Jedrska energija

Jedrska elektrarna Leibstadt, Švica; hladilni stolp je mnogo večji od vrelovodnega reaktorja, ki je v zgradbi s kupolasto streho
Ameriške ladje na jedrski pogon: (z vrha) križarki USS Bainbridge in USS Long Beach ter USS Enterprise, prva jedrska letalonosilka. Slika je nastala leta 1964 med rekordno plovbo 26.540 nmi (49.152 km) okrog sveta v 65 dneh brez oskrbovanja z gorivom. Posadka letalonosilke je na krovu izpisala Einsteinovo formulo E = mc2.
}}
Circle frame.svg

Delež jedrske energije v svetovni proizvodnji električne energije za civilno rabo (skupaj približno 23.816 TWh za leto 2015)[1]

  fosilna goriva (15.961,9 TWh) (66,2%)
  jedrska energija (2577,1 TWh) (10,7%)
  vodna energija (3946,3 TWh) (16,4%)
  Drugo (6,7 %)

Jedrska energíja je energija, sproščena pri jedrski reakciji, kot so jedrski razpad, razcep jedra in jedrsko zlivanje. Izraz se rabi tudi za opis proizvodnje električne energije v večjem obsegu ali za pogon plovil (večinoma v vojaške namene) s pomočjo jedrskih reaktorjev.

Jedrska energija je uporaba trajne jedrske cepitve za proizvodnjo toplote in električne energije. Jedrske elektrarne so v letu 2013 zagotovile približno 5,7 % svetovne energije in 13 % svetovne proizvodnje električne energije.[2] Leta 2013 je, po poročanju Mednarodne agencije za jedrsko energijo (IAEA), 437 operativnih jedrskih reaktorjev[3] (čeprav ne proizvajajo vsi električne energije [4]) v 31 državah.[5] Zgrajenih je bilo tudi več kot 150 vojaških plovil na jedrski pogon.

Primer uporabe jedrske energije je jedrska elektrarna, ne-mirnodobna raba jedrske energije pa zajema jedrsko orožje. Vsi obstoječi jedrski reaktorji temeljijo na razcepu težkih jeder, že več desetletij pa potekajo raziskave, namenjene izrabi jedrskega zlivanja v mirnodobne namene.

Mnenja o rabi jedrske energije si nasprotujejo. Po eni strani jo nekateri okoljevarstveniki hvalijo kot izdaten energijski vir, ki ne prispeva k učinku tople grede. Po drugi strani jo drugi okoljevarstveniki kritizirajo zaradi problema jedrskih odpadkov in težkih posledic morebitnih jedrskih nesreč. Jedrska energija se uporablja tudi za vojaške namene - za izredno uničujoče orožje. Marsikje so civilni in vojaški programi jedrske energije povezani.

Jedrsko energijo lahko uporabljamo tudi v radioizotopskem termoelektričnem generatorju, ki namesto s cepitvijo jeder ustvarja toploto s podkritičnim jedrskim razpadom, pri katerem je masa jedrskega goriva veliko manjša od kritične. Takšni generatorji poganjajo vesoljske sonde in nekatere svetilnike, zgrajene v Sovjetski zvezi.

Za pomembnejše jedrske nesreče veljajo Černobilska nesreča (1986), nesreča v elektrarni Fukušima-Daiči (2011) in nesreča v elektrarni Otok treh milj v Pensilvaniji, ZDA (1979).[6] Prav tako je bilo nekaj nezgod podmornic na jedrski pogon.[6][7][8] Raziskave varnostnih izboljšav se nadaljujejo,[9] da bi se lahko jedrsko zlivanje, ki je varnejše, uporabljalo tudi v prihodnosti. Od leta 2012 je po poročanju Mednarodne agencije za jedrsko energijo (IAEA) po vsem svetu v gradnji 68 civilnih jedrskih reaktorjev in to v 15 državah.[3]

V ZDA so bila dovoljenja za skoraj polovico njihovih reaktorjev podaljšana za 60 let,[10] in načrti za gradnjo ducat novih reaktorjev so v resni obravnavi.[11] Toda nesreča v japonski elektrarni Fukushima Daiichi leta 2011 je spodbudila premisleke o politiki jedrske energije v številnih državah.[12] Nemčija se je odločila, da zapre vse svoje reaktorje do leta 2022, Italija pa je prepovedala uporabo jedrske energije.[12] Po Fukušimi je Mednarodna agencija za jedrsko energijo prepolovila svojo oceno proizvodnje dodatnih jedrskih zmogljivosti, ki bodo zgrajene do leta 2035.

RazširjenostUredi

Leta 2011 je jedrska energija predstavljala 10 % svetovne proizvodnje električne energije.[2] Leta 2007 je IAEA poročala, da je bilo 439 jedrskih reaktorjev, ki obratujejo po svetu,[13] in to v 31 državah.[5] Vendar so mnogi zdaj prenehali z obratovanjem zaradi jedrske nesreče v Fukušimi. V letu 2011 se je po vsem svetu jedrska proizvodnja zmanjšala za 4,3 %, kar je največji padec do sedaj.[14]

Odkar se je pričela komercialna raba jedrske energije v sredini leta 1950, je bilo leto 2008 prvo leto, ko nobena nova jedrska elektrarna ni bila priključena na omrežje, čeprav sta bili potem v letu 2009 priključeni kar dve.[15][16]

Letna proizvodnja jedrske energije je bila rahlo padajoči trend od leta 2007. En od dejavnikov za zmanjšanju jedrske energije je bilo podaljšanje zaprtja velikih reaktorjev v jedrski elektrarni Kashiwazaki-Kariwa na Japonskem po potresu v Niigata-Chuetsu-Oki.[17]

ZDA proizvedejo največ jedrske energije, pri čemer le-ta zagotavlja 19 % potreb po električni energiji,[18] medtem ko v Franciji proizvedejo najvišji odstotek svoje električne energije iz jedrskih reaktorjev (80 % od leta 2006).[19] Evropska unija kot celota zagotavlja 30 % jedrske energije.[20] Politika o jedrski energiji se močno razlikuje med državami Evropske unije in nekatere, kot so Avstrija, Estonija, Irska in Italija, nimajo aktivnih jedrskih elektrarn. Za primerjavo, Francija ima trenutno v uporabi veliko število elektrarn s 16 enotnimi postajami.

V ZDA je ocenjena vrednost (do leta 2013) jedrskih generatorjev 18 milijard USD, medtem ko je vrednost elektroindustrije, ki uporablja premog in plin, ocenjena na 85 milijard USD.[21]

Veliko vojaških in nekatere civilne ladje (kot so nekateri ledolomilci) uporabljajo jedrski pogon.[22] Tudi v nekaj vesoljskih plovil so vgradili polnopravne jedrske reaktorje; med njimi sta sovjetski US-A in ameriški SNAP-10A.

Mednarodne raziskave se ukvarjajo z varnostnimi izboljšavami, kot so pasivno varne naprave,[9] uporaba jedrske fuzije (zlivanja) in dodatna uporaba toplotnih procesov, kot so pridobivanje vodika z razsoljevanjem morske vode, in za uporabo pri daljinskem ogrevanju.

Uporaba v vesoljstvuUredi

Tako cepitev kot fuzija se zdita obetavni za uporabo za vesoljski pogon, za ustvarjanje višjih hitrosti z manj reakcijske mase. To je zaradi veliko večje energetske gostote jedrskih reakcij, ki za sedem velikostnih razredov (10.000.000-krat) presega kemijske reakcije, ki poganjajo sedanjo generacijo plovil.

Radioaktivni razpad je bil uporabljen v razmeroma majhnem obsegu (nekaj kW), predvsem na vesoljskih misijah in pri eksperimentih z radioizotopom termoelektričnih generatorjev (kot so v laboratoriju Idaho National).

Jedrska energija v SlovenijiUredi

 
Raziskovalni reaktor TRIGA na Inštitutu »Jožef Štefan« v Podgorici pri Črnučah

Slovenija je med državami, ki že uporablja jedrsko energijo za proizvodnjo električne energije. Od leta 1982 deluje jedrska elektrarna Krško, ki predstavlja enega od stebrov državnega elektroenergetskega sistema, saj proizvede približno 37 % vse energije v Sloveniji.[23]

Trenutno poteka široka javna razprava o možnosti širitve elektrarne z novim blokom, ki jo je poleti 2019 sprožil predsednik vlade Marjan Šarec. Nove kapacitete bi lahko nadomestile sporno Termoelektrarno Šoštanj ob morebitni predčasni zaustavitvi in zagotovile zanesljiv vir energije po koncu življenjske dobe obstoječega reaktorja, ki so jo s posodobitvami podaljšali do leta 2043. Strokovna in širša javnost je razdeljena glede vprašanja umeščanja projekta v nacionalno energetsko strategijo, nasprotovanje pa je možno pričakovati tudi pri sosednjih državah.[24][25]

Jedrska elektrarnaUredi

Glavni članek: Jedrska elektrarna.
 
Prikaz celotne letne porabe jedrskega goriva (siva kocka) v jedrski elektrarni

V nasprotju z elektrarnami na fosilna goriva, je edina snov, ki zapušča hladilni stolp jedrskih elektrarn vodna para, ki ne onesnažuje zraka ali povzroča globalnega segrevanja.

Tako kot mnoge običajne termoelektrarne proizvajajo električno energijo z izkoriščanjem toplotne energije, ki jo sproščajo fosilna goriva, jedrske elektrarne pretvarjajo energijo, ki se sprošča iz jedra atoma prek jedrske cepitve, ki poteka v jedrskem reaktorju. Toplota se odstrani iz reaktorske sredice s hladilnim sistemom, ki uporablja toploto za pridobivanje pare, ki poganja parne turbine in je povezan z generatorjem, ki proizvaja električno energijo.

Okoljska vprašanjaUredi

Analiza življenjskega cikla emisij ogljikovega dioksida kaže, da je jedrska energija primerljiva z obnovljivimi viri energije. Emisije pri zgorevanju fosilnih goriv so mnogo višje.[26][27] Po podatkih Združenih narodov (UNSCEAR) redno obratovanje jedrskih elektrarn, vključno z jedrskim gorivnim ciklom, povzroča radioizotopne izpuste v okolje, ki znašajo 0,0002 mSv (milisieverta) na leto.[28]

Podnebne spremembeUredi

Spremembe podnebja povzročajo vremenske ekstreme, kot so vročinski valovi, zmanjšanje ravni padavin in suše, ki lahko pomembno vplivajo na jedrsko energetsko infrastrukturo.[29] To lahko privede do zaprtja jedrskih reaktorjev, kot se je zgodilo v Franciji med letoma 2003 in 2006 zaradi vročinskih valov. Dobava jedrske energije se je močno zmanjšala zaradi nizkih pretokov rek in suše, zaradi katere so reke dosegle najvišjo temperaturo za hlajenje reaktorjev.[29] Med vročinskim valom je moralo 17 reaktorjev omejiti proizvodnjo oz. so bili zaustavljeni. 77% električne energije v Franciji pridobijo z jedrsko energijo, in v letu 2009 je podobna situacija ustvarila 8GW primanjkljaja in prisilila francosko vlado, da uvozi električno energijo.[29] O drugih primerih so poročali iz Nemčije, kjer so med letom 1979 in 2007 zaradi ekstremno visokih temperatur zmanjšali proizvodnjo jedrske energije za devetkrat.[29] Podobni primeri so se zgodili tudi drugod po Evropi, v istih vročih poletnih mesecih.[29] Če se bo globalno segrevanje nadaljevalo, obstaja možnost povečanja teh motenj.

Primerjava z obnovljivimi viri energijeUredi

Jedrska energija se primerja z obnovljivimi viri energije, saj ne eni ne drugi ne proizvajajo toplogrednih plinov in imajo nizke emisije izpustov v celotnem življenjskem obdobju.[30] Stroški proizvodnje obeh oblik energije so najvišji v fazi gradnje; čeprav so stroški obratovanja in vzdrževanja pri proizvodnji jedrske energije po ocenah Ameriške uprave za informacije o energetiki (US Energy Information Administration) v letu 2008 nekoliko višji od vetrne energije,[31] po oceni svetovalnega podjetja Lazard pa bistveno nižji.[32]

Po mnenju strokovnjakov s Tehniške univerze v Lappeenranti ima tipična jedrska elektrarna gospodarsko življenjsko dobo približno 40 let, ki se po navadi podaljša za dodatnih 20 let, medtem ko imajo vetrne turbine življenjsko dobo približno 25 let.[33] Vendar je vetrne turbine veliko lažje razgraditi in nadomestiti z novimi in s tem podaljšati življenjsko dobo vetrnih elektrarn za nedoločen čas, medtem, ko je treba jedrske objekte zapreti ob koncu njihove življenjske dobe. Vendar pri uporabi konvencionalnih obnovljivih virov energije ni izrabljenega goriva, ki ga je treba hraniti ali predelati.[34] Samo jedrsko elektrarno pa je treba razstaviti in odstraniti, pri čemer nastane razmeroma velika količina nizko- in srednje radioaktivnih odpadkov.[35]

Stroški jedrske energije in tudi namestitveni stroške vetrne energije so od približno leta 2002 v porastu, medtem ko se cena električne energije zmanjšuje glede na ceno moči vetra.[36] V letu 2011 je vetrna energija postala tako poceni kot zemeljski plin, skupine, ki so proti uporabi jedrske energije, pa so zatrdile, da je sončna energija postala cenejša od jedrske energije že leta 2010.[37][38]

Z varnostnega stališča je jedrska energija, v smislu izgubljenih življenj na enoto dobavljene električne energije, primerljiva ali v nekaterih primerih celo boljša od mnogih obnovljivih virov energije.[39][40][41]

SkliciUredi

  1. "IEA – Key world energy statistics, 2015" (PDF). Pridobljeno dne 2017-04-06.
  2. 2,0 2,1 (PDF) Key World Energy Statistics 2012. Mednarodna agencija za energijo. 2012. https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/kwes.pdf. Pridobljeno 2012-12-17. 
  3. 3,0 3,1 "The Database on Nuclear Power Reactors". Power Reactor Information System. Mednarodna agencija za jedrsko energijo.
  4. http://www.taipeitimes.com/News/front/archives/2012/06/17/2003535527
  5. 5,0 5,1 "World Nuclear Power Reactors 2007-08 and Uranium Requirements". World Nuclear Association. 2008-06-09. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 2008-03-03. Pridobljeno dne 2008-06-21.
  6. 6,0 6,1 The Worst Nuclear Disasters
  7. Strengthening the Safety of Radiation Sources p. 14.
  8. Johnston, Robert (September 23, 2007). "Deadliest radiation accidents and other events causing radiation casualties". Database of Radiological Incidents and Related Events.
  9. 9,0 9,1 Baurac, David (2002). "Passively safe reactors rely on nature to keep them cool". Argonne Logos. Vol. 20 no. 1. Argonne National Laboratory.
  10. "Nuclear Power in the USA". World Nuclear Association. junij 2008. Pridobljeno dne 2008-07-25.
  11. Wald, Matthew L. (2010-12-07). "Nuclear 'Renaissance' Is Short on Largess". The New York Times. Pridobljeno dne 2019-11-07.
  12. 12,0 12,1 Westall, Sylvia; Dahl, Fredrik (2011-06-24). "IAEA Head Sees Wide Support for Stricter Nuclear Plant Safety". Scientific American.
  13. "Nuclear Power Plants Information. Number of Reactors Operation Worldwide". Mednarodna agencija za jedrsko energijo. Pridobljeno dne 2008-06-21.
  14. BP Statistical Review of World Energy June 2012. British Petroleum. http://www.bp.com/assets/bp_internet/globalbp/globalbp_uk_english/reports_and_publications/statistical_energy_review_2011/STAGING/local_assets/pdf/statistical_review_of_world_energy_full_report_2012.pdf. Pridobljeno 2012-12-16. 
  15. Findlay, Trevor (2010). The Future of Nuclear Energy to 2030 and its Implications for Safety, Security and Nonproliferation: Overview. Waterloo, Ontario, Kanada: The Centre for International Governance Innovation (CIGI). str. 10–11.
  16. Schneider, Mycle; Thomas, Steve; Froggatt, Antony; Koplow, Doug (avgust 2009). The World Nuclear Industry Status Report 2009. pp. 5. https://www.worldnuclearreport.org/IMG/pdf/2009MSC-WorldNuclearReport-EN-V2.pdf. 
  17. "Another drop in nuclear generation". World Nuclear News. World Nuclear Association. 2010-05-05. Pridobljeno dne 2019-11-07.
  18. "Summary status for the US". Energy Information Administration. 2010-01-21. Pridobljeno dne 2010-02-18.
  19. Beardsley, Eleanor (2006). "France Presses Ahead with Nuclear Power". NPR. Pridobljeno dne 2006-11-08.
  20. "Gross electricity generation, by fuel used in power-stations". Eurostat. 2006. Pridobljeno dne 2007-02-03.
  21. "Nuclear Power Generation, US Industry Report". IBISWorld. avgust 2008. 
  22. "Nuclear Icebreaker Lenin". Bellona. 2003-06-20. Pridobljeno dne 2007-11-01.
  23. Jerič, Slavko (2015-12-02). "Več kot 70 odstotkov energije prispevajo nuklearka in hidroelektrarne". MMC RTV-SLO. Pridobljeno dne 2019-11-26.
  24. Klapš, Srečko (2019-08-23). "Šarec za drugi blok krške nuklearke". Večer. Pridobljeno dne 2019-11-26.
  25. Krebelj, Jana (2019-08-29). "Širitev jedrske elektrarne prezgodaj v jedru pozornosti?". Primorske novice. Pridobljeno dne 2019-11-26.
  26. Sovacool, Benjamin K. (2008). "Valuing the greenhouse gas emissions from nuclear power: A critical survey". Energy Policy. Vol. 36. str. 2950.
  27. "CO2 Implications of Electricity Generation". World Nuclear Association. November 2016. Pridobljeno dne 2019-11-22.
  28. UNSCEAR 2008 Report to the General Assembly. United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation. 2008. http://www.unscear.org/docs/reports/2008/09-86753_Report_2008_GA_Report_corr2.pdf. 
  29. 29,0 29,1 29,2 29,3 29,4 Urban, Frauke; Mitchell, Tom (2011). "Climate change, disasters and electricity generation". Overseas Development Institute and Institute of Development Studies. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 2012-01-09.
  30. Comparison of Lifecycle Greenhouse Gas Emissions of Various Electricity Generation Sources. World Nuclear Association. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 2012-11-05. https://web.archive.org/web/20121105205050/http://www.world-nuclear.org/uploadedFiles/org/reference/pdf/comparison_of_lifecycle.pdf. 
  31. Levelized Cost of New Generation Resources in the Annual Energy Outlook 2011. http://www.science.smith.edu/~jcardell/Courses/EGR325/Readings/2016levelized_costs_aeo2011.pdf. 
  32. Levelized cost of energy analysis - version 5.0. Lazard. Junij 2011. https://docs.google.com/file/d/0Bxo3omeSKZ7AUEpsU2I5M09ZcGM/edit. 
  33. Risto, Tarjanne; Aija, Kivistö. Comparison of electricity generation costs. Tehniška univerza v Lappeenranti. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 2013-05-24. https://web.archive.org/web/20130524081520/http://doria17-kk.lib.helsinki.fi/bitstream/handle/10024/39685/isbn9789522145888.pdf?sequence=1. 
  34. Biello, David (2009-01-28). "Spent Nuclear Fuel: A Trash Heap Deadly for 250,000 Years or a Renewable Energy Source?". Scientific American. Pridobljeno dne 2019-11-26.
  35. "Closing and Decommissioning Nuclear Power Reactors". UNEP Year Book. Program Združenih narodov za okolje. 2012. https://reliefweb.int/sites/reliefweb.int/files/resources/Full_Report_3536.pdf. 
  36. Wiser, Ryan; Lantz, Eric; Bolinger, Mark; Hand, Maureen (februar 2012). Recent Developments in the Levelized Cost of Energy from U.S. Wind Power Projects. Energy Technologies Area, Berkeley Lab. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 2012-05-03. http://web.archive.org/web/20120503193929/http://eetd.lbl.gov/ea/ems/reports/wind-energy-costs-2-2012.pdf. 
  37. Marquit, Miranda (2010-08-09). "Is solar power cheaper than nuclear power?". Phys.org. Pridobljeno dne 2019-11-26.
  38. Solar and Nuclear Costs — The Historic Crossover. julij 2010. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 2015-06-29. https://web.archive.org/web/20150629211737/http://www.ncwarn.org/wp-content/uploads/2010/07/NCW-SolarReport_final1.pdf. Pridobljeno 2013-01-16. 
  39. MacKay, David M.C. (2009). Sustainable Energy without the hot air. str. 168.
  40. Starfelt, Nils; Wikdahl, Carl-Erik. Economic Analysis of Various Options of Electricity Generation - Taking into Account Health and Environmental Effects. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 2014-08-21. https://web.archive.org/web/20140802122524/http://manhaz.cyf.gov.pl/manhaz/strona_konferencja_EAE-2001/15%20-%20Polenp~1.pdf. Pridobljeno 2012-09-08. 
  41. Markandya, A.; Wilkinson, P. (2007). "Electricity generation and health". Lancet. Vol. 370 no. 9591. str. 979–990. doi:10.1016/s0140-6736(07)61253-7. PMID 17876910.

Zunanje povezaveUredi