Kerneenergi ( Nuclear energy ) er en gren af energi , der er engageret i produktion af elektrisk og termisk energi ved at omdanne kerneenergi [1] .
Normalt, for at opnå kerneenergi, anvendes en kernekædereaktion af nuklear fission af plutonium-239 eller uranium-235 [2] . Kerner deles, når en neutron rammer dem , og nye neutroner og fissionsfragmenter opnås. Fissionsneutroner og fissionsfragmenter har høj kinetisk energi . Som et resultat af kollisioner af fragmenter med andre atomer omdannes denne kinetiske energi hurtigt til varme .
Selvom den primære kilde inden for ethvert energiområde er kerneenergi (for eksempel: energien fra solkernereaktioner, i vandkraftværker, solkraftværker og kraftværker, der kører på fossile brændstoffer; energien fra radioaktivt henfald i geotermiske kraftværker ), kun brugen af kontrollerede reaktioner i atomreaktorer refererer til atomenergi .
Atomenergi produceres i atomkraftværker , der bruges på nukleare isbrydere , atomubåde ; Rusland implementerer et program til at skabe og teste en nuklear raketmotor , USA stoppede programmet for at skabe en nuklear motor til rumfartøjer , derudover blev der gjort forsøg på at skabe en nuklear motor til fly ( atomare fly ) og "atomare" tanke .
Atomkraft er baseret på brugen af atombrændsel , hvis helhed af industrielle processer udgør det nukleare brændselskredsløb. Selvom der er forskellige typer brændselscyklusser, afhængig af både typen af reaktor og karakteristikaene for den sidste fase af cyklussen, har de generelt fælles trin [3] .
Under drift fjerner vedligeholdelsesprocesser det resulterende lavaktive radioaktive affald. Når levetiden er slut , er selve reaktoren dekommissioneret , demontering ledsages af dekontaminering og bortskaffelse af reaktordele [3] .
En atomreaktor er en enhed designet til at organisere en kontrolleret selvopretholdende fissionskædereaktion , som altid er ledsaget af frigivelse af energi.
Den første atomreaktor blev bygget og opsendt i december 1942 i USA under ledelse af E. Fermi . Den første reaktor bygget uden for USA var ZEEP , opsendt i Canada den 5. september 1945 [4] . I Europa var den første atomreaktor F-1 installationen , som blev opsendt den 25. december 1946 i Moskva under ledelse af I. V. Kurchatov [5] . I 1978 var omkring hundrede atomreaktorer af forskellige typer allerede i drift i verden.
Der er forskellige typer reaktorer, de største forskelle i dem skyldes det anvendte brændstof og kølevæsken, der bruges til at opretholde den ønskede temperatur i kernen, og moderatoren, der bruges til at reducere hastigheden af neutroner, der frigives som følge af nuklear henfald for at opretholde den ønskede hastighed af kædereaktionen [3] .
Den første nukleare fissionskædereaktion blev udført den 2. december 1942 ved University of Chicago med uran som brændstof og grafit som moderator. Den første elektricitet fra energien fra nuklear fission blev opnået den 20. december 1951 på Idaho National Laboratory ved hjælp af EBR-I (Experimental Breeder Reactor-I) hurtige neutronreaktor. Den genererede effekt var omkring 100 kW [6] .
Den 9. maj 1954 blev der opnået en stabil nuklear kædereaktion ved en atomreaktor i Obninsk , USSR . Reaktoren på 5 MW kørte på beriget uran med grafit som moderator, og vand med den sædvanlige isotopsammensætning blev brugt til afkøling. Den 26. juni kl. 17:30 begyndte den energi, der blev genereret her, at strømme ind i Mosenergos forbrugernet [6] .
I december 1954 blev den første atomubåd Nautilus taget i brug i USA [6] .
I 1956 startede 50 megawatt Calder Hall - 1 atomkraftværket i drift i Storbritannien . Dette blev i 1957 fulgt af atomkraftværket Shippingport i USA - 60 MW [2] [6] og i 1959 af atomkraftværket Marcoulle i Frankrig - 37 MW [6] . I 1958 begyndte den første fase af det andet sovjetiske atomkraftværk, det sibiriske kernekraftværk, at producere elektricitet med en kapacitet på 100 MW, hvis samlede designkapacitet var 600 MW [2] . I 1959 blev verdens første ikke-militære atomdrevne fartøj, Lenin-isbryderen , søsat i USSR [6] .
Atomenergi, som en ny retning inden for energi, blev anerkendt på den 1. internationale videnskabelige og tekniske konference om fredelig anvendelse af atomenergi, afholdt i Genève i august 1955 [2] , som markerede begyndelsen på internationalt samarbejde inden for fredelige områder. brug af atomenergi og svækkede sløret af hemmeligholdelse over atomforskning, der har eksisteret siden Anden Verdenskrig [6] .
I 1960'erne oplevede USA overgangen af atomkraft til et kommercielt grundlag. Det første kommercielle atomkraftværk var Yankee Rowe, med en kapacitet på 250 MW, som fungerede fra 1960 til 1992. Det første atomkraftværk i USA, hvis opførelse blev finansieret fra private kilder, var Dresden Nuclear Power Plant [7] .
I USSR, i 1964, kom Beloyarsk NPP (den første enhed på 100 MW) og Novovoronezh NPP (den første enhed på 240 MW) i drift. I 1973 blev den første højeffektkraftenhed (1000 MW) lanceret ved Leningrad NPP i byen Sosnovy Bor . Energien fra den første industrielle hurtige neutronreaktor lanceret i Kasakhstan i 1972 (150 MW) blev brugt til at generere elektricitet og afsalte vand fra Det Kaspiske Hav [7] .
I begyndelsen af 1970'erne var der synlige forudsætninger for udviklingen af atomenergi. Efterspørgslen efter elektricitet voksede, vandkraftressourcerne i de fleste udviklede lande blev næsten fuldstændigt brugt, og priserne for hovedtyperne af brændstof steg tilsvarende. Situationen blev forværret af de arabiske landes indførelse af en embargo på olieforsyninger i 1973-1974. Det skulle reducere omkostningerne ved at bygge atomkraftværker [3] .
Ikke desto mindre opstod der i begyndelsen af 1980'erne alvorlige økonomiske vanskeligheder, hvis årsager var stabiliseringen af efterspørgslen efter elektricitet, ophøret med stigende priser på naturligt brændsel, stigningen i priserne i stedet for den forudsagte reduktion i omkostningerne, opførelse af nye atomkraftværker [3] .
I 2010 stod atomenergi for 12,9 % af elproduktionen og 5,7 % af al energi, der forbruges af menneskeheden, ifølge Det Internationale Energiagentur ( IEA ) [8] . Atomenergisektoren er mest betydningsfuld i industrialiserede lande, hvor der ikke er nok naturlige energiressourcer - i Frankrig , Ukraine [9] , i Belgien , Finland , Sverige , Bulgarien og Schweiz . Disse lande producerer fra 20 til 76 % (i Frankrig) af elektriciteten på atomkraftværker .
I 2013 steg verdensproduktionen af atomenergi for første gang siden 2010 – sammenlignet med 2012 var der en stigning på 0,5 % – op til 6,55 milliarder MWh (562,9 millioner tons olieækvivalent). Det største energiforbrug på atomkraftværker i 2013 var i USA – 187,9 millioner tons olieækvivalent. I Rusland beløb forbruget sig til 39,1 millioner tons olieækvivalent, i Kina - 25 millioner tons olieækvivalent, i Indien - 7,5 millioner tons [10] .
Ifølge rapporten fra Det Internationale Atomenergiagentur (IAEA) var der i 2019 449 atomkraftreaktorer i drift (dvs. producerer genanvendelig elektrisk og/eller termisk energi) i 34 lande i verden [11] ; fra midten af 2019 var 54 reaktorer under opførelse [12]
Cirka halvdelen af verdens elproduktion på atomkraftværker kommer fra to lande - USA og Frankrig. USA producerer kun 1/8 af sin elektricitet på atomkraftværker, men det tegner sig for omkring 20 % af verdensproduktionen.
Litauen var den absolut førende inden for brugen af atomenergi . Det eneste kernekraftværk i Ignalina , der er beliggende på dets territorium, genererede mere elektrisk energi end hele republikken forbrugte (for eksempel blev der i 2003 produceret 19,2 milliarder kWh i Litauen , hvoraf 15,5 blev genereret af Ignalina-kernekraftværket [13] ). I besiddelse af et overskud af det (og der er andre kraftværker i Litauen), blev den "overskydende" energi eksporteret [14] .
Men under pres fra EU (på grund af tvivl om dets sikkerhed - INPP brugte kraftenheder af samme type som atomkraftværket i Tjernobyl ) fra 1. januar 2010 blev dette atomkraftværk endeligt lukket (forsøg blev gjort på at fortsætte med at drive stationen efter 2009, men det lykkedes ikke
), nu[ hvornår? ] spørgsmålet om at bygge et moderne atomkraftværk på samme sted er ved at blive løst.
I 2016 genererede verdens atomkraftværker i alt 2.477 milliarder kWh energi, hvilket udgjorde 10,8 % af verdens elproduktion.
Verdens førende inden for produktion af nuklear elektricitet for 2017 er [15] :
Omkring halvdelen af verdens atomkraftproduktion kommer fra USA og Frankrig.
I 2017 producerede kernekraftværker 2.503 TWh elektricitet . De "fem store" lande tegnede sig for 70% af al atomproduktion i verden - USA , Frankrig, Kina, Rusland og Sydkorea, i faldende rækkefølge. I 2017 steg atomkraftproduktionen i tretten lande, faldt i elleve og forblev uændret i syv [26] .
Ifølge World Nuclear Association (World Nuclear Association ) udgjorde den installerede kapacitet af 488 atomreaktorer i verden i slutningen af 2017 392 GW (hvilket er 2 GW mere end i 2016) [27] . I 2017 blev 4 nye reaktorer sat i drift (forbundet til nettet), med en samlet installeret kapacitet på 3373 MW (en i Pakistan - Chashma-4 NPP og tre i Kina - Taiwan-3 NPP, Fuqing-4 NPP og nuklear kraftværk "Yanjian-4") [28] . Fem reaktorer blev taget ud af drift (med en installeret kapacitet på 3025 MW). En reaktor blev lukket i Tyskland, Sverige, Spanien, Japan, Sydkorea.
Ved udgangen af 2017 er 59 atomreaktorer under opførelse, konstruktionen af fire af dem begyndte i 2017. Af disse fire kraftenheder bygges tre i henhold til den russiske type VVER-reaktor - den 3. og 4. enhed af Kudankulam NPP i Indien og den 1. enhed af Rooppur NPP i Indien. Den 5. kraftenhed i det sydkoreanske atomkraftværk "Sin-Kari" vil være på reaktorer fremstillet af KEPCO. Agenturets rapport bemærker, at den gennemsnitlige konstruktionsperiode for en kraftenhed i lande i 2017 var 58 måneder mod 74 måneder i 2016 (i 1996-2000 var denne periode 120 måneder).
Ifølge World Nuclear Association var regionerne ved udgangen af 2017 fordelt med hensyn til atomkraftproduktion som følger:
Atomkraft er fortsat genstand for heftig debat. Tilhængere og modstandere af atomenergi adskiller sig markant i deres vurderinger af dens sikkerhed, pålidelighed og økonomiske effektivitet. Faren er forbundet med affaldsbortskaffelsesproblemer, ulykker, der fører til miljø- og menneskeskabte katastrofer, samt evnen til at bruge skader på disse faciliteter (sammen med andre: vandkraftværker, kemiske anlæg og lignende) med konventionelle våben eller som følge af et terrorangreb som masseødelæggelsesvåben. Den "dobbelte brug" af atomkraftværker, den mulige lækage (både autoriseret og kriminel) af nukleart brændsel fra elproduktion og dets teoretiske brug til produktion af atomvåben er konstante kilder til offentlig bekymring, politiske intriger og årsager til militær aktion ( for eksempel Operation "Opera , Irak-krigen).
Samtidig offentliggjorde World Nuclear Association, som går ind for fremme af atomenergi, data i 2011, ifølge hvilke et gigawatt-år af elektricitet produceret på kulfyrede kraftværker i gennemsnit (under hensyntagen til hele produktionskæden ) koster 342 menneskelige ofre, og gas - 85, på vandkraftværker - i 885, mens det ved nukleare - kun 8 [29] [30] .
Atomkraftens rentabilitet afhænger af reaktorens design, elektricitetspriser og omkostningerne ved alternative energikilder. Derfor udtrykkes der med jævne mellemrum i forskellige lande tvivl om rentabiliteten af atomenergi. For at erstatte 1 GW af den installerede kapacitet på et atomkraftværk skal der eksempelvis bruges cirka 2,5 milliarder kubikmeter. naturgas, hvis omkostninger varierer meget fra land til land.
I USA bliver produktionen af elektricitet på atomkraftværker dyrere, og prisen på nogle andre elektricitetskilder falder, på et frit marked bliver kernekraftværker urentable. Således blev to reaktorer lukket i USA på grund af urentabilitet: Vermont Yankee atomkraftværket og Kevoni atomkraftværket [31] .
Omkostningerne ved konstruktion af nye AR1000 generation III+ reaktorer fra 2018 er:
I Finland begyndte byggeriet i 2005 af tredje generation III+ EPR1600-enhed på Olkiluoto-atomkraftværket . Byggeomkostningerne for kraftenheden blev anslået til 3 milliarder euro, og idriftsættelsesdatoerne var planlagt til 2010. Fra 2019 er der opnået en driftstilladelse [36] . For 2015 steg omkostningerne med 2 milliarder euro, og det endelige skøn over de samlede omkostninger steg til 8,5 milliarder dollars [37] . Som et resultat aflyste Finland den planlagte konstruktion af den fjerde kraftenhed ved Olkiluoto.
