Är den amerikanska kärnkraften svaret på klimatförändringen?
(Icke-amerikanska siffror är från 2014. Senaste siffrorna är inte tillgängliga.)
Förenta statens ledarskap kom från sin historiska roll som en pionjär inom kärnkraftutveckling. Den första kommersiella trycksatta vattenreaktorn, Yankee Rowe, startade 1960 och fungerade fram till 1992. (Källa: "Nuclear Power in USA", World Nuclear Association, april 2017.)
Kärnkraftverk
Det finns 99 operativa kärnkraftverk i trettio stater. De flesta är belägna öster om Mississippi River (se karta). De genererar cirka 40 - 50 miljarder dollar i elförsäljning och skapar över 100 000 jobb. Varje dollar som spenderas av den genomsnittliga reaktorn genererar 1,87 dollar i den amerikanska ekonomin. (Källa: "Kärnkraftens ekonomiska fördelar", Kärnkraftsinstitutet, april 2014.)
Amerikanska kärnkraftverk producerade 19,7 procent av de 4 079 biljoner kWh av den totala elproduktionen i USA 2016. Det var andra kol (30 procent) och naturgas (34 procent).
Det är större än vattenkraft (6,5 procent) och andra alternativa källor, inklusive vindkraft (8,4 procent).
Det finns också 36 testreaktorer vid forskningsuniversiteter (se karta). De används för att skapa små mängder strålning för experiment. Det är här forskare studerar neutroner och andra subatomära partiklar, undersöker fordons- och medicinska komponenter och lär sig att bättre behandla cancer.
(Källa: "Backgrounder på forskning och testreaktorer", NRC, 18 augusti 2011.)
Hur fungerar kärnkraften?
Alla kraftverk värmer vatten för att producera ånga, vilket förvandlar en generator till att skapa el. I kärnkraftverk produceras denna ånga av värmen som genereras av kärnklyvning. Det är när en atom är splittrad och frigör enorma mängder energi i form av värme.
Uran 235 används som bränsle eftersom det bryts sönder lätt när det kolliderar med en neutron. När det händer börjar neutronerna från uranet kollidera med sina andra atomer. Detta börjar en kedjereaktion. Därför är kärnbomber så kraftfulla.
I en kärngenerator styrs kedjereaktionen av speciella stavar som absorberar överskott av neutroner oskadligt. Dessa styrstavar placeras bredvid bränslestavarna, som innehåller uranbränslepellets. Över 200 av dessa stavar är grupperade i vad som är känt som en bränslepatron. När ingenjörerna vill sakta ner processen, sänker de fler kontrollstänger i aggregatet. När de vill ha mer värme, höjer de stavarna. (Källa: "Hur fungerar kärnkraftverk?" Duke Energy.)
Förenta staterna har två typer av kärnkraftverk. Det finns 65 tryckvattenreaktorer och 34 kokande vattenreaktorer.
De skiljer sig åt hur värmen överförs från reaktorn till generatorn.
Tryckvattenreaktorer använder högt tryck för att hålla vattnet i reaktorn från att koka. Detta gör det möjligt att värma till superhöga nivåer. Värmen överförs sedan via rör till en separat behållare med vatten i generatorn. Det skapar ångan som driver elkraftverket. Vattnet från reaktorn återgår sedan för att återuppvärmas. Ångan från turbinen kyls i en kondensor. Det resulterande vattnet skickas tillbaka till ånggeneratorn. Här är en animerad version av en tryckvattenreaktor.
Kokande vattenreaktorer å andra sidan, använd kokande vatten för att direkt skapa ångan för att driva generatorn. Här är en animerad version av kokande vattenreaktorn.
Det som är viktigast är att hela processen sker i en omgiven miljö för att skydda omvärlden från förorening.
Kraftverk kan kylas ner och till och med sluta snabbt. (Källa: "Hur fungerar kärnkraft?", UNAE.)
fördelar
Kärnkraftverk släpper inte ut några växthusgaser, till skillnad från kol och naturgas.
De skapar 0,5 jobb för varje megawatt-timme (mWh) av producerad el. Detta är i jämförelse med 0,19 jobb i kol, 0,05 jobb i gaseldade anläggningar och 0,05 i vindkraft. Den enda andra kraftkällan som skapar fler jobb / mWh är solcellsvoltaisk, vid 1,06 jobb / mWh. (Källa: "Kärnkraftens ekonomiska fördelar", Kärnkraftsinstitutet, april 2014. )
I årtionden har kärnkraften haft de billigaste driftskostnaderna. Vid 1,87 cent / kWh (2008 siffror) är det 68 procent av kostnaden för kol. Och tills nyligen var det bara 25 procent av kostnaden för naturgas.
Rädsla för global uppvärmning hämmade nybyggnad av koleldade kraftverk. Som ett resultat av detta byggdes cirka 270 000 megawatt av enerfy av nya gaseldade kraftverk från 1992 till 2005. På den tiden tycktes dessa växter ha den lägsta investeringsrisken. Till följd av detta kom endast 14 000 MWe ny kärn- och koleldad kapacitet online. Det bidrog till att driva upp naturgaspriserna, tvinga stora industriella användare offshore och driva gaseldade elkostnader mot 10 cent / kWh.
nackdelar
Det finns två stora nackdelar med kärnkraft, tack vare den radioaktiva naturen hos sin bränslekälla.
1. En olycka i anläggningen kan frigöra radioaktivt material i miljön som en plumma (molnliknande bildning) av radioaktiva gaser och partiklar. Dessa partiklar inandas därefter eller intas av människor och djur eller deponeras på marken. Partiklarna består av instabila atomer som avger överflödig energi, kallad strålning, tills de blir stabila. I låga doser är strålningen ofarlig. Efter en nukleär smältning förstör de stora doserna levande celler och kan orsaka mutationer, sjukdom och död.
Den potentiella effekten av en nukleär smältning kan vara katastrofal, vilket ses i Tjernobyl och Fukushima , även om chansen att en sådan händelse inträffar är sällsynt. Den enda amerikanska kärnkatastrofen var på Three Mile Island 1979 när de radioaktiva bränslestavarna smälte delvis. Endast en liten mängd radioaktiv gas släpptes. Det fanns inga mätbara hälsoeffekter. Trots detta byggdes inga nya kärnkraftverk i 30 år.
Nästan tre miljoner amerikaner bor inom 10 mil från en driftanläggning. De riskerar direkt strålningsexponering vid en olycka. Om du är en av dessa personer, så här är hur du förbereder dig för en olycka.
2. Kassering av kärnavfall är en stor nackdel. Lågnivåavfall kommer från kontakt med kärnbränsle i den dagliga verksamheten. Den bortskaffas på plats eller skickas till en anläggning på låg nivå i en av 37 stater. (Källa: "Lågnivåavfall", US Nuclear Regulatory Commission.)
Högavfall består av använt bränsle. Det krävs hundratusentals år att avaktivera. För närvarande lagras 70 000 ton av detta bränsle hos kraftverken själva. (Källa: "Faff och Fallout", The Economist, 29 augusti 2015.)
Kongressen berättade i kärnkraftslagen från 1982 att den amerikanska kärnkraftsmyndigheten skulle utforma, konstruera, driva och i slutet avveckla ett permanent geologiskt förråd för bortskaffande av högaktivt avfall i Yucca Mountain, Nevada.
Lokala tjänstemän vill inte ha risken i deras tillstånd. De försenade sin utveckling till 2013 när NRC vann sitt ärende i US Court of Appeals. År 2015 genomförde NRC en säkerhetsbedömning och började arbeta med en miljökonsekvensbeskrivning. (Källa: "Avfallshantering på hög nivå", US Nuclear Regulatory Commission.)
Framtiden för USA: s kärnkraft
Den årliga amerikanska elbehovet förväntas öka med 28 procent år 2040. Med stigande priser på olja och gas och oro för global uppvärmning har kärnkraften blivit attraktiv igen. I slutet av 1990-talet sågs kärnkraft som ett sätt att minska beroendet av importerad olja och gas. Denna politiska förändring banade vägen för en väsentlig tillväxt i kärnkraften.
Energipolitiken från 2005 gav ekonomiska incitament för byggandet av avancerade kärnkraftverk. Det fanns också tre regleringsinitiativ som underlättade vägen:
- En strömlinjeformad designcertifieringsprocess.
- Bestämmelsen om tidig platstillstånd.
- Kombinationen av bygg- och körlicensprocessen.
Sedan 2007 har företag ansökt om 24 licenser för nya kärnreaktorer. Det finns fyra nya anläggningar under uppbyggnad. Westinghouse bygger två i Georgien och två i South Carolina. (Källa: "Westinghouse köper CB & I: s kärntekniska enhet," The Wall Street Journal, 29 oktober 2015)
Å andra sidan har fracking av inhemsk skifferolja och naturgas gjort gas till ett överkomligt alternativ till modernisering av gamla kärnkraftverk. Som ett resultat har fyra anläggningar stängt under de senaste två åren. Att hålla gamla kärnkraftverk löper mer än att bygga nya gaseldade anläggningar. Det är ännu dyrare än att renovera gamla kolkraftverk till naturgas.
Därför beror framtiden för utbyggnad av kärnkraft i Amerika på naturgaspriser. Om de stiger igen och håller sig höga, vänta uppmärksamhet att återvända till kärnkraftproduktion. (Källa: "En annan reaktor stänger, skillnad i ny verklighet för amerikansk kärnkraft", National Geographic, 1 januari 2015.)