Nükleer Santraller Neden Deniz Kenarına Kurulur?

Dünya genelindeki birçok nükleer santralin deniz, okyanus, büyük nehir veya göl kıyısında kurulduğu görülür. Türkiye’deki Akkuyu Nükleer Güç Santrali de Akdeniz kıyısında yer almaktadır.

Bunun temel nedeni nükleer reaktörlerin çalışmak için deniz suyuna ihtiyaç duyması değildir. Asıl neden, elektrik üretim çevriminde ortaya çıkan çok büyük miktardaki atık ısının çevreye uzaklaştırılmasıdır.

Nükleer santraller binlerce megavat termal güç üretebilir. Reaktörde oluşan ısının yalnızca bir bölümü elektrik enerjisine dönüştürülür. Elektriğe çevrilemeyen ısının kondenser ve soğutma sistemleri üzerinden santralden uzaklaştırılması gerekir.

Denizler çok büyük bir ısı rezervuarı ve sürekli soğutma suyu kaynağı sağlayabildiği için kıyı bölgeleri büyük enerji santralleri açısından önemli avantajlara sahiptir.

Peki nükleer santraller neden deniz kenarına kurulur? Deniz suyu reaktörün içine girer mi ve deniz olmadan nükleer santral çalışabilir mi?

Bu yazıda nükleer santrallerin neden büyük su kaynaklarının yakınına kurulduğunu inceleyeceğiz.

Nükleer Santraller Neden Çok Fazla Suya İhtiyaç Duyar?

Nükleer santraller termik santral mantığıyla elektrik üretir.

Reaktör çekirdeğinde nükleer fisyon sonucunda ısı oluşur.

Bu ısı kullanılarak buhar üretilir.

Buhar türbini döndürür.

Türbine bağlı jeneratör elektrik üretir.

Ancak termodinamik sistemlerde alınan ısının tamamı elektrik enerjisine dönüştürülemez.

Enerjinin önemli bir bölümü:

Atık ısı

olarak sistemden uzaklaştırılmalıdır.

Türbinden çıkan buharın tekrar suya dönüştürülmesi gerekir.

Bu işlem kondenserde gerçekleştirilir.

Kondenserin çalışabilmesi için büyük miktarda soğutma kapasitesine ihtiyaç vardır.

Nükleer Santralde Isının Tamamı Elektriğe Dönüşür mü?

Hayır.

Bir nükleer reaktörün termal gücü elektrik gücünden çok daha yüksek olabilir.

Örneğin yaklaşık 1200 MW elektrik üreten bir reaktör ünitesi yaklaşık:

3000 MW’ın üzerinde termal güç

üretebilir.

Kesin değer reaktör ve santral tasarımına göre değişir.

Termal enerjinin yalnızca belirli bir bölümü elektrik enerjisine dönüştürülebilir.

Geri kalan enerji kondenser ve soğutma sistemi üzerinden çevreye atılır.

Basit bir örnekle:

Reaktör ısı üretir.

↓

Isının bir bölümü elektriğe dönüşür.

↓

Kalan ısı çevreye atılır.

Nükleer santrallerin büyük soğutma sistemlerine ihtiyaç duymasının temel nedeni budur.

Deniz Suyu Nükleer Santralde Ne İçin Kullanılır?

Deniz suyu çoğunlukla türbin kondenserinin soğutulması için kullanılabilir.

Türbinden çıkan buhar kondenser sistemine gelir.

Kondenser içerisinde çok sayıda ısı transfer borusu bulunur.

Soğuk deniz suyu bu boruların içerisinden geçirilebilir.

Türbin buharı boruların dış yüzeyinde ısısını kaybeder.

Buhar yoğuşur.

Tekrar suya dönüşür.

Deniz suyu ise ısı alarak daha sıcak hale gelir.

Daha sonra belirlenen çevresel koşullar içerisinde tekrar denize verilebilir.

Bu sistem:

Once-Through Cooling

yani:

Tek geçişli soğutma

olarak adlandırılabilir.

Deniz Suyu Reaktörün İçine Girer mi?

Normal çalışma sırasında hayır.

Deniz suyu doğrudan reaktör çekirdeğine gönderilmez.

Özellikle PWR ve VVER tipi reaktörlerde farklı su devreleri bulunur.

Basit şekilde:

Birincil devre

Reaktör çekirdeğinden geçer.

↓

İkincil devre

Buhar üretimi ve türbin sisteminde kullanılır.

↓

Kondenser soğutma sistemi

Deniz suyunu kullanabilir.

Bu devreler normal çalışma sırasında birbirine karışmaz.

Deniz suyu kondenserde ısı transferi sağlar.

Reaktör çekirdeğiyle doğrudan temas etmez.

Bu nedenle “reaktör deniz suyuyla çalışıyor” ifadesi teknik olarak doğru değildir.

Akkuyu Nükleer Santrali Deniz Suyunu Nasıl Kullanacak?

Akkuyu Nükleer Güç Santrali Akdeniz kıyısında bulunmaktadır.

Santralin kondenser ve yardımcı soğutma sistemlerinde deniz suyundan yararlanılması planlanmıştır.

Denizden alınan su soğutma sistemlerine gönderilir.

Kondenserlerde türbin çevrimindeki atık ısının uzaklaştırılmasına yardımcı olur.

Isı alan deniz suyu daha yüksek sıcaklıkta tekrar denize verilebilir.

Deniz suyu reaktör çekirdeğine doğrudan gönderilmez.

VVER-1200 reaktörünün birincil devresi kapalı ve yüksek basınçlı ayrı bir su sistemidir.

Nükleer Santraller Neden Soğutma Kulesi Kullanmıyor?

Aslında birçok nükleer santral soğutma kulesi kullanır.

Ancak her santralde büyük hiperbolik soğutma kulelerinin bulunması zorunlu değildir.

Santral büyük bir deniz veya su kaynağına yakınsa tek geçişli soğutma sistemi kullanılabilir.

Denizden büyük miktarda su alınır.

Su kondenserden geçirilir.

Isı alır.

Tekrar denize verilir.

Bu durumda büyük doğal çekişli soğutma kulelerine ihtiyaç duyulmayabilir.

Ancak iç bölgelerde bulunan santrallerde kapalı çevrim soğutma sistemleri ve soğutma kuleleri kullanılabilir.

Soğutma Kulesi Nasıl Çalışır?

Soğutma kulesi kondenserden gelen sıcak soğutma suyunun tekrar soğutulmasına yardımcı olur.

Sıcak su kule içerisinde dağıtılır.

Su hava ile temas eder.

Suyun küçük bir bölümü buharlaşır.

Buharlaşma için enerji gerekir.

Bu enerji sudan alınır.

Sonuç olarak kalan suyun sıcaklığı düşer.

Soğuyan su tekrar kondenser sistemine gönderilir.

Bu sistemde suyun büyük bölümü çevrim içerisinde tekrar kullanılabilir.

Ancak buharlaşma ve diğer kayıplar nedeniyle sisteme ilave su verilmesi gerekir.

Soğutma Kulesinden Çıkan Beyaz Duman Nedir?

Soğutma kulelerinin üzerinde görülen büyük beyaz bulut genellikle duman değildir.

Bu görüntü:

Su buharı ve yoğunlaşmış küçük su damlacıklarından

oluşur.

Sıcak ve nemli hava kuleden çıkar.

Daha soğuk atmosfer havasıyla karşılaştığında su buharının bir bölümü yoğunlaşır.

Beyaz bulut oluşur.

Bu görüntü nükleer reaktörden radyasyon çıktığı anlamına gelmez.

Kömür veya doğal gaz santrallerindeki yanma bacalarıyla soğutma kuleleri aynı ekipman değildir.

Deniz Kenarında Olmayan Nükleer Santral Var mı?

Evet.

Bir nükleer santralin mutlaka deniz kenarında bulunması gerekmez.

Büyük nehirlerin ve göllerin yakınında kurulmuş çok sayıda nükleer santral vardır.

Bazı santraller iç bölgelerde bulunur ve soğutma kuleleri kullanır.

Önemli olan santralin yeterli ve güvenilir bir ısı uzaklaştırma sistemine sahip olmasıdır.

Soğutma kaynağı:

• Deniz
• Okyanus
• Nehir
• Göl
• Yapay rezervuar

olabilir.

Santral tasarımı bölgenin su kaynaklarına ve çevresel koşullarına göre hazırlanır.

Nükleer Santral Çöle Kurulabilir mi?

Teknik olarak evet.

Ancak soğutma sistemi önemli bir mühendislik problemi oluşturabilir.

Çöl bölgelerinde büyük ve sürekli su kaynakları sınırlı olabilir.

Bu nedenle:

Kuru soğutma

veya:

Hibrit soğutma

sistemleri değerlendirilebilir.

Kuru soğutma sistemlerinde büyük hava soğutmalı ısı eşanjörleri kullanılabilir.

Ancak hava suya göre daha düşük ısı transfer kapasitesine sahiptir.

Özellikle sıcak hava koşullarında santral verimi düşebilir.

Ayrıca büyük hava soğutma sistemleri yüksek yatırım maliyetine sahip olabilir.

Bu nedenle büyük su kaynaklarına yakın bölgeler termik santraller için avantajlıdır.

Nükleer Santral Ne Kadar Su Kullanır?

Su kullanımı santralin:

• Elektrik gücüne
• Reaktör sayısına
• Soğutma sistemine
• Deniz veya nehir sıcaklığına
• Termal verimine

bağlıdır.

Tek geçişli soğutma sistemlerinde çok büyük miktarda su santralden geçirilebilir.

Ancak bu suyun büyük bölümü tüketilmez.

Denizden alınır.

Kondenserden geçer.

Isı alır.

Tekrar denize verilir.

Kapalı çevrim soğutma kulelerinde ise su çekimi daha düşük olabilir.

Ancak buharlaşma nedeniyle gerçek su tüketimi oluşur.

Bu nedenle:

Su çekimi

ve:

Su tüketimi

aynı şey değildir.

Deniz Suyu Radyoaktif Hale Gelir mi?

Normal çalışma koşullarında kondenser soğutmasında kullanılan deniz suyu reaktör çekirdeğiyle doğrudan temas etmez.

PWR ve VVER sistemlerinde birincil devre kapalıdır.

Birincil devre reaktör çekirdeğinden geçer.

İkincil devre buhar ve türbin çevrimidir.

Deniz suyu ise kondenser soğutma sisteminde kullanılabilir.

Bu nedenle normal çalışma sırasında deniz suyunun reaktör çekirdeğinden radyasyon alması beklenmez.

Santral su sistemleri radyolojik ve kimyasal açıdan izlenir.

Olası sistem kaçakları ölçüm ve izleme sistemleriyle takip edilir.

Deniz Suyu Reaktörü Acil Durumda Soğutabilir mi?

Normal reaktör soğutma sistemi deniz suyunun doğrudan çekirdeğe pompalanmasına dayanmaz.

Ancak çok ağır acil durumlarda farklı su kaynaklarının kullanılması değerlendirilebilir.

Fukushima kazasında normal soğutma sistemlerinin ciddi şekilde kaybedilmesi sonrasında reaktörlere deniz suyu enjekte edildi.

Bu olağan bir işletme yöntemi değildir.

Deniz suyu yüksek tuz içeriği nedeniyle ekipmanlarda ciddi korozyon ve hasara neden olabilir.

Bu nedenle deniz suyu enjeksiyonu son derece ağır acil durumlarda kullanılan son seçeneklerden biri olabilir.

Deniz Suyu Nükleer Santrale Zarar Verir mi?

Deniz suyu yüksek miktarda tuz ve farklı mineraller içerir.

Bu nedenle:

• Korozyon
• Biyolojik kirlenme
• Midye ve organizma birikimi
• Boru tıkanması
• Isı eşanjörü kirlenmesi

gibi sorunlara neden olabilir.

Deniz suyu sistemlerinde korozyona dayanıklı malzemeler kullanılabilir.

Filtreleme sistemleri bulunabilir.

Su alma yapılarında ızgaralar ve elekler kullanılabilir.

Biyolojik kirlenmeyi kontrol etmek için farklı su şartlandırma yöntemleri uygulanabilir.

Kondenser boruları düzenli olarak kontrol edilir ve temizlenir.

Deniz Canlıları Nükleer Santralden Etkilenir mi?

Soğutma suyu sistemleri deniz ekosistemini etkileyebilir.

Büyük miktarda suyun denizden alınması küçük balıkların, yumurtaların ve planktonların su alma sistemlerine girmesine neden olabilir.

Bu etkiler:

Impingement

ve:

Entrainment

olarak değerlendirilebilir.

Ayrıca ısınmış soğutma suyunun denize verilmesi yerel su sıcaklığını artırabilir.

Bu durum:

Termal kirlilik

olarak adlandırılır.

Bu nedenle soğutma suyu giriş ve deşarj sistemleri çevresel etki değerlendirmelerine tabidir.

Denize Verilen Sıcak Su Balıkları Öldürür mü?

Yüksek sıcaklık değişimleri deniz canlılarını olumsuz etkileyebilir.

Ancak santrallerin soğutma suyu deşarj sıcaklığı çevresel düzenlemelerle sınırlandırılır.

Deşarj yapıları sıcak suyun deniz içerisinde yayılmasını ve karışmasını sağlayacak şekilde tasarlanabilir.

Difüzör sistemleri kullanılabilir.

Amaç belirli bir bölgede aşırı sıcaklık artışını önlemektir.

Buna rağmen termal deşarjların yerel ekosistem üzerindeki etkileri izlenmelidir.

Su sıcaklığı ve biyolojik parametreler düzenli olarak ölçülebilir.

Deniz Seviyesi Yükselirse Nükleer Santral Ne Olur?

Deniz kıyısındaki nükleer santrallerde:

• Deniz seviyesi yükselmesi
• Fırtına kabarması
• Kıyı taşkını
• Tsunami

gibi dış tehlikeler değerlendirilmelidir.

Fukushima kazası tsunami riskinin önemini açık şekilde göstermiştir.

Modern santral tasarımında kritik güvenlik ekipmanlarının su basmasına karşı korunması gerekir.

Deniz suyu bariyerleri oluşturulabilir.

Elektrik ekipmanları yüksek seviyelere yerleştirilebilir.

Su geçirmez yapılar kullanılabilir.

Ancak güvenlik tasarımı santralin bulunduğu bölgenin gerçek doğal afet risklerine göre yapılmalıdır.

Tsunami Riski Varken Neden Deniz Kenarına Santral Kuruluyor?

Deniz büyük bir soğutma avantajı sağlar.

Ancak tsunami ve kıyı taşkını gibi riskler oluşturabilir.

Nükleer santral yer seçimi sırasında fay hatları, tsunami geçmişi, deniz seviyesi ve meteorolojik koşullar değerlendirilir.

Santral tasarımı belirlenen dış tehlikelere dayanacak şekilde hazırlanmalıdır.

Fukushima kazasından sonra dünya genelinde nükleer tesislerin sel ve tsunami riskleri yeniden değerlendirilmiştir.

Bir santralin deniz kenarında bulunması otomatik olarak güvensiz olduğu anlamına gelmez.

Ancak kıyı kaynaklı dış tehlikelerin doğru değerlendirilmesi kritik öneme sahiptir.

Akkuyu Neden Deniz Kenarına Kuruldu?

Akkuyu Nükleer Güç Santrali Mersin’in Gülnar ilçesi yakınlarında Akdeniz kıyısında bulunmaktadır.

Santralin kıyı bölgesinde bulunmasının önemli teknik avantajlarından biri büyük soğutma suyu kaynağına erişimdir.

Dört VVER-1200 ünitesinden oluşan büyük bir enerji tesisinin çok yüksek miktarda atık ısıyı çevreye uzaklaştırması gerekir.

Akdeniz suyu kondenser soğutma sistemlerinde kullanılabilir.

Bu sayede türbinlerden çıkan buharın yoğuşturulması ve elektrik üretim çevriminin devam ettirilmesi sağlanabilir.

Deniz suyu reaktör çekirdeğine doğrudan gönderilmez.

Reaktörün birincil soğutma devresi ayrı ve kapalı bir sistemdir.

Nükleer Santral Deniz Olmadan Çalışabilir mi?

Evet.

Nükleer santraller deniz olmadan çalışabilir.

Ancak büyük miktarda atık ısının uzaklaştırılması için alternatif bir sistem gerekir.

Büyük nehir veya göl kullanılabilir.

Soğutma kuleleri kurulabilir.

Kuru soğutma sistemleri kullanılabilir.

Hibrit sistemler geliştirilebilir.

Bu nedenle nükleer santral için deniz zorunlu değildir.

Zorunlu olan:

Güvenilir ve yeterli bir nihai ısı uzaklaştırma sistemidir.

Sonuç

Nükleer santrallerin deniz kenarına kurulmasının temel nedeni reaktörün deniz suyuyla çalışması değildir.

Asıl neden elektrik üretim çevriminde ortaya çıkan çok büyük miktardaki atık ısının çevreye uzaklaştırılmasıdır.

Reaktörde oluşan ısının yalnızca bir bölümü elektrik enerjisine dönüştürülebilir. Kalan ısı kondenser ve soğutma sistemleri üzerinden çevreye atılmalıdır.

Deniz büyük ve sürekli bir soğutma suyu kaynağı sağlar. Deniz suyu kondenser sisteminden geçirilerek türbin buharının tekrar suya dönüştürülmesine yardımcı olabilir.

PWR ve VVER tipi nükleer santrallerde deniz suyu doğrudan reaktör çekirdeğine girmez. Reaktör birincil devresi, türbin çevrimi ve kondenser soğutma sistemi ayrı devrelerdir.

Nükleer santraller deniz olmadan da çalışabilir. Büyük nehirler, göller, soğutma kuleleri veya kuru soğutma sistemleri kullanılabilir.

Ancak büyük bir nükleer güç santralinin güvenli ve verimli şekilde çalışabilmesi için yüksek kapasiteli ve güvenilir bir ısı uzaklaştırma sistemi gereklidir.