Czy US Nuclear Power jest odpowiedzią na zmiany klimatu?
(Dane spoza Stanów Zjednoczonych pochodzą z 2014 r. Najnowsze dane są niedostępne).
Przywództwo Stanów Zjednoczonych pochodziło z historycznej roli pioniera rozwoju energetyki jądrowej. Pierwszy komercyjny reaktor wodny pod ciśnieniem, Yankee Rowe, rozpoczął działalność w 1960 r. I działał do 1992 r. (Źródło: "Nuclear Power in the USA", World Nuclear Association, kwiecień 2017 r.)
Elektrownie jądrowe
W trzydziestu stanach działa 99 elektrowni jądrowych. Większość znajduje się na wschód od rzeki Missisipi (patrz mapa). Generują one około 40-50 miliardów USD na sprzedaż energii elektrycznej i tworzą ponad 100 000 miejsc pracy. Każdy dolar wydany przez przeciętny reaktor generuje 1,87 USD w amerykańskiej gospodarce. (Źródło: "Korzyści ekonomiczne z energii jądrowej", Instytut Energii Jądrowej, kwiecień 2014 r.)
Amerykańskie elektrownie jądrowe wyprodukowały 19,7 procent z 4,079 trylionów kWh całkowitej produkcji energii elektrycznej w Stanach Zjednoczonych w 2016 roku. Było to drugie miejsce w przypadku węgla (30 procent) i gazu ziemnego (34 procent).
Jest większy niż hydroelektryczność (6,5 procent) i inne alternatywne źródła, w tym energia wiatrowa (8,4 procent).
Na uniwersytetach badawczych istnieje 36 reaktorów testowych (patrz mapa). Są używane do tworzenia niewielkich ilości promieniowania w eksperymentach. To tutaj naukowcy badają neutrony i inne subatomowe cząsteczki, badają komponenty samochodowe i medyczne oraz uczą się, jak lepiej leczyć raka.
(Źródło: "Informacje ogólne na temat badań i reaktorów testowych", NRC, 18 sierpnia 2011 r.)
Jak działa energia jądrowa?
Wszystkie elektrownie ogrzewają wodę w celu wytworzenia pary, która zamienia generator w elektryczność. W elektrowniach jądrowych para ta wytwarzana jest przez ciepło wytworzone z rozszczepienia jądrowego. Dzieje się tak, gdy atom zostaje podzielony, uwalniając ogromne ilości energii w postaci ciepła.
Uran 235 jest używany jako paliwo, ponieważ łatwo pęka, kiedy zderza się z neutronem. Kiedy to nastąpi, neutrony z samego uranu zaczynają kolidować z innymi atomami. To rozpoczyna reakcję łańcuchową. Właśnie dlatego bomby nuklearne są tak potężne.
W generatorze jądrowym reakcja łańcuchowa jest kontrolowana przez specjalne pręty, które pochłaniają nadmiar neutronów w sposób nieszkodliwy. Te pręty sterujące są umieszczone obok prętów paliwowych, które zawierają peletki z uranu. Ponad 200 z tych prętów jest zgrupowanych w tak zwany zespół paliwowy. Gdy inżynierowie chcą spowolnić proces, opuszczają więcej prętów kontrolnych w zespole. Kiedy chcą więcej ciepła, podnoszą pręty. (Źródło: "How the Nuclear Plants Works?", Duke Energy.)
Stany Zjednoczone mają dwa rodzaje elektrowni jądrowych. Istnieje 65 ciśnieniowych reaktorów wodnych i 34 reaktorów z wrzącą wodą.
Różnią się sposobem przekazywania ciepła z reaktora do generatora.
Ciśnieniowe reaktory wodne wykorzystują wysokie ciśnienie, aby woda w reaktorze nie zagotowała się. Pozwala to na ogrzanie do bardzo wysokich poziomów. Ciepło jest następnie przekazywane rurami do oddzielnego zbiornika wody w generatorze. Tworzy parę, która napędza turbinę elektryczną. Woda z reaktora następnie powraca do ponownego ogrzania. Para z turbiny jest chłodzona w skraplaczu. Powstała woda jest przesyłana z powrotem do generatora pary. Oto animowana wersja ciśnieniowego reaktora wodnego.
