Ydinvoima: miten se toimii, ammattitaitoa, miinoja, vaikutus

Yhdysvallat on maailman suurin ydinvoiman tuottaja. Vuonna 2016 se tuotti 805 miljardia kilowattituntia (kWh) sähköä. Se on yli 30 prosenttia maailmanlaajuisesti tuotetusta ydinvoimasta 2,45 miljardista kWh. Ranska on toiseksi suurin tuottaja (418 miljardia kWh). Sen jälkeen Venäjä (169,1 miljardia kWh), Etelä-Korea (149,2 miljardia kWh), Kiina (123,8 miljardia kWh) ja Kanada (98,6 miljardia kWh) .

(Ei-U.-luvut ovat vuodelta 2014. Viimeisimmät luvut eivät ole käytettävissä.)

Yhdysvaltain johtajuus tuli sen historiallisesta tehtävästä ydinvoiman kehityksen edelläkävijänä. Ensimmäinen kaupallinen painevesireaktori, Yankee Rowe, aloitti toimintansa vuonna 1960 ja toimi vuoteen 1992 asti. (Lähde: "Ydinvoima USA: ssa", Maailman ydinaseyhdistys, huhtikuu 2017.)

Ydinvoimalaitokset

Ydinvoimaloita on 99 kolmessa valtiossa. Useimmat sijaitsevat Mississippi-joen itäpuolella (katso kartta). Ne tuottavat noin 40-50 miljardia dollaria sähkönmyynnistä ja tuottavat yli 100 000 työpaikkaa. Jokainen keskimääräisen reaktorin käyttämä dollari tuottaa $ 1. 87 USA: n taloudessa. (Lähde: "Ydinenergia-taloudelliset edut", ydinenergiainstituutti, huhtikuu 2014)

U. S. ydinvoimalaitokset tuottavat 19,7 prosenttia 4 079 biljoonaa kWh koko U.S. sähköntuotannosta vuonna 2016. Se oli toinen kivihiilen (30 prosenttia) ja maakaasun (34 prosenttia).

Se on suurempi kuin vesivoima (6,5 prosenttia) ja muut vaihtoehtoiset lähteet, mukaan lukien tuulivoima (8,4 prosenttia).

Tutkimusyliopistoissa on myös 36 testireaktoria (ks. Kartta). Niitä käytetään luomaan pieniä määriä säteilyä kokeille. Tässä tutkijat tutkivat neutroneja ja muita subatomisia hiukkasia, tutkivat auto- ja lääketieteellisiä osia ja oppivat paremmin hoidettavaksi syöpäsairauksia.

(Lähde: "Backgrounder on Research and Test Reactors", NRC, 18. elokuuta 2011.)

Miten ydinvoima toimii?

Kaikki voimalaitokset lämpövesi tuottavat höyryä, joka kääntää generaattorin sähköä tuottaakseen. Ydinvoimalaitoksissa tämä höyry tuottaa ydinfissiosta syntyvä lämpö. Kun atomi jakautuu, vapautuu valtavia määriä energiaa lämmön muodossa.

Uraania 235 käytetään polttoaineena, koska se hajoaa helposti, kun se törmää neutronin kanssa. Kun näin tapahtuu, itse uraanin neutronit alkavat törmätä muihin atomeihinsa. Tämä käynnistää ketjureaktion. Siksi ydinpommit ovat niin voimakkaita.

Ydingeneraattorissa ketjureaktiota ohjataan erityisillä tangoilla, jotka absorboivat ylimääräisiä neutroneja harmittomasti. Nämä säätösauvat sijoitetaan polttoainesauvien vieressä, jotka sisältävät uraanipolttoainetta.Yli 200 näistä tangoista on ryhmitelty polttoainekokoonpanoksi. Kun insinöörit haluavat hidastaa prosessia, ne pienentävät säätösauvoja kokoonpanoon. Kun he haluavat enemmän lämpöä, he nostavat tangot. (Lähde: "Miten ydinvoimalat toimivat?" Duke Energy.)

Yhdysvalloissa on kahta ydinvoimalaitostyyppiä. On olemassa 65 painevesireaktoria ja 34 kiehuvaa vettä reaktoria.

Ne eroavat toisistaan ​​siitä, kuinka lämpöä siirretään reaktorista generaattoriin.

Paineistetut vesireaktorit käyttävät suurta painetta, jotta reaktorissa oleva vesi kiehuu. Tämä mahdollistaa sen lämmittämisen super-korkeille tasoille. Lämpö siirretään sitten putkien läpi erilliseen vesisäiliöön generaattorissa. Se luo höyryä, joka ohjaa sähköturbiinia. Reaktorista tuleva vesi taas palaa uudelleenlämmitteiseksi. Turbiinin höyry jäähdytetään lauhduttimessa. Tuloksena oleva vesi palautetaan takaisin höyrystimeen. Tässä on animoitu versio painevesireaktorista.

Kiehutusvesireaktorit toisaalta käyttävät kiehuvaa vettä, jotta höyry saadaan suoraan tuottamaan generaattoria. Tässä on kiehutusvesireaktorin animoitu versio.

Mikä tärkeintä on se, että koko prosessi tapahtuu suljetussa ympäristössä ulkoisen maailman suojelemiseksi mistä tahansa saastumisesta.

Voimalaitoksia voidaan jäähdyttää ja jopa pysähtyä nopeasti. (Lähde: "Miten ydinenergia toimii?", UNAE.)

Edut

Ydinvoimalaitokset eivät aiheuta kasvihuonekaasuja, toisin kuin kivihiili ja maakaasu.

Ne tuottavat 0, 5 työpaikkaa tuotetun sähkön jokaiselle megawattitunnille (mWh). Tämä on 0, 19 työpaikkaa kivihiilellä, 0, 05 työpaikkaa kaasukäyttöisissä laitoksissa ja 0, 05 tuulivoima. Ainoa muu virtalähde, joka luo lisää työpaikkoja / mWh, on aurinkosähkö, klo 1. 06 työpaikka / mWh. (Lähde: "Ydinenergian taloudelliset edut", ydinenergiainstituutti, huhtikuu 2014. )

Ydinvoimalla on vuosikymmeniä ollut halvin käyttökustannuksia. 1,87 senttiä / kWh (2008 luvut), se on 68 prosenttia hiilen kustannuksista. Viime aikoihin asti se oli vain 25 prosenttia maakaasun kustannuksista.

Pelot ilmaston lämpenemisestä estivät hiilivoimaloiden uutta rakennetta. Vuosina 1992-2005 syntyi noin 270 000 megawattia uusien kaasukäyttöisten voimalaitosten energiatehokkuutta. Tuolloin näillä laitoksilla näytti olevan pienin sijoitusriski. Tämän seurauksena vain 14 000 MWe uutta ydinvoimaa ja hiilivoimaloita tuli verkossa. Se auttoi lisäämään maakaasun hintoja, pakottaen suuret teolliset käyttäjät offshore-markkinoilla ja työntämään kaasukäyttöisiä sähkökustannuksia 10 senttiin / kWh.

Haitat

Ydinvoimalla on kaksi suurta haittaa polttoaineen lähteen radioaktiivisuuden ansiosta.

1. Onnettomuus laitoksessa saattaisi päästää radioaktiivista ainetta ympäristöön radioaktiivisten kaasujen ja hiukkasten pilkkomisen (pilkkomainen muodostuminen). Nämä hiukkaset inhaloidaan tai niellään ihmisiä ja eläimiä tai sijoitetaan maahan.Hiukkaset koostuvat epästabiileista atomeista, jotka luovuttavat ylimääräisen energian, jota kutsutaan säteilyksi, kunnes ne pysyvät vakaina. Pienissä annoksissa säteily on vaaratonta. Ydinvoiman sulamisen jälkeen suuret annokset tuhoavat eläviä soluja ja voivat aiheuttaa mutaatiota, sairautta ja kuoleman.

Ydinmurtajien mahdollinen vaikutus voi olla katastrofaalinen, kuten Tshernobylissä ja Fukushimassa todettiin, vaikka tällaisen tapahtuman mahdollisuudet ovat harvinaisia. Ainoa U.S.-ydinonnettomuus oli vuonna Three Mile Island vuonna 1979, kun radioaktiiviset polttoainesäleet osittain sulanut. Vain pieni määrä radioaktiivista kaasua vapautui. Ei ollut mitattavia terveysvaikutuksia. Kuitenkaan uusia ydinvoimaloita ei rakennettu 30 vuoden ajan.

Lähes kolme miljoonaa amerikkalaista asuu 10 kilometrin etäisyydellä toimilaitoksesta. Ne vaarantavat suoran säteilyaltistuksen onnettomuustilanteessa. Jos olet yksi näistä ihmisistä, tässä on tapana valmistautua onnettomuuteen.

2. Ydinjätehuolto on valtava haitta. Matalat jätteet tulevat kosketuksiin ydinpolttoaineen kanssa päivittäisessä toiminnassa. Se on hävitettävä paikan päällä tai se lähetetään matalan tason jätteenkäsittelylaitokseen yhdessä 37 osavaltiossa. (Lähde: "Low-Level Waste", U. S: n ydinturvallisuuskomissio.)

Korkean tason jätteet koostuvat käytetystä polttoaineesta. Kestää satoja tuhansia vuosia. Tällä hetkellä 70 000 tonnia polttoainetta varastoidaan itse voimalaitoksille. (Lähde: "Faff ja Fallout", The Economist, 29. elokuuta 2015)

Vuonna 1982 ydinjätteitä koskevassa säädöksessä kongressi kertoi Yhdysvaltain ydinvoima-alan sääntelykomitealle suunnittelemaan, rakentamaan, toimimaan ja lopulta purkamaan pysyvän geologista loppusijoituslaitosta korkean tason jätteen hävittämiseksi Yucca Mountainissa, Nevadassa.

Paikalliset virkamiehet eivät halua vaarantaa heidän tilaansa. Ne viivästyttivät kehitystä vuoteen 2013, jolloin NRC voitti tapauksensa U.S: n valituslautakunnassa. Vuonna 2015 NRC suoritti turvallisuusarvioinnin ja aloitti työnsä ympäristövaikutusten selvityksestä. (Lähde: "High-Level Waste Disposal", Yhdysvaltain ydinvoima-alan sääntelykomissio.)

Yhdysvaltojen ydinvoiman tulevaisuus

Vuotuinen Yhdysvaltain sähkön kysynnän ennustetaan kasvavan 28 prosenttia vuoteen 2040 mennessä. ilmaston lämpenemisestä, ydinvoima on alkanut jälleen näyttää houkuttelevalta. 1990-luvun lopulla ydinvoimaa pidettiin keinona vähentää riippuvuutta tuontiöljystä ja kaasusta. Tämä politiikan muutos loi tien merkittävään ydinkapasiteetin kasvuun.

Vuoden 2005 energiapolitiikkalaki antoi taloudellisia kannustimia kehittyneiden ydinvoimaloiden rakentamiseen. Myös kolme sääntelyaloitetta helpotti:

• Yksinkertaistettu suunnittelun varmennusprosessi.
• Varhaisen sivuston luvat.
• Rakentamisen ja käyttölupaprosessin yhdistäminen.

Vuodesta 2007 lähtien yritykset ovat hakeneet 24 lisenssiä uusille ydinreaktoreille. Rakenteilla on neljä uutta laitosta. Westinghouse rakentaa kaksi Georgiaa ja kaksi Etelä-Carolinassa.(Lähde: "Westinghouse ostaa CB & I: n ydinyksikön" Wall Street Journal, lokakuu 29, 2015)

Toisaalta kotimaisen shaleöljyn ja maakaasun jakaminen on tehnyt kaasusta edullisen vaihtoehdon vanhojen ydinvoimaloiden nykyaikaistamiseen. Tämän seurauksena neljä laitosta on suljettu viimeisten kahden vuoden aikana. Vanhojen ydinvoimaloiden pitäminen kustannuksissa kasvaa enemmän kuin uusien kaasukäyttöisten kasvien rakentaminen. Se on jopa kalliimpaa kuin vanhan hiilivoimalaitoksen kunnostaminen maakaasulle.

Siksi ydinvoiman lisääntyminen Amerikassa riippuu maakaasun hinnoista. Jos he nousevat uudelleen ja pysyvät korkeina, odottavat huomiota palaavan ydinvoiman tuottamiseen. (Lähde: "Toinen reaktori sulkeutuu, uusi oivallus uuteen ydinvoimaan", National Geographic, 1. tammikuuta 2015)