Kjerneverk er et kraftverk som produserer elektrisk energi ved hjelp av kjerneenergi. Dagens kjernekraftverk fungerer som et vanlig varmekraftverk, men med den forskjell at varmen som brukes til å drive dampturbinene, utvikles i én eller flere kjernereaktorer. Kombinasjonen av reaktor, turbin og generatorