Jedrska elektrarna

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Skoči na: navigacija, iskanje
Jedrska elektrarna Cattenom v Franciji

Jedrska elektrarna ali nuklearna elektrarna je naprava za pridobivanje električne energije (in včasih procesne toplote) iz energije, ki se sprosti pri jedrski cepitvi ali fisiji.

Jedrska elektrarna je v enem delu podobna termoelektrarni, le da se toplota, ki jo naprava delno predela v električno energijo sprošča v jedrskem reaktorju, v katerem poteka verižna jedrska reakcija. Topolota, ki se sprosti segreje paro, ki žene parno turbino, takšni reaktorji so v svetu najbolj pogosti. Lahko pa reaktor segreva tudi ogljikov dioksid, helij ali drug plin, kot delovni medij.

Tipi reaktorjev[uredi | uredi kodo]

V uporabi so različne vrste jedrskih reaktorjev, ki se razlikujejo po obliki gorivnih elementov, vrsti goriva (obogateni uran, naravni uran), plutonij, torij, mešani oksidi MOX , vrsti hladila in moderatorja, ter poteku verižne reakcije.

Za pridobivanje električne energije so najbolj razširjeni lahkovodni reaktorji, pri katerih je hladilo navadna voda; ločijo se na vrelne reaktorje (ang. BWR Boiling Water Reactor), kjer nastaja para v notranjosti reaktorske posode, in tlačnovodne reaktorje (ang. PWR Pressurized Water Reactor), v katerih je voda v reaktorju pod dovolj visokim tlakom, da ne zavre. Jedrska elektrarna v Krškem ima tlačnovodni reaktor firme Westinghouse iz ZDA. Tlačnovodni reaktorji so se razvili iz reaktorjev, ki so sprva poganjali podmornice in so najbolj razširjeni.

Obstajajo tudi reaktorji na težko vodo (ang. HWR Heavy Water Reactor). Kanadski CANDU reaktor uporablja težko vodo kot moderator in naravni uran kot gorivo (0,72% urana-235), lahko pa uporablja tudi izrabljeno gorivo od lahkovodnih reaktorjev, ki še vedno vsebuje procent fisijskih materialov, torej več kot naravni uran.

Britanski AGR reaktor je hlajen s plinom ogljikovim dioksidom. V razvoju je reaktor, ki bo hlajen z helijem, ki do deloval ob večji temperaturi z Braytonovim ciklom in imel tako večji termodinamični izkoristek.

Najbolj ekonomično je obratovati reaktor pri nazivni moči, da se proizvede največ elektrike. Sodobni reaktorji potrebujejo menjavo goriva vsakih 18 mesecev, postopek traja nekaj tednov. Kapacitivni faktor je torej okrog 90%, v primerjavi z vetrnimi elektrarnami okrog 30% in 10-20% za fotovoltaiko.

Oplodni reaktor[uredi | uredi kodo]

Obstaja tudi drug tip reaktorjev: Oplodni reaktorji (ang, Breeder Reactor), to je posebna vrsta reaktorjev, ki poleg tega da proizvaja toploto za elektrarno, hkrati še proizvaja fisijski material. Če U-238 sprejme nevtron, se spremeni v plutonij, ki je cepilen, tako kot U-235. Sicer se tudi pri konvencionalnih (imenovanimi tudi termični reaktorji) hkrati proizvaja plutonij, ki se potem cepi in tako poveča količino energije, ki jo lahko porabimo.

Termični reaktorji imajo oplodno razmerje 1.3, oplodni pa več kot 2. To pomeni, da se z vsak porabljen atom, hkrati proizvede več kot 1 nov atom fisijskega materiala. Tako se več kot stokrat poveča količina uporabnega materiala. Namesto 0,72% procenta naravnega urana, lahko teoretično uporabimo ves uran.

Možna pa je tudi oploditi torij v fisijski material. Torija je namreč štirikrat več kot urana v zemeljski skorji. Takšne reaktorje razvija Indija zaradi obilice rezerv.

Oplodni reaktorji so dražji za izdelavo, trenutno jih v svetu deluje manj kot deset. Ruski so najbolj produktivni.

  • v Franciji so Phenix, Superphenix, slednji je največji vendar ni več v uporabi
  • v Nemčji KNK II
  • v Indiji in Kalpakkam
  • na Japonskem Joyo in Monju
  • v ZDA EBR-I
  • v Rusiji BN-350 in BN-600, v izgradnji BN 800 in BN 1200

Jedrska energija v svetu[uredi | uredi kodo]

Leta 2013 je bilo na svetu v uporabi 439 reaktojev v 31 državah. Proizvedeje 13% celotne električne energije, malo manj kot hidroenergija. Največ reaktorjev operira v ZDA, več kot sto, čeprav že skoraj trideset let niso izdelali novega. Največji delež v porabi električne energije pa proizvedejo v Franciji, kjer jedrska energija najbolj cveti. Nemčija se je odpovedala jedrski energiji in bo leta 2022 predčasno ustavila zadnji reaktor.

V izgradnji je 68 novih reaktorjev 15 državah. Največ novih reaktorjev gradijo na Kitajskem.

Nekateri znanstveniki predvidevajo jedrsko renesanso. Nuklearna energija je sicer zelo draga z visokimi stroški izgradnje nove elektrarne, vendar pa zelo nizkimi (če ne najnižjimi) stroški proizvodnje energije, ko je enkrat zgrajena. Npr. podvojitev cen urana na svetovnem trgu poviša ceno proizvodnje samo za 5%.

Reprocesiranje[uredi | uredi kodo]

Izrabljeno gorivo vsebuje približno procent fisijskih materialov kot sta U-235 in Pu-238, ki jih imenujemo tudi mešani oksidi MOX. Izrabljeno gorivo je možno reprocesirati, to pomeni izločiti fisijske materiale in jih ponovno uporabiti. To počnejo Francija, Japonska in Velika Britanija, v ZDA pa ne. Razlog je v tem, da naj bi plutonij lahko uporabil za izdelavo atomske bombe. Vendar reaktorski plutonij vsebuje veliko nečistoč in bi bilo iz njega težko izdelati orožje. Za orožje se uporablja plutonij v posebnih reaktorjih, ki imajo krajši čas obsevanja.

Černobilska nesreča[uredi | uredi kodo]

Jedrska nesreča v Černobilu, Ukrajina, se je zgodila v reaktoju RKBM sovjetskega izvora, v katerem so lahko pridelovali tudi plutonij primeren za izdelavo atomskih bomb. Sicer so do nesreče privedli trije faktorji: 1. reaktor nestabilne zasnove, s povečanjem temperature se je hitrost verižne reakcije povečala. 2. reaktor ni imel zaščitne zgradbe kot zahodni reaktorji. 3. Človeški faktor, med nesrečo so testirali neobičajne režime delovanja.

V Sloveniji obratuje jedrska elektrarna Krško, ki je tlačnovodnega tipa. Obstaja možnost izgradnje novega večjega bloka.