I Storbritannien steg omkostningerne ved at bygge Wylfa Newydd-atomkraftværket (to 1350 MW ABWR'er ) til $28 milliarder (£21 milliarder), og byggeriet blev aflyst på grund af økonomisk uhensigtsmæssighed [38] .
I Rusland koster omkostningerne ved at bygge et atomkraftværk baseret på russiske VVER-1200 generation III+ reaktorer 600 milliarder rubler (9 milliarder USD) for et atomkraftværk med 4 reaktorer med en kapacitet på hver 1200 MW (Leningrad NPP-2, Novovoronezh NPP-2), er rentabiliteten bekræftet af planerne for konstruktion af 12 kraftenheder frem til 2030 [39] .
I andre lande er omkostningerne ved at bygge et atomkraftværk på russiske VVER-1200-reaktorer omkring 2-2,5 gange dyrere (5,5 milliarder dollars for hver reaktor på det hviderussiske kernekraftværk og Akkuyu -kernekraftværket i Tyrkiet), rentabiliteten bekræftes af planer at bygge 33 kraftenheder inden 2030 [40] .
Regeringer kan forsikre kraftværker mod lukning ved at garantere køb af elektricitet til en fastsat pris. Sådanne ordninger er blevet kritiseret for at begrænse konkurrencen og spilde skatteydernes penge, men bruges til alle typer kraftværker.
Et problem med atomkraft er termisk forurening . Ifølge nogle eksperter udsender atomkraftværker "per produceret elektricitetsenhed" mere varme til miljøet end sammenlignelige termiske kraftværker . Et eksempel er byggeprojektet i Rhinbassinet af flere atom- og termiske kraftværker. Beregninger viste, at hvis alle de planlagte faciliteter blev lanceret, ville temperaturen i en række floder stige til + 45 ° C og ødelægge alt liv i dem. [41]
Eksperter fra Center for Global Energy Policy ved Columbia University i The Hill sagde, at Ruslands store andel af det globale atomenergimarked rummer store risici på baggrund af den langvarige krig i Ukraine.
For eksempel har en række amerikanske allierede, herunder Finland, Tjekkiet, Tyrkiet og Ukraine, russiske reaktorer i drift eller under opførelse. Med tiden kan disse reaktorer holde op med at fungere uden de materialer, udstyr og tjenester, der leveres af Rusland.
På trods af, at Rusland kun producerer 6 % af verdens uran, kontrollerer det 40 % af verdens urankonverteringsmarked og 46 % af dets berigelseskapacitet. Langt de fleste af de 439 reaktorer rundt om på planeten, inklusive alle reaktorerne i den amerikanske flåde, kræver netop sådan beriget uranbrændsel. Hvis Rusland holder op med at levere beriget uran til amerikanske energiselskaber, kan det ifølge eksperter føre til nedlukning af atomkraftværker i USA allerede næste år.
I betragtning af det faktum, at atomkraft yder mere end 20 procent af produktionskapaciteten i nogle dele af USA, vil elpriserne stige endnu mere end i 2022 [42] .
Atomkraftværk (NPP) - en nuklear installation til produktion af energi i specificerede tilstande og brugsbetingelser, beliggende inden for det område, der er defineret af projektet, hvor en atomreaktor (reaktorer) og et kompleks af nødvendige systemer, enheder, udstyr og strukturer med de nødvendige arbejdere bruges til dette formål ( personale ), beregnet til produktion af elektrisk energi ( OPB-88/97 ).
Atomdrevet skib (atomskib) - det generelle navn på skibe med et atomkraftværk, der sørger for skibets fremdrift. Skeln mellem civile atomdrevne skibe ( nukleare isbrydere , transportskibe) og militære ( hangarskibe , ubåde , krydsere , tunge fregatter ).
![]() | ||||
---|---|---|---|---|
|
Atomkraft i verden | ||
---|---|---|
GW > 10 | ||
GW > 2 | ||
GW > 1 |
| |
GW < 1 |
| |
Optræden i planer | ||
Udvikling aflyst |
Energi | |||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
struktur efter produkter og brancher | |||||||||||||||||||||||||||
Elindustri : elektricitet |
| ||||||||||||||||||||||||||
Varmeforsyning : varmeenergi |
| ||||||||||||||||||||||||||
Brændstofindustri : brændstof _ |
| ||||||||||||||||||||||||||
Lovende energi : |
| ||||||||||||||||||||||||||
Portal: Energi |
Industrier | ||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Nukleare teknologier | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
ingeniørarbejde | |||||||
materialer | |||||||
Atomkraft _ |
| ||||||
nuklear medicin |
| ||||||
Atomvåben |
| ||||||
|