Ydinvoimalaitos (NPP) - hankkeen määrittelemällä alueella sijaitseva ydinlaitos energian tuottamiseksi tietyissä käyttötavoissa ja käyttöolosuhteissa, jossa on ydinreaktori (reaktorit) ja joukko tarvittavia järjestelmiä, laitteita, laitteita ja tähän tarkoitukseen käytetään rakenteita, joissa on tarvittavat työntekijät (henkilöstö) (NP-001) [1] .
Sähköä tuotettiin ensimmäisen kerran ydinreaktorilla 3. syyskuuta 1948 X-10 Graphite Reactorissa Oak Ridgessä , Tennesseen osavaltiossa Yhdysvalloissa , joka oli ensimmäinen sähkölamppua käyttävä ydinvoimala [2] . Toinen, suurempi kokeilu tapahtui 20. joulukuuta 1951 EBR-I-koeasemalla lähellä Arcoa, Idaho .
Maailman ensimmäinen ydinvoimala perustettiin Neuvostoliittoon osana rauhanomaista atomikehitysohjelmaa , joka aloitettiin vuonna 1948 akateemikko Igor Vasilyevich Kurchatovin [3] aloitteesta .
Venäjällä on myös etusija nopeiden neutronireaktorien kehittämisessä , mikä mahdollistaa ihmiskunnan poistamisen käytetystä ydinpolttoaineesta ja aselaatuisesta plutoniumista käyttämällä energiapotentiaaliaan täysimääräisesti rauhanomaisiin tarkoituksiin [4] .
Useissa maissa yritettiin käyttää hallittua ydinreaktiota sähkön tuottamiseen 1940-luvulla. Neuvostoliitossa 1940-luvun toisella puoliskolla, jo ennen kuin ensimmäisen Neuvostoliiton atomipommin luominen oli saatu päätökseen (se testattiin 29. elokuuta 1949), Neuvostoliiton tiedemiehet alkoivat kehittää ensimmäisiä hankkeita ydinvoimalan rauhanomaiseen käyttöön. atomienergia, jonka yleinen suunta oli sähkövoimateollisuus. Vuonna 1948 I. V. Kurchatovin ehdotuksesta ja liittovaltion bolshevikkien kommunistisen puolueen ja hallituksen ohjeiden mukaisesti aloitettiin ensimmäinen työ atomienergian käytännön soveltamiseksi sähköntuotantoon [5] .
3. syyskuuta 1948 Yhdysvalloissa onnistuttiin ensimmäistä kertaa syöttämään sähkölaitteita X-10-grafiittireaktorista saadulla sähköllä [6] [7] [8] . Toukokuussa 1950 Kalugan alueella sijaitsevassa Obninskin kaupungissa aloitettiin Obninskin ydinvoimalan rakentaminen . Samana vuonna 1950 EBR-I reaktori luotiin Yhdysvaltoihin lähellä Arcon kaupunkia, Idaho. Tämä reaktori tuotti 20. joulukuuta 1951 kokeen aikana käyttökelpoista sähköä teholla 800 W. Sen jälkeen reaktorin tehoa lisättiin sähkön tuottamiseksi asemalle, jossa reaktori sijaitsi. Tämä antaa oikeuden kutsua tätä asemaa ensimmäiseksi kokeelliseksi ydinvoimalaitokseksi, mutta samalla se ei ollut kytkettynä sähköverkkoon.
Neuvostoliitossa ensimmäinen ydinvoimala - Obninskin ydinvoimala , jonka kapasiteetti oli 5 MW - käynnistettiin 27. kesäkuuta 1954 ; Siitä tuli maailman ensimmäinen yleiseen sähköverkkoon kytketty ydinvoimala, vaikka se ei tuottanut sähköä teollisessa mittakaavassa. Vuonna 1958 otettiin käyttöön Siperian ydinvoimalaitoksen 1. vaihe, jonka kapasiteetti oli 100 MW, minkä jälkeen koko suunnittelukapasiteetti nostettiin 600 MW:iin. Samana vuonna aloitettiin Belojarskin teollisen ydinvoimalan rakentaminen , ja 26. huhtikuuta 1964 ensimmäisen vaiheen generaattori antoi virran kuluttajille. Syyskuussa 1964 käynnistettiin Novovoronežin ydinvoimalan ensimmäinen lohko , jonka kapasiteetti oli 210 MW; toinen 365 MW:n yksikkö otettiin käyttöön joulukuussa 1969. Vuonna 1973 laukaistiin Leningradin ydinvoimalan ensimmäinen lohko[ tosiasian merkitys? ] .
Neuvostoliiton ulkopuolella ensimmäinen teollinen ydinvoimala, jonka kapasiteetti oli 49 MW, otettiin käyttöön vuonna 1956 Calder Hallissa ( Iso-Britannia ). Vuotta myöhemmin Yhdysvalloissa otettiin käyttöön Shippingportin ydinvoimala, jonka kapasiteetti on 60 MW . Ranska käynnisti ensimmäisen ydinvoimalaitoksensa vuonna 1959, Saksa 1961, Kanada 1962, Ruotsi 1964 ja Japani 1966. Vuonna 1976 aloitettiin ydinenergian historian ennätysmäärän, 44 yksikön, uusien reaktorien rakentaminen. Vuotta aiemmin Kansainvälinen atomienergiajärjestö IAEA julkaisi ennusteen, jonka mukaan vuoteen 2000 mennessä maailman ydinvoiman kokonaiskapasiteetti nousee 4 000 GW :iin tai jopa 7 000 GW:iin. Arvio yliarvioitiin 10 kertaa.
Vuonna 1979 Three Mile Islandin ydinvoimalassa tapahtui vakava onnettomuus , jonka jälkeen Yhdysvallat lopetti vähitellen ydinreaktorien rakentamisen. Ajatus uuden ydinkapasiteetin käyttöönotosta palasi George W. Bushin hallintoon 2000-luvun alussa. Suunnitelmissa oli kolmannen sukupolven reaktoreiden sarjarakennus, jotka saivat epävirallisen nimen "atomirenessanssi". Vuodesta 2016 lähtien neljä tällaista reaktoria on rakenteilla.
Vuosina 1984 ja 1985 otettiin käyttöön ennätysmäärä reaktoreita, 33 joka vuosi. Vuonna 1986 - Tšernobylin ydinvoimalassa tapahtui laajamittainen katastrofi , joka välittömien seurausten lisäksi vaikutti vakavasti koko ydinenergiateollisuuteen kokonaisuutena. Se pakotti asiantuntijat ympäri maailmaa pohtimaan uudelleen ydinvoimalaitosten turvallisuusongelmaa ja pohtimaan kansainvälisen yhteistyön tarvetta ydinvoimalaitosten turvallisuuden parantamiseksi. Tshernobylin katastrofin vaikutuksen alaisena Italiassa järjestettiin kansanäänestys, jossa enemmistö äänesti maan ydinvoimalan sulkemisen puolesta. Tämän seurauksena Italia lopetti ydinvoimaloiden käytön 1990-luvulla .
Moskovan perustajakokouksessa 15. toukokuuta 1989 ilmoitettiin, että Maailman ydinvoimalaitosoperaattoreiden yhdistys ( eng. WANO ) on kansainvälinen ammatillinen järjestö , joka yhdistää ydinvoimaloita eri puolilla maailmaa käyttäviä organisaatioita. Yhdistys on asettanut itselleen kunnianhimoisia tavoitteita parantaa ydinturvallisuutta kaikkialla maailmassa toteuttamalla kansainvälisiä ohjelmiaan [9] .
1980-luvun loppuun mennessä ydinvoimalaitosten rakentamisen tahti hidastui merkittävästi. Vuonna 1996 ydinenergian osuus maailman sähköntuotannosta oli kuitenkin huipussaan 17,6 %.
Maaliskuussa 2011 Japanissa tapahtuneella Fukushima-1-ydinvoimalaitoksen katastrofilla oli suuri vaikutus ydinenergiaan . Se syntyi voimakkaan maanjäristyksen ja sitä seuranneen tsunamin vaikutuksesta ydinvoimalaitokseen .
Vuonna 2018 maailman ydinvoimalat tuottivat yhteensä 2560 TWh sähköä [10] , mikä oli 10,8 % maailman sähköntuotannosta. Vuoden 2019 puolivälissä toimivia ydinvoimayksiköitä ( pois lukien väliaikaisesti suljetut) maailmassa oli 453 [10] .
Maailman johtajia ydinsähkön tuotannossa vuonna 2018 olivat [10] [11] :
Puolet maailman ydinvoiman tuotannosta tulee Yhdysvalloista ja Ranskasta.
Euroopan suurin ydinvoimala on Zaporozhyen ydinvoimala Energodarin kaupungissa ( Zaporozhyen alue , Ukraina ), jonka rakentaminen aloitettiin vuonna 1980; Vuodesta 1996 lähtien siellä on toiminut 6 VVER-1000- reaktorilla varustettua voimayksikköä, joiden kokonaisteho on 6,0 GW(e) .
Maailman suurin ydinvoimala (asennetulla kapasiteetilla mitattuna) - Kashiwazaki-Kariwan ydinvoimala (vuodesta 1997) sijaitsee Japanissa Kashiwazakin kaupungissa Niigatan prefektuurissa . Siinä on viisi kiehuva vesireaktoria (BWR) ja kaksi kehittynyttä kiehuva vesireaktoria (ABWR), joiden yhdistetty kapasiteetti on 8,212 GW(e) . Asema ei kuitenkaan ole tuottanut sähköä vuoden 2011 jälkeen. Siksi maailman suurin toimiva ydinvoimalaitos on kanadalainen Brucen ydinvoimala, jossa on kahdeksan CANDU -tyyppistä raskaan veden ydinreaktoria (PHWR), joiden asennettu kapasiteetti on 6,797 GW (e) . Tätä seuraa Etelä-Korean ydinvoimalaitos Kori seitsemällä käyttövoimayksiköllä ( PWR ) asennettuna teholla 6,254 GW(e) .
Ydinvoimaloita käyttää 31 maata. Suurin osa ydinvoimaloista sijaitsee Euroopassa, Pohjois-Amerikassa, Kaukoidässä ja entisen Neuvostoliiton alueella, kun taas Afrikassa ei ole juuri yhtään eikä Australiassa ja Oseaniassa ollenkaan. Maailmassa on käytössä 451 ydinvoimalaa, joiden kokonaiskapasiteetti on 394 GW [12] [13] . Lisäksi 41 reaktoria ei ole tuottanut sähköä 1,5–20 vuoteen, joista 40 on Japanissa .
Ydinvoimateollisuuden tilaraportin [12] mukaan vuonna 2016 teollisuus on laskussa. Ydinenergian tuotannon huippu saavutettiin vuonna 2006 (2660 TWh ). Ydinvoiman osuus maailmanlaajuisesta sähköntuotannosta laski vuoden 1996 17,6 prosentista 10,7 prosenttiin vuonna 2015. 158 reaktoria suljettiin pysyvästi. Suljetun reaktorin keski-ikä on 25 vuotta. Lisäksi kuuden reaktorin rakentaminen on muodollisesti jatkunut yli 15 vuotta.
Viimeisten 10 vuoden aikana maailmassa on otettu käyttöön 47 voimayksikköä , joista lähes kaikki sijaitsevat joko Aasiassa (26 Kiinassa) tai Itä-Euroopassa. Kaksi kolmasosaa rakenteilla olevista reaktoreista on Kiinassa , Intiassa ja Venäjällä . Kiina on toteuttamassa kunnianhimoisinta ohjelmaa uusien ydinvoimalaitosten rakentamiseksi, ja kymmenkunta muuta maata rakentaa ydinvoimaloita tai kehittää hankkeita niiden rakentamiseksi. Kun otetaan huomioon Akademik Lomonosov FNPP :n käyttöönotto, Venäjällä toimii yksitoista asemaa [14] .
Samaan aikaan maailmassa on päinvastaisia suuntauksia ydinenergian pysähtymiseen ja jopa luopumiseen . Kuten jotkut ydinvoiman johtajat ( USA , Ranska , Japani ) ja jotkut muut maat sulkivat useita ydinvoimaloita. Italiasta tuli ainoa maa, joka sulki kaikki olemassa olevat ydinvoimalat ja luopui kokonaan ydinvoimasta. Belgia , Saksa , Espanja ja Sveitsi harjoittavat pitkäjänteistä politiikkaa ydinvoimasta luopumiseksi. Liettualla ja Kazakstanilla ei ole väliaikaisesti ydinvoimaa, vaikka ne suunnittelevat rakentavansa uusia ydinvoimaloiden tilalle. Itävalta , Kuuba , Libya , Pohjois-Korea , Puola lopettivat ydinohjelmansa poliittisista, taloudellisista tai teknisistä syistä ennen ensimmäisten ydinvoimaloidensa käynnistämistä, jotka käynnistettiin rakentamalla, vaikka kaksi viimeistä maata suunnittelevat ydinvoimaloiden rakentamista uudelleen . Aiemmin Armenia kieltäytyi ydinenergiasta , mutta sitten sen ainoa ydinvoimala otettiin uudelleen käyttöön. Alankomaat , Taiwan ja Ruotsi , joilla on ydinvoimaloita , aikoivat luopua ydinvoimasta, vaikka ne ovat toistaiseksi keskeyttäneet sen. Myös Australia , Azerbaidžan , Ghana , Kreikka , Georgia , Tanska , Irlanti , Liechtenstein , Luxemburg , Malesia , Malta , Uusi-Seelanti , Norja , Portugali ja Filippiinit olivat aiemmin, mutta luopuneet ydinenergiaohjelmista . Myös uusien ydinvoimalaitosten ilmoitetun rakentamisen näkymät herättävät joissakin maissa epäilyksiä.
Ydinreaktoreiden ikääntymistä on havaittavissa. Käytössä olevien reaktoreiden keski-ikä on 29 vuotta. Vanhin toimiva reaktori on Sveitsissä , ja se on toiminut 50 vuotta.
Tällä hetkellä kehitetään kansainvälisiä hankkeita uuden sukupolven ydinreaktoreille , kuten GT-MGR :lle, jotka lupaavat parantaa ydinvoimaloiden turvallisuutta ja tehokkuutta.
Venäjä aloitti vuonna 2007 maailman toisen kelluvan ydinvoimalan rakentamisen ( Sturgiksen ydinvoimalan jälkeen”), jonka avulla voidaan ratkaista energianpuuteongelma maan syrjäisillä rannikkoalueilla [15] . Rakentaminen viivästyi. Kelluva ydinvoimalaitos otettiin käyttöön vuonna 2019 (se otettiin kaupalliseen käyttöön 22.5.2020 [14] ), rakennusaika oli 12 vuotta.
