sličica|376x376_pik|Jedrska elektrarna Isar v Nemčiji Jedrska elektrarna ali nuklearna elektrarna je elektrarna, podobna termoelektrarni; pri jedrski elektrarni se kot primarni vir toplote namesto premoga, nafte ali plina uporablja jedrski reaktor. Konstrukcijsko je jedrska elektrarna sestavljena iz dveh delov: jedrskega in konvencionalenga dela.
V jedrskem delu iz energije, ki se sprosti pri cepitvi atomskih jeder, nastaja toplota, ki uparja vodo . Uparjena voda oz. para prenaša toploto na konvencionalni oz. termoelektrarniški del elektrarne, kjer nato para poganja turbino. Naloga turbine je, da iz toplote (pare) proizvaja mehansko energijo (vrtenje rotacija turbine), to pa električni generator pretvori v električno energijo. S tem je postopek pretvorbe jedrske energije v električno energijo zaključen.
Investicija v gradnjo in razgradnjo nuklearne elektrarne je relativno visoka, visoki so tudi stroški skladiščenja izrabljenega jedrskega goriva, medtem ko so samo gorivo in ostali obratovalni stroški relativno nizki. Zaradi stabilnosti proizvodnje se jedrske elektrarne uporablja predvsem za stalno zagotavljanje pokrivanja osnovnih potreb po električni energiji – t.i. »obratovanje v pasu«. Sodobni reaktorji potrebujejo menjavo goriva vsakih 18 mesecev, postopek menjave in hkratnega vzdrževanja vitalnih delov (remont) traja nekaj tednov. Neposredni kazalec izkoriščenosti iz goriva nastale energije v uporabno električno energijo pri jedrskih elektrarnah je približno 90 %; za primerjavo: kazalec izkoriščenosti pri vetrni elektrarni je približno 30 %, pri elektrarni na sončne celice pa 10-20 %. Pri upoštevanju porabe energijo za gradnjo, vzdrževanje in razgradnjo se ti kazalci med viri sicer lahko spremenijo.
Na območju Slovenije deluje ena jedrska elektrarna, Jedrska elektrarna Krško, ki proizvede približno 40 % električne energije. Gre za edino jedrsko elektrarno na področju nekdanje Jugoslavije, ki deluje od leta 1983 in bo po vsej verjetnosti obratovala vse do leta 2043. Zgrajena je bila na podlagi samoupravnega sporazuma med SR Hrvaško in SR Slovenijo, ki sta vsaka vložili polovico sredstev in od zagona tudi po razglasitvi neodvisnih držav prejemata vsaka polovico proizvedene električne energije.
Uporaba po svetu thumb|Obdan s hladilnimi stolpi je v polkrožnem objektu zaščiten jedrski reaktor|292x292px thumb|Časovnica pričetkov in zaključkov obratovanja jedrskih kapacitet od 1950-ih dalje. Pozitivne vrednosti pomenijo priklopljene, negativne pa odklopljene kapacitete.
|420x420px thumb|420x420px|Jedrske elektrarne v EvropiV svetu je približno 10 % vse električne energije proizvedene v jedrskih elektrarnah, ki obratujejo v 33 državah. Konec leta 2019 je obratovalo skupaj 448 jedrskih reaktorjev. 13 držav je leta 2020 vsaj četrtino električne energije proizvedlo iz jedrske energije. Največji delež jedrske energije v celotni proizvodnji električne energije je imela Francija, kar 70,6 %, nato Slovaška (53,1 %), Ukrajina (51,2 %) in Madžarska (48 %). Medtem ZDA, kjer je največ jedrskih elektrarn na svetu, dobijo le dobrih 20 % električne energije iz svojih 96 jedrskih elektrarn. V zadnjih letih se je najbolj povečal delež proizvodnje iz jedrske energije na Kitajskem.
Količinsko so z naskokom največji proizvajalec ZDA z 789.919 GWh jedrskih kapacitet 2020, sledi Kitajska z 344.746 GWh. Stanje decembra 2020 je: operativnih 448 reaktorjev z neto kapacitetami 397.777 MWe in 54 reaktorjev z neto kapaciteto 61.219 MWe v izgradnji. Od reaktorjev v izgradnji jih je 17 z 18.616 MWe na Kitajskem. +Proizvodnja jedrske energije po državah leta 2020 Država Št. reaktorjev MočNeto skupaj (MWe) Proizvedenaelektrika (GWh) Delež vseporabljene elektrike Opombe v uporabi Argentina 3 1 1641 10012,42 7,5% Armenija 1 0 415 2551,80 34,5% Bangladeš 0 2 ni na voljo ni na voljo ni na voljo Belorusija 1 1 1110 338,43 1,0 Belgija 7 0 5942 32792,85 39,1% Brazilija 2 1 1884 13244,36 2,1% Bolgarija 2 0 2006 15937,59 40,8% Kanada 19 0 13624 92166,11 14,6% Kitajska 50 14 47528 344747,50 4,9% Češka republika 6 0 3934 28371,87 37,3% Finska 4 1 2794 22354,24 33,9% Francija 58 1 63130 338670,67 70,6% Nemčija 6 0 8113 60918,11 11,3% Načrtovano zaprtje do 2022 Madžarska 4 0 1902 15178,67 48,0% Indija 22 7 6255 40374,37 3,3% Iran 1 1 915 5792,22 1,7% Japonska 33 2 31679 43098,63 5,1% Večina reaktorjev trenutno ne obratuje Južna Koreja 24 4 23150 152583,25 29,6% Mehika 2 0 1552 10864,27 4,9% Nizozemska 1 0 482 3885,68 3,2% Pakistan 5 2 1318 9638,99 7,1% Romunija 2 0 1300 10575,07 19,9% Rusija 39 2 29503 201821,27 20,6% Slovaška 4 2 1837 14357,19 53,1% Slovenijahttps://www.nek.si/en/about-nek/production 1 0 688 6040,85 37,8% Južna Afrika 2 0 1860 11615,60 5,9% Španija 7 0 7121 55825,26 22,2% Švedska 7 0 7763 47361,83 29,8% Švica 4 0 2960 23048,97 32,9% Načrtovano postopno zapiranje Tajvan 4 2 3844 30341,92 12,7% Turčija 0 2 ni na voljo ni na voljo ni na voljo Ukrajina 15 2 13107 71549,60 51,2% Združeni arabski emirati 1 3 1345 1561,81 1,1% Velika Britanija 15 2 8923 45668,04 14,5% Združene države Amerike 96 2 98152 789918,61 19,7% Svet skupaj 448 54 397,777 MWe 2,553 TWh sličica|365x365_pik|Jedrska elektrarna Krško
Slovenija
V Sloveniji imamo eno jedrsko elektrarno, Nuklearno elektrarno Krško (NEK), ki se nahaja na levem bregu Save 2 km od Krškega proti Brežicam. Jedrska elektrarna Krško (JEK) ima tlačnovodni reaktor (PWR) ameriške družbe Westinghouse z močjo 696 MW. V sedanjem času sodi med manjše jedrske elektrarne tega tipa.
Priprave na izgradnjo nuklearne elektrarne v Sloveniji so se z raziskavami možnih lokacij pričele že v 1960-ih. Sporazum med slovenskim in hrvaškim elektrogospodarstvom je bil podpisan 1970, z delom pa je elektrarna, katere opremo je dobavilo ameriško podjetje Westinghouse, pričela leta 1983. Zaradi počasnega in dragega prehoda v nizkoogljično družbo ter padajočega deleža samooskrbe z električno energijo Slovenija vedno bolj razmišlja o drugem bloku Jedrske elektrarne Krško (NEK 2; Nuklearna Elektrarna Krško 2) ter morebitnem predčasnem zaprtju Termoelektrarne Šoštanj.
Vrste oz. tipi jedrskih elektrarn Obstaja vrsta različnih izvedb jedrskih elektrarn, ki jih v glavnem lahko razdelimo na to, kakšno vrsto goriva, moderatorja (upočasnjevalec nevtronov) in hladila uporabljajo. Tipi jedrskih elektrarn so:
Tlačnovodni reaktor (PWR, angl. Pressurized Water Reactor) - Moderiran in hlajen z navadno vodo. V reaktorju je tako visok tlak, da voda ne zavre. Toplota se prenaša na sekundarni krog v uparjalniku, kjer nastaja para in poganja turbino. Tudi sovjetski/ruski reaktorji tipa VVER so tlačnovodni reaktorji. Reaktor tega tipa imamo tudi v Nuklearni elektrarni Krško.
thumb|533x533px|Shema tlačnovodnega reaktorja (PWR – Pressurised Water Reactor) – uporablja ga npr. Nuklearna elektrarna Krško in je z 69 % vseh reaktorjev najbolj razširjen tip v uporabi. Hladilni del za odvečno paro je običajno izpust v reko (Krško, shema) ali preko hladilnih stolpov v obliki širokih dimnikov (zgornja slika elektrarne v Franciji)
Vrelovodni reaktor (BWR, angl. Boiling Water Reactor) - Moderiran in hlajen z navadno vodo. Voda v reaktorju vre, nastala para poganja turbino.
thumb|535x535px|Shematika vrelovodnega reaktorja (BWR – Boiling Water Reactor), drugega najbolj razširjenega tipa reaktorja
Težkovodni reaktor (PHWR, angl. Pressurized Heavy Water Reactor; CANDU, angl. CANada – Deuterium – Uranium) - Moderiran in hlajen s težko vodo. Voda v reaktorju ne vre. Težka voda v uparjalniku greje lahko vodo, nastala para poganja turbino.
Plinsko hlajeni reaktor (GCR, angl. Gas Cooled Reactor; AGR, angl. Advanced Gas-cooled Reactor; HTGR, angl. High Temperature Gas-cooled Reactor). Grafitni vodno hlajeni reaktor (LWGR, angl. Light Water Graphite Reactor) - Moderator je grafit, hladilo pa voda, ki v tlačnih ceveh ob gorivu vre. Ruska kratica teh reaktorjev je RBMK. Reaktor v Černobilu, kjer se je zgodila najhujša jedrska nesreča, je bil tega tipa. Hitri oplodni reaktor (FBR, angl. Fast Breeder Reactor) - Moderatorja nima, primarno in sekundarno hladilo je tekoči natrij. Primarno, radioaktivno hladilo v prenosniku toplote oddaja segreva sekundarno hladilno zanko iz (neradioaktivnega) natrija, slednja v uparjalniku uparja vodo, nastala para poganja turbino.
Nekatere redke vrste reaktorjev pa za hladilo uporabljajo kovine, npr. natrij ali svinec:
Reaktorji IV. generacije (visokotemperaturni reaktor, hitri oplodni-svinčeni reaktor, staljeno solni reaktor, hitri oplodni plinsko hlajeni reaktor, natrijev hitri reaktor, super kritični vodno hlajeni reaktor).
Glavne komponente jedrske elektrarneJenčič, Igor; Istenič, Radko (2019). Uvod v jedrsko energetiko. Izobraževalni center za jedrsko tehnologijo. Komponente in sisteme jedrske elektrarne lahko razdelimo na dve veliki skupini, ki ju imenujemo jedrski otok oz. jedrski del in turbinski otok oz. konvencionalni del.
Jedrski del (sistem za proizvodnjo pare) Jedrski del sestavljajo primarni sistem, pomožni tekočinski sistemi, električni, instrumentacijski in regulacijski sistemi, ki so potrebni za delovanje primarnega sistema (do sem naštete sisteme včasih imenujemo tudi sistem za proizvodnjo pare) ter sistem za predelavo radioaktivnih odpadkov, sistem za ravnanje z gorivom in ventilacijski sistemi. Glavne komponente teh sistemov so:
Primarni sistem sestavljajo reaktorska posoda, črpalka primarnega hladila s pripadajočimi cevovodi in (v nekaterih tipih reaktorjev) tlačnik. V reaktorski posodi se nahaja sredica reaktorja, ki jo sestavljajo:
jedrsko gorivo, moderator nevtronov, hladilo in regulacijski sistem.
Varnostni sistemi: varovalni sistem reaktorja, sistem za zasilno hlajenje sredice, zadrževalni hram s svojimi sistemi, sistem zasilnih virov električnega napajanja in sistem bistvene oskrbovalne vode.
Sistem za ravnanje z gorivom: sistem za menjavo goriva, bazen za izrabljeno gorivo in radioaktivni odpadki. Nekatere vrste jedrskih elektrarn imajo tudi uparjalnik, ki je meja med jedrskim in konvencionalnim delom jedrske elektrarne.
Opis delovanja reaktorja Osrednji del primarnega sistema je reaktor. V njem poteka kontrolirana verižna jedrska reakcija cepitve jeder. Med atomi, ki so prisotni v naravi, lahko edinole pri najtežjem med njimi, uranu, izzovemo verižno reakcijo cepitve. Pri skoraj vsakem elementu najdemo več vrst atomov, ki se imenujejo izotopi. Tudi naravni uran ima dva glavna izotopa, ki se imenujeta uran-235 in uran-238. Označujemo ju z 235U in 238U. Verižna reakcija lahko poteka le na 235U, katerega je v naravnem uranu zgolj 0.7 %, preostalih 99.3 % pa je 238U. Slednji ni povsem neuporaben, saj iz njega v reaktorju sčasoma nastaja plutonij, ki je prav tako primeren za verižno reakcijo.
V vsakem jedrskem reaktorju je prisotno jedrsko gorivo, ki v veliki večini primerov vsebuje uran (izjemoma tudi umetni element plutonij). Gorivo je lahko narejeno iz naravnega urana ali pa iz obogatenega urana, pri katerem je s posebnimi metodami povečan delež 235U in je zato tako gorivo bolj učinkovito. Področje reaktorja, v katerem se nahaja gorivo, se imenuje sredica.