Năng lượng hạt nhân: Cách hoạt động, thuận lợi, chống, tác động

Hoa Kỳ là nước sản xuất điện hạt nhân lớn nhất thế giới. Năm 2016, nó tạo ra 805 tỷ kilowatt giờ (kWh) điện. Đó là hơn 30% trong số 2. 4 nghìn tỷ kWh điện hạt nhân được sản xuất trên toàn thế giới. Pháp là nước sản xuất lớn thứ hai (418 tỷ kWh), tiếp đến là Nga (169,1 tỷ kWh), Hàn Quốc (149,2 tỷ kWh), Trung Quốc (123,8 tỷ kWh) và Canada (98,6 tỷ kWh) .

Các số liệu không phải là của U. từ năm 2014. Số liệu mới nhất không có)

Sự lãnh đạo của Nhà nước Hoa Kỳ bắt nguồn từ vai trò lịch sử của nó như là một nhà tiên phong trong phát triển điện hạt nhân. Lò phản ứng áp lực thương mại đầu tiên, Yankee Rowe, bắt đầu vào năm 1960 và hoạt động đến năm 1992. (Nguồn: "Năng lượng hạt nhân ở Mỹ", Hiệp hội Hạt nhân Thế giới, tháng 4 năm 2017)

Các trạm điện hạt nhân

Có 99 nhà máy điện hạt nhân đang hoạt động tại ba mươi tiểu bang. Hầu hết đều nằm ở phía đông sông Mississippi (xem bản đồ). Họ tạo ra khoảng 40 đến 50 tỷ USD mỗi doanh thu bán điện và tạo ra hơn 100 000 việc làm. Mỗi đồng đô la chi tiêu bởi lò phản ứng trung bình tạo ra 1 đô la. 87 trong nền kinh tế Mỹ. (Nguồn: "Lợi ích kinh tế hạt nhân," Viện Năng lượng Hạt nhân, tháng 4 năm 2014).

U. Các nhà máy điện hạt nhân của Hoa Kỳ đã tạo ra 19,7% trong số 4. 079 nghìn tỷ kWh tổng sản lượng điện của nước Uc vào năm 2016. Nó đứng thứ hai về than (30%) và khí tự nhiên (34%).

Nó lớn hơn thủy điện (6,5%) và các nguồn thay thế khác bao gồm điện gió (8,4%).

Ngoài ra còn có 36 lò phản ứng thử nghiệm tại các trường đại học nghiên cứu (xem bản đồ). Chúng được sử dụng để tạo ra một lượng nhỏ bức xạ cho các thí nghiệm. Đây là nơi các nhà khoa học nghiên cứu neutron và các hạt hạ nguyên tử khác, kiểm tra các thành phần ô tô và y tế và tìm hiểu cách điều trị ung thư tốt hơn.

(Nguồn: "Backgrounder về nghiên cứu và lò phản ứng hạt nhân", NRC, ngày 18 tháng 8 năm 2011)

Năng lượng hạt nhân hoạt động như thế nào?

Tất cả các nhà máy điện đều đun nóng nước để sản xuất hơi, làm cho máy phát điện tạo ra điện. Trong các nhà máy điện hạt nhân, hơi nước được tạo ra bởi nhiệt sinh ra từ sự phân hạch hạt nhân. Đó là khi một nguyên tử bị tách ra, giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ dưới dạng nhiệt.

Urani 235 được sử dụng làm nhiên liệu vì nó dễ vỡ khi va đập với một nơtron. Một khi điều đó xảy ra, các neutron từ uranium bắt đầu va chạm với các nguyên tử khác của nó. Điều này bắt đầu phản ứng dây chuyền. Đó là lý do tại sao bom hạt nhân lại có sức mạnh như vậy.

Trong một máy phát điện hạt nhân, phản ứng dây chuyền được kiểm soát bởi những thanh đặc biệt hấp thụ các neutron quá mức vô hại. Những thanh điều khiển này được đặt bên cạnh thanh nhiên liệu, chứa các viên nhiên liệu urani.Trên 200 thanh này được xếp vào nhóm được biết đến như là bộ phận lắp ráp nhiên liệu. Khi các kỹ sư muốn làm chậm quá trình, họ giảm thanh điều khiển hơn vào lắp ráp. Khi họ muốn nóng hơn, họ nâng thanh. (Nguồn: "Các nhà máy hạt nhân làm việc như thế nào?" Duke Energy)

Hoa Kỳ có hai loại nhà máy điện hạt nhân. Có 65 lò phản ứng nước áp suất và 34 lò phản ứng nước sôi.

Chúng khác nhau về cách nhiệt được chuyển từ lò phản ứng sang máy phát điện.

Các lò phản ứng nước áp lực sử dụng áp suất cao để giữ nước trong lò phản ứng khỏi sôi. Điều này cho phép nó nóng đến mức siêu cao. Nhiệt sau đó được truyền qua đường ống tới một bình chứa nước riêng trong máy phát điện. Nó tạo ra hơi nước điều khiển tua-bin điện. Nước từ lò phản ứng sau đó trở lại để được nung lại. Hơi nước từ tuabin được làm nguội trong bình ngưng. Nước kết quả được đưa trở lại máy phát điện hơi nước. Đây là một phiên bản hoạt hình của một lò phản ứng nước áp lực.

Các lò phản ứng nước sôi ở mặt khác, sử dụng nước sôi để trực tiếp tạo ra hơi để điều khiển máy phát điện. Đây là một phiên bản hoạt hình của lò phản ứng nước sôi.

Điều quan trọng nhất là toàn bộ quá trình diễn ra trong một môi trường khép kín để bảo vệ thế giới bên ngoài khỏi bị ô nhiễm.

Các nhà máy điện có thể được làm mát và thậm chí dừng lại một cách nhanh chóng. Các nhà máy điện hạt nhân không thải ra bất cứ khí nhà kính nào, không giống như than đá và khí đốt tự nhiên.

Họ tạo ra 0,5 việc làm cho mỗi megawatt giờ (mWh) điện sản xuất. Đây là so với 0. 19 việc làm trong than đá, 0. 05 việc làm trong nhà máy khí đốt và 0. 05 trong lĩnh vực điện gió. Các nguồn năng lượng duy nhất tạo nhiều việc làm / mWh là quang điện mặt trời, tại 1. 06 jobs / mWh. (Nguồn: "Lợi ích kinh tế năng lượng hạt nhân," Viện năng lượng hạt nhân, tháng 4 năm 2014.

)

Trong nhiều thập kỷ, điện hạt nhân đã có chi phí hoạt động rẻ nhất. Ở mức 1. 87 cent / kWh (2008 con số), nó là 68 phần trăm chi phí than. Và cho đến gần đây, nó chỉ là 25 phần trăm chi phí của khí đốt tự nhiên.

Lo ngại về sự ấm lên toàn cầu ức chế việc xây dựng các nhà máy điện đốt than mới. Kết quả là, từ năm 1992 đến năm 2005, đã xây dựng được khoảng 270.000 MW điện của các nhà máy điện chạy bằng khí đốt mới. Vào thời điểm đó, những nhà máy này dường như có nguy cơ đầu tư thấp nhất. Kết quả là, chỉ có 14.000 MWe năng lực hạt nhân mới và than đốt đã trực tuyến. Nó giúp đẩy giá khí đốt tự nhiên lên cao, buộc những người sử dụng công nghiệp lớn ngoài khơi và đẩy chi phí điện đốt bằng khí đốt xuống còn 10 cent / kWh.

Nhược điểm Có hai bất lợi rất lớn đối với điện hạt nhân, do bản chất phóng xạ của nguồn nhiên liệu.

1.

Một vụ tai nạn tại nhà máy

có thể phóng thải vật liệu phóng xạ vào môi trường như một đám mây và các chất phóng xạ. Những hạt này sau đó được hít phải hoặc ăn vào bởi người và động vật hoặc được đặt trên mặt đất.Các hạt này bao gồm các nguyên tử không ổn định làm cho năng lượng dư thừa, được gọi là bức xạ, cho đến khi chúng trở nên ổn định. Với liều lượng thấp, bức xạ là vô hại. Tuy nhiên, sau vụ cháy hạt nhân, liều lượng lớn sẽ phá huỷ các tế bào sống và có thể gây đột biến, bệnh tật và tử vong.

Tác động tiềm ẩn của cuộc khủng hoảng hạt nhân có thể là thảm khốc, như đã thấy ở Chernobyl và Fukushima, mặc dù cơ hội xảy ra sự việc xảy ra là rất hiếm. Thảm họa hạt nhân duy nhất tại Hoa Kỳ xảy ra tại đảo Three Mile năm 1979 khi các thanh nhiên liệu phóng xạ tan chảy một phần. Chỉ một lượng nhỏ khí phóng xạ đã được giải phóng. Không có hiệu ứng sức khoẻ có thể đo lường được. Tuy nhiên, không có nhà máy điện hạt nhân mới được xây dựng trong 30 năm.

Gần ba triệu người Mỹ sống trong vòng 10 dặm của một nhà máy hoạt động. Họ có nguy cơ tiếp xúc với bức xạ trực tiếp trong trường hợp xảy ra tai nạn. Nếu bạn là một trong những người đó, đây là cách chuẩn bị cho một tai nạn. 2. Xử lý chất thải hạt nhân

là một bất lợi lớn. Chất thải cấp thấp là do tiếp xúc với nhiên liệu hạt nhân trong các hoạt động hằng ngày. Nó được xử lý tại chỗ hoặc được gửi đến cơ sở xử lý chất thải ở mức thấp ở một trong 37 tiểu bang. (Nguồn: "Chất thải cấp thấp", Ủy ban Điều tiết Hạt nhân U. S).

Chất thải cấp cao bao gồm nhiên liệu đã qua sử dụng. Phải mất hàng trăm nghìn năm để hủy kích hoạt. Hiện tại, 70.000 tấn nhiên liệu này được lưu trữ tại nhà máy điện.

Trong Đạo luật về Chính sách về Chất thải Hạt nhân năm 1982, Quốc hội đã nói với Ủy ban Điều hành Hạt nhân Hoa Kỳ về việc thiết kế, xây dựng, vận hành và cuối cùng phải ngừng hoạt động một cách vĩnh viễn kho địa chất để xử lý chất thải cao cấp ở núi Yucca, Nevada. Các quan chức địa phương không muốn nguy hiểm ở tiểu bang của họ. Họ trì hoãn sự phát triển của nó cho đến năm 2013 khi NRC giành được vụ kiện của mình trong Toà án Kháng nghị Hoa Kỳ. Vào năm 2015, NRC đã hoàn thành đánh giá an toàn và bắt đầu thực hiện Báo cáo Tác động Môi trường. (Nguồn: "Xử lý chất thải cấp cao", Ủy ban điều tiết Hạt nhân Mỹ) Tương lai Điện hạt nhân Hoa Kỳ

Nhu cầu điện năng hàng năm của Hoa Kỳ dự kiến ​​sẽ tăng 28% vào năm 2040. Với mức giá dầu mỏ và khí đốt tăng cao về sự ấm lên toàn cầu, điện hạt nhân đã bắt đầu trở nên hấp dẫn hơn. Vào cuối những năm 1990, điện hạt nhân được xem như một cách để giảm sự phụ thuộc vào dầu và khí nhập khẩu. Sự thay đổi chính sách này đã mở đường cho sự tăng trưởng đáng kể trong năng lực hạt nhân.

Đạo luật về Chính sách Năng lượng năm 2005 đã cung cấp các ưu đãi về tài chính cho việc xây dựng các nhà máy điện hạt nhân tiên tiến. Cũng có ba sáng kiến ​​về quản lý để giảm bớt:

Quá trình chứng nhận thiết kế hợp lý.

Quy định về giấy phép trước.

Việc kết hợp quá trình xây dựng và vận hành giấy phép.

Từ năm 2007, các công ty đã áp dụng cho 24 giấy phép cho lò phản ứng hạt nhân mới. Có bốn nhà máy mới đang được xây dựng. Westinghouse đang xây dựng hai căn nhà ở Georgia và hai ở South Carolina.(Nguồn: "Westinghouse mua lại đơn vị hạt nhân của CB & I," The Wall Street Journal, ngày 29 tháng 10 năm 2015)

• Mặt khác, việc sửa chữa các loại dầu mỏ và khí đốt tự nhiên trong nước đã làm cho khí trở thành một giải pháp thay thế hợp lý để hiện đại hoá các nhà máy điện hạt nhân cũ. Kết quả là bốn nhà máy đã đóng cửa trong hai năm qua. Giữ các nhà máy điện hạt nhân cũ chạy tốn kém hơn việc xây dựng các nhà máy đốt khí mới. Thậm chí tốn kém hơn việc tân trang các nhà máy điện cũ chạy bằng than đốt khí tự nhiên.
• Vì vậy, tương lai của việc mở rộng điện hạt nhân ở Mỹ phụ thuộc vào giá khí tự nhiên. Nếu họ tăng trở lại và ở mức cao, hãy chờ đợi sự chú ý trở lại sản xuất điện hạt nhân. (Nguồn: "Một lò phản ứng khép lại, chấm điểm thực tế mới cho năng lượng hạt nhân của U.", National Geographic, ngày 1 tháng 1 năm 2015).