Useat maat, mukaan lukien Yhdysvallat, Japani, Etelä-Korea, Venäjä ja Argentiina, kehittävät noin 10–20 MW:n tehoisia miniydinvoimaloita lämmön ja sähkön toimittamiseen yksittäisille teollisuudenaloille, asuinrakennuksiin ja , tulevaisuudessa yksittäisiä taloja. Oletetaan, että pienikokoisia reaktoreita (katso esimerkiksi Hyperionin ydinvoimalaitos ) voidaan luoda käyttämällä turvallisia teknologioita, jotka vähentävät huomattavasti ydinmateriaalin vuotojen mahdollisuutta [16] . Yksi pieni CAREM25- reaktori on rakenteilla Argentiinassa. Ensimmäiset kokemukset miniydinvoimaloiden käytöstä sai Neuvostoliitto ( Bilibino NPP ).
Vuonna 2019 tuli myös tiedoksi, että China State Nuclear Corporation (CNNC) aikoo aloittaa Kiinan ensimmäisen kelluvan ydinvoimalan rakentamisen [17] .
Ydinvoimalaitokset luokitellaan käytetyn reaktorin tyypin mukaan :
Toimitetun energian tyypin mukaan ydinvoimalaitokset voidaan jakaa:
Kuvassa on kaavio kaksipiirisellä vesijäähdytteisellä voimareaktorilla varustetun ydinvoimalaitoksen toiminnasta .
Reaktorin sydämessä vapautuva energia siirretään primääriseen jäähdytysnesteeseen . Seuraavaksi jäähdytysneste menee lämmönvaihtimeen ( höyrygeneraattoriin ), jossa se lämmittää toisiopiirin veden kiehuvaksi. Tuloksena oleva höyry tulee turbiineihin , jotka pyörittävät sähkögeneraattoreita . Turbiinien ulostulossa höyry tulee lauhduttimeen , jossa se jäähtyy suurella vesimäärällä, joka tulee säiliöstä.
Painekompensaattori on melko monimutkainen ja tilaa vievä rakenne, joka tasaa reaktorin käytön aikana jäähdytysnesteen lämpölaajenemisesta johtuvia paineenvaihteluita piirissä. Paine 1. piirissä voi nousta jopa 160 ilmakehään ( VVER-1000 ).
Veden lisäksi eri reaktoreissa jäähdytys- ja jäähdytysaineena voidaan käyttää metallisulatteita: natriumia , lyijyä, lyijyn eutektista vismuttiseosta jne. Nestemäisten metallien jäähdytysaineiden käyttö mahdollistaa reaktorin sydämen vaipan suunnittelun yksinkertaistamisen. (toisin kuin vesipiirissä, nestemäisen metallipiirin paine ei ylitä ilmakehän painetta), päästä eroon paineenkompensaattorista.
Piirien kokonaismäärä voi vaihdella eri reaktoreilla, kuvan kaavio on esitetty VVER -tyyppisille reaktoreille (painevesivoimareaktori). RBMK -tyyppiset reaktorit (High Power Channel Type Reactor) käyttävät yhtä vesipiiriä, nopeat neutronireaktorit - kaksi natrium- ja yksi vesipiiri, SVBR-100- ja BREST-reaktorien kehittyneissä projekteissa on kaksipiirijärjestelmä, jossa on raskas jäähdytysneste. ensiöpiiri ja vesi toisessa .
Jos höyryn lauhduttamiseen ei ole mahdollista käyttää suuria määriä vettä, vesi voidaan jäähdyttää säiliön sijaan erityisissä jäähdytystorneissa ( jäähdytystorneissa ), jotka ovat kokonsa vuoksi yleensä näkyvin osa ydinvoimala.
Venäjä on yksi harvoista maista, jossa ydinvoimaloiden rakentamisvaihtoehtoja harkitaan vakavasti. Tämä selittyy sillä, että Venäjällä on keskitetty rakennusten vedenlämmitysjärjestelmä , jonka läsnä ollessa on suositeltavaa käyttää ydinvoimaloita paitsi sähkö-, myös lämpöenergian saamiseksi (samanlainen kuin CHP ). Ensimmäiset tällaisten asemien projektit kehitettiin jo 1980-luvun 70-luvulla, mutta johtuen alkamisesta 1980-luvun lopulla. taloudellisten mullistusten ja jyrkän julkisen vastustuksen vuoksi loppuun asti, mikään niistä ei toteutunut. Poikkeuksena on pienikapasiteettinen Bilibinon ydinvoimalaitos , joka toimittaa lämpöä ja sähköä arktiselle Bilibinon kaupungille (5546 [18] henkilöä) ja paikallisille kaivosyrityksille sekä puolustusreaktoreille (jonka päätehtävänä on plutoniumin tuotanto ):
Myös seuraavien VVER-1000 :n kaltaisiin reaktoreihin perustuvien AST:ien rakentaminen aloitettiin :
Kaikkien kolmen AST:n rakentaminen lopetettiin 1980-luvun jälkipuoliskolla tai 1990-luvun alussa.
Tällä hetkellä (2006) Rosenergoatom -konserni suunnittelee rakentavansa kelluvan ydinvoimalan Arkangeliin , Pevekiin (vuonna 2020 se otettiin kaupalliseen käyttöön [14] ) ja muihin napakaupunkeihin perustuen ydinvoimalla käytettävään KLT-40- reaktorilaitokseen. jäänmurtajat . On olemassa muunnos pienestä valvomattomasta AST:sta, joka perustuu Elena-reaktoriin , ja liikkuvasta (rautateitse) Angstremin reaktorilaitoksesta .