Z drugiej strony reaktory z wrzącą wodą wykorzystują wrzącą wodę do bezpośredniego wytworzenia pary do napędzania generatora. Oto animowana wersja reaktora na wrzącą wodę.
Najważniejsze jest to, że cały proces odbywa się w zamkniętym środowisku w celu ochrony świata przed jakimikolwiek zanieczyszczeniami.
Elektrownie mogą być schładzane, a nawet zatrzymywane szybko. (Źródło: "Jak działa energia jądrowa?", UNAE.)
Zalety
Elektrownie jądrowe nie emitują żadnych gazów cieplarnianych, w przeciwieństwie do węgla i gazu ziemnego.
Tworzą 0,5 miejsca pracy za każdą megawatogodzinę (mWh) wyprodukowanej energii elektrycznej. Jest to w porównaniu do 0,19 miejsc pracy w węglu, 0,05 miejsc pracy w elektrowniach opalanych gazem i 0,05 w przypadku energii wiatrowej. Jedynym innym źródłem energii, które tworzy więcej miejsc pracy / mWh, jest fotowoltaika słoneczna o wydajności 1,06 miejsc pracy / mWh. (Źródło: "Korzyści ekonomiczne z energii jądrowej", Instytut Energii Jądrowej, kwiecień 2014 r. )
Przez dziesięciolecia energia jądrowa miała najtańsze koszty operacyjne. Przy 1,87 cent / kWh (dane z 2008 r.), To 68 procent kosztów węgla. A do niedawna było to zaledwie 25 procent kosztów gazu ziemnego.
Obawy o globalne ocieplenie hamowały nową budowę elektrowni węglowych. W rezultacie w latach 1992-2005 wyprodukowano około 270 000 megawatów energii z nowych elektrowni opalanych gazem. W tamtych czasach zakłady te miały najniższe ryzyko inwestycyjne. W rezultacie tylko 14 000 MWe nowych mocy jądrowych i węglowych trafiło do sieci. Pomogło to podnieść ceny gazu ziemnego, zmuszając dużych użytkowników przemysłowych do offshore i popychając koszty energii elektrycznej z gazu do 10 centów / kWh.
Niedogodności
Istnieją dwie ogromne wady dla energii jądrowej, dzięki radioaktywnemu charakterowi źródła paliwa.
1. Wypadek w zakładzie może uwolnić radioaktywny materiał do środowiska w formie chmury (radioaktywnych gazów) i cząstek. Cząstki te są następnie wdychane lub przyjmowane przez ludzi i zwierzęta lub osadzane na ziemi. Cząsteczki składają się z niestabilnych atomów, które wydzielają nadmiar energii, zwanej promieniowaniem, aż do ustabilizowania się. W niskich dawkach promieniowanie jest nieszkodliwe. Po katastrofie nuklearnej duże dawki niszczą żywe komórki i mogą powodować mutacje, choroby i śmierć.
Potencjalny wpływ krachu nuklearnego może być katastrofalny, co widać w Czarnobylu i Fukushimie , chociaż szanse na taki incydent zdarzają się rzadko. Jedyna katastrofa nuklearna w USA miała miejsce na Three Mile Island w 1979 r., Kiedy radioaktywne pręty paliwowe częściowo się stopiły. Tylko niewielka ilość radioaktywnego gazu została uwolniona. Nie było mierzalnych efektów zdrowotnych. Niemniej jednak od 30 lat nie budowano nowych elektrowni jądrowych.
Prawie trzy miliony Amerykanów mieszka w promieniu 10 mil od zakładu operacyjnego. Ryzykują bezpośrednie narażenie na promieniowanie w razie wypadku. Jeśli jesteś jedną z tych osób, oto jak przygotować się na wypadek.
2. Utylizacja odpadów jądrowych jest ogromną wadą. Odpady niskiego poziomu pochodzą z kontaktu z paliwem jądrowym w codziennych operacjach. Jest on usuwany na miejscu lub wysyłany do zakładu przetwarzania odpadów niskiego poziomu w jednym z 37 stanów. (Źródło: "Niski poziom odpadów", amerykańska Komisja ds. Energii Jądrowej).
Odpady wysokopoziomowe składają się ze zużytego paliwa. Wymaga to setek tysięcy lat. Obecnie 70 000 ton tego paliwa jest magazynowane w samych elektrowniach. (Źródło: "Faff and Fallout", The Economist, 29 sierpnia 2015 r.)
W ustawie o polityce odpadów jądrowych z 1982 r. Kongres powiedział amerykańskiej Komisji Nadzoru Nuklearnego, by zaprojektowała, zbudowała, uruchomiła i ostatecznie zlikwidowała trwałe repozytorium geologiczne do składowania wysokoaktywnych odpadów w górach Yucca w stanie Nevada.
Lokalni urzędnicy nie chcą zagrożenia w ich stanie. Opóźnili rozwój do 2013 roku, kiedy NRC wygrało sprawę w amerykańskim Sądzie Apelacyjnym. W 2015 r. NRC zakończyła ocenę bezpieczeństwa i rozpoczęła prace nad oświadczeniem o oddziaływaniu na środowisko. (Źródło: "Utylizacja odpadów wysokiego poziomu", amerykańska Komisja ds. Energii Jądrowej).
Przyszłość amerykańskiej energetyki jądrowej
Roczne zapotrzebowanie USA na energię elektryczną wzrośnie o 28 procent do 2040 roku. Wraz ze wzrostem cen ropy naftowej i gazu oraz obawą o globalne ocieplenie, energia jądrowa znów zaczęła wyglądać atrakcyjnie. Pod koniec lat 90. XX wieku energia jądrowa była postrzegana jako sposób na zmniejszenie uzależnienia od importowanej ropy i gazu. Ta zmiana polityki utorowała drogę do znacznego wzrostu potencjału jądrowego.
Ustawa o polityce energetycznej z 2005 r. Przewidywała zachęty finansowe do budowy zaawansowanych elektrowni jądrowych. Pojawiły się również trzy inicjatywy regulacyjne, które ułatwiły drogę:
- Usprawniony proces certyfikacji projektu.
- Przepisy dotyczące wcześniejszych pozwoleń na budowę.
- Połączenie procesu budowlanego i licencji na użytkowanie.
Od 2007 roku firmy wnioskowały o 24 koncesje na nowe reaktory jądrowe. W budowie są cztery nowe zakłady. Westinghouse buduje dwa w Gruzji i dwa w Południowej Karolinie. (Źródło: "Westinghouse Buys CB & I's Nuclear Unit", The Wall Street Journal, 29 października 2015)
Z drugiej strony, szczelinowanie krajowej ropy łupkowej i gazu ziemnego sprawiło, że gaz stał się przystępną cenowo alternatywą dla modernizacji starych elektrowni jądrowych. W rezultacie cztery zakłady zostały zamknięte w ciągu ostatnich dwóch lat. Utrzymywanie starych elektrowni jądrowych kosztuje więcej niż budowa nowych elektrowni opalanych gazem. Jest to nawet droższe niż odnawianie starych elektrowni węglowych na gaz ziemny.
Dlatego przyszłość ekspansji energetyki jądrowej w Ameryce zależy od cen gazu ziemnego. Jeśli znowu powstanie i pozostanie na wysokim poziomie, należy zwrócić uwagę na powrót do wytwarzania energii jądrowej. (Źródło: "Inna reaktor zamyka się, interpunkcyjna nowa rzeczywistość dla amerykańskiej energetyki jądrowej" National Geographic, 1 stycznia 2015 r.)