energiförsörjningen –nyckeln till ett bärkraftigt
TRANSCRIPT
Energiförsörjningen – nyckeln till ett bärkraftigt välfärdssamhälle och kärnkraftens roll
FörhistorienPower source Available capacity (MW) Approximate share (%)Animal traction 7500 50Wood 3000-4000 25Water 1000-2000 12.5Human 750 5Windmills 350 2Sail 200 1
Energibalansen före industrialiseringen av Europa (Oxford Institute of Energy Studies: ”Energy: The Long View”, Malcolm Keay, October 2007).
Några iakttagelser:
1) Endast ”förnybart” men inte särskilt miljöanpassat.
2) Huvudsaklig användning inom jordbruket.
3) Europa hade i storleksordningen 15 GW ”installerad” effekt. Leder till en hög energikonsumtion per person som normerad till befolknings-och BNP-ökning faktiskt är högre än idag. Illustrerar att ”lågenergiländer” ofta gör av med mycket energi p.g.a. låg verkningsgrad i energisystemet.
Industrialiseringen
Källa: SCB
Industrialiseringen
Källa: SCB
Industrialiseringen
Total skörd [ton]
Sysselsättning[antal]
Produktivitet [ton/sysselsatt]
Befolkning[106]
1910 4 900 000 1200 000 4 5.52010 7 100 000 97 900 73 9.3
Sveriges jordbruksproduktion
Försörjnings-börda
595
Källa: SCB, Jordbruksverket, Portalen för historisk statistik
Industrialiseringen
Sveriges elförbrukning: tillverknings- och utvinningsindustrin
Källa: SCB
Nuläget i Sverigem3 / dygn M kr
Nuläget i Sverige
Källa: Umeå universitet
Nuläget i Sverige
Global välfärd – en ödesfråga“One-point-six-billion people lack access to electricity.Without electricity you cannot do anything in this world.Two to three billion people still rely on traditional energy sources, such as firewood, peat or dung. This affects their health and keeps people trapped in poverty”.FN: s förre Generalsekreterare Ban Ki Moon (2010)
Tillkommer:
• Nästan en miljard människor saknar tillgång till acceptabelt dricksvatten
• Globala livsmedelsproduktionen knäar
• Ytterligare tre miljarder människor under seklet
• Klimatförändringar p.g.a. människans aktiviteter
Sverige1868
Dem. Rep. Kongo2010
Jordbrukets andel[%]
47 43
Förväntad livslängd[år]
43 48
Spädbarnsdödlighet[%]
18 11
Källa: Världsbanken
Energi - välfärd
Energi - framtiden
Energi
Energi - framtiden
1 MWh = 0,23 toe (38% verkningsgrad värmeenergi till elektrisk energi)
Energi - framtiden
Energi - framtiden
Är det kört nu då?
Energi
Jämförelse Sverige - Danmark
Energi
Energi
Sverige tillsammans med Frankrike de enda ländersom lyckats kombinera hög industriell kapacitet med minskade CO2-utsläpp:
CO2-utsläpp [g per kWh]
-Sverige: 30-Frankrike: 76-Medelvärde europeiska OECD länder: 331-Tyskland 461-Danmark: 360
Källa: 2010 IEA
Kärnenergi
Kärnenergi - fissionsprocessen
Varför överhuvudtaget överväga användningen av kärnkraft?
”Atomkraft”? ”Kärnkraft”?
ü relativt liten mängd bränsle behövs.
ü relativt liten mängd avfall produceras, vilket dessutom är lokaliserat. Exempelvis:
I “förbränning” av uran utnyttjas krafter som är fleramiljoner gånger större än alla andra krafter vi kan få energi ur.
För en given mängd producerad energi leder det till att:
”Atomkraft”
Ved: 5 kWh/kg.
Olja: 10 kWh/kg.
Kommersiellt uranbränsle:
1000 000 kWh/kg.
Energin i en bränslekuts motsvarar 800 liter villaolja.
Det finns ca 15 miljoner bränslekutsar i en reaktor.
”Kärnkraft”
”Atomkraft”? ”Kärnkraft”?
Gram CO2 / kWh
Källa: Livscykelanalys Vattenfalls elproduktion i Norden
FissionsfragmentVatten
Snabb neutron
Långsam neutron
U 235
U 238 Pu 239
Snabba neutroner
Genererat avfall från en reaktor• Fissionsprodukter
– Kraftigt radioaktiva– Kortlivade, de flesta borta
efter 300 år
• Transuraner– Inte lika starkt radioaktiva,
men långlivade– Kräver lagring i minst
100 000 år
Genererat avfall från LWR
Kärnreaktorn
Kärnreaktorn
I konventionella reaktorer bromsas de snabba fissionsneutronerna i ett material för att kunna åstadkomma nya reaktioner. Detta kallas moderering:
Snabb fissionsneutron
Långsam neutron
Atomkärnor i det modererande materialet
Kärnreaktorn
Efter moderering är neutronernas energier densamma som den termiska energin i det modererande materialet: neutronerna kallas termiska. Samlingsnamnet på de flesta reaktortyper är därför termiska reaktorer.
Beroende på moderatormaterial delas reaktorerna in i grupperna:
Lättvattenreaktorn (light water reactor, LWR). Den vanligaste reaktortypen i världen. Alla reaktorer i Sverige är av denna typ.
Grafitmodererade reaktorer (reaktor 4 i Tjernobyl var en sådan).
Tungvattenreaktorer. Finns bl.a. i Kanada, Indien och Norge
Kärnreaktorn
Vatten som moderator har en stor fördel:
•Negativ temperaturkoefficient: Högre reaktoreffekt => lägre densitet => minskad moderation => minskad reaktoreffekt.
Ett starkt (och inbyggt) bidrag till hög säkerhetsnivå.
Grafit som moderator har två stora nackdelar:
•Positiv temperaturkoefficient: Högre reaktoreffekt => ökad reaktoreffekt.
•Grafit brinner.
KärnreaktornKokvattenreaktorn (BWR)
Kännetecken: endast en krets. Reaktiviteten styrs med en kombination av styrstavar och matarvattenpumpar. Snabbstoppas med styrstavar.
Tryckvattenreaktorn (PWR).
Kärnreaktorn
Kännetecken: en primärkrets och en sekundärkrets. Reaktiviteten styrs med en kombination av bor i moderatorvattnet och matarvattenpumpar. Snabbstoppas med styrstavar.
238U + F.P. + transuraner + Pu
Dagens bränslecykel
GruvdriftRester
3-5% 235U
F.P. + transuraner - Pu
Pu
MOX
Utarmat U
Vitrifiering
Upparbetning
Utarmat U
Lagring
Bränsle-tillverkning
Anrikning
Konvertering till UF6
Reaktorer
Slutförvar
0.7% 235U
üMycket energi produceras med relativt liten mängd bränsle
üRelativt liten mängd avfall produceras
ü Låga produktionskostnader
üYtterligt små utsläpp av växthusgaser per producerad kWh
Finns nackdelar?
Frågeställningar
I dagens kommersiella reaktorer utnyttjas naturliga uranet till mindre än en procent. Resten betraktas som ”avfall”.
Leder till funderingar:
ü UthållighetüAvfallsförvaring
ü Etik
Fjärde generationens kärnkraftsystem
Frågeställningar
Generation IV är ett system
Camilla Odhnoff: ”Avfall är vad som är kvar när fantasin tagit slut”
Målområden:
q Uthållighet / resursutnyttjande / återvinning (krav i Miljöbalken)
q Operativ säkerhet / tillgänglighet
q Ekonomi
q Hög säkerhet mot avledning av material
Kärnämneskontroll
”Snabba” reaktorer Reaktorövervakning
Photo courtesy Stock.XCHNG
Återvinning
Generation IV är ett system
Logistik Slutförvar
Bränsle-tillverkning ”Snabba”
reaktorer
Inkapsling Slutförvar
Mellanlager
Återvinning
Pu + 238U + transuranerextraherade i en ström
F.P. (+ spår av transuraner)
Utarmat U
Använt bränsle
Gen IV bränslecykel
Snabbspektrum reaktorer
U 238 Pu 239
Snabba neutroner
Fissionsfragment
Mindre aktinider
Reaktor Land Kritisk Kylmedel Effekt [MWt]
Clementine USA 1946 Hg 0.023
EBR-1 USA 1951 Na/K 1.4
BN-2 Ryssland 1956 Hg 0.1-1
BR-5/BR-10 Ryssland 1958 Na 5/8
DFR UK 1959 Na/K 60
Fermi USA 1963 Na 200
EBR-II USA 1963 Na 62.5
Rapsodie Frankrike 1967 Na 40
BOR-60 Ryssland 1968 Na 55
SEFOR USA 1969 Na 20
KNK-II Tyskland 1972 Na 58
BN-350 Kazakstan 1972 Na 750
Phenix Frankrike 1973 Na 563
PFR UK 1974 Na 650
FFTF USA 1980 Na 400
BN-600 Ryssland 1980 Na 1470
JOYO Japan 1982 Na 140
FBTR Indien 1985 Na 40
Super-Phenix
Frankrike 1985 Na 3000
MONJU Japan 1995 Na 714
Några “snabba” reaktorer i historien
Reaktor Land Kritisk Kylmedel Effekt [MWe]
PFBR Indien 2016? Na 500
BN-800 Ryssland 2016 on-grid
Na 880
BN-1200 Ryssland 2018? Na 1200
Toshiba 4S Japan 2020? Na (Pb?) 10
KALIMER Sydkorea 2030? Na 600
ASTRID Frankrike 2027 Na 600
ALFRED EU ? Pb 125
ALLEGRO EU ? He 75 (t)
SSTAR USA ? Pb (Bi) 10-100 (t)
BREST-300 Ryssland ? Pb 300
SVBR-100 Ryssland 2017? PB (Bi) 100
CEFR Kina 2016 Na 20
Vad händer nu påsnabbreaktorfronten?
Typiska egenskaper hos flera Generation IV koncept:
üArbetar vid atmosfärstryck
ü Restvärme kan kylas bort med naturlig cirkulation (inget ”Fukushima-haveri”)
ü ”Nukleärt batteri”
Generation IV reaktorer
Återvinning
q Pyroprocesser (U.S.)
q Kemiska processer t.ex. GANEX (EU)
Kärnämneskontroll
q Ny datainhämtningssteknologi
q “Safeguards-by-Design”Reaktorer
q Materialq Säkerhetsanalysq Bränsle
Reaktorövervakning
q Ny detektionsteknologi
q Autonoma system Slutförvar
q Oklara forskningsbehov
Generation IV är ett system -forskning
ü 100 gånger bättre utnyttjande av naturresurserna.
üAnvänt bränsle kan användas. Exempelvis: Sveriges använda kärnbränsle kan ge lika mycket energi som dagens kärnkraft i ca 1000 år.
ü Uthålligheten ingen praktisk fråga.
Vad kan uppnås?
üVäsentligt mindre volym av långlivat avfall
üAvfallets effektiva halveringstid väsentligt kortare
ü Nya tekniker för återvinning => ökad säkerhet mot spridning av klyvbart material.
ü Det slutliga avfallet kan i princip inte användas till kärnvapenproduktion.
ü Ingen gruvbrytning under överskådlig tid
ü Ingen anrikning nödvändig
Vad kan uppnås?
Förslag på en svensk nationell plan
Några arbeten som vi har tagit fram och som kan vara av intresse i detta sammanhang
1. http://uu.diva-portal.org/smash/get/diva2:752144/FULLTEXT01.pdf
2. http://uu.diva-portal.org/smash/get/diva2:812069/FULLTEXT01.pdf
3. http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:812068/FULLTEXT01.pdf
ü Mänsklig civilisation (och välfärd) drivs av energi
üGlobal välfärd inte bara en humanitär fråga utan även en fråga som rör den geopolitiska stabiliteten
üKlimatproblematiken en ödesfråga som måste lösas
üTre avgörande frågeställningar alltså:
• Sveriges framtida välfärd
• Global välfärd
• Klimatet
Förkastas kärnkraften, vilken/vilka skall bort?
Att ta med hem
