Ydinenergia ( Nuclear energy ) on energia -ala, joka tuottaa sähkö- ja lämpöenergiaa muuntamalla ydinenergiaa [1] .
Yleensä ydinenergian saamiseksi käytetään plutonium-239 :n tai uraani-235 :n ydinfission ydinketjureaktiota [2] . Ytimet jakautuvat, kun neutroni osuu niihin , ja saadaan uusia neutroneja ja fissiokappaleita. Fissioneutroneilla ja fissiofragmenteilla on korkea kineettinen energia . Fragmenttien törmäysten seurauksena muiden atomien kanssa tämä kineettinen energia muuttuu nopeasti lämmöksi .
Vaikka millä tahansa energia-alalla ensisijainen lähde on ydinenergia (esimerkiksi: auringon ydinreaktioiden energia, vesivoimaloissa, aurinkovoimaloissa ja fossiilisilla polttoaineilla toimivissa voimalaitoksissa; radioaktiivisen hajoamisen energia geotermisissä voimalaitoksissa ), Ainoastaan hallittujen reaktioiden käyttö ydinreaktoreissa viittaa ydinenergiaan .
Ydinenergiaa tuotetaan ydinvoimalaitoksissa , käytetään ydinjäänmurtajissa , ydinsukellusveneissä ; Venäjä toteuttaa ohjelmaa ydinrakettimoottorin luomiseksi ja testaamiseksi , Yhdysvallat lopetti ohjelman ydinmoottorin luomiseksi avaruusaluksille , lisäksi yritettiin luoda ydinmoottori lentokoneille ( atomilentokoneita ) ja " atomi " tankkeja .
Ydinvoima perustuu ydinpolttoaineen käyttöön , jonka teollisten prosessien kokonaisuus muodostaa ydinpolttoainekierron. Vaikka polttoainesyklejä on erilaisia, riippuen sekä reaktorin tyypistä että syklin viimeisen vaiheen ominaisuuksista, niillä on yleensä yhteisiä vaiheita [3] .
Käytön aikana huoltoprosessit poistavat syntyvän matala-aktiivisen jätteen. Käyttöiän päätyttyä itse reaktori poistetaan käytöstä , purkamiseen liittyy dekontaminointi ja reaktorin osien hävittäminen [3] .
Ydinreaktori on laite, joka on suunniteltu järjestämään hallittu itseään ylläpitävä fissioketjureaktio , johon liittyy aina energian vapautumista.
Ensimmäinen ydinreaktori rakennettiin ja käynnistettiin joulukuussa 1942 Yhdysvalloissa E. Fermin johdolla . Ensimmäinen Yhdysvaltojen ulkopuolelle rakennettu reaktori oli ZEEP , joka laukaistiin Kanadassa 5. syyskuuta 1945 [4] . Euroopassa ensimmäinen ydinreaktori oli F-1- laitos , joka laukaistiin 25. joulukuuta 1946 Moskovassa I. V. Kurchatovin [5] johdolla . Vuoteen 1978 mennessä maailmassa oli jo toiminnassa noin sata erityyppistä ydinreaktoria.
Reaktoreita on erilaisia, tärkeimmät erot niissä johtuvat käytetystä polttoaineesta ja jäähdytysnesteestä, jota käytetään ylläpitämään sydämen haluttua lämpötilaa, sekä hidastimesta, jolla vähennetään ydinhajoamisen seurauksena vapautuvien neutronien nopeutta. ketjureaktion halutun nopeuden ylläpitämiseksi [3] .
Ensimmäinen ydinfissioketjureaktio suoritettiin 2. joulukuuta 1942 Chicagon yliopistossa käyttämällä uraania polttoaineena ja grafiittia hidastimena. Ensimmäinen sähkö ydinfission energiasta saatiin 20. joulukuuta 1951 Idahon kansallisessa laboratoriossa käyttämällä nopeaa neutronireaktoria EBR-I (Experimental Breeder Reactor-I). Tuotettu teho oli noin 100 kW [6] .
9. toukokuuta 1954 saavutettiin vakaa ydinketjureaktio ydinreaktorissa Obninskissa , Neuvostoliitossa . 5 MW:n reaktorissa käytettiin rikastettua uraania ja hidastimena grafiittia, ja jäähdytykseen käytettiin vettä, jolla oli tavanomainen isotooppikoostumus. 26. kesäkuuta kello 17.30 täällä tuotettu energia alkoi virrata Mosenergon kuluttajaverkkoon [ 6 ] .
Joulukuussa 1954 ensimmäinen ydinsukellusvene Nautilus otettiin käyttöön Yhdysvalloissa [6] .
Vuonna 1956 50 megawatin Calder Hall - 1 ydinvoimala aloitti toimintansa Isossa- Britanniassa . Tätä seurasi vuonna 1957 Shippingportin ydinvoimalaitos Yhdysvalloissa - 60 MW [2] [6] ja vuonna 1959 Marcoullen ydinvoimala Ranskassa - 37 MW [6] . Vuonna 1958 toisen Neuvostoliiton ydinvoimalan, Siperian ydinvoimalan, ensimmäinen vaihe alkoi tuottaa sähköä 100 MW:n kapasiteetilla, jonka kokonaissuunnittelukapasiteetti oli 600 MW [2] . Vuonna 1959 maailman ensimmäinen ei-sotilaallinen ydinkäyttöinen alus, Lenin-jäänmurtaja , laskettiin vesille Neuvostoliitossa [6] .
Ydinenergia uudeksi energian suunnaksi tunnustettiin Genevessä elokuussa 1955 pidetyssä ensimmäisessä kansainvälisessä atomienergian rauhanomaista käyttöä koskevassa tieteellisessä ja teknisessä konferenssissa [2] , joka merkitsi kansainvälisen yhteistyön alkua rauhanomaisen yhteistyön alalla. ydinenergian käyttöä ja heikensi toisen maailmansodan jälkeen jatkuneen ydintutkimuksen salassapitoa [6] .
1960-luvulla Yhdysvallat näki ydinvoiman siirtymisen kaupalliseen perustaan. Ensimmäinen kaupallinen ydinvoimala oli Yankee Rowe, jonka kapasiteetti oli 250 MW ja joka toimi vuosina 1960-1992. Yhdysvaltojen ensimmäinen ydinvoimala, jonka rakentaminen rahoitettiin yksityisistä lähteistä, oli Dresdenin ydinvoimala [7] .
Neuvostoliitossa vuonna 1964 otettiin käyttöön Belojarskin ydinvoimalaitos (ensimmäinen 100 MW:n yksikkö) ja Novovoronežin ydinvoimalaitos (ensimmäinen 240 MW:n yksikkö). Vuonna 1973 ensimmäinen suuritehoinen voimalaitos (1000 MW) otettiin käyttöön Leningradin ydinvoimalassa Sosnovy Borin kaupungissa . Kazakstanissa vuonna 1972 käynnistetyn ensimmäisen teollisen nopean neutronireaktorin energiaa (150 MW) käytettiin sähkön tuottamiseen ja veden suolanpoistoon Kaspianmerestä [7] .
Ydinenergian kehittämiselle oli 1970-luvun alussa näkyvät edellytykset. Sähkön kysyntä kasvoi, useimpien kehittyneiden maiden vesivoimavarat käytettiin lähes kokonaan ja pääpolttoaineiden hinnat nousivat vastaavasti. Tilannetta pahensi arabimaiden asettama öljyntoimitusten vientisaarto vuosina 1973-1974. Sen piti alentaa ydinvoimaloiden rakentamiskustannuksia [3] .
Siitä huolimatta 1980-luvun alkuun mennessä ilmaantui vakavia taloudellisia vaikeuksia, joiden syinä olivat sähkön kysynnän tasaantuminen, luonnonpolttoaineiden hintojen nousun lakkaaminen, hintojen nousu ennustetun kustannusten alenemisen sijaan. uusien ydinvoimaloiden rakentaminen [3] .
Kansainvälisen energiajärjestön ( IEA ) mukaan vuonna 2010 ydinenergia tuotti 12,9 prosenttia sähköntuotannosta ja 5,7 prosenttia kaikesta ihmiskunnan kuluttamasta energiasta [8] . Ydinenergiasektori on merkittävin teollistuneissa maissa, joissa luonnonenergiavaroja ei ole riittävästi - Ranskassa , Ukrainassa [ 9] , Belgiassa , Suomessa , Ruotsissa , Bulgariassa ja Sveitsissä . Nämä maat tuottavat 20–76 % (Ranskassa) ydinvoimaloiden sähköstä .
