Kjernekraftverk av /Pixnio.com. Public Domain (CC0)

kjernekraftverk

Kjernekraftverket ved Temelin i Tsjekkia. Bildet er hentet fra papirleksikonet Store norske leksikon, utgitt 2005-2007.

Av /NTB Scanpix ※.

Kjernekraftverk er et kraftverk som produserer elektrisk energi ved hjelp av kjerneenergi. Dagens kjernekraftverk fungerer som vanlige varmekraftverk, men med den forskjell at varmen som brukes til å drive dampturbinene, utvikles i én eller flere kjernereaktorer. Kombinasjonen av reaktor, turbin og generator omtales gjerne som kjernekraftaggregat.

Faktaboks

også kjent som:
atomkraftverk

Historikk

Verdens første kjernereaktor for produksjon av elektrisk energi ble konstruert ved forskningsinstituttet IPPE i den russiske byen Obninsk i 1954.
IAEA.
Lisens: CC BY SA 2.0

Kjernefysiske prosesser ble utforsket og utnyttet i fremstillingen av kjernevåpen (atomvåpen) under andre verdenskrig. Straks etter krigen ble denne teknologien utviklet i retning av fredelig utnyttelse av kjerneenergi i USA og en rekke andre land.

Calder Hall i Storbritannia blir regnet som verdens første kommersielle kjernekraftverk. Det kom i drift 1956–1958 med fire aggregater, hvert på 50 MWe ytelse. Et kraftverk av samme type, Chapelcross (også Storbritannia), kom i drift med sine fire aggregater i årene 1958–1959. Begge kraftverkene var i kontinuerlig drift inntil de ble stengt ned i henholdsvis 2003 og 2004.

I de første årene ble kjernekraftverk først og fremst bygd og tatt i bruk i de store atommaktene som USA og Sovjetunionen. Sitt kommersielle gjennombrudd på verdensmarkedet fikk kjernekraften i 1960-årene, og etter oljekrisen 1973–1974 valgte mange land å fase ut oljekraftverk til fordel for kjernekraftverk. Aggregatstørrelsen ble etter hvert økt for å senke kostnaden per produsert kWh. Nå bygges aggregater på 1200–1700 MWe, og det er vanlig at kraftverkene utstyres med flere aggregater som kan gjøre dem svært dominerende i kraftforsyningssystemet. Tabellen nederst gir en oversikt over verdens største kjernekraftverk, målt etter installert ytelse.

Oppbygging og virkemåte

Et kjernekraftverk er en type varmekraftverk der den sentrale komponenten er en kjernereaktor. I dagens kommersielle kjernekraftverk betyr det i praksis en fisjonsreaktor, da fusjonsreaktoren fremdeles befinner seg på et eksperimentstadium.

Ved siden kjernereaktor består et kjernekraftverk av kjølesystem, dampturbin og elektrisk generator. Kraftverket fungerer som følger:

I kjernereaktoren omsettes kjerneenergi til varmeenergi. Denne varmen blir opptatt av kjølesystemet, og ved hjelp av en dampgenerator blir varmen levert videre i form av vanndamp under høyt trykk. Vanndampen driver en dampturbin som omdanner varmeenergi til mekanisk energi (rotasjonsenergi). Dampturbinen er på sin side koplet direkte til en generator som omdanner mekanisk energi til elektrisk energi, som er kraftverkets sluttprodukt.

Etter at dampen har passert turbinen, blir den kondensert. Til dette formål benyttes kjølevann, som for eksempel kan hentes fra hav, innsjø eller elv. Behovet for kjølevann er svært stort. Av den grunn blir kjernekraftverk ofte etablert langs kysten eller i nærheten av en elv eller innsjø. Der tilgang på vann til kjøling er en knapphetsfaktor kan behovet for vann reduseres ved å ta i bruk et kjøletårn.

Den termiske totalvirkningsgraden i et kjernekraftverk – det vil si forholdet mellom produsert elektrisk energi og utviklet varmeenergi i reaktoren – er gjennomgående lavere enn virkningsgraden i andre varmekraftverk. Virkningsgraden bestemmes av temperatur og trykk i dampturbinen (se carnotsyklus). Av sikkerhetsmessige årsaker holdes denne noe lavere i et kjernekraftverk. Virkningsgraden i dagens kjernekraft ligger i området 32–35 prosent, men de nyeste reaktorene kan oppnå en virkningsgrad på nærmere 38 prosent.

Det finnes mange typer kjernereaktorer, men trykkvannsreaktoren og kokvannsreaktoren er de to mest utbredte. Begge reaktorene bruker vann som moderator og kjølemiddel, og krever anriket uran som brensel. I trykkvannsreaktoren holdes vannet under høyt trykk slik at det ikke koker. Vanndamp produseres da i en sekundær kjølekrets (se figur). Denne reaktortypen er den desidert mest brukte i verden. Kokvannsreaktoren har kun én kjølekrets, der også vanndampen produseres. Dampen ledes til turbinene før den kondenseres og ledes tilbake til reaktortanken.

Økonomi

Produksjon av kjernekraft karakteriseres av relativt høye kapitalkostnader og lave driftsavhengige kostnader. Dette gjør at kraftverkene forbeholdes til produksjon av grunnlast der de kan kjøres med høy og jevn ytelse gjennom hele døgnet. Andre typer kraftverk, som vannkraftverk og gasskraftverk, er mer egnet til å dekke opp variabel etterspørsel, men i land der kjernekraften har en dominerende stilling, som i Frankrike, blir også kjernekraftverkene brukt til dette formål.

Kostnadene for kjernekraft har ligget på omtrent samme nivå som produksjonskostnadene for kullfyrt varmekraft. Dette endrer seg noe gjennom kraftverkets levetid. Etter hvert som de høye kapitalkostnadene blir redusert gjennom avskrivning av kraftverket, blir de samlede produksjonskostnadene lavere desto flere år et kraftverk kan holdes i drift. Man har derfor sett en tendens til at det iverksettes tiltak for å forlenge levetiden til eldre kjernekraftverk framfor å bygge nye. Denne tendensen forsterkes av at flere land i de senere år har opplevd en kraftig økning av investeringskostnadene for nye kjernekraftverk. Det gjelder i særlig grad USA og Europa. I Asia er bildet noe annerledes. For eksempel har kostnadene for nye anlegg bygd i Sør-Korea holdt seg stabile.

Sikkerhet

Sikkerheten ved de kjernereaktorene 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 grafittmodererte reaktorene av typen RBMK, som ble brukt i det tidligere Sovjetunionen og som ennå er i drift, og de eldste reaktorene av typen VVER-440 (blant annet de fire reaktorene i Kola kjernekraftverkKolahalvøya i Russland).

Det arbeides med sikring av eksisterende kjernekraftverk i disse landene. I dette arbeidet deltar blant annet Institutt for energiteknikk i Norge som, gjennom det internasjonale Halden-prosjektet, er engasjert i kraftverket på Kola. Arbeidet med å gjøre kjernekraften mer sikker har også medført at noen reaktorer måtte stenges ned, som for eksempel reaktorene ved Ignalina kraftverk.

Kjernekraft representerer en sikkerhetsmessig utfordring da teknologien gjør det mulig å kombinere kraftproduksjon med produksjon av våpenmateriale. I reaktoren dannes det nemlig plutonium som et biprodukt. Plutonium er et fissilt materiale som er egnet for produksjon av atomvåpen. Utbygging og drift av kjernereaktorer krever dessuten ekspertise og forskningslaboratorier av en type som også kan bli brukt 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 2019 ratifisert av alle FNs medlemsland bortsett fra India, Pakistan og Israel, mens Nord-Korea trakk seg fra avtalen i 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, anses likevel kjernekraft mange steder å være den energikilde som kan tas i bruk for å erstatte eldre kraftverk drevet med fossilt brensel. Dette forhold, sammen med problemene man står overfor med den store økningen av elektrisitetsproduksjonen i for eksempel 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. I Europa har både Finland og Storbritannia tatt initiativ for å bygge nye kjernekraftverk slik at utslippene av klimagasser kan begrenses. Der kjernekraft bygges ut skjer det i henhold til bestemmelser og internasjonale avtaler om sikkerhet og inspeksjon, organisert av Det internasjonale atomenergibyrået (IAEA).

Ulykker

Verdens verste kjernekraftulykke skjedde i Tsjernobyl 1986. Fotografiet viser den ødelagte reaktorblokken i kraftverket i starten av arbeidet med å kapsle den inn i en såkalt sementsarkofag. Bildet gir et inntrykk av de omfattende skadene bygningen ble påført.

Av /NTB Scanpix ※.

Det har oppstått flere alvorlige ulykker ved kjernekraftverk som har svekket kjernekraftens anseelse og bidratt til en økt skepsis mot fortsatt utbygging av kjernekraft. Den første alvorlige ulykken som fikk store konsekvenser for kjernekraftindustrien var ved Three Mile Island i USA i 1979. I etterkant av denne ulykken ble utbyggingen av en rekke nye kjernekraftverk utsatt eller avviklet.

Ulykken i Tsjernobyl i 1986 satte igjen kjernekraftindustrien mange år tilbake, og viste at miljøkonsekvensene kan være grenseoverskridende. I årene etter denne ulykken ble imidlertid tilliten til kjernekraftindustrien langsomt gjenopprettet. Dertil kom at kravet om reduserte utslipp av klimagasser favoriserte utbygging av kjernekraft som er en tilnærmet utslippsfri form for kraftgenerering. Dette førte til ny interesse for kjernekraft, som fra omtrent 2000 ble omtalt som kjernekraftens renessanse. Nå ble nye utbyggingsplaner lansert og det ble tatt initiativ til å opprette forskningsprogrammer som skulle fremme utviklingen av nye generasjoner av kjernereaktorer for å gjøre dem både sikrere og mer miljøvennlige.

Da det skjedde en ny alvorlig ulykke ved Fukushima i 2011, fikk kjernekraftindustrien et nytt kraftig tilbakeslag, og igjen ble flere utbyggingsprosjekter satt på vent.

Nedlegging av kjernekraftverk

De første kjernekraftverkene fra 1960- og 1970-tallet ble bygd for en levetid på 30–40 år. Likevel er mange av disse kraftverkene fortsatt i drift. Gjennom renovering og oppgradering har de oppnådd å få en forlenget levetid på opp mot 60 år. Nyere kraftverk planlegges nå for en levetid på 40–60 år.

Nedlegging av kjernekraftverk er både dyrere og mer omfattende enn nedlegging av andre typer kraftverk siden mye av utstyret er blitt utsatt for ioniserende stråling over lang tid og dermed selv blitt radioaktive.

Verdens største kjernekraftverk (2018)

Kjernekraftverk (antall reaktorer) Land Ytelse [MWe] Prod 2017 [TWh]
Kashiwazaki-Kariwa (7) Japan 7965 0
Kori Sør-Korea 7411 29,71)
Bruce (8) Canada 6258 42,024
Yangjiang (6) Kina 6000 30,41)
Hanbit (6) Sør- Korea 5923 36,090
Hanul (6) Sør-Korea 5919 43,624
Zaporizjzjia (6) Ukraina 5700 32,540
Gravelines (6) Frankrike 5460 31,669
Paluel (4) Frankrike 5320 21,216
Cattenom (4) Frankrike 5200 36,737
Fukushima Daini (4) Japan 4268 0
Hongyanhe (4) Kina 4183 22,001
Qinshan (7) Kina 4102 32,610
Tianwan (4) Kina 4100 16,070 1)
Ningde (4) Kina 4072 28,736
Fuqing (4) Kina 4040 23,601
Ringhals (4) Sverige 3958 27,445
Palo Verde (3) USA 3937 32,338
Ling Ao (4) Kina 3914 29,936
Balakovo (4) Russland 3800 30,568
Kalinin (4) Russland 3800 31,014
Kursk (4) Russland 3700 26,466
Leningrad (4) Russland 3700 19,963
Cruas (4) Frankrike 3660 22,954

1) Produksjonsdata for de siste reaktorene som kom i drift etter 2017 mangler

Les mer i Store norske leksikon

Eksterne lenker

Kommentarer (3)

skrev Knut A Rosvold

Jeg foreslår at denne artikkelen får endret temanavn fra "kjernekraft" til "kjernekraftverk", og at henvisningsartiklene "kjernekraftverk" og "atomkraftverk" slettes. Atomkraftverk tilføyes som alternativt temanavn.

svarte Svein Askheim

enig. det gjelder å være presis i dag. det finnes mange former for kjernekraft.

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg