kjøletårn – kjernekraftverk – Store norske leksikon

Kjøletårn i et kjernekraftverk er en form for varmeveksler som brukes til avsette overskytende varme i kraftverket til atmosfæren.

I et varmekraftverk omdannes termisk energi til elektrisk energi i en Rankine-syklus. I denne prosessen går nærmere ²/₃ av den termiske energien, tapt blant annet som følge av de begrensninger som følger av termodynamikkens lover. Den tapte varmen må avsettes til omgivelsene, som kan være en vannkilde eller atmosfæren.

Et kjernekraftverk skiller seg ikke fra andre varmekraftverk på annen måte enn hvordan varmen produseres. Dagens kjernekraftverk har imidlertid en gjennomgående noe lavere termisk virkningsgrad enn for eksempel kullkraftverk. Dette skyldes at ordinære varmekraftverk kan operere med en høyere driftstemperatur enn det om er forsvarlig i en konvensjonell kjernereaktor. Dessuten slippes noe av varmen fra et kullkraftverk ut gjennom avgassen. I et stort kullfyrt kraftverk går rundt 15 prosent av produsert varme tapt gjennom pipen, men for kjernekraftverkets vedkommende må all tapt varme avsettes i kjølevannet. Følgen av dette er at et kjernekraftverk får et større behov for kjølevann enn andre varmekraftverk.

Kjøling av kjernekraftverk

Kjøletårn

Av Roberto Uderio.

Lisens: Begrenset gjenbruk

Varmen som utvikles i en kjernereaktor blir først ledet bort ved hjelp av et kjølemiddel som omkranser reaktorkjernen. Vanligvis består kjølemiddelet av vann, men gass og flytende metall blir også brukt. Varmen i kjølemiddelet brukes til å produsere vanndamp i en varmekraftmaskin. For at denne skal operere med en høyest mulig virkningsgrad, må dampen kondenseres ned til en lavest mulig temperatur, som oppnås med bruk av kjølevann. Avhengig av kraftverkets beliggenhet kan tiltrengt kjølevann hentes fra omkringliggende sjø eller stor elv. Behovet for kjøletårn oppstår når kraftverket ikke har adgang til store mengder vann, og som etter oppvarming kan slippes ut i omgivelsene. Kjøletårnet reduserer behovet for vann og sørger for at varmen i stedet overføres til luften, dels ved at varmen avgis direkte til luften, men først og fremst ved at vann fordamper og at fordampningsvarmen tas fra vannet. Kjøletårnene varierer i størrelse og form, men karakteristisk for kjernekraftverk er store kjøletårn, opp til 200 meter høye, og med en hyperboloid form. Se nærmere beskrivelse av kjøletårn.

Vann som fordamper går tapt og må kontinuerlig erstattes. Mengden vann som går tapt varierer noe fra kraftverk til kraftverk, blant annet avhengig av termisk virkningsgrad og effektiviteten til kjøletårnet, men ligger ofte i området rundt 2 m³ per sekund for et 1 600 MW kraftverk. Dette representerer en betydelig mengde vann. Kjernekraftverk kan med andre ord ikke lokaliseres til områder hvor det er store restriksjoner på bruk av vann.

Andre kjølemetoder

Tørrkjøling

Et alternativ til kjøletårn er såkalt tørrkjøling. Her blir vannet kjølt ned av luft i en varmeveksler på en enkel måte som kan sammenlignes med det som skjer i en radiator i en bil. Minimalt av vannet går tapt, men teknikken krever stor bruk av vifter som legger beslag på opp i mot 1,5 prosent av kraftverkets ytelse.

I praksis er denne teknikken forbeholdt mindre anlegg og kan eventuelt tenkes brukt i små-skala kjernekraftverk. Knapt noen større kjernekraftverk bruker tørrkjøling i dag. En slik løsning vil være uøkonomisk og dessuten utgjøre et sikkerhetsproblem i en nødssituasjon der reaktoren må stenges og det oppstår et behov for å fjerne restvarmen.

Direkte kjøling

Den foretrukne løsningen er å plassere kjernekraftverket nær åpen sjø. Her er vannet kaldest, som gir en større temperaturdifferanse til varmekilden og dermed en høyere termisk virkningsgrad for kraftverket. I Frankrike har en regnet ut at produksjonen reduseres med 0,9 prosent når kraftverket flyttes til en elv.

Med direkte kjøling blir alt vann som brukes resirkulert slik at intet vann går tapt, men vannet som ledes tilbake til vannkilden blir noen få (5–6) grader varmere. For innenlandske vannkilder, slik som elver, kan dette utgjøre et problem.

Alle kjernekraftverk som er lokalisert ved en elv er underlagt begrensninger som skal hindre at temperaturen til returvannet ikke overskrider for eksempel 30 °C. Om sommeren kan temperaturen i vannet som ledes inn nærme seg grensen for temperaturen på vannet som slippes ut. Det kan føre til at kraftverket ikke kan gå på full last. I heteperioder kan kraftverket endog risikere å bli avstengt.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.

Du må være logget inn for å kommentere.

Fagansvarlig for Kjerneenergi

Knut Hofstad