Vuonna 2013 maailman ydinenergian tuotanto kasvoi ensimmäistä kertaa sitten vuoden 2010 - vuoteen 2012 verrattuna kasvua oli 0,5 % - 6,55 miljardiin MWh:iin (562,9 miljoonaa tonnia öljyekvivalenttia). Ydinvoimalaitosten suurin energiankulutus vuonna 2013 oli Yhdysvalloissa - 187,9 miljoonaa tonnia öljyekvivalenttia. Venäjällä kulutus oli 39,1 miljoonaa tonnia öljyekvivalenttia, Kiinassa - 25 miljoonaa tonnia öljyekvivalenttia, Intiassa - 7,5 miljoonaa tonnia [10] .
Kansainvälisen atomienergiajärjestön (IAEA) raportin mukaan vuonna 2019 toiminnassa oli 449 ydinvoimalla toimivaa (eli kierrätettävää sähkö- ja/tai lämpöenergiaa tuottavaa) reaktoria 34 maassa [ 11] ; vuoden 2019 puolivälissä rakenteilla oli 54 reaktoria [12]
Noin puolet maailman ydinvoimalaitosten sähköntuotannosta tulee kahdesta maasta - Yhdysvalloista ja Ranskasta. Yhdysvallat tuottaa vain 1/8 sähköstään ydinvoimaloissa, mutta tämä vastaa noin 20 prosenttia maailman tuotannosta.
Liettua oli ehdoton edelläkävijä ydinenergian käytössä . Ainoa sen alueella sijaitseva Ignalinan ydinvoimala tuotti enemmän sähköenergiaa kuin koko tasavalta kulutti (esimerkiksi vuonna 2003 Liettuassa tuotettiin 19,2 miljardia kWh , josta 15,5 Ignalinan ydinvoimalassa [13] ). Ylimääräisen energian hallussa (ja Liettuassa on muitakin voimalaitoksia) "ylimääräinen" energia vietiin vientiin [14] . Kuitenkin EU:n
painostuksesta (sen turvallisuudesta johtuen epäilyistä - INP:ssä käytettiin samantyyppisiä voimayksiköitä kuin Tšernobylin ydinvoimalassa ) tämä ydinvoimalaitos suljettiin lopulta 1.1.2010 alkaen (yritettiin jatkavat aseman käyttöä vuoden 2009 jälkeen, mutta ne eivät onnistuneet
), nyt[ milloin? ] nykyaikaisen ydinvoimalan rakentamista samalle paikalle ollaan ratkaisemassa.
Vuonna 2016 maailman ydinvoimalat tuottivat yhteensä 2 477 miljardia kWh energiaa, mikä vastasi 10,8 % maailman sähköntuotannosta.
Maailman johtajia ydinsähkön tuotannossa vuonna 2017 ovat [15] :
Noin puolet maailman ydinvoiman tuotannosta tulee Yhdysvalloista ja Ranskasta.
Vuonna 2017 ydinvoimalat tuottivat sähköä 2 503 TWh . "Big Five" -maiden osuus kaikesta maailman ydintuotannosta oli 70 prosenttia - Yhdysvallat , Ranska, Kiina, Venäjä ja Etelä-Korea, alenevassa järjestyksessä. Vuonna 2017 ydinvoiman tuotanto kasvoi 13 maassa, väheni 11 maassa ja pysyi ennallaan seitsemässä [26] .
World Nuclear Associationin (World Nuclear Association ) mukaan vuoden 2017 lopussa maailmassa 488 toimivan ydinreaktorin asennettu kapasiteetti oli 392 GW (joka on 2 GW enemmän kuin vuonna 2016) [27] . Vuonna 2017 otettiin käyttöön 4 uutta (verkkoon kytkettyä) reaktoria, joiden asennettu kapasiteetti on yhteensä 3373 MW (yksi Pakistanissa - Chashma-4 ja kolme Kiinassa - Taiwan-3, Fuqing-4 ja ydinvoimala). voimalaitos "Yanjian-4") [28] . Viisi reaktoria poistettiin käytöstä (asennettu kapasiteetti 3025 MW). Yksi reaktori suljettiin Saksassa, Ruotsissa, Espanjassa, Japanissa ja Etelä-Koreassa.
Vuoden 2017 lopussa rakenteilla on 59 ydinreaktoria, joista neljän rakentaminen aloitettiin vuonna 2017. Näistä neljästä voimayksiköstä kolme rakennetaan venäläisen VVER-reaktorin mukaan - Kudankulamin ydinvoimalaitoksen 3. ja 4. yksikkö Intiassa ja Rooppurin ydinvoimalaitoksen 1. yksikkö Intiassa. Etelä-Korean ydinvoimalan "Sin-Kari" viides voimayksikkö tulee olemaan KEPCO:n valmistamilla reaktoreilla. Viraston raportissa todetaan, että voimayksikön keskimääräinen rakennusaika maissa vuonna 2017 oli 58 kuukautta, kun se vuonna 2016 oli 74 kuukautta (vuosina 1996-2000 tämä ajanjakso oli 120 kuukautta).
World Nuclear Associationin mukaan vuoden 2017 lopussa alueet jakautuivat ydinvoiman osalta seuraavasti:
Ydinvoima on edelleen kiivasta keskustelun aihe. Ydinenergian kannattajat ja vastustajat eroavat toisistaan jyrkästi arvioidessaan ydinenergian turvallisuutta, luotettavuutta ja taloudellista tehokkuutta. Vaara liittyy jätteenkäsittelyongelmiin, ympäristö- ja ihmisen aiheuttamiin katastrofeihin johtaviin onnettomuuksiin sekä kykyyn käyttää näiden laitosten (muiden vesivoimaloiden, kemian tehtaiden ja vastaavien) vaurioita tavanomaisilla aseilla tai terrori-iskun seurauksena joukkotuhoaseena. Ydinvoimaloiden "kaksoiskäyttö", ydinpolttoaineen mahdollinen vuoto (sekä luvallinen että rikollinen) sähköntuotannosta ja sen teoreettinen käyttö ydinaseiden tuotantoon ovat jatkuvaa yleistä huolta, poliittista juonittelua ja syitä sotilaallisiin toimiin. esimerkiksi operaatio "Ooppera , Irakin sota).
Samaan aikaan ydinenergian edistämistä kannattava World Nuclear Association julkaisi vuonna 2011 datan, jonka mukaan gigawattivuodessa hiilivoimalaitoksilla tuotettu sähkö on keskimäärin (koko tuotantoketju huomioon ottaen). ) maksaa 342 ihmisuhria ja kaasu - 85, vesivoimaloilla - 885, kun taas ydinvoimalla - vain 8 [29] [30] .
Ydinvoiman kannattavuus riippuu reaktorin suunnittelusta, sähkötariffeista ja vaihtoehtoisten energialähteiden hinnasta. Siksi eri maissa ilmaistaan ajoittain epäilyksiä ydinenergian kannattavuudesta . Esimerkiksi 1 GW:n korvaamiseen ydinvoimalaitoksen asennetusta kapasiteetista on käytettävä noin 2,5 miljardia kuutiometriä. maakaasu, jonka hinta vaihtelee suuresti maittain.
Yhdysvalloissa sähkön tuotanto ydinvoimalaitoksilla kallistuu ja joidenkin muiden sähkönlähteiden hinta laskee, vapailla markkinoilla ydinvoimalat tulevat kannattamattomiksi. Näin ollen Yhdysvalloissa suljettiin kannattamattomuuden vuoksi kaksi reaktoria: Vermont Yankee -ydinvoimalaitos ja Kevonin ydinvoimalaitos [31] .
Uusien AR1000 sukupolven III+ reaktorien rakennuskustannukset vuonna 2018 ovat:
Suomessa aloitettiin vuonna 2005 Olkiluodon ydinvoimalaitoksen kolmannen sukupolven III+ EPR1600 -yksikön rakentaminen . Voimayksikön rakennuskustannuksiksi arvioitiin 3 miljardia euroa ja käyttöönottopäivät suunniteltiin vuodelle 2010. Vuodesta 2019 lähtien toimilupa on saatu [36] . Vuodelle 2015 kustannukset nousivat 2 miljardilla eurolla, ja lopullinen arvio kokonaiskustannuksista nousi 8,5 miljardiin dollariin [37] . Tämän seurauksena Suomi peruutti Olkiluotoon suunnitellun neljännen voimalaitoksen rakentamisen.
Isossa-Britanniassa Wylfa Newyddin ydinvoimalan (kaksi 1350 MW ABWR:tä ) rakennuskustannukset nousivat 28 miljardiin dollariin (21 miljardia puntaa), ja rakentaminen peruttiin taloudellisen epätarkoituksenmukaisuuden vuoksi [38] .
Venäjällä venäläisiin VVER-1200 sukupolven III+ reaktoreihin perustuvan ydinvoimalan rakentamiskustannukset maksavat 600 miljardia ruplaa (9 miljardia dollaria) ydinvoimalaitokselle, jossa on 4 reaktoria, joista kukin on 1200 MW (Leningrad NPP-2, Novovoronezh). NPP-2), kannattavuuden vahvistavat suunnitelmat rakentaa 12 voimayksikköä vuoteen 2030 asti [39] .
Muissa maissa ydinvoimalan rakentaminen venäläisille VVER-1200-reaktoreille on noin 2-2,5 kertaa kalliimpi (5,5 miljardia dollaria kutakin Valko-Venäjän ja Turkin Akkujun ydinvoimalan reaktoria kohden ) , kannattavuus vahvistetaan suunnitelmissa. rakentaa 33 voimayksikköä vuoteen 2030 mennessä [40] .
Valtiot voivat vakuuttaa voimalaitokset sulkemisen varalta takaamalla sähkön oston määrättyyn hintaan. Tällaisia järjestelmiä on arvosteltu kilpailun rajoittamisesta ja veronmaksajien rahojen tuhlaamisesta, mutta niitä käytetään kaikentyyppisissä voimalaitoksissa.
Yksi ydinvoiman ongelma on lämpösaaste . Joidenkin asiantuntijoiden mukaan ydinvoimalat "tuotettua sähköyksikköä kohti" päästävät enemmän lämpöä ympäristöön kuin vastaavat lämpövoimalaitokset . Esimerkkinä voidaan mainita useiden ydin- ja lämpövoimaloiden rakennushanke Reinin altaalla. Laskelmat osoittivat, että jos kaikki suunnitellut tilat käynnistetään, useiden jokien lämpötila nousisi + 45 ° C: een, mikä tuhoaa niissä kaiken elämän. [41]
Columbia Universityn The Hillin globaalin energiapolitiikan keskuksen asiantuntijat sanoivat, että Venäjän suuri osuus maailmanlaajuisista ydinenergiamarkkinoista sisältää suuria riskejä Ukrainan pitkittyneen sodan taustalla.
Esimerkiksi useilla Yhdysvaltain liittolaisilla, kuten Suomessa, Tšekissä, Turkissa ja Ukrainassa, on käynnissä tai rakenteilla venäläisiä reaktoreita. Ajan myötä nämä reaktorit saattavat lakata toimimasta ilman Venäjän tarjoamia materiaaleja, laitteita ja palveluita.
Huolimatta siitä, että Venäjä tuottaa vain 6 prosenttia maailman uraanista, se hallitsee 40 prosenttia maailman uraanin konversiomarkkinoista ja 46 prosenttia sen rikastuskapasiteetista. Suurin osa planeetan 439 reaktorista, mukaan lukien kaikki Yhdysvaltain laivaston reaktorit, vaatii juuri tällaista rikastettua uraanipolttoainetta. Asiantuntijoiden mukaan jos Venäjä lopettaa rikastetun uraanin toimittamisen amerikkalaisille energiayhtiöille, se voi johtaa Yhdysvaltojen ydinvoimaloiden sulkemiseen jo ensi vuonna.
Ottaen huomioon, että ydinvoima tuottaa yli 20 prosenttia tuotantokapasiteetista joissakin osissa Yhdysvaltoja, sähkön hinnat nousevat jopa enemmän kuin vuonna 2022 [42] .
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 ), jotka on tarkoitettu sähköenergian tuotantoon ( OPB-88/97 ).
Ydinvoimalaiva (ydinlaiva) - laivojen yleisnimi , jossa on ydinvoimala, joka tarjoaa aluksen käyttövoiman. Erottele ydinkäyttöiset siviilialukset ( ydinjäänmurtajat , kuljetusalukset ) ja sotilasalukset ( lentotukialukset , sukellusveneet , risteilijät , raskaat fregatit ).
![]() | ||||
---|---|---|---|---|
|
Ydinvoima maailmassa | ||
---|---|---|
GW > 10 | ||
GW > 2 | ||
GW > 1 |
| |
GW < 1 |
| |
Ulkonäkö suunnitelmissa | ||
Kehitys peruttu |
Energiaa | |||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
tuotteiden ja toimialojen mukaan | |||||||||||||||||||||||||||
Sähköteollisuus : sähkö |
| ||||||||||||||||||||||||||
Lämmönsyöttö : lämpöenergia |
| ||||||||||||||||||||||||||
Polttoaineteollisuus : polttoaine _ |
| ||||||||||||||||||||||||||
Lupaavaa energiaa : |
| ||||||||||||||||||||||||||
Portaali: Energia |
Toimialat | ||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Ydinteknologiat | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Tekniikka | |||||||
materiaaleja | |||||||
Ydinvoima _ |
| ||||||
isotooppilääketiede |
| ||||||
Ydinase |
| ||||||
|