kraftverk som har ett eller flere kjernereaktorer for produksjon av elektrisk energi, der varmeutviklingen utnyttes som drivkraft, vanligvis gjennom bruk av dampturbiner. Et kjernekraftaggregat omfatter reaktor med tilhørende turbin- og generatorutrustning.
Historikk
Kjernefysiske prosesser ble utforsket og utnyttet i fremstillingen av kjernevåpen (atomvåpen) under den annen verdenskrig (for inngående behandling av det teoretiske grunnlag for kjernekraft, se kjerneenergi og kjernefysikk). Straks etter krigen ble denne teknologien utviklet i retning av fredelig utnyttelse av atomenergi i USA og en rekke andre land.
Calder Hall i Storbritannia var den første kommersielle kjernekraftstasjon. Den kom i drift 1956–58 med fire aggregater, hvert på 50 MW ytelse. En stasjon av samme type, Chapel Cross (også Storbritannia), kom i drift med sine fire aggregater i årene 1958–59. Begge stasjonene har vært i kontinuerlig drift siden, og fikk i 1990-årene konsesjon for fortsatt drift. I de følgende år ble kjernekraftstasjoner bygd og tatt i bruk i USA, Sovjetunionen og andre land.
Kjernekraften fikk sitt økonomiske gjennombrudd i 1960-årene. Oljekrisen 1973–74 utløste en opptrapping av kjernekraftprogrammet i mange land. Aggregatstørrelsen ble etter hvert økt for å senke kostnaden per produsert kWh. Nå bygges aggregater på 1200–1400 MW og hver kraftstasjon kan ha fire eller flere aggregater. En slik stasjon kan produsere opp til 40 mrd. kWh per år (til sammenligning er Norges totale årsforbruk av elektrisk energi på ca. 110 mrd. kWh).
Kjernekraftens utbredelse
Ved årsskiftet 2004/2005 var globalt 440 kjernekraftreaktorer i drift med en samlet ytelse på 367 684 MW fordelt på 37 land. Samtidig var 23 anlegg under bygging i 10 land, med en samlet ytelse på 17 431 MW. Kjernekraft dekker (2004) ca. 17 % av den globale elektrisitetsproduksjon og ca 6 % av totalt energiforbruk. Andelen har vært ganske stabil de senere årene. I enkelte land er kjernekraftandelen særlig stor. Se tabell kjerneenergi og elektrisitet (Elektrisitetsforsyning).
Reaktortyper
Ulike reaktortyper brukes i kjernekraftstasjoner med vann, gass eller flytende metall som medium for å frakte varmen ut fra spaltningsprosessen i reaktoren, tungtvann, vanlig vann eller grafitt som moderator (nøytronbremse) og vanlig vann, stål og betong for å hindre radioaktiv stråling å trenge ut fra reaktoren.
Virkningsgraden ved omforming fra utviklet varmeenergi i reaktoren til elektrisk energi ut fra kraftstasjonen, avhenger bl.a. av det medium som brukes til å transportere varmen – fra ca. 33 % ved reaktorer basert på vann, til ca. 41 % ved bruk av gass.
Økonomi og driftshensyn trekker i retning av vannbaserte reaktorer, såkalte lettvannsreaktorer, som er mest utbredt. Teknologien for denne typen ble opprinnelig utviklet i USA. Den bygges enten som kokvannsreaktor (BWR) eller som trykkvannsreaktor (PWR). Disse bruker vanlig vann som moderator og kjølemedium, men krever anriket uran som brensel.
Storbritannia har utviklet den gasskjølte reaktor basert på karbondioksid som kjølemiddel og grafitt som moderator (Magnox og AGR).
Canada har utviklet en reaktor som bruker tungtvann som kjølemiddel og moderator (CANDU) og naturlig uran som brensel. I Sovjetunionen ble det utviklet en lettvannskjølt reaktor med grafitt som moderator (Tsjernobyl-typen – LWGR). Denne typen ble bare bygd i det tidligere Sovjetunionen og er i drift i Russland (4 aggregater) og Litauen (Ignalina – 2 aggregater, hvert på 1500 MW som er de største som hittil (2004) er bygd).
Reaktorer av trykkvannstype ble også utviklet i Sovjetunionen (VVER) og satt i drift gjennom 1970- og 1980-årene. En modernisert utgave med tilnærmet vestlig sikkerhetsstandard ble utviklet mot slutten av 1980-årene og er i drift og bygges i Russland, i Ukraina og andre østeuropeiske land. Kjernekraftstasjonene i andre verdensdeler er i det vesentlige basert på amerikansk og kanadisk eller tilsvarende innenlandsk utviklet reaktorteknologi.
Formeringsreaktor (Fast Breeder Reactor – FBR), der atomspaltingen forårsakes av hurtige nøytroner, har fått sitt navn fordi den i drift produserer mer spaltbart materiale enn det som forbrukes. Denne typen er under utvikling og er bygd som forsøksanlegg i noen land. FBR-teknologien har vært prøvd ut ved anlegg i USA, Russland, Skottland (Dounreay) og i Frankrike (Phenix). Det største anlegget – Superphenix – på 1200 MW ytelse, ble satt i drift i Frankrike 1986. Det arbeides også med utvikling av denne teknologien i Japan og India. Se også reaktor.Økonomi
Produksjon av kjernekraft karakteriseres av relativt høye kapitalkostnader og lave driftsavhengige kostnader. Dessuten er kjernekraftstasjoner lite egnet til å dekke variabel etterspørsel. Derfor kjøres de jevnt over døgn og år. Kostnad for kraft fra slike stasjoner ligger omtrent på nivå med produksjonskostnad fra kullfyrt varmekraft. Produksjonskostnaden blir lavere desto flere år en stasjon kan holdes i drift.
Sikkerhet og miljø
Sikkerheten ved de kjernekraftaggregater som ble utviklet på et tidlig stadium, og ikke minst den teknologi som ble valgt i Sentral- og Øst-Europa, har vært gjenstand for oppmerksomhet i lang tid. Dette gjelder særlig de aggregatene i det tidligere Sovjetunionen av typen LWGR som ennå er i drift, og de eldste av typen VVER-440 (bl.a. de fire reaktorene i kraftstasjonen på Kola, Russland).
Det arbeides med sikring av eksisterende kjernekraftstasjoner i disse landene, bl.a. er Institutt for energiteknikk i Norge, gjennom det internasjonale Halden-prosjektet, engasjert i kraftstasjonen på Kola. Sverige samarbeider med Litauen om styrking av sikkerheten ved kjernekraftstasjonen Ignalina.
Kjernekraft representerer en sikkerhetsmessig utfordring på grunn av mulig sammenheng mellom kraftproduksjon og atomvåpen. Kraftproduksjon ved hjelp av kjernereaktorer medfører også produksjon av fissilt materiale, dvs. plutonium og høyt anriket uran, som kan bli brukt i kjernevåpen. Utbygging og drift av kjernekraftstasjoner krever ekspertise og forskningslaboratorier av en type som også er nødvendige for utvikling av kjernevåpen.
Sikring mot misbruk av fissilt materiale til våpenformål er derfor en viktig oppgave som er tatt opp av FN. En internasjonal avtale om ikke-spredning av slikt materiale er per 2005 ratifisert av alle FNs medlemsland bortsett fra India, Pakistan og Israel, mens Nord-Korea trakk seg fra avtalen 2003. Blant store deler av befolkningen finnes sterk motvilje mot kjernekraft. Derfor har utbyggingen stoppet opp i mange land, selv der hvor man har stor kunnskap og avansert teknologi på området.
I påvente av at den teknologiske utvikling skal gjøre det mulig å utnytte nye fornybare energikilder også i stor skala, ansees likevel kjernekraft mange steder å være den energikilde som kan tas i bruk for å erstatte eldre kraftstasjoner drevet med fossilt brensel. Dette forhold, sammen med problemene man står overfor med den store økningen av elektrisitetsproduksjonen i f.eks. Kina og mange utviklingsland der det er få alternative løsninger til kullfyrt varmekraft, gjør at kjernekraft kan fremstå som en økonomisk og miljømessig interessant løsning. Også Finland ønsker å møte utfordringene med å begrense utslippene av klimagasser gjennom å bygge et nytt kjernekraftverk. Der kjernekraft utbygges, skjer det i henhold til bestemmelser og internasjonale avtaler om sikkerhet og inspeksjon organisert av Det internasjonale atomenergibyrået (IAEA).
Ulykker
Den største ulykken med kjernekraft var med en av reaktorene ved Tsjernobyl-stasjonen i Ukraina i april 1986 (Tsjernobyl-ulykken), hvor flere hundre mennesker omkom. Ulykken fikk også konsekvenser for svært mange mennesker over et vidt geografisk område.
Den 11. mars 2011 ble Japan rammet av et jordskjelv av styrke 9,0 på Richters skala med påfølgende tsunami. I følge de Japanske myndighetene den største og mest katstrofale ulykken som har rammet landet siden 2. verdenskrig. Atomkraftverket i Fukushima, ca. 250 km nordøst for Tokyo, ble totalt ødelagt. Nødaggregatene, som skulle sørge for kjøling av de fortsatt varme reaktorkjernene sviktet etter kort tid. I de følgende ukene ble det arbeidet intenst med improviserte løsninger som gikk på oversprøyting med havvann. Som en følge av dette ble det konstatert en del radioaktiv forurensning i havet, samt i landbruksprodukter produsert i området. I ettertid er det blitt opprettet et avsperret område med en radius på 20 kilometer rundt kraftverket, som det er ulovlig å oppholde seg i. Tusenvis av mennesker som bodde i dette området måtte flytte. Ingen mennesker omkom som en direkte følge av reaktorulykken, men status for ulykken er per dags dato langt fra klar.
Ellers har flere uhell forekommet ved kjernekraftverk, det mest alvorlige ved Three Mile Island i USA i 1979. Ingen mennesker har imidlertid omkommet som direkte følge av radioaktivt utslipp fra kjernekraftverk andre steder enn ved Tsjernobyl-ulykken. Utenom denne ulykken, og uhell med en prøvestasjon i Idaho i USA 1961, er det heller ikke kjent at noen har mistet livet fordi de har hatt befatning med kjernekraftvirksomhet.
Normal drift
Under normal drift slippes det ikke ut stoffer som påvirker miljøet fra et kjernekraftaggregat, verken til luft eller vann. Dermed kan en overgang til kjernekraftproduksjon fra kraftproduksjon basert på fossile brennstoff føre til en reduksjon av utslipp til atmosfæren. Som eksempel kan nevnes at utbygging av kjernekraft i Frankrike fra 1980 til 1992 reduserte landets utslipp av CO2 med 60 %, SO2 med 77 %, NOx med 60 % og støv og partikler med 86 %.
Kjølevann som bringes inn i turbinaggregatet, varmes opp med 6–8 C°, og der det slippes ut kan det påvirke livet i elver, vann eller hav. Dessuten skjer miljøinngrep ved utvinning av uranbrenselet, og som følge av bygging og fabrikasjon av utstyr til slike stasjoner. Disse ulempene kan sammenlignes med vanlig gruvedrift og anlegg av andre typer kraftstasjoner.
Lagring og resirkulering av brukt brensel
Håndtering av brukt radioaktivt uranbrensel er et problem, ikke minst fordi plutonium kan utvinnes fra slikt stoff og komme på avveie for bruk til atombomber. Avfallet vil også kunne være en alvorlig forurensningskilde og helsefare dersom det ikke lagres på forsvarlig måte. Langtidslagring av slikt radioaktivt avfall må skje under forhold som må være stabile og sikre over meget lange tidsrom (flere hundre år), og gruveganger eller spesiallagede tunneler og fjellhaller i geologisk og seismologisk stabile områder brukes til dette. I 1998 åpnet et slikt anlegg i Himdalen, Akershus fylke.
