Energi nuklir dan solusi energi lainnya untuk Jepang sekarang

Masalah

Di beberapa negara di dunia, seperti Jepang dan Indonesia, ada kombinasi khusus masalah yang membuat produksi energi sangat sulit. Khususnya:

  • Mereka dapat mengalami gempa bumi yang sangat kuat (> 7,0) dan tsunami yang menyertainya, yang, seperti yang ditunjukkan oleh peristiwa baru-baru ini, membuat pembangkit listrik tenaga nuklir rentan terhadap kerusakan dan, sebagai akibatnya, kebocoran produk radioaktif.

  • Sifat alami dari pembangkit listrik tenaga nuklir dengan bahaya radioaktif terhadap populasi membuatnya disarankan untuk menempatkan beberapa bersama di daerah kecil untuk membatasi paparan pada populasi. Namun demikian, konsentrasi energi yang sedemikian besar di daerah kecil berarti bahwa sebagian besar kapasitas produksi listrik negara rentan terhadap satu peristiwa yang dapat merusak kemampuan operasional negara tersebut.

  • Mereka memiliki sedikit atau tidak ada cadangan batu bara atau minyak, dan lebih suka tidak mengimpor bahan bakar fosil untuk apa pun selain digunakan dalam mobil dan truk untuk membatasi kekurangan devisa dan ketergantungan pada sumber daya asing. Selain itu, diyakini bahwa karbon dioksida, yang mengarah pada penggunaan bahan bakar fosil, dalam banyak kasus menyebabkan pemanasan iklim, yang mengarah pada pengurangan gletser dan lapisan es, kenaikan permukaan laut dan daerah padang pasir bergeser ke kutub, serta kehilangannya. lahan pertanian, sehingga disarankan untuk tidak menggunakan.

Energi nuklir di negara-negara ini memiliki masalah. Bagaimana negara seperti itu menyediakan kebutuhan energinya, sambil mempertahankan margin keselamatan bagi penduduknya dari radioaktivitas, dan juga memastikan bahwa total produksi listrik tidak mengalami kegagalan bencana?

Solusi

Kita perlu mencari sumber produksi energi yang memiliki fitur-fitur penting berikut:

  • Ini cukup untuk memenuhi kebutuhan dasar negara dalam jangka panjang.
  • Sumber produksi energi yang bisa dihamburkan, sehingga potensi produksi energi bangsa kebal terhadap satu peristiwa yang merusak.
  • Tidak mengandung karbon dioksida dan polutan lainnya.
  • Apakah harga bersaing dengan sumber yang ada, sehingga dapat mulai menggantikan sumber energi yang ada sekarang, dan kemudian menjadi pemasok energi utama untuk negara ini ketika lebih banyak sumber baru yang serupa diciptakan.
  • Mampu menggunakan sistem distribusi energi yang ada sekarang.

Fitur yang diinginkan:

  • Mampu menghasilkan bahan bakar dari waktu ke waktu, yang dapat menggantikan bahan bakar fosil untuk pembangkit listrik portabel (mobil, pesawat terbang, dll.).

Beberapa kemungkinan sumber energi telah diusulkan, yaitu:

  • Reaktor fisi nuklir dari desain yang berbeda.
  • Turbin angin darat.
  • Generator gelombang Shore.
  • Sel surya terestrial dan / atau generator panas matahari.
  • Bahan bakar untuk menggantikan bahan bakar fosil seperti alkohol dan minyak dari tanaman pangan, limbah kayu, ganggang coklat dan ganggang.
  • Sumur termal dalam terestrial.
  • Turbin angin laut, generator gelombang dan panel surya.

Mari kita lihat opsi-opsi ini satu per satu.

Fisi nuklir, Reaktor fisi nuklir saat ini digunakan untuk beban dasar (faktor beban ~ 0,98. Perhatikan bahwa faktor beban adalah sebagian kecil dari waktu yang dapat digunakan sumber untuk menyediakan energi), dan dapat beroperasi pada ~ $ 0,08. AS / kWh atau lebih. Bahan bakar nuklir sudah cukup untuk beroperasi selama lebih dari 100 tahun tanpa menggunakan reaktor pemulia. Peternak menghasilkan lebih banyak bahan bakar daripada yang digunakannya. Jika kita menggunakan peternak, bahan bakar untuk membelah akan bertahan selama beberapa ribu tahun.

Keamanan adalah masalah besar. Elemen yang rentan dalam reaktor air ringan yang saat ini digunakan di Jepang dan negara-negara lain adalah pompa pendingin. Pompa cadangan selalu disediakan, tetapi jika semua listrik terputus di dalam dan di luar fasilitas (seperti yang terjadi di Jepang), pompa siaga tidak berguna. Batang kontrol penyerap neutron dan sistem shutdown darurat akan bekerja tanpa listrik dan mematikan reaksi fisi, tetapi radioaktivitas residu pada batang bahan bakar akan terus memanaskan batang dan melelehkannya (seperti yang jelas terjadi di Jepang). Jika pompa pendingin telah offline cukup lama, batang dapat mencair melalui kontainmen dan melepaskan bahan radioaktif ke lingkungan.

Tampaknya tepat untuk merancang beberapa reaktor (misalnya, reaktor kerikil) dengan kepadatan energi yang cukup rendah dalam sel bahan bakar sehingga radioaktivitas residual tidak mencairkannya. Pendekatan ini terlihat menjanjikan, tetapi tidak memecahkan masalah apa yang harus dilakukan dengan elemen bahan bakar bekas radioaktif, juga tidak membantu kita membubarkan generator energi sehingga satu peristiwa bencana tidak merusak produksi listrik negara. Akan selalu diinginkan untuk memusatkan reaktor fisi radioaktif dalam satu zona untuk mengurangi paparan populasi.

Akhirnya, itu tidak menghasilkan bahan bakar non-fosil untuk menggantikan mobil, truk, dan pesawat terbang.

Turbin angin darat. Turbin angin berbasis darat ramah lingkungan tetapi mahal (~ $ 0,10 / kWh atau lebih). Selain itu, mereka membutuhkan area berangin yang dipilih dengan hati-hati yang tidak cukup umum untuk memberikan porsi yang signifikan dari beban dasar. Selain itu, mereka tidak selalu tersedia (load factor ~ 0,5 hingga 0,7 di lokasi yang baik, di tempat lain lebih sedikit). Generator ini tidak cocok untuk menghasilkan beban dasar yang harus kompetitif dan dapat diandalkan. Mereka berguna, tetapi tampaknya paling cocok untuk bekerja di daerah berenergi tinggi.

Generator gelombang Shore. Generator gelombang darat juga ramah lingkungan, tetapi mahal, tetapi tidak semahal turbin angin darat (~ $ 0,09 / kWh atau lebih). Sekali lagi, mereka membutuhkan medan gelombang yang dipilih dengan hati-hati yang tidak tersebar luas untuk menyediakan porsi signifikan dari beban dasar (faktor beban ~ 0,4-0,6 di area yang baik, lebih sedikit di tempat lain). Selain itu, mereka tidak tersedia setiap saat. Generator ini tidak cocok untuk menghasilkan beban dasar yang harus kompetitif dan andal. Mereka berguna, tetapi tampaknya paling cocok untuk bekerja di daerah berenergi tinggi.

Sel surya terestrial dan / atau generator panas matahari. Sel surya terestrial dan sistem panas matahari memiliki masalah serius untuk pengoperasian beban dasar. Mereka adalah sumber yang paling mahal (~ $ 0,17 / kWh atau lebih). Sistem panas matahari mengharuskan sistem penyimpanan yang mahal bekerja saat matahari terbenam atau tertutup (load factor ~ 0,4-0,6 di daerah gurun, lebih sedikit di tempat lain), yang semakin menambah biaya. Sel surya tidak bisa bekerja tanpa matahari sama sekali. Keduanya membutuhkan saluran luas dari tanah yang dipilih dengan cermat untuk setiap kilowatt listrik yang dihasilkan. (~ 0,1 kW / meter persegi.) Selain itu, tanah ini dapat digunakan untuk tujuan lain yang sangat sedikit. Secara umum, generator surya tidak cocok untuk negara-negara (seperti Jepang) di dekat laut, di mana awan dan kabut biasa terjadi.

Tampaknya sel surya terestrial dan sistem panas matahari tidak cocok untuk menghasilkan beban dasar di negara-negara seperti Jepang, di mana mereka harus kompetitif secara ekonomi dan dapat diandalkan. Sel surya paling cocok untuk penggunaan khusus di mana biaya dan area kurang penting, misalnya di atas mobil listrik untuk memperluas jangkauan baterai mereka, atau di atap rumah untuk menutupi beban puncak hari, atau dekat komunitas gurun pada siang hari. Beban puncak.

Energi matahari paling cocok untuk digunakan di daerah gurun khusus yang terisolasi di mana kondisi iklim dan karakteristik beban bekerja bersama untuk membuat generator ini lebih kompetitif.

Bahan bakar berkelanjutan untuk menggantikan bahan bakar fosil. Alkohol dari jagung saat ini diproduksi dan digunakan dengan bensin untuk menggerakkan mobil. Namun, opsi ini tidak dapat dianggap sebagai solusi jangka panjang. Seiring bertambahnya populasi, jagung harus digunakan sebagai makanan. Hal yang sama berlaku untuk minyak kedelai. Ini tidak berlaku untuk alkohol dan minyak dari limbah kayu dan tanaman laut seperti ganggang dan ganggang. Sumber-sumber ini tidak memberikan tekanan pada kemungkinan produksi pangan, sehingga produksi jangka panjang dimungkinkan, serta diinginkan. Ini dapat membantu menggantikan bahan bakar fosil untuk aplikasi portabel (mobil, truk, dan pesawat) dalam jangka panjang. Namun, harus dicatat bahwa itu tidak dapat menggantikan bahan bakar fosil untuk operasi dengan beban dasar. Energi dari pertumbuhan tanaman kurang efisien dibandingkan dengan panel surya, dan telah dicatat bahwa sel surya tidak ekonomis untuk beban dasar dan membutuhkan terlalu banyak tanah, terutama di negara-negara berpenduduk padat seperti Jepang. Energi dari pembangkit sangat cocok untuk memasok sebagian bahan bakar ke pembangkit listrik portabel seperti mobil, truk, dan pesawat terbang.

Sumur termal dalam terestrial. Sumur panas yang dalam tidak mencemari lingkungan dan dapat bersaing dengan biaya. Biaya tergantung pada biaya pengeboran sumur ke batu panas jauh di dalam kerak bumi. Metode pengeboran kimia baru menjanjikan, tetapi rincian biaya belum tersedia. Lubang pilot sekarang menyala. Jika lubang pilot cukup murah, sumur termal ini dapat digunakan untuk menyediakan beban dasar. Bahan bakar (panas Bumi) tersedia cukup dekat dengan permukaan di banyak wilayah Bumi dan akan beroperasi di masa mendatang. Itu tidak mencemari lingkungan. Itu dapat menggunakan sistem distribusi listrik yang ada. Lubang tersebut bahkan dapat digunakan untuk memisahkan karbon dioksida. Satu-satunya kelemahan dari generator ini adalah bahwa ia rentan terhadap kerusakan gempa bumi dan tidak dapat menyediakan bahan bakar untuk pembangkit listrik portabel, meskipun masalah yang terakhir ini mungkin menjadi kurang penting jika kendaraan listrik menangkap pasar otomotif. Namun, kerentanan terhadap gempa bumi mungkin membuatnya tidak diinginkan untuk negara-negara seperti Jepang, meskipun, tidak seperti instalasi nuklir, itu tidak akan aman.

Turbin angin laut, generator gelombang dan panel surya. Turbin angin laut, generator gelombang dan sel surya ramah lingkungan dan tidak mahal. Mereka dapat beroperasi pada platform yang sama atau mengirim untuk menghemat biaya modal. Biaya per kilowatt jam diperkirakan ~ $ 0,03 per kilowatt jam atau lebih. Sel surya mahal dan memakan banyak ruang sehingga mereka hanya dapat menyediakan sepersepuluh dari total energi yang dihasilkan, sehingga kapal hanya memiliki persediaan cadangan untuk cuaca yang tenang. Kapal dapat dipindahkan untuk menemukan kondisi kerja yang optimal (load factor ~ 0,85 hingga 0,95). Energi dapat segera dikonversi menjadi konsentrat pupuk dengan transportasi yang mudah ke tanah dan pasar yang siap pakai. Ini membebaskan gas alam (saat ini digunakan untuk produksi pupuk) untuk digunakan untuk membuat beban dasar. Dimungkinkan juga, dengan pengembangan, untuk mengubah energi yang terkumpul di lautan bersama dengan sisa-sisa tanaman pangan menjadi hidrogen, gas alam atau minyak, sehingga beban dasar dan aplikasi portabel dapat secara langsung tercakup di masa depan. Generator turbin gas dapat tersebar dan dengan demikian menghindari kerentanan terhadap kerusakan tunggal. Pemiliknya juga bisa menjadi operator, sehingga overhead disimpan. Bagian dari pembayaran pemilik adalah akomodasi di kapal, sehingga menyediakan pekerjaan dan perumahan. Semua karakteristik kritis dan diinginkan memuaskan. Prototipe ini hampir selesai, sehingga implementasinya akan dalam waktu dekat. Jelas, ini adalah kandidat untuk menggantikan bahan bakar fosil dan, dalam kasus-kasus khusus, fisi bahan nuklir.

Kesimpulan Jelas, Jepang dan negara-negara lain di posisi yang sama harus memikirkan kembali ketergantungan mereka pada reaktor fisi sebagai pemasok energi utama mereka untuk beban dasar. Dalam waktu dekat mereka akan memperbaiki reaktor yang rusak yang dapat diperbaiki secara aman dan ekonomis. Namun beberapa reaktor hancur total dan harus diganti dengan sesuatu, dan dengan cepat, karena tidak ada daya yang cukup untuk menutupi beban. Penggantian tercepat dan termurah adalah turbin gas dan generator diesel, dan mereka kemungkinan akan digunakan dalam waktu dekat. Ini berarti bahwa dalam waktu dekat Jepang harus meningkatkan impor bahan bakar fosil, yang merupakan situasi yang sangat tidak diinginkan. Dengan demikian, Jepang akan mulai mencari alternatif, dan inilah yang akan ditemukan oleh Jepang (dan negara-negara lain dalam situasi serupa).

Ekstraksi bahan bakar fosil dan gas mahal dan memuncak dalam produksi minyak awal dan tak lama setelah gas. Selain itu, ini tidak diinginkan karena gas rumah kaca yang dihasilkannya. Bahan bakar berkelanjutan untuk menggantikan bahan bakar fosil seperti alkohol dan minyak dari limbah kayu dan tanaman laut tidak ekonomis dan membutuhkan terlalu banyak lahan untuk menutupi beban dasar. Turbin angin darat dan generator gelombang jalan tidak selalu dapat diakses dan hampir tidak ada situs yang cukup baik untuk menutupi sebagian besar beban dasar. Panel surya dan generator panas matahari sangat mahal, tidak selalu tersedia dan membutuhkan terlalu banyak ruang, yang tidak umum di daerah pantai untuk menutupi beban dasar.

Jelas, untuk Jepang dan negara-negara serupa, hanya tiga opsi yang terbuka untuk pemuatan energi dasar jangka panjang, yaitu:

  • Desain alternatif reaktor fisi nuklir, seperti reaktor kerikil, reaktor cepat, dan desain reaktor air ringan yang dimodifikasi yang tidak memiliki masalah dengan radiasi pancaran, meskipun mereka akan selalu rentan terhadap kerusakan katastropik akibat gempa bumi dan masalah pembuangan bahan bakar bekas.

  • Generator sumur panas dalam yang bebas dari radiasi dan masalah bahan bakar bekas, meskipun mereka akan selalu rentan terhadap bencana gempa bumi.

  • Turbin angin laut, generator gelombang dan sel surya di mana tidak ada kebocoran radiasi dan bahan bakar bekas. Selain itu, baik generator bahan bakar samudera dan generator listrik berbasis darat yang beroperasi di pabrik turbin gas harus didistribusikan secara luas untuk menghindari kerusakan skala besar sebagai akibat dari peristiwa bencana tunggal. Selain itu, ketika generator bahan bakar muncul di lautan, mereka dapat memenuhi semua kebutuhan energi (bahkan pembangkit listrik portabel) dengan bantuan energi berkelanjutan dan murah yang tidak memerlukan pertukaran mata uang asing.

Akan bijaksana bagi Jepang untuk mulai sekarang untuk mengeksplorasi ketiga opsi sekarang.

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *