t.06.01.01- Scenario kernsplijting

Dit hoofdstuk heb ik bewust niet naar de Appendix verplaatst. Ik onderzoek hier kapaciteits-uitbreiding van kerncentrales. Dit is aktueel omdat sommige politieke partijen uitbreiding propageren

Gegevens over wereldvoorraad erts :        [miljoen ton]
                         bewezen       te toetsen               misschien nog ?
Uranium                   4,7                3,0                            ~5                   [N.02 en N.03]
Thorium                   1,9                4,7                             …                    [N.09]
Opm :  diverse sites (pro en contra) op het Internet melden voor redelijk winbare voorraden getallen in bovenstaande orde-grootte.
Thorium-voorraad is per land in kaart gebracht  (6,35 milj.ton vlgs [N.09] in 2020)

Het opgesteld vermogen van centrales per 2019-01 voor Uranium is  ~392 GW  [N.21]   
Dit moet echter wel nog gekorrigeerd worden voor (na “Fukushima”) buiten gebruik gestelde Japanse centrales.
In [ZZ.03] wordt dan als gemiddelde afgeleid dat de
gebruikte totaal-kapaciteit van                      ~370 GW  
                             voor een opbrengst                 2563 TWh              (bij ~79% bezetting)
      een brandstofverbruik heeft van        ~67.250 ton/jr           (~182 ton/GW.jr)  
NB :  deze tonnages betreffen hier uiteraard de oorspronkelijke Uranium waarin maar voor 0,72% het splijtbare U-235 zit (zie Apx.09.15)

  • Gedachten-experiment :
  • We gaan centrale-kapaciteit bijbouwen (zie figuur hieronder) , om te kijken hoever we kunnen komen met de boven aangegeven voorraden.
  • Stel dat er genoeg “my backyards !” te vinden zijn om vanaf 2025 in de loop van 25 jaar uit te breiden naar 1600 GW .  De gezamenlijke kerncentrales leveren dan ~7% bij in de wereldbehoefte van 2018 !
    • (of bijv misschien ~5% in de dan geldende wereldbehoefte ? want extrapolatie van de wereldverbruik-grafiek en van de cijfers bij Fig.3.1 duiden op een toename van bijv 35% in 2050)
  • .
    • Een centrale van 1GW is een flinke jongen (grotere centrales (1,2….1,7GW) zijn nog nauwelijks in bedrijf). Maar stel dat we hoe dan ook maandelijks gemiddeld 4GW in bedrijf stellen, dan hebben we idd. 300 maanden nodig, 25 jaar !  om tot 1600GW uit te breiden.
    • Vlgs [N.14] bedragen de kosten (2018) voor een centrale in het Westen nu minstens 6,8.109 €/GW ;  we ronden af naar 6 G€ voor serie-bouw !  Dan is de investering voor 1200GW in totaal € 7200 miljard
      •  (NB :  dit is wèl ekskl. afbraakkosten (50….100% ?)  èn ekskl. de kosten voor berging van kern-afval )
    • Deze investering in 30 jaar deels af te schrijven (want tegen die tijd neemt Thorium het over !);  dus korter dan de technische levensduur van de centrale.   (centrales deels herbruikbaar voor Thorium-technologie [N.16])

Vlgs bovenstaande cijfers uit [ZZ.03] is in die jaren het Uranium-verbruik :
             tot 2025  5jr a  67250 ton/jr    is    ~0,33 miljoen ton ,  en daarna
             291.000 ton/jr   gedurende 28 jr   ~8,2 miljoen ton
                               (opp. gestippelde rechthoek representatief voor grijs oppervlak in Fig.5.1.1)
Samen wat meer dan de bekende wereldvoorraad ,  maar er zal vast nog wel wat Uranium bijgevonden worden….

Wèl betekent dit dat het geen zin zou hebben gehad om sneller en/of verder uit te breiden ,  want Thorium moet wel de gelegenheid krijgen het over te nemen

Fig. 6.1.1 :  scenario uitbreiding kernsplijtings-kapaciteit
  • Thorium
  • In de Chinese planning wordt er vóór 2040 nog geen kommercieel bruikbare centrale verwacht [N.13] ; en Chinezen kunnen plannen….
    • (de levensduur van deze eerste serie zou minstens 20 jaar moeten zijn ; dus let op !)
  • In [N.16] schat men 2050 als vroegste tijdstip. In mijn scenario neem ik aan dat ergens na 2040 het voorbereiden begint zodat omstreeks 2050 over de wereld inderdaad Thorium-centrales gaan verschijnen ;  in rap tempo, dat na 2073 nog versneld wordt.
  • De techniek is moeilijker, maar misschien zijn minder veiligheidsmaatregelen nodig ?  Stel dat daarom de verhouding 6G€/GW gehandhaafd blijft.
  • Om het stokje van Uranium over te nemen moet tot 2073 dan (1600 x 6=) 9600 G€ geïnvesteerd zijn (of deels , nl. bij herbruikbaarheid van universele stukken uit U-centrales).
  • En met nog eens 19200 G€ kunnen we opschalen naar een kapaciteit van 4800GW
    • Hoeveel groter de wereld-behoefte tegen die tijd werkelijk is laat ik hier buiten de sommetjes. Dat die behoefte zàl stijgen wordt duidelijk als je Fig.3.2 bestudeert.
  • –  Voor het verwachte Thorium-verbruik wordt in Apx.09.15 onderbouwd geschat dat er 1 ton Thorium in de plaats komt van 251 ton Uranium.
  • Dus op het jaarnivo van 2073 wordt 291000 ton U vervangen door 1160 ton Th
    • Uit bovenstaande Fig.5.1.1 kun je afleiden dat het Thorium-verbruik in de groeiperiode tot 2100 ca 75.000 ton bedraagt. En dat vanaf 2100 ca 3480 ton/jr verbruikt wordt tegen een bewezen voorraad van (1,9 -0,075) miljoen ton. Ofwel goed voor ~525 jaar. En dan nog eens 1350 jaar uit de verwachte resterende 4,7 miljoen ton… 
  • Dus vanaf 2100 dus elektra-levering ad 33,25 PWh/jr , goed voor 21% van de wereldbehoefte-2018 , gedurende ~1875 jaar.
    Dit is heel lang. Maar daarna is de Thorium ook op !

MAAR…. de hamvraag is eigenlijk :  waar halen we dan ondertussen die andere “79%” van de energiebehoefte vandaan?   Immers,  straks kunnen we niet meer op “fossiel” rekenen….

    • …. of in elk geval niet op grote schaal ;
      • èn dat “gat van die 79%” zou wel eens 90% kunnen zijn !  Er zit immers makkelijk een verdubbeling van het wereldverbruik aan te komen
    • Omdat er naar verwachting steeds meer vraag naar elektra zal groeien kun je natuurlijk nog meer Thorium-kapaciteit opstellen , maar
      • dan is de voorraad ook weer eerder op.  En wat dan ?
      • is er wel plaats voor nog meer centrales ?  (not in my backyard !)
  • ESSENTIE van dit denk-experiment is :
    • –  niet hoe lang we het met U en/of Th kunnen uitzingen, maar dàt het (ook al vinden we nog meer erts) ooit ophoudt ,  vroeger of later afhankelijk van de op te stellen centrale-kapaciteit…. 
    • –  dat ,  als je “na Fossiel” synthetische brandstoffen mbv elektra uit kernenergie zou maken ,  de U+Th echt héél veel eerder op is !
      • (synth. brandstoffen wsl nodig voor mobiele toepassingen en reserves ;  zie TS)
    • –  dat het dus verstandig is om de “groene route” nu al dóór te ontwikkelen. Dan hoeven we ook zo min mogelijk te investeren in de uiteindelijk doodlopende weg van kernsplitsing
  • Hieruitvolgend advies voor beleid :
  • –  Kernsplitsing alleen inzetten voorzover nodig
    • * als minimale basisvoorziening ,  of backup
      • dan kun je zo lang mogelijk met de voorraden U en/of Th doen
      •  òf ook : je produceert zo min mogelijk kern-afval
    • voor door-ontwikkeling van de “groene route”
      • we kunnen er ontwikkel-tijd mee kopen
  • –  Misschien dat kernfusie straks de basis-voorzieningsfunktie kan overnemen ?

Opmerkingen :
–  in de tabel in de 1e alinea van dit hoofdstuk wordt geschat dat er misschien nog wel 5 miljoen ton Uranium ergens kommercieel te delven valt. Als dit voor 50% bewaarheid wordt ,  kan de levensduur van de U-centrales nog verlengd worden. Dat zou wat meer lucht geven voor de bouw van Th-centrales
–  als we eerst alle Uranium opmaken ,  zitten we wel met een enorme berg afval waar we geen raad mee weten….  [N.08 en N.25a]
–  hoe dan ook :  het optimisme [N12] dat Thorium dè energie-voorziening voor tienduizenden jaren (!) zou zijn is ongegrond 
–  vraag : zijn we echt in staat in het tempo van het geschetste scenario de centrales bij te bouwen ??  (Indien per centrale van 1GW :  1200 U-centrales in ~25jaar   en daarna 4800 Th-centrales in 45 jaar. Als de laatste een levensduur van 50 jaar zouden hebben ,  kunnen we direkt doorgaan met vervanging….. (en wachten tot we kunnen afbreken).
Doel voor de eerste kommerciële installatie in China is een levensduur van minimaal 20jr [N.13]
.

  • Opmerkingen nav  [N.23] van www.world-nuclear.org : (zie ZZ.04 voor alleen de figuren)
  • –  Dat de kernlobby hedentendage zeer aktief is wordt enigszins begrijpelijk uit de 1e figuur waarin blijkt dat 2/3 van de 449 reaktoren al 30 jaar of ouder is
    • In Apx.09.16 staat een voorbeeld van hoe de kernlobby (soms) te werk gaat
  • –  De 2e figuur houdt in dat er bij kerncentrales zoveel in deellast wordt gedraaid dat je de jaarlijkse produktie in 78…82% vollasturen had kunnen maken (“energy availability”).
    Verder is 4% van de onproduktieve tijd te wijten aan ongeplande oorzaken (3e figuur)
    • (Te hopen dat hier niet veel technische oorzaken tussen zitten !)
  • –  De bezettingsgraad is licht afhankelijk van het type reactor (4e figuur)
  • –  De bouwtijd van een centrale is makkelijk 5 jaar of langer ;  en de voorbereiding ook (5e en 6e figuur)