Ukrainassa useita kaupunkeja lämmitetään ydinvoimalaitoksella, mukaan lukien Energodar , jota lämmittää Euroopan suurin ydinvoimala .
Suurin etu on käytännöllinen riippumattomuus polttoainelähteistä pienen käytetyn polttoainemäärän vuoksi. Esimerkiksi 54 polttoainenippua , joiden kokonaispaino on 41 tonnia voimayksikköä kohden VVER-1000- reaktorilla 1–1,5 vuodessa (vertailun vuoksi: Troitskaya GRES , jonka kapasiteetti on 2000 MW, polttaa kaksi rautatiejunaa hiiltä päivässä ). Ydinpolttoaineen kuljetuskustannukset ovat perinteisestä poiketen minimaaliset. Venäjällä tämä on erityisen tärkeää Euroopan osassa, koska hiilen toimitus Siperiasta on liian kallista.
Ydinvoimalaitoksen suuri etu on sen suhteellinen ympäristön puhtaus. Teholaitoksilla haitallisten aineiden, mukaan lukien rikkidioksidi , typen oksidit , hiilioksidit , hiilivedyt , aldehydit ja lentotuhka , kokonaispäästöt 1000 MW asennettua kapasiteettia kohden vaihtelevat kaasun osalta noin 13 000 tonnista vuodessa ja jopa 165 000 tonniin vuodessa . kivihiilen lämpövoimalaitokset . Tällaisia päästöjä ydinvoimalaitoksilla esiintyy harvoin, kun varadieselgeneraattorit aktivoituvat. Teholtaan 1000 MW :n lämpövoimalaitos kuluttaa 8 miljoonaa tonnia happea vuodessa polttoaineen hapetukseen, kun taas ydinvoimalaitokset eivät kuluta happea [20] .
Lisäksi hiilivoimalaitos tuottaa suuremman ominaispäästön (tuotettua sähköyksikköä kohti) radioaktiivisia aineita. Kivihiili sisältää aina luonnollisia radioaktiivisia aineita ; hiiltä poltettaessa ne pääsevät lähes kokonaan ulkoiseen ympäristöön. Samaan aikaan lämpövoimalaitosten päästöjen ominaisaktiivisuus on useita kertoja suurempi kuin ydinvoimaloiden [21] [22] .
Ainoa tekijä, jossa ydinvoimalat ovat ympäristön kannalta huonompia kuin perinteiset CPP:t, on turbiinilauhduttimien jäähdytysveden suuren kulutuksen aiheuttama lämpösaaste , joka on hieman korkeampi ydinvoimaloissa alhaisemman hyötysuhteen vuoksi (enintään 35 %) . . Tämä tekijä on kuitenkin tärkeä vesiekosysteemeille , ja nykyaikaisissa ydinvoimalaitoksissa on pääasiassa omat keinotekoisesti muodostetut jäähdytyssäiliöt tai ne jäähdytetään kokonaan jäähdytystorneilla . Jotkut ydinvoimalaitokset myös poistavat osan lämmöstä kaupunkien lämmitys- ja kuumavesihuollon tarpeisiin , mikä vähentää tuottamattomia lämpöhäviöitä.
On olemassa ja tulevia hankkeita "ylimääräisen" lämmön käyttämiseksi energiabiologisissa komplekseissa ( kalanviljely , osterien viljely , kasvihuoneiden lämmitys jne.). Lisäksi tulevaisuudessa on mahdollista toteuttaa hankkeita ydinvoimaloiden ja kaasuturbiinien yhdistämiseksi , mukaan lukien olemassa olevien ydinvoimalaitosten "päällirakenteiksi", joilla voidaan saavuttaa lämpövoimaloiden hyötysuhdetta vastaava hyötysuhde [23] [24 ] ] [25] [26] .
Useimmissa maissa, myös Venäjällä, sähkön tuotanto ydinvoimalaitoksissa ei ole kalliimpaa kuin hiilipöly- ja varsinkin kaasuöljylämpövoimalaitoksissa . Ydinvoimalaitosten etu tuotetun sähkön hinnassa näkyy erityisesti 70-luvun alussa alkaneiden ns. energiakriisien aikana . Öljyn hinnan lasku heikentää automaattisesti ydinvoimaloiden kilpailukykyä.
Ydinvoimalaitoksen rakennuskustannukset vaihtelevat hankkeen mukaan. 2000-luvulla toteutettujen hankkeiden pohjalta laadittujen vuonna 2007 arvioiden mukaan ne ovat noin 2300 dollaria per kW sähkötehoa, tämä luku saattaa laskea massarakentamisen myötä (1200 dollaria hiililämpövoimalaitoksista, 950 dollaria kaasusta) [ 27] . Tällä hetkellä toteutettavien hankkeiden kustannuksia koskevat ennusteet vuodelle 2012 lähestyvät 2 000 dollaria kW (35 % korkeampi kuin hiilen ja 45 % kaasulämpövoimaloiden osalta) [28] . Vuodesta 2018 lähtien venäläiseen VVER-1000/1200:aan perustuvat venäläiset projektit maksoivat noin 140 000 ruplaa (2200 dollaria) per kW asennettu kapasiteetti, venäläiseen VVER-1000/1200 perustuvat ulkomaiset projektit ovat 2 kertaa kalliimpia.
Ydinvoimalaitosten suurin haitta on onnettomuuksien vakavat seuraukset , joiden välttämiseksi ydinvoimalaitokset on varustettu monimutkaisimmilla turvajärjestelmillä, joissa on useita reservejä ja redundanssia , mikä varmistaa sydämen sulamisen poissulkemisen jopa suunnitteluperusteisen maksimionnettomuuden sattuessa. [20] . Samaan aikaan maailmassa on käytössä reaktoreita, joissa ei ole 1970-luvun turvallisuusstandardien edellyttämiä tärkeitä turvallisuusjärjestelmiä.
Vakava ongelma ydinvoimalaitoksille on niiden eliminointi resurssin loppumisen jälkeen, arvioiden mukaan se voi olla jopa 20 % niiden rakentamiskustannuksista [20] .
Useista teknisistä syistä on äärimmäisen epätoivottavaa, että ydinvoimalaitokset toimivat ohjailumoodeissa eli kattaen sähkökuormitusaikataulun muuttuvan osan [20] .
Toinen ydinvoimalaitosten haittapuoli on käytetyn ydinpolttoaineen käsittelyn vaikeus.
Mikä tahansa toimiva ydinvoimalaitos vaikuttaa ympäristöön kolmella tavalla:
Ydinvoimalaitoksen reaktorin käytön aikana halkeavien materiaalien kokonaisaktiivisuus kasvaa miljoonia kertoja. Radionuklidien kaasu- ja aerosolipäästöjen määrä ja koostumus ilmakehään riippuu reaktorin tyypistä, toiminnan kestosta, reaktorin tehosta sekä kaasun ja veden käsittelyn tehokkuudesta. Kaasumaiset ja aerosolipäästöt käyvät läpi monimutkaisen puhdistusjärjestelmän, joka on välttämätön niiden aktiivisuuden vähentämiseksi, ja päästetään sitten ilmakehään ilmanvaihtoputken kautta.
Kaasu- ja aerosolipäästöjen pääkomponentit ovat radioaktiiviset inertit kaasut, radioaktiivisten fissiotuotteiden ja aktivoitujen korroosiotuotteiden aerosolit sekä radioaktiivisen jodin haihtuvat yhdisteet [29] . Ydinvoimalaitoksen reaktorissa uraanipolttoaineesta muodostuu atomien fissiossa yhteensä noin 300 erilaista radionuklidia, joista yli 30 pääsee ilmakehään [30] . Heidän keskuudessaan:
Isotooppi | Puolikas elämä |
---|---|
jodi-129 | 17 Ma |
hiili-14 | 5730 vuotta |
cesium-137 | 30 vuotta |
tritium | 12,3 vuotta |
krypton | 10,6 vuotta |
jodi-131 | 8 päivää |
ksenon-133 | 5,27 päivää |
jodi-133 | 20,8 tuntia |
argon-41 | 1,82 tuntia |
krypton-87 | 78 min |
ksenon-138 | 17 min |
typpi-16 | 7,35 sek |
Tuloksena olevat kaasut polttoainesauvojen mikrohalkeamien kautta ( VVER-1000- reaktorissa on 48 tuhatta polttoainesauvaa ) sekä polttoainesauvojen uuttamisprosessissa niiden säännöllisen vaihdon aikana pääsevät jäähdytysnesteeseen. Tilastojen mukaan yhdellä 5000 polttoainesauvasta on vakavia vaurioita suojakuoressa, mikä helpottaa fissiotuotteiden pääsyä jäähdytysnesteeseen. Venäläisten ydinvoimaloiden käyttömääräykset sallivat jopa 1 %:n polttoainesauvojen läsnäolon vaurioituneen suojarakennuksen kanssa.
VVER- tyyppinen reaktori tuottaa noin 40 000 Ci kaasumaisia radioaktiivisia päästöjä vuodessa. Suurin osa niistä jää suodattimiin tai hajoaa nopeasti menettäen radioaktiivisuutensa. Samalla RBMK-tyyppiset reaktorit tuottavat suuruusluokkaa enemmän kaasumaisia päästöjä kuin VVER-tyyppiset reaktorit. Radioaktiivisten kaasujen ja aerosolien keskimääräinen päivittäinen päästö Kurskin ydinvoimalaitoksella 1981-1990 ja Smolenskin ydinvoimalaitoksella vuosina 1991-1992 oli 600-750 Ci/vrk . Keskimäärin päivässä Venäjän alueella ydinvoimaloiden kaasupäästöt olivat noin 800 Ci vuoteen 1993 asti (vuoden aikana - noin 300 tuhatta Ci ).
Suurin osa kaasu- ja aerosolipäästöjen radioaktiivisuudesta syntyy lyhytikäisistä radionuklideista ja hajoaa vahingoittamatta ympäristöä muutamassa tunnissa tai päivässä. Tavanomaisten kaasupäästöjen lisäksi ydinvoimalaitokset päästävät ajoittain ilmakehään pienen määrän radionuklideja - reaktorin ja primääripiirin korroosiotuotteita sekä uraanin fission palasia. Ne voidaan jäljittää useiden kymmenien kilometrien päähän minkä tahansa ydinvoimalaitoksen ympäriltä [31] .
Rostekhnadzor valvoo Venäjän ydinvoimaloiden turvallisuutta .
Työsuojelua säätelevät seuraavat asiakirjat:
Ydin- ja säteilyturvallisuutta säätelevät seuraavat asiakirjat:
Säteilyturvallisuutta säätelevät seuraavat asiakirjat:
Ydinvoimalaitoksen käyttöikää rajoittavat erityisesti mekaanisten ominaisuuksien muutokset, materiaalin homogeenisuus sekä reaktorin rakenneosien geometrisen muodon rikkoutuminen säteilyn vaikutuksesta [32] . Yhdysvaltoihin ensimmäisen ydinvoimalan rakentamisen aikana asiantuntijat uskoivat tämän vaikutuksen olevan niin suuri, että se ei anna reaktorin toimia yli 100 päivää, mutta nyt ydinvoimalaitosten reaktorien käyttöikää arvioidaan joissain tapauksissa. jopa 60 vuodeksi [33] , ja Sarrin ydinvoimalalle Yhdysvalloissa vuonna 2015 lupaa haettiin 80 vuoden toiminnan jatkamiselle ja samaa lupaa on tarkoitus hakea Peach Bottom -ydinvoimalaitokselle [34] [35] .
VVER-paineastioiden tärkein rajoittava resurssiparametri on perusmetallin ja hitsimetallin sitkeä-hauras siirtymän kriittisen lämpötilan muutos. Lämpötilasiirtymä kasvaa nopean neutronivirtauksen F mukana , vaikka se on yleensä hitaampaa kuin virtaus (suhteessa F 0,33...1,0 ). Säteilytettyjen reaktoriastioiden entisöinti ja käyttöiän pidentäminen joissain tapauksissa on mahdollista astian erikoishehkutuksella, mutta tämä menetelmä ei sovellu kaikkiin astioiden ja saumojen materiaaleihin. Toinen vakava reaktorien materiaalitieteellinen ongelma on sisäisten laitteiden säteilyhaurastuminen, jonka muodonmuutos teräksen säteilyturpoamisesta ja termoelastisten jännitysten lisääntymisestä johtaa siihen, että sitä seuraavat suuret lämpöjännityksen muutokset yhdessä korkean staattisen tason kanssa. rasituksia, voi johtaa väsymishäiriöihin [33] [36] .
Ydinvoimayksiköiden normaalin käyttöiän määrittää tietyn maan hallitus tietyntyyppisen voimayksikön mitoitusiän perusteella . Tämä ajanjakso on yleensä 30-40 vuotta. Voimayksikön yksiköiden ja kokoonpanojen tutkimusten ja tarvittaessa toimenpiteiden avulla niiden korjaamiseksi voidaan käyttöikää pidentää vuosikymmeniä suunnitteluajan jälkeen. Elinajan pidentäminen on erittäin kustannustehokas toimenpide; Siten VVER-1000 reaktorin käyttöiän pidentämisestä 10 (20) vuodella aiheutuvat kustannukset ovat arviolta 76 (89) miljoonaa dollaria, kun taas käyttövoitto näillä ajanjaksoilla on 970 (1300) miljoonaa dollaria [33] . Venäjällä useimpien voimayksikkötyyppien normaali käyttöikä on 30 vuotta [37] [38] . Ensimmäisen sukupolven VVER- ja RBMK-reaktorien käyttöaika Venäjällä on pidennetty 45 vuoteen ja toisen sukupolven VVER 55 vuoteen [39] . Uusia reaktoreita rakennetaan joskus korvaamaan vanhoja reaktoreita, jotka lähestyvät normaalia käytöstäpoistopäivää. Tyypillinen esimerkki on LNPP-2 , jota rakennetaan Sosnovy Borin kaupunkiin korvaamaan LNPP -1, jonka käytöstäpoisto on lähellä . Yhdysvalloissa on yleistä, että laitosten käyttäjät hankkivat uuden reaktorin käyttöluvan 40 vuodeksi. Myöhemmin operaattorit voivat pyytää toimiluvan jatkamista jopa 60 vuodeksi. Tällaisia lupia on jo myönnetty useita kymmeniä [40] . Vuonna 2015 tehtiin ensimmäinen hakemus luvan jatkamisesta jopa 80 vuoteen kahdelle Sarrin ydinvoimalaitoksen voimayksikölle Virginiassa [ 34] [35] . Amerikkalaisten reaktorien keski-ikä on 35,6 vuotta. Ranskassa ei ole elinikärajaa. Ydinvoimalaitokset tarkastetaan 10 vuoden välein, minkä seurauksena lupa uusitaan, jos ne täyttävät turvallisuusstandardit. Ranskalaisten reaktoreiden keski-ikä on 29 vuotta. Ranskan ydinturvallisuusviranomainen (Autorité de sûreté nucléaire) on ilmoittanut aikovansa myöntää luvan käyttää reaktoreita yli 40 vuodeksi. Japanin uusien ydinturvallisuusmääräysten mukaan ydinvoimalaitosten käyttäjät voivat hakea lupaa jatkaa reaktorin käyttöä yli 40 vuodeksi. Valtion viraston on joko sallittava tai kiellettävä hyväksikäyttö [12] [41] .
Vanhimmat toimivat reaktorit (noin 50 vuotta):
Venäjän vanhin toimiva reaktori (yli 48 vuotta):
Syyskuussa 2016 venäläiset ydintutkijat testasivat menestyksekkäästi täydellä kapasiteetilla uutta ja maailman tehokkainta voimayksikköä , jossa oli Belojarskin ydinvoimalan nopea neutronireaktori - BN-800 . Yhdessä vuotta aiemmin käynnistetyn MOX-polttoaineen tuotannon kanssa Venäjästä tuli johtaja siirtymässä suljettuun ydinpolttoaineen käyttökiertoon, jonka avulla ihmiskunta voi saada lähes ehtymättömän energiaresurssin ydinjätteen kierrätyksellä, koska perinteinen ydinvoima laitokset käyttävät vain 3 % ydinpolttoaineen energiapotentiaalista [4] . Jätteen ja aselaatuisen plutoniumin käyttö tällaisissa reaktoreissa voi vähentää merkittävästi hautautuneiden jäännösten määrää ja lyhentää niiden puoliintumisaikaa 200-300 vuoteen.
Venäjällä on ensimmäinen paikka maailmassa tällaisten reaktorien rakentamiseen tarvittavien teknologioiden kehittämisessä, vaikka monet kehittyneet maat ovat tehneet tätä 1950-luvulta lähtien. Ensimmäinen voimayksikkö nopealla neutronireaktorilla BN-350 otettiin käyttöön Neuvostoliitossa vuonna 1973 ja se toimi Aktaussa vuoteen 1999 asti . Toinen voimayksikkö asennettiin Belojarskin ydinvoimalalle vuonna 1980 ( BN-600 ), ja se on toiminut keskeytyksettä tähän päivään asti, vuonna 2010 sen käyttöikää pidennettiin 10 vuodella [4] .
Yhdysvaltain hallitus on hyväksynyt Atomic Hydrogen Initiativen. Työskentely on käynnissä ( Etelä-Korean kanssa ) uuden sukupolven ydinreaktoreiden luomiseksi, jotka pystyvät tuottamaan suuria määriä vetyä . INEEL (Idaho National Engineering Environmental Laboratory) ennustaa, että yksi seuraavan sukupolven ydinvoimalan yksikkö tuottaa päivittäin vetyä, joka vastaa 750 000 litraa bensiiniä .
Nykyisten ydinvoimaloiden vedyn tuotantomahdollisuuksista rahoitetaan tutkimusta [42] .
Vielä mielenkiintoisempi, vaikkakin suhteellisen kaukainen mahdollisuus, on ydinfuusioenergian käyttö . Termoydinreaktorien on laskettu kuluttavan vähemmän polttoainetta energiayksikköä kohti, ja tämä polttoaine ( deuterium , litium , helium-3 ) ja niiden fuusiotuotteet eivät ole radioaktiivisia ja siksi ympäristöystävällisiä.
Vuodesta 2006 tähän päivään asti on ollut toiminnassa EAST -kokeellinen lämpöydinreaktori Hefeissä , Kiinassa , jossa vuonna 2009 energiatehokkuuskerroin ylitti ensimmäistä kertaa yksikön [43] ja vuonna 2016 plasmaa pystyttiin pitämään lämpötila 5⋅10 7 K 102 sekunnissa [44] .
Tällä hetkellä Venäjä , Yhdysvallat, Japani ja Euroopan unioni osallistuvat Etelä - Ranskassa Cadaracheen , kansainvälisen kokeellisen lämpöydinreaktorin ITER rakentaminen on meneillään .
Neuvostoliiton postimerkki, 1955 : Neuvostoliiton tiedeakatemian maailman ensimmäisen ydinvoimalan rakennus .
Neuvostoliiton postimerkki, 1955: Neuvostoliiton tiedeakatemian maailman ensimmäisen ydinvoimalan rakennus.
Sanakirjat ja tietosanakirjat | ||||
---|---|---|---|---|
|
Neuvostoliiton ja Venäjän suunnitelmien mukaan rakennettuja ydinvoimaloita | |||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||
| |||||||||||||||
§ — rakenteilla on voimayksiköitä, ‡ — uusia voimayksiköitä suunnitteilla, × — suljettuja voimayksiköitä |
Toimialat | ||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Energiaa | |||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
tuotteiden ja toimialojen mukaan | |||||||||||||||||||||||||||
Sähköteollisuus : sähkö |
| ||||||||||||||||||||||||||
Lämmönsyöttö : lämpöenergia |
| ||||||||||||||||||||||||||
Polttoaineteollisuus : polttoaine _ |
| ||||||||||||||||||||||||||
Lupaavaa energiaa : |
| ||||||||||||||||||||||||||
Portaali: Energia |