långsiktigheten, råvarutillgång kontra kostnad/teknik, förvaring, ekologisk fotavtryck osv. osv.
Vi (läs: politikeR) har ett ansvar att se det "större" perspektivet.
Teknocentrismen kan bli riktigt farlig när det får stå oemotsagt. Ingenjörer har en förmåga att bli för snäva i sin framställning. =)
Bengt:
?
Heiti visst tycker även jag att sådana utredningar ska göras. Det är ett forskningsområde jag själv gärna skulle vilja hålla på med faktiskt.
Men sådan forskning görs också mer eller mindre med kärnkraftverkens EDP utredningar. ELU värdena du citerar tex är direkt uträknade från oskarshamns EDP. De resultaten anses vara trovärdiga "trots att" de är gjorda på uppdrag från industrin. Ska skriva ett blogginlägg om det snart, förhoppningsvis idag!
ExternE är dock allmänt accepterat som den mest kompletta livscykelanalysen, jag ser ingen anledning till att inte basera sig på den. ExternE citeras flitigt av CPM som gör ELU beräkningarna.
Det jag ibland häpnar över är dock att du så okritiskt accepterar allt negativt om kärnkraft medans du däremot verkar ignorera allt som är kritiskt mot förnyelsebar energi. Om otaliga livscykelanalyser drar slutsatsen att kärnkraft och förnyelsebar energi har ungefär samma miljöpåverkan, varför kan du då inte acceptera det?
Den stora bristen med ELU beräkningarna är faktorer som att de beräknar hur stor del av de tillgängliga resurserna som går åt, beroende på vilken källa de använder för uran kan man få både stora och små värden där. Men det värdet säger ingenting om miljöpåverkan, utan bara om resurskonsumtionen. De mest relevanta faktorerna för miljön, nämligen utsläpp av diverse miljögifter osv ger väldigt låga siffror till den totala ELU summan, lika låga som förnyelsebar energi.
Fast som sagt jag ska skriva ett utförligt blogginlägg om kärnkraftes ELU värde och vad jag anser vara brister och fördelar med de beräkningarna.