Kuasa nuklear: Bagaimana Ia Berfungsi, Kelebihan, Kekurangan, Kesan

Amerika Syarikat adalah pengeluar kuasa nuklear terbesar di dunia. Pada 2016, ia menjana 805 bilion kilowatt jam (kWh) elektrik. Itulah lebih daripada 30 peratus daripada 2. 4 trilion kWh kuasa nuklear yang dihasilkan di seluruh dunia. Perancis adalah pengeluar kedua terbesar (418 bilion kWh), diikuti oleh Rusia (169. 1 bilion kWh), Korea Selatan (149. 2 bilion kWh), China (123.8 bilion kWh) dan Kanada (98.6 bilion kWh) .

(Angka bukan U. dari tahun 2014. Angka terkini tidak tersedia.)

Kepimpinan Amerika Syarikat berasal dari peranan bersejarahnya sebagai perintis pembangunan kuasa nuklear. Reaktor air bertekanan komersil pertama, Yankee Rowe, bermula pada tahun 1960 dan dikendalikan hingga 1992. (Sumber: "Kuasa Nuklear di Amerika Syarikat," Persatuan Nuklear Dunia, April 2017.)

Stesen Tenaga Nuklear

Terdapat 99 loji tenaga nuklear yang beroperasi di tiga puluh negeri. Kebanyakannya terletak di sebelah timur Sungai Mississippi (lihat peta). Mereka menjana sekitar $ 40 - $ 50 bilion setiap jualan elektrik dan mencipta lebih daripada 100, 000 pekerjaan. Setiap dolar yang dibelanjakan oleh reaktor purata menjana $ 1. 87 dalam ekonomi S. U. (Sumber: "Manfaat Ekonomi Tenaga Nuklear," Institut Tenaga Nuklear, April 2014.)

U. S. kilang tenaga nuklear menjana 19. 7 peratus daripada 4. 079 trilion kWh daripada jumlah pengeluaran S. S. pada tahun 2016. Ia adalah kedua kepada arang batu (30 peratus) dan gas asli (34 peratus).

Lebih besar daripada hidroelektrik (6. 5 peratus) dan sumber alternatif lain termasuk kuasa angin (8. 4 peratus).

Terdapat juga 36 reaktor ujian di universiti penyelidikan (lihat peta). Mereka digunakan untuk menghasilkan sejumlah kecil radiasi untuk eksperimen. Di sinilah para saintis mengkaji neutron dan zarah subatomik lain, memeriksa komponen automotif dan perubatan dan belajar bagaimana untuk merawat kanser dengan lebih baik.

(Sumber: "Latar Belakang Penyelidikan dan Penguji Ujian," NRC, 18 Ogos 2011.)

Bagaimana Kerja Tenaga Nuklear?

Semua loji kuasa memanaskan air untuk menghasilkan stim, yang menjadikan penjana mewujudkan elektrik. Di stesen kuasa nuklear, stim dibuat oleh haba yang dihasilkan daripada pembelahan nuklear. Ia adalah apabila atom dipecahkan, mengeluarkan sejumlah besar tenaga dalam bentuk haba.

Uranium 235 digunakan sebagai bahan bakar kerana ia pecah dengan mudah apabila ia bertembung dengan neutron. Setelah itu berlaku, neutron dari uranium itu sendiri mula bertembung dengan atom-atom lain. Ini memulakan tindak balas rantai. Sebab itulah bom nuklear sangat kuat.

Dalam penjana nuklear, tindak balas rantai dikawal oleh rod khusus yang menyerap neutron berlebihan tanpa bahaya. Batang kawalan ini diletakkan di sebelah batang bahan bakar, yang mengandungi pelet bahan api uranium.Lebih 200 batang ini dikumpulkan ke dalam apa yang dikenali sebagai perhimpunan bahan api. Apabila jurutera mahu melambatkan proses, mereka lebih rendah rod kawalan ke dalam pemasangan. Apabila mereka mahu lebih banyak haba, mereka menaikkan batang. (Sumber: "Bagaimana Tumbuhan Nuklear Bekerja?" Duke Energy.)

Amerika Syarikat mempunyai dua jenis loji kuasa nuklear. Terdapat 65 reaktor air bertekanan dan 34 reaktor air mendidih.

Mereka berbeza bagaimana haba dipindahkan dari reaktor kepada penjana.

Reaktor air bertekanan menggunakan tekanan tinggi untuk memastikan air dalam reaktor dari mendidih. Ini membolehkan ia menjadi panas kepada tahap super tinggi. Haba kemudiannya dipindahkan melalui paip ke bekas air yang berasingan di penjana. Ia mewujudkan stim yang mendorong turbin elektrik. Air dari reaktor kemudian kembali ke reheated. Wap dari turbin disejukkan dalam kondensor. Air yang terhasil dihantar kembali ke penjana stim. Berikut adalah versi animasi reaktor air bertekanan.

Reaktor air mendidih di sisi lain, gunakan air mendidih untuk terus mencipta stim untuk memacu penjana. Berikut adalah versi animasi reaktor air mendidih.

Yang paling penting ialah keseluruhan proses berlaku dalam persekitaran yang terkandung untuk melindungi dunia luar dari sebarang pencemaran.

Tumbuhan kuasa dapat disejukkan dan bahkan berhenti dengan cepat. (Source: "Bagaimana Kerja Tenaga Nuklear?", UNAE.)

Kelebihan

Tumbuhan tenaga nuklear tidak memancarkan sebarang gas rumah hijau, tidak seperti arang batu dan gas asli.

Mereka mencipta 0. 5 pekerjaan untuk setiap jam megawatt (mWh) elektrik dihasilkan. Ini berbanding dengan 0. 19 pekerjaan dalam batubara, 0. 05 pekerjaan di loji gas dan 0. 05 dalam kuasa angin. Satu-satunya sumber kuasa lain yang mencipta lebih banyak pekerjaan / mWh ialah fotovoltaik solar, pada 1. 06 pekerjaan / mWh. (Sumber: "Manfaat Ekonomi Tenaga Nuklear," Institut Tenaga Nuklear, April 2014. )

Selama beberapa dekad, tenaga nuklear mempunyai kos operasi paling murah. Pada 1. 87 sen / kWh (angka 2008), ia adalah 68 peratus daripada kos arang batu. Dan sehingga baru-baru ini, ia hanya 25 peratus daripada kos gas asli.

Kebimbangan mengenai pemanasan global menghalang pembinaan baru loji kuasa arang batu. Akibatnya, dari tahun 1992 hingga 2005, kira-kira 270, 000 megawatt daripada tenaga janakuasa baru yang dibakar gas telah dibina. Pada masa itu, tumbuhan itu seolah-olah mempunyai risiko pelaburan yang paling rendah. Akibatnya, hanya 14, 000 MWe baru kapasiti nuklear dan arang batu datang dalam talian. Ia membantu menaikkan harga gas asli, memaksa pengguna perindustrian besar di luar pesisir dan menolak kos elektrik yang dipecat gas ke arah 10 sen / kWh.

Kekurangan

Terdapat dua kelemahan besar untuk kuasa nuklear, berkat sifat radioaktif sumber bahan api.

1. Kemalangan di kilang boleh membebaskan bahan radioaktif ke alam sekitar sebagai plum (pembentukan seperti awan) gas dan zarah radioaktif. Zarah-zarah ini kemudian dihirup atau ditelan oleh orang dan haiwan atau disimpan di atas tanah.Zarah terdiri daripada atom yang tidak stabil yang melepaskan tenaga yang berlebihan, yang dinamakan radiasi, sehingga menjadi stabil. Dalam dos yang rendah, radiasi tidak berbahaya. Selepas kemerosotan nuklear, dos yang besar memusnahkan sel hidup dan boleh menyebabkan mutasi, penyakit dan kematian.

Impak potensi kemerosotan nuklear boleh menjadi bencana, seperti yang dilihat di Chernobyl dan Fukushima, walaupun peluang kejadian seperti itu jarang terjadi. Satu-satunya bencana nuklear U. adalah di Pulau Tiga Mile pada tahun 1979 apabila batang bahan api radioaktif sebahagiannya cair. Hanya sebilangan kecil gas radioaktif yang dikeluarkan. Tiada kesan kesihatan yang boleh diukur. Walau bagaimanapun, tiada loji janakuasa nuklear baru dibina selama 30 tahun.

Hampir tiga juta rakyat Amerika tinggal dalam 10 batu dari sebuah loji operasi. Mereka mendedahkan pendedahan radiasi langsung sekiranya berlaku kemalangan. Jika anda adalah salah seorang daripada mereka, inilah caranya untuk membuat kemalangan.

2. Pelupusan sisa nuklear adalah kelemahan besar. Sisa peringkat rendah datang dari hubungan dengan bahan api nuklear dalam operasi sehari-hari. Ia dilupuskan di tempat atau dihantar ke kemudahan sisa peringkat rendah di salah satu daripada 37 negeri. (Sumber: "Limbah Tahap Rendah," Suruhanjaya Pengawalseliaan Nuklear U. S)

Sisa peringkat tinggi terdiri daripada bahan bakar yang dibelanjakan. Ia mengambil beratus-ratus ribu tahun untuk menyahaktifkan. Pada masa ini, 70, 000 tan bahan api ini disimpan di loji janakuasa sendiri. (Sumber: "Faff and Fallout," The Economist, 29 Ogos 2015).

Dalam Akta Dasar Sisa Nuklear 1982, Kongres memberitahu Suruhanjaya Pengawalan Nuklear Amerika Syarikat untuk merekabentuk, membina, mengendalikan dan pada penghujungnya repositori geologi untuk pelupusan sampah peringkat tinggi di Yucca Mountain, Nevada.

Pegawai tempatan tidak mahu bahaya di negeri mereka. Mereka menangguhkan perkembangannya sehingga 2013 apabila NRC memenangi kesnya di U. S. Court of Rampas. Pada tahun 2015, NRC telah menyelesaikan penilaian keselamatan dan mula bekerja pada Penyataan Impak Alam Sekitar. (Sumber: "Pelupusan Sisa Pepejal Tinggi," Suruhanjaya Pengawalan Nuklear AS.)

Masa Depan Daya Nuklear AS

Permintaan elektrik tahunan AS dijangka meningkat 28 peratus menjelang 2040. Dengan kenaikan harga minyak dan gas dan keprihatinan mengenai pemanasan global, kuasa nuklear telah mula kelihatan menarik sekali lagi. Pada akhir 1990-an, kuasa nuklear dilihat sebagai satu cara untuk mengurangkan kebergantungan terhadap minyak dan gas yang diimport. Perubahan dasar ini membuka jalan bagi peningkatan ketara dalam kapasiti nuklear.

Akta Polisi Tenaga 2005 memberikan insentif kewangan untuk pembinaan loji kuasa nuklear maju. Terdapat juga tiga inisiatif pengawalseliaan yang meredakan jalan:

• Proses pensijilan reka bentuk yang diperkemas.
• Peruntukan untuk permulaan laman web awal.
• Menggabungkan proses pembinaan dan operasi lesen.

Sejak tahun 2007, syarikat telah memohon 24 lesen untuk reaktor nuklear baru. Terdapat empat loji baru dalam pembinaan. Westinghouse sedang membina dua di Georgia dan dua di South Carolina.(Source: "Westinghouse Buys CB & I Nuclear Unit," The Wall Street Journal, 29 Oktober 2015)

Sebaliknya, fracking minyak syal domestik dan gas asli telah menjadikan gas alternatif yang mampu dimodifikasi untuk memodenkan loji kuasa nuklear lama. Akibatnya, empat tumbuhan telah ditutup dalam tempoh dua tahun yang lalu. Memelihara loji janakuasa nuklear lama menjalankan kos lebih daripada membina loji baru gas. Ia lebih mahal daripada membaik pulih loji janakuasa arang batu lama ke gas asli.

Oleh itu, masa depan kuasa nuklear yang berkembang di Amerika bergantung kepada harga gas asli. Jika mereka bangkit semula dan kekal tinggi, mengharapkan perhatian untuk kembali kepada penjanaan kuasa nuklear. (Source: "Reactor lain menutup, memantulkan realiti baru untuk U. S. Kuasa nuklear," National Geographic, 1 Januari 2015.)