kjernekraftverk

Utviklingen av dagens kjernekraftverk er basert på oppdagelsen av indusert fisjon, som ble gjort av de to tyske kjemikerne Otto Hahn og Fritz Strassmann i 1939. Det dannet grunnlaget for senere utnyttelse av kjernefysisk energi, i første omgang til fremstilling av kjernevåpen under andre verdenskrig. Straks etter krigen ble denne teknologien utviklet i retning av fredelig utnyttelse av kjerneenergi i USA og en rekke andre land.

I de første årene ble kjernekraftverk først og fremst bygd og tatt i bruk i de store atommaktene som USA, Sovjetunionen og Storbritannia. Verdens første kjernekraftverk for produksjon av elektrisk energi ble bygd ved forskningsinstituttet IPPE i den russiske byen Obninsk i 1954. Calder Hall i Storbritannia blir regnet som verdens første kommersielle kjernekraftverk for levering av kraft til det offentlige forsyningsnettet. Det kom i drift i 1956–1958 med fire aggregater, hvert på 50 megawatt (MWₑ) ytelse. Et kraftverk av samme type, Chapelcross (også i 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.

Sitt kommersielle gjennombrudd på verdensmarkedet fikk kjernekraften i 1960-årene, og etter oljekrisen i 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.

• Les mer om det teoretiske grunnlag for kjernekraft i artiklene om kjerneenergi og kjernefysikk.

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.

• Les mer om kjernereaktor.

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 deretter tilbake til reaktortanken.

• Les mer om kjernereaktorer, lettvannsreaktor, tungtvannsreaktor, grafittmoderert reaktor og formeringsreaktor.

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. Dette gjelder i særlig grad USA og Europa. I Asia er bildet noe annerledes. Kostnadene for nye anlegg bygd for eksempel i Kina og Sør-Korea har holdt seg stabile.

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 kjernekraftverk på Kolahalvøya 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 Kolahalvøya. 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 utviklingen skal gjøre det mulig å utnytte nye fornybare energikilder også i stor skala, anses likevel kjernekraft mange steder å være den energikilden 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).

• Les mer om kjernekraftsikkerhet og Direktoratet for strålevern og atomsikkerhet.

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.

• Les mer om kjernekraftulykker, Dounreay, Windscale-ulykken, Three Mile Island, Tsjernobyl-ulykken og Fukushima.

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.

• Les mer om nedlegging av kjernekraftverk.

¹⁾ Produksjonsdata for seks reaktorer. ²⁾ Produksjonsdata for fem reaktorer

• kjerneenergi
• kjernekraft
• kjernekraft i verden

• Kunnskapsfilm.no: atomkraft (film rettet mot skoleverket)
• World Nuclear Association