Resirkulering av brukt uranbrensel foregår i spesielle anlegg. Også denne virksomheten har vært mye omdiskutert, bl.a. i forbindelse med de tidligere britiske planer om utbygging av et anlegg i Dounreay.
Kjernekraft i Norge
Institutt for atomenergi, nå Institutt for energiteknikk, ble opprettet i 1948, for å arbeide med forskning på området fredelig utnyttelse av kjerneenergi til f.eks. elektrisitetsproduksjon og fremdrift av skip. Ved instituttet, og gjennom byggingen av en reaktor i Halden som ble satt i drift 1958, dels for forskningsformål og dels for levering av prosessdamp til Saugbrugsforeningen (nå Norske Skog, Saugbrugsforeningen), ble betydelig kompetanse bygd opp innen kjernekraftteknologi. På grunn av usikkerhet om mengden av utbyggbar vannkraft, og som en økonomisk interessant produksjonsform for elektrisk energi, ble spørsmål om bygging av kjernekraft i Norge tatt opp.
I 1969 gav Stortinget tilslutning til planlegging av kjernekraft. Norges vassdrag- og elektrisitetsvesen (NVE) ble pålagt denne oppgaven og å finne egnede steder for lokalisering av slike anlegg. NVE la frem resultatet av arbeidet med lokalisering av kjernekraftstasjoner, og planer for bygging av en stasjon i Oslofjord-området 1974. Imidlertid ble utsendelse av konsesjonssøknad stilt i bero og et eget utvalg (kjernekraftutvalget) nedsatt av regjeringen 1976 for å vurdere spørsmål om bruk av kjernekraft i Norge.
Innstillingen gikk ut på å tilrå utbygging av kjernekraft forutsatt at strenge krav til sikkerhet ble tilfredsstilt (tiltrådt av 18 av komiteens 21 medlemmer). Den ble fremlagt 1978 og behandlet i Stortinget 1979, der det ble besluttet at kraftforsyningen inntil videre skulle baseres på fortsatt utbygging av vannkraft. Grunnen til dette var dels at vannkraftpotensialet var blitt mer klarlagt, etterspørselen kunne justeres noe ned, og dels økende motstand mot å ta kjernekraft i bruk i Norge, utløst bl.a. av Three Mile Island-ulykken 1979. Planene for utnyttelse av kjernekraft i Norge ble lagt til side.
I 1986 uttrykte Stortinget at kjernekraft ikke ville være aktuell energikilde i Norge. Arbeid med kjernekraftsikkerhet har fortsatt ved Haldenprosjektet i samarbeid med en rekke land (se Haldenreaktoren).
Kjernekraft i Sverige
Regnet per innbygger produserer og bruker Sverige mer elektrisk energi fra sine kjernekraftstasjoner enn de fleste andre land, og kjernekraftens rolle for landets økonomi er meget stor. Tilsvarende medvirker de svenske kjernekraftaggregatene til en reduksjon av utslipp av stoffer til atmosfæren. Den svenske Riksdagen vedtok i 1980 å avvikle all kjernekraft innen år 2010. Som et ledd i denne prosessen ble Barsebäck 2 stengt 2005. Hvis kraftstasjonene skal erstattes av stasjoner basert på naturgass, tyder beregninger på at det totale utslipp av CO2 vil øke fra ca. 60 til vel 90 mill. tonn per år, mens Sveriges forpliktelse er å redusere utslippene etter år 2000.
Overgang til elektrisitetsproduksjon basert på biobrensel vil fordoble produksjonskostnadene, og det er uklart hvilke helsemessige og biologiske virkninger dette ville få. Problemene som er knyttet til avvikling av kjernekraft, har skapt en politisk debatt hvor nødvendigheten av avviklingen blir diskutert. Sverige arbeider også med å styrke overføringskapasiteten med andre land, eksempelvis Finland.
Kjernekraftmotstand
Særlig fra 1970-årene kom det i mange land til uttrykk stor skepsis mot utbygging og bruk av kjernekraft. Hovedinnvendingen er at kjernekraft innebærer muligheter for reaktorulykker med spredning av radioaktivt materiale over store områder. Dessuten dannes ved normal drift radioaktivt avfall, som det til dels vil bli overlatt fremtidige generasjoner å ta vare på. Endelig medfører kjernekraftproduksjon en risiko for illegal omsetning og spredning av plutonium, som kan brukes til fremstilling av atombomber. I tillegg har det av kjernekraftmotstandere blitt hevdet at kjernekraften kan gi strålingsproblemer og lokal forurensning ved utslipp av kjølevann.
I flere land har motstanden mot kjernekraft skapt betydelige politiske problemer. Både i Tyskland og Frankrike har det bl.a. i 1970-årene vært voldsomme sammenstøt i forbindelse med utbygging av kjernekraft; både bygging av kraftstasjoner, gjenvinningsanlegg og transport og mellomlagring av radioaktivt avfall. I Tyskland førte transport av radioaktivt avfall til lagringsområdet i Gorleben 1997 til de største demonstrasjonene i landet siden samlingen.
Den folkelige motstanden hadde betydning da innføring av kjernekraft ble avvist i enkelte land (f.eks. Danmark). Etter de alvorlige ulykkene 1979 og 1986 økte skepsisen til kjernekraft ytterligere, men tilhengerne av kjernekraft fikk vind i seilene etter at truslene om drivhuseffekt og klimaendringer ved utslipp av CO2 (fra bl.a. kullfyrte kraftverk) ble mer reelle fra 1990-årene. Samtidig er det blitt stilt spørsmålstegn ved lønnsomheten til mange kjernekraftanlegg, ikke minst om man tar de politiske kostnadene med i regnestykkene.
Kjernekraften har også skapt konflikt mellom enkelte land. Byggingen av det omstridte Barsebäck-verket i Sverige, bare 20 km fra København, førte til konflikter mellom Sverige og Danmark. Norge har bl.a. protestert mot byggingen av Dounreay-anlegget i Skottland, og den dårlige standarden på kjernekraftverkene i Russland, Litauen og Ukraina har skapt bekymring i nabolandene. Israel bombet et kjernekraftanlegg i Irak 1981 og signaliserte dermed at landet ikke ville godta kjernekraft i noen av sine fiendtlige naboland.
Begrensning og avvikling
Per 2005 har i alt 37 land kjernekraftverk. Ser man bort fra oppløsningen av en del land (bl.a. har nå Tsjekkia og Slovakia hver sine anlegg) har ikke antallet land med utbygd kjernekraft økt med mer enn sju siden 1977. Kjernekraftens andel av verdens totale elektrisitetsproduksjon har også holdt seg relativt stabil. I enkelte land er imidlertid avhengigheten av kjernekraft stor, spesielt i Frankrike og Belgia.
I flere land ble det forsøkt å innføre kjernekraft, men forsøket ble avvist, bl.a. Danmark, Norge og Irland. Fem land har hatt folkeavstemninger der man har sagt nei til utbygging og/eller stans i utbyggingen av kjernekraft: Polen, Italia, Østerrike, Sveits og Sverige. I Polen og Østerrike stanset man byggingen av igangsatte verk, Italia stengte sine to verk, og i Sveits ble all nybygging stanset. I Sverige ble det ved folkeavstemningen 1980 vedtatt en nedleggingsperiode på femten år fra 1995. Som et første skritt vedtok Riksdagen 1997 å stenge den ene av Barsebäck-reaktorene i 1998 og den andre innen 2001. Den første ble stengt i 1999 og den andre i 2005.
Anbefalt lenke
Kraftskolen 2.0 er en filmbasert læringsressurs om energi som norske Statkraft står bak. Her kan du se deres film om atomkraft.