Kernkracht: hoe het werkt, voordelen, nadelen, effecten

De Verenigde Staten is 's werelds grootste producent van kernenergie. In 2016 produceerde het 805 miljard kilowatturen (kWh) elektriciteit. Dat is meer dan 30 procent van de wereldwijd geproduceerde 2,4 kilo kWh kernenergie. Frankrijk is de tweede grootste producent (418 miljard kWh), gevolgd door Rusland (169,1 miljard kWh), Zuid-Korea (149,2 miljard kWh), China (123,8 miljard kWh) en Canada (98,6 miljard kWh) .

(Niet-VS-cijfers zijn vanaf 2014. Laatste cijfers niet beschikbaar.)

De leiderschap van de Verenigde Staten is afkomstig van zijn historische rol als pionier van kernenergieontwikkeling. De eerste commerciële drukreactor, Yankee Rowe, startte in 1960 en rende tot 1992. (Bron: "Nucleaire kracht in de VS," World Nuclear Association, april 2017.)

Kerncentrales

Er zijn 99 operationele kerncentrales in dertig staten. De meeste zijn ten oosten van de Mississippi rivier gelegen (zie kaart). Ze genereren ongeveer 40 tot 50 miljard dollar per elektriciteitsverkoop en creëren meer dan 100.000 banen. Elke dollar die door de gemiddelde reactor wordt uitgegeven, genereert $ 1. 87 in de Amerikaanse economie. (Bron: "Economische voordelen van kernenergie," Kernenergie-instituut, april 2014.)

U. S. kerncentrales gegenereerd 19,7 procent van de 4. 079 biljoen kWh van de totale elektriciteitsproductie van de VS in 2016. Het was tweede op kolen (30 procent) en aardgas (34 procent).

Het is groter dan waterkracht (6,5 procent) en andere alternatieve bronnen, waaronder windkracht (8,4 procent).

Er zijn ook 36 testreactoren bij onderzoeksuniversiteiten (zie kaart). Ze worden gebruikt om kleine hoeveelheden straling voor experimenten te creëren. Dit is waar wetenschappers neutronen en andere subatomische deeltjes bestuderen, auto- en medische componenten onderzoeken en leren hoe kanker beter worden behandeld.

(Bron: "Backgrounder on Research and Test Reactors," NRC, 18 augustus 2011.)

Hoe werkt de kernkracht?

Alle energiecentrales verwarmen water om stoom te produceren, waardoor een generator elektriciteit opwekt. In kerncentrales wordt die stoom gemaakt door de warmte die wordt gegenereerd door kernspeling. Het is wanneer een atoom is gesplitst, waardoor enorme hoeveelheden energie in de vorm van warmte vrijkomen.

Uranium 235 wordt gebruikt als brandstof omdat het gemakkelijk uit elkaar breekt wanneer het botst met een neutron. Zodra dat gebeurt, beginnen de neutronen uit het uranium te botsen met andere atomen. Dit begint een kettingreactie. Daarom zijn kernbommen zo krachtig.

In een kerngenerator wordt de kettingreactie geregeld door speciale staven die overtollige neutronen ongevaarlijk absorberen. Deze stuurstaven worden naast de brandstofstaven geplaatst, die uraniumpellets bevatten.Meer dan 200 van deze staven zijn gegroepeerd in wat bekend staat als een brandstofsamenstelling. Wanneer de ingenieurs het proces willen vertragen, verlagen zij meer controle staven in de assemblage. Als ze meer hitte willen, verhogen ze de staven. (Bron: "Hoe werken kerncentrales?" Duke Energy.)

De Verenigde Staten hebben twee soorten kerncentrales. Er zijn 65 drukwater reactoren en 34 kokende water reactoren.

Ze verschillen in hoe de warmte van de reactor naar de generator wordt overgedragen.

Drukwateractoren gebruiken hoge druk om het water in de reactor te laten koken. Dit maakt het mogelijk om te verwarmen naar superhoge niveaus. De warmte wordt dan via pijpen overgebracht naar een aparte container water in de generator. Het creëert de stoom die de elektriciteitsturbine aandrijft. Het water van de reactor gaat dan terug om te worden verwarmd. De stoom uit de turbine wordt gekoeld in een condensor. Het resulterende water wordt teruggestuurd naar de stoomgenerator. Hier is een geanimeerde versie van een drukwaterreactor.

Kookwateractoren daarentegen gebruiken kokend water om de stoom direct te genereren om de generator te laten rijden. Hier is een geanimeerde versie van de kokende waterreactor.

Wat het belangrijkst is, is dat het hele proces plaatsvindt in een ingesloten omgeving om de buitenwereld te beschermen tegen vervuiling.

De krachtcentrales kunnen gekoeld worden en zelfs snel stoppen. (Bron: "Hoe werkt kernenergie?", UNAE.)

Voordelen

Kerncentrales geven geen broeikasgassen af, in tegenstelling tot kolen en aardgas.

Ze creëren 0. 5 banen voor elk megawatt uur (mWh) van geproduceerde elektriciteit. Dit is in vergelijking met 0. 19 banen in kolen, 0, 05 banen in gasgestookte planten en 0, 05 in windkracht. De enige andere krachtbron die meer banen creëert / mWh is zonne-fotovoltaïsche, om 1. 06 jobs / mWh. (Bron: "Economische voordelen van kernenergie", Kernenergie-instituut, april 2014. )

De kernenergie heeft al decennia de goedkoopste exploitatiekosten gehad. Bij 1,87 cent / kWh (2008 cijfers) bedraagt ​​het 68 procent van de kolenkosten. En tot voor kort was het slechts 25 procent van de kosten van aardgas.

Angsten over de opwarming van de aarde belemmerden de nieuwe bouw van kolencentrales. Als gevolg hiervan, van 1992 tot en met 2005, werden ongeveer 270, 000 megawatt enerfy van nieuwe gaskrachtcentrales gebouwd. Op dat moment lijken die planten het laagste beleggingsrisico te hebben. Als gevolg daarvan kwamen alleen 14.000 MWe nieuwe kern- en kolenafgevuurde capaciteit online. Het hielp de stijging van de aardgasprijzen, waardoor grote industriële gebruikers offshore werden geduwd en gasgestookte elektriciteitskosten stegen naar 10 cent / kWh.

Nadelen

Er zijn twee grote nadelen voor kernenergie, dankzij de radioactieve aard van zijn brandstofbron.

1. Een ongeval bij de fabriek kan radioactief materiaal in de omgeving vrijgeven als een pluim (wolkenachtige vorming) van radioactieve gassen en deeltjes. Deze deeltjes worden dan ingeademd of ingenomen door mensen en dieren of op de grond gedeponeerd.De deeltjes zijn samengesteld uit onstabiele atomen die overmatige energie geven, straling genoemd tot ze stabiel worden. Bij lage doses is straling onschadelijk. Na een nucleaire ineenstorting vernietigen de grote doses levende cellen en kunnen mutaties, ziekte en dood veroorzaken.

De potentiële gevolgen van een nucleaire ineenstorting kunnen catastrofaal zijn, zoals gezien in Tsjernobyl en Fukushima, hoewel de kans dat een dergelijk incident zich voordoet zeldzaam is. Het enige nucleaire ramp in de Verenigde Staten was in 1979 bij Three Mile Island toen de radioactieve brandstaven gedeeltelijk gesmolten waren. Slechts een kleine hoeveelheid radioactief gas werd vrijgegeven. Er waren geen meetbare gezondheidseffecten. Niettemin zijn er geen nieuwe kerncentrales gebouwd voor 30 jaar.

Bijna drie miljoen Amerikanen leven binnen 10 mijl van een exploitatiefabriek. In geval van een ongeval kunnen zij directe blootstelling aan de straling veroorzaken. Als u één van die mensen bent, hoe gaat het om een ​​ongeluk voor te bereiden.

2. Verwijdering van kernafval is een groot nadeel. Lage afval komt uit contact met de kernbrandstof in de dagelijkse bedrijfsvoering. Het wordt afgezet op de plaats of wordt verzonden naar een afvalinstallatie op een laag niveau in een van de 37 staten. (Bron: "Niveau Afval", U. S Nucleaire Regulerende Commissie.)

Afval op hoog niveau bestaat uit verbruikte brandstoffen. Het duurt honderden duizenden jaren om te deactiveren. Op dit moment worden 70.000 ton van deze brandstof bij de energiecentrales zelf opgeslagen. (Bron: "Faff en Fallout," Economist, 29 augustus 2015).

In de wet inzake nucleair afvalbeleid van 1982 heeft het Congres aan de Amerikaanse Nucleaire Regelgevende Commissie de opdracht gegeven om een ​​permanente ontmanteling te ontwerpen, geologische opslagplaats voor de verwijdering van hoogwaardig afval in Yucca Mountain, Nevada.

Lokale ambtenaren willen het gevaar niet in hun staat. Zij vertragen de ontwikkeling tot 2013 toen de NRC haar zaak in het vonnis van de Verenigde Naties heeft gewonnen. In 2015 heeft het NRC een veiligheidsbeoordeling afgerond en is er een milieueffectverklaring ingezet. (Bron: "Afvalverwerking op hoge niveaus", US Nuclear Regulatory Commission.)

De toekomst van de Amerikaanse kernkracht

De jaarlijkse Amerikaanse elektriciteitsvraag zal naar verwachting in 2040 met 28 procent stijgen. Met stijgende olie- en gasprijzen en bezorgdheid over de opwarming van de aarde, is kernenergie weer aantrekkelijk gekeken. Eind jaren negentig werd kernenergie gezien als een manier om de afhankelijkheid van geïmporteerde olie en gas te verminderen. Deze beleidsverandering heeft de weg gelegd voor een significante groei in kerncapaciteit.

De Energiebeleidswet van 2005 gaf financiële prikkels voor de bouw van geavanceerde kerncentrales. Er waren ook drie regelgevende initiatieven die de weg vergemakkelijkt:

• Een gestroomlijnd ontwerpcertificatieproces.
• De voorziening voor vroege plaatsvergunningen.
• De combinatie van het bouw- en exploitatievergunningsproces.

Sinds 2007 hebben bedrijven 24 licenties aangevraagd voor nieuwe kernreactoren. Er zijn vier nieuwe fabrieken in aanbouw. Westinghouse bouwt twee in Georgië en twee in South Carolina.(Bron: "Westinghouse koopt CB & I's nucleaire eenheid," The Wall Street Journal, 29 oktober 2015)

Anderzijds heeft fracking van huishoudelijke olie en aardgas gas een betaalbaar alternatief gemaakt voor het moderniseren van oude kerncentrales. Als gevolg daarvan hebben vier planten de afgelopen twee jaar gesloten. Het houden van oude kerncentrales lopende kosten meer dan het bouwen van nieuwe gasgestookte planten. Het is nog duurder dan het opknappen van oude kolenkrachtcentrales naar aardgas.

Daarom is de toekomst van het uitbreiden van kernenergie in Amerika afhankelijk van de aardgasprijzen. Als ze weer opstaan ​​en hoog blijven, verwacht u dat u terugkeert naar kernenergie. (Bron: "Een andere reactor sluit, de onderlinge nieuwe werkelijkheid voor U. Nucleaire kracht," National Geographic, 1 januari 2015.)