Geleneksel karbonsuz nükleer enerji reaktörleri üniteleri yoğun su kaynaklarının bulunduğu deniz, göl ve nehir kıyılarına kurulması gerekmektedir. Ortalama büyüklükte klasik nükleer elektrik reaktörü işletilmesi çerçevesinde nükleer fisyon tepkimeleri aynı zamanda nükleer tesis içinde muhafaza altına alınması zorunlu olan kullanılmış ve tüketilmiş nükleer yakıtların soğutulması prosesleri bağlamında saniyede en az 50 metreküp su temini icap etmektedir. Mevzu bahis karalarda kurulu baz yük kaynağı geleneksel nükleer güç santrali NGS sistemleri soğutma suyu sorunları sonucu nükleer yakıt erimesi (nuclear meltdown) kazaları vuku bulması küresel karbonsuz nükleer enerji gelişimi ve yaygınlaşması süreci üzerinde olumsuz rol oynamaktadır. Söz konusu pasif nükleer güvenlik sistemleri soğutma donanımları yetersizliği ise doğal afetler zinciri sonrası ortaya çıkan Japon Fukushima Dai-ichi (Fukuşima Daiçi) nükleer güç reaktörleri kazaları ve felaketleri olaylarının can alıcı nedenlerinden birini oluşturmuştur. Günümüzde müessif nükleer santral kazaları neticesi meydana gelmesi olası nükleer reaktör yakıtları soğutma suyu problemlerinin giderilmesi yönünde nükleer güvenlik ve radyasyon güvenliği kriterleri perspektifleri çalışmalarına uygun yüzen aynı zamanda deniz altına kurulacak nükleer elektrik reaktörü projeleri önem kazanmaktadır. Yüzer ya da okyanus altına demirli temel enerji kaynakları yenilikçi atom güç istasyonları ünitelerinin deniz, göl ve nehir kıyıları boyunca kurulu konvansiyonel kara nükleer fisyon santralleri kompleksleri sistemlerine nazaran önemli avantajları ve üstünlükleri bu yazı kapsamında incelenmektedir.
Japonyada 11 Mart 2011 tarihinde oluşan deprem ve tsunami süpürtü dalgaları tabii felaketler silsilesi neticesi Fukushima Dai-ichi nükleer güç santrali NGS sahası içerisinde faaliyet gösteren üç nükleer elektrik reaktörü ünitelerinde nükleer yakıt erimesi kazaları oluşmuştur. Ortaya çıkan kazalarda atomik güç ile deniz suyu faktörünün birbiri ile karıştırılmaması gerekmektedir. Gerçekte çok sayıda mühendis nükleer enerji santralleri sistemleri kapsamında deniz sularının daha fazla rol oynamasına yönelik inovatif nükleer dizayn çalışmalarına odaklanmaktadır. Bu bağlamda karalara göre okyanuslar ve denizlere daha uygun yenilikçi nükleer fisyon santrali kurulması projeleri planlanmaktadır. Yüzer ya da deniz altına demirlemiş modern nükleer güç istasyonu tesisleri yatırımları ağırlık kazanmaktadır. İlk bakışta yüzen temel yük kaynağı nükleer elektrik istasyonları çılgın bir nükleer girişim ve yatırım gibi yorumlanmaktadır. Karalarda konuşlu karbonsuz nükleer enerji istasyonları, nükleer projelerin ilerleme safhasına paralel şekilde her biri biraz farklı aynı zamanda gelip geçici uzmanlık grupları tarafından yürütülen inşaat mühendisliği teknikleri içerikli ısmarlama yapıları andırmaktadır. Deniz nükleer güç tesisleri donanımları ise tamamen değişik toplu üretim bandı olan fabrikalar nezdinde benzeri teknolojiler kullanımı yoluyla üretilmektedir. Nükleer elektrik tesisi ekipmanları üretilmesi aşamasında en azından gemi tersanesi ve gemi tezgahları kapsamında görevli kişilerin sürekli istihdamı da sağlanmaktadır. Deniz nükleer enerji istasyonları maliyetleri geleneksel kara nükleer fisyon santralleri üniteleri maliyetlerine kıyasla düşük olacaktır. Amerika Birleşik Devletleri Massachusetts Institute of Technology – MIT Enstitüsü araştırmacılarından Dr Jacopo Buongiorno, bitmiş yeni nesil deniz nükleer enerji kompleksi ünitesi elektrik üretimi maliyetinin eşdeğer kapasiteli klasik karasal nükleer güç reaktörü sistemleri maliyetine nazaran en az üçte bir oranında daha ucuz rakamlara ulaşacağını hesaplamaktadır. Ayrıca, söz konusu yüzer nükleer tesisler ulusal nükleer güvenlik ve radyasyon güvenliği standartları açısından da güvenli ve emniyetli olacaktır. Japon Fukuşima Daiçi nükleer santral sistemlerinde oluşan nükleer yakıt erimesi türü kazalar, marin nükleer reaktör üniteleri deniz yatağına demirli konumda bulunması nedeni ile vahim nükleer kazaların bu tip yüzer nükleer güç tesisleri kapsamında gerçekleşmesi imkȃnsızdır. Öte yandan, uluslararası teroristlerce planlanan nükleer reaktörlere uçak çarpması gibi muhtemel sabotajlar ve eylemler karşısında nükleer tesislerin su içinde olması doğal bir korunma temin etmektedir. Aynı zamanda tsunami süpürtü dalgaları doğal felaketleri de deniz nükleer enerji tesisleri bağlamında bir risk ve tehlike meydana getirmemektedir. Örneğin, tsunamiler sığ sulara ulaştıkları zaman dev ve tahrip edici dalgalar oluşturmalarına rağmen açık deniz ve derin okyanus suları yüzeylerinde sadece küçük dalgacıklar şeklinde gözlenmektedir. Gerçekte, 100 metre ve daha derin sulardaki deniz altı nükleer güç reaktörleri vuku bulması olası fırtınalardan bile etkilenmeyecektir.
Yukarıdaki paragrafta anlatılan nedenlerden dolayı Fransız Atom Enerjisi Komisyonu (French Atomic Energy Commission - Commissariat à l’Énergie Atomique - CEA) mühendislerinden Jacques Chénais, inovatif su altı nükleer güç istasyonları yapımı çalışmalarını araştırmaya değer kabul etmektedir. Fransa CEA Küçük Modüler Reaktörler (Small Modular Reactors - SMR) Bölümü Direktörü Dr Jacques Chénais, nükleer denizaltı savaş gemileri güç temini konularında oldukça iyi deneyim sahibi bilim insanı olarak tanınmaktadır. Dr Chénais ve grubu, hareketli yüzer nükleer tesisler yerine inovasyona dayalı sabit deniz nükleer reaktör tasarımları araştırmalarında askeri üstlenici Naval Group Firması ile birlikte nükleer projeler geliştirmektedir. Planlanan nükleer enerji yatırımları çerçevesinde 12000 ton ağırlığında bir futbol sahası büyüklüğünde çelik silindir içinde elektrik üreten buhar türbini ve bir nükleer reaktör kalbi kılıfından ibaret denize demirli yenilikçi nükleer enerji kompleksleri sayılmaktadır. Acil durumda güvenlik açısından yeterli uzaklık ve aynı zamanda yardım sağlanabilecek mesafe olan kıyıdan 5 ve 15 km arasında emniyetli bir yere yerleştirilecek Flexblue olarak adlandırılan nükleer sistem deniz tabanına demirlenecektir. Bir milyon kişinin elektrik ihtiyacını karşılamaya yönelik 250 megawatt kapasiteli deniz yatağına demirlenmiş nükleer güç istasyonu elektrik üretimi, deniz altı kabloları kanalıyla sahile taşınacaktır. Nükleer yakıt ikmali ve nükleer ünite bakımı faaliyetlerinin deniz altından yönetilmesi olanaksız olup, bu durumlarda safra tankları (ballast tanks) içerisine hava enjekte edilerek silindir deniz yüzeyine yüzdürülecektir. Nükleer güç istasyonu elektrik üretimi ömrünü tamamladığı zaman ise bertarafı ve yok edilmesine yönelik çok sayıdaki inşaat mühendisliği proseslerine gerek duyulmadan güvenli nükleer sökme işlemleri için nükleer sistem tam donanımlı bir tesise çekilecektir. Ancak, Naval Group Şirketi nükleer dizaynları şimdiye kadar hiçbir müşteriye cazip gelmemiştir. Bununla beraber Rusya deniz dibine demirlenmiş nükleer güç istasyonu yerine yüzer nükleer elektrik tesisi kurulması çalışmalarında sona doğru yaklaşmaktadır. Rus Akademik Lomonosov yüzen nükleer enerji kompleksi yapımı Saint Petersburg Kenti Baltık Tersanesinde sürdürülmektedir. Rusya sivil nükleer enerji programı kuruluşu Rosatom Firması sözcüsü Andrey Bukhovtsev, yüzer nükleer elektrik tesisi projesi yatırımının %96 oranında bitirildiğini açıklamaktadır. Yüzen nükleer elektrik tesisi 2017 yılı sonlarında nükleer yakıt yüklenmesi yönünden uygun olan Murmansk’a çekilecek ve oradan da Rusya’nın Uzak Doğu Limanı Pevek’e nakledilecektir. Yüzer nükleer enerji istasyonu elektrik üretimi ise 2019 yılında başlayacaktır. Akademik Lomonosov yüzer nükleer güç santrali NGS, bir mavna üzerine monte edilmiş durumda 35 MW’lık iki adet nükleer elektrik reaktörü ünitesinden ibarettir. Yüzer nükleer reaktörler kapsamında Taymur sınıfı buzkıran gemiler (Taymyr-class icebreakers) türlerini güçlendirmek için kullanılan benzeri versiyonlar tasarlanmıştır. Aynı zamanda söz konusu reaktörler çarpma ve buz kırmaya karşı dayanıklı şekilde dizayn edilmeleri nedeni ile Arktik Okyanusu (Kuzey Buz Denizi – Kuzey Kutbu Okyanusu – Arktik Denizi) çok şiddetli fırtınalarından etkilenmemektedir. İlave nükleer güvenlik ve radyasyon güvenliği önlemleri doğrultusunda nükleer reaktörleri taşıyan mavna, fırtına ve tsunami korunumlu dalgakıran arkasında kıyıdan yaklaşık 200 metre uzakta güvenli bir yere demirlenecektir. İnşaat ve montaj faaliyetleri dahil olmak üzere Akademik Lomonosov yüzer nükleer güç tesisi maliyeti yaklaşık 480 milyon dolar olacaktır. Eşdeğer karasal konvansiyonel nükleer enerji santrali maliyeti rakamlarına göre Lomonosov yüzer yeni nesil nükleer elektrik istasyonu maliyeti daha düşük kalmaktadır. Ayrıca, yüzer nükleer enerji kompleksi ünitelerinin çok uzak bir yerde bulunması da radyolojik güvenlik perspektifleri açısından herhangi bir çevresel tehlike ve risk oluşturmamaktadır. Tüm yüzer nükleer enerji istasyonu yatırımı öngörülen programa uygun şekilde gerçekleşmesi halinde ikinci bir Rus yüzer yeni kuşak nükleer güç santrali NGS projesi de planlanmaktadır.
St Petersburg Kenti Baltık Tersaneleri kapsamında inşaatı devam eden toplam 70 MW kapasiteli Akademik Lomonosov deniz nükleer enerji kompleksi aşağıdaki resimde görüntülenmektedir.
Kaynak: Rosatom Şirketi
Yüzer karbonsuz yeni kuşak nükleer enerji reaktörleri yatırımları sadece Rusya Federasyonu tarafından yürütülmemektedir. Ekonomik büyüme hızı yüksek Çin de Rusya Federasyonu’na kıyasla tartışmalı olan sularda kaygı uyandıran yüzen nükleer santraller kurulması projeksiyonları içeriğinde ciddi bölgesel nükleer güç planlamaları yapmaktadır. Çin Hükümeti 2020’li yıllara kadar her biri 200 MW kapasiteli yüzer nükleer santraller kurmayı hedeflemektedir. Güney Çin Denizi (South China Sea) içinde yer alan diğer komşu ülkelerininde hükümranlık ve hak talebinde bulunduğu ihtilaflı yapay adalar genelinde Çin, yüzen karbonsuz nükleer elektrik istasyonları yatırımları vasıtasıyla milli yerel güç arzı temin etmeyi amaçlamaktadır. Dev tsunami dalgalarından nükleer reaktörlerin korunması için süpürtü dalgalarına karşı dayanaklı, derin sulara demirli Fransız deniz nükleer güç istasyonu tasarımları firmalarının geliştirdiği nükleer projeler söz konusu ulusal yatırımlar arasında yer almaktadır. Öte yandan, tsunami süpürtü dalgalarının deniz yüzeyinde oluşması aynı zamanda kuvvetli fırtınaların meydana gelmesi sebebiyle kıyıdan uzakta da olsa yüzer nükleer santral üniteleri için yeterli nükleer güvenlik ve radyasyon güvenliği koşulları sağlanmamaktadır. Diğer taraftan, Rusya dizaynı sayılan yüzen nükleer elektrik tesisi kompleksinin dalgakıran ile korunması da kifayetsiz kalacaktır. Ayrıca, Güney Çin Denizi kategori beş sınıfından rüzgar hızı 252 km/saat ‘den fazla olan çok şiddetli Pasifik Okyanusu tropik tayfunlar dalga yükseklikleri 20 metre’yi aşmaktadır. Söz konusu tropik tayfunlara dayanaklı teknelerin baş kısmında yer alan döner demirli kuleler kanalıyla mavnalar denize demirlenecektir. Döner demirli kuleler fırtınaların yönünü sürekli işaret eden bir tür rüzgar gülü ve rüzgar fırıldağı görevi üstlenecektir. Böylece, mavnanın baş kısmının dalgaların karşısında dik biçimde tutulması sayesinde şiddetli fırtınaların tekneyi alabora etmesi önlenecektir. Dev dalgalara karşı konulması için mavnaların baş kısmı (pruvası) da yüksek inşa edilecektir. Lloyd’s Register İngiliz Firmasından Mark Tipping, yüzer nükleer tesis tasarımı ile ilgili yukarıdaki tedbirler dikkate alınarak deniz nükleer güç kompleksi ünitelerinin 10000 fırtına yılı korunmasının temin edileceğini ileri sürmektedir. Güney Çin Denizi gemi trafiği yoğun ve işlek bir bölge olarak tanınmaktadır. Bu nedenle ağır yük taşıyan yüksek tonajlı kargo gemilerinin 20 deniz mili hızla kazaen ya da sabotaj amaçlı yüzen nükleer güç reaktörleri tesisine çarpması karşısında dayanıklı inşa edilmeleri gerekmektedir. Lloyd’s Register Şirketi Pekin ofisi risk yönetimi danışmanı gemi inşaat mühendisi Chen Haibo ise çarpma hızını absorblayan oluklu çelik ve kereste menşeli materyaller kullanılarak aynı zamanda fiziki engellemeler ile yüzer nükleer kompleks içerikli mavnaların korunmasını önermektedir. Öte yandan, yüzen marin nükleer güç istasyonları kurulması görüşüne herkes olumlu bakmamaktadır. Yeşil Barış Örgütü Greenpeace Rusya nükleer projeler direktörü Rashid Alimov, kıyılarda kurulu nükleer santral ünitelerinin korsanlar ya da teroristler tarafından sabotaj olasılıkları yanında yüzer nükleer enerji istasyonları sistemlerine buzdağı çarpması dahil nükleer güvenlik kuralları ihlalleri izlenmesi ve denetiminin açık deniz koşullarında çok zor olduğunu iddia etmektedir. Rosatom Firması yetkililerinin Akademik Lomonosov yüzer nükleer elektrik tesisi nükleer yakıt yükleme çalışmalarının St Petersburg kentinden uzakta nüfus yoğunluğu olmayan yörede yapılacağına dair 21 Temmuz 2017 duyurusu, bu konuda uğraşı veren Uluslararası Greenpeace Yeşil Barış Örgütü mücadelesinin bir başarısı olarak nitelendirilmektedir. Yüzer nükleer güç istasyonlarının geleceği nükleer enerji karşıtı politika izleyen Greenpeace Örgütü gibi kamuoyu baskısı oluşturan gruplardan ziyade küresel nükleer enerjinin gelişimi ve yaygınlaşması sürecine bağlı olduğu öne sürülmektedir. Küresel ısınma ve global iklim değişiklikleri mekanizmaları sorunları baz yük kaynakları fosil yakıtlı termik santraller üniteleri çalıştırılmasını zora sokmaktadır. Bu bağlamda temel enerji kaynağı karbonsuz uranyum yakıtlı nükleer fisyon santraller üniteleri tercih sebebi sayılmaktadır. Sonuçta, son gelişmelerin ışığı altında karbonsuz yüzer yeni nesil nükleer güç santralleri NGS reaktörleri yapımları hakkında giderek olumlu bir görüş hakim olmaktadır.
Modül başına 160 MWe kapasiteli olan ve 60 – 100 metre derinlikte deniz tabanına demirlenmiş Flexblue evrimsel nükleer elektrik sistemi aşağıda gösterilmektedir.
Kaynak: Areva Şirketi
Kaynaklar:
-Yeni Nesil Nükleer Güç Reaktörleri, Ahmet Cangüzel Taner Radyasyondan
Korunma Derneği Yayınları RKD , Yararlı Bilgiler, 2013.
-Radyoaktif Atıkların Nihai Depolanması, Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları,
Yararlı Bilgiler, 2013.
-Nükleer Atık Yönetimi (İdaresi), Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı
Bilgiler, 2013.
- Kâinat, İnsan Ve İyonlaştırıcı Radyasyonlar, Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler 2014.
-Atom, Radyoaktivite, Radyoizotoplar ve İyonlaştırıcı Radyasyon Çeşitleri, Ahmet
Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2014.
-İyonlaştırıcı Radyasyonların Biyolojik Etkileşme Mekanizmaları, Ahmet Cangüzel
Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2014.
-Dünya Toryum Rezervleri ile Küresel Karbonsuz Toryum Kaynaklı Nükleer Elektrik Reaktörleri Geliştirilmesi için Yapılan Bilimsel ve Teknolojik Araştırmalar, Ahmet
Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2014.
-Dünya Elektrik Arz Güvenliği Sıkıntıları Çözümü Perspektifleri Kapsamında Yüzer Karbonsuz Yeni Nesil Nükleer Enerji Santralleri Kurulması Çalışmaları, Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2014.
-Çin Nükleer Güç Programı ve Nükleer Enerji Planlaması Kapsamında Karbonsuz Baz Yük Kaynağı Nükleer Güç Santralleri NGS Nükleer Güvenlik Kıstasları ve Nükleer Radyasyon Güvenliği Zafiyetleri, Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler 2014.
-Global Uranyum Zenginleştirme Programları Çerçevesinde Küresel Nükleer Kontamine Sahaları Temizleme ve Radyoaktif Atık Yönetimi Çalışmaları, Ahmet
Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2015.
-Amerika Nükleer Güç Santralleri NGS Çalıştırılması Sonrası Ortaya Çıkan Tüketilmiş Radyoaktif Uranyum Yakıtlarının Nükleer Atık İdaresi Kapsamında Yok Edilmesi Problemleri, Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2015.
-Finlandiya Radyasyon ve Nükleer Güvenlik Kurumu Yönetimi Denetiminde Yüksek Seviyeli Radyoaktif Atıkların Saklanması, Yok Edilmesi ve İmhası, Ahmet Cangüzel
Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2017.
- The Economist Dergisi, (12 Ağustos 2017 – 18 Ağustos 2017).
Ahmet Cangüzel Taner
Fizik Yüksek Mühendisi
Radyasyondan Korunma Derneği (canguzel.taner@gmail.com)