Ядерная держава: как это работает, плюсы, минусы, влияние

США являются крупнейшим в мире производителем ядерной энергии. В 2016 году он произвел 805 миллиардов киловатт-часов (кВт-ч) электроэнергии. Это более 30 процентов от 2,4 трлн кВтч ядерной энергии, производимой во всем мире. Франция является вторым по величине производителем (418 млрд кВтч), за ней следуют Россия (169. 1 млрд кВтч), Южная Корея (149. 2 млрд кВтч), Китай (123. 8 млрд кВтч) и Канада (98,6 млрд кВтч) ,

(цифры, не относящиеся к У. С., с 2014 года. Последние цифры недоступны.)

Руководство Соединенных Штатов проистекает из его исторической роли первопроходца развития ядерной энергетики. Первый коммерческий реактор с водой под давлением, Yankee Rowe, начался в 1960 году и действовал до 1992 года. (Источник: «Ядерная энергетика в США», Всемирная ядерная ассоциация, апрель 2017 года.)

Атомные электростанции

В тридцати штатах функционируют 99 действующих атомных электростанций. Большинство из них расположены к востоку от реки Миссисипи (см. Карту). Они генерируют около 40 - 50 миллиардов долларов каждый на продажу электроэнергии и создают более 100 000 рабочих мест. Каждый доллар, потраченный средним реактором, генерирует 1 доллар. 87 в экономике США. (Источник: «Экономические выгоды от ядерной энергии», Институт ядерной энергии, апрель 2014 года.)

U. S. на атомных электростанциях в 2016 году было произведено 19. 7 процентов от 4 079 трлн. КВтч общего объема производства электроэнергии в США. Второе место занял уголь (30 процентов) и природный газ (34 процента).

Это больше, чем гидроэлектричество (6,5%) и другие альтернативные источники, включая энергию ветра (8,4%).

В исследовательских университетах также имеется 36 испытательных реакторов (см. Карту). Они используются для создания небольших количеств излучения для экспериментов. Именно здесь ученые изучают нейтроны и другие субатомные частицы, изучают автомобильные и медицинские компоненты и узнают, как лучше лечить рак.

(Источник: «Backgrounder on Research and Test Reactors», NRC, 18 августа 2011 г.)

Как работает ядерная энергетика?

Все электростанции нагревают воду для производства пара, который превращает генератор в электрическую энергию. На атомных электростанциях этот пар вырабатывается теплом, выделяемым при делении ядер. Это когда атом раскололся, высвобождая огромное количество энергии в виде тепла.

Уран 235 используется в качестве топлива, потому что он легко расщепляется, когда он сталкивается с нейтроном. Как только это произойдет, нейтроны от самого урана начинают сталкиваться с другими его атомами. Это начинает цепную реакцию. Вот почему ядерные бомбы настолько могущественны.

В ядерном генераторе цепная реакция контролируется специальными стержнями, которые безвредно поглощают избыточные нейтроны. Эти управляющие стержни располагаются рядом с топливными стержнями, которые содержат гранулы уранового топлива.Более 200 из этих стержней сгруппированы в так называемую топливную сборку. Когда инженеры хотят замедлить процесс, они уменьшают количество контрольных стержней в сборке. Когда они хотят больше тепла, они поднимают стержни. (Источник: «Как работают ядерные заводы?» Duke Energy.)

В США есть два типа атомных электростанций. Есть 65 реакторов с водой под давлением и 34 реактора с кипящей водой.

Они отличаются тем, как тепло передается от реактора к генератору.

Реакторы с водой под давлением используют высокое давление, чтобы вода в реакторе не кипятилась. Это позволяет ему нагреваться до сверхвысоких уровней. Затем тепло передается через трубы в отдельный резервуар с водой в генераторе. Он создает пар, который управляет электрической турбиной. Затем вода из реактора возвращается к повторному нагреву. Пар из турбины охлаждается в конденсаторе. Полученная вода возвращается обратно в парогенератор. Вот анимированная версия реактора с водой под давлением.

Реакторы кипящей воды, с другой стороны, используют кипящую воду для непосредственного создания пара для привода генератора. Вот анимированная версия реактора с кипящей водой.

Что наиболее важно, так это то, что весь процесс происходит в замкнутой среде, чтобы защитить внешний мир от любого загрязнения.

Электростанции могут быть охлаждены и даже быстро остановлены. (Источник: «Как работает ядерная энергия?», UNAE.)

Преимущества

Атомные электростанции не выделяют парниковых газов, в отличие от угля и природного газа.

Они создают 0. 5 рабочих мест для каждого мегаваттного часа (мВтч) произведенной электроэнергии. Это по сравнению с 0. 19 рабочими местами в угле, 0. 05 рабочих мест на газовых заводах и 0, 05 в ветровой энергии. Единственным источником энергии, который создает больше рабочих мест / мВтч, является солнечная фотогальваническая, на 1. 06 рабочих мест / мВтч. (Источник: «Экономическая выгода ядерной энергии», Институт ядерной энергии, апрель 2014 г. )

На протяжении десятилетий ядерная энергетика имела самые дешевые эксплуатационные расходы. При 1,87 ц / кВтч (цифры 2008 года) это составляет 68% от стоимости угля. И до недавнего времени это было всего лишь 25 процентов от стоимости природного газа.

Опасения по поводу глобального потепления препятствовали новому строительству угольных электростанций. В результате с 1992 по 2005 год было построено около 270 000 мегаватт энергии новых газовых электростанций. В то время эти растения, как представляется, имели самый низкий инвестиционный риск. В результате в сеть поступило только 14 000 МВт новых ядерных и угольных мощностей. Это помогло повысить цены на природный газ, заставив крупных промышленных пользователей покинуть океан и подтолкнув затраты на электроэнергию на газе до 10 центов / кВтч.

Недостатки

Существует два огромных недостатка ядерной энергии благодаря радиоактивному характеру его источника топлива.

1. Авария на заводе может выпустить радиоактивный материал в окружающую среду в виде плума (облачного образования) радиоактивных газов и частиц. Эти частицы затем вдыхаются или попадают в организм людей и животных или осаждаются на земле.Частицы состоят из нестабильных атомов, которые выделяют избыточную энергию, называемую радиацией, до тех пор, пока они не станут стабильными. В низких дозах радиация безвредна. Однако после ядерного кризиса большие дозы разрушают живые клетки и могут вызывать мутации, болезнь и смерть.

Потенциальное воздействие ядерного кризиса может быть катастрофическим, как это видно в Чернобыле и Фукусиме, хотя шансы на такой инцидент случаются редко. Единственная ядерная катастрофа в США была на острове Три Майл в 1979 году, когда радиоактивные топливные стержни частично расплавились. Было выпущено лишь небольшое количество радиоактивного газа. Не было никаких измеримых последствий для здоровья. Тем не менее, новые атомные электростанции не строились уже 30 лет.

Почти три миллиона американцев живут в радиусе 10 миль от действующего завода. Они рискуют прямым радиационным воздействием в случае аварии. Если вы один из тех людей, вот как подготовиться к несчастному случаю.

2. Утилизация ядерных отходов является огромным недостатком. Отходы низкого уровня происходят от контакта с ядерным топливом в повседневных операциях. Он удаляется на месте или отправляется на объект низкого уровня в одном из 37 штатов. (Источник: «Отходы низкого уровня», Комиссия по ядерному регулированию U. S.)

Отходы высокого уровня состоят из отработавшего топлива. Для деактивации требуется сотни тысяч лет. В настоящее время 70 000 тонн этого топлива хранится на самих электростанциях. (Источник: «Faff and Fallout», The Economist, 29 августа 2015 г.)

В Законе о политике в области ядерных отходов от 1982 года Конгресс сказал Комиссии по ядерному регулированию США разработать, построить, эксплуатировать и, в конечном счете, вывести из эксплуатации постоянный геологическое хранилище для утилизации высокоактивных отходов в горах Юкка, штат Невада.

Местные чиновники не хотят, чтобы в их состоянии была опасность. Они отложили свое развитие до 2013 года, когда NRC выиграла дело в Апелляционном суде США. В 2015 году СРН завершил оценку безопасности и приступил к работе над Заявление об охране окружающей среды. (Источник: «Утилизация высокоактивных отходов», Комиссия США по ядерному регулированию.)

Будущее ядерной энергетики США

Годовой спрос на электроэнергию в США, по прогнозам, вырастет на 28 процентов к 2040 году. С ростом цен на нефть и газ и о глобальном потеплении, ядерная энергия снова стала привлекательной. В конце 1990-х годов ядерная энергетика рассматривалась как способ уменьшить зависимость от импортируемой нефти и газа. Это изменение политики подготовило почву для значительного роста ядерных мощностей.

Закон об энергетической политике 2005 года предоставил финансовые стимулы для строительства передовых атомных электростанций. Были также три нормативные инициативы, которые облегчили путь:

• Упрощенный процесс сертификации дизайна.
• Предоставление разрешений на раннее место.
• Сочетание процесса создания и эксплуатации лицензии.

С 2007 года компании подали заявки на 24 лицензии на новые ядерные реакторы. В настоящее время строятся четыре новых завода. Westinghouse строит два в Грузии и два в Южной Каролине.(Источник: «Westinghouse покупает ядерную единицу CB & I», The Wall Street Journal, 29 октября 2015 г.)

С другой стороны, изнашивание отечественного сланцевого масла и природного газа сделало газ доступной альтернативой модернизации старых атомных электростанций. В результате за последние два года четыре завода закрылись. Сохранение старых атомных электростанций стоит дороже, чем строительство новых газовых заводов. Это даже дороже, чем реконструкция старых угольных электростанций до природного газа.

Поэтому будущее расширения ядерной энергетики в Америке зависит от цен на природный газ. Если они снова встанут и останутся высокими, ожидайте внимания к возвращению к производству ядерной энергии. (Источник: «Еще один реактор закрывается, преграждая новую реальность для ядерной энергетики США», National Geographic, 1 января 2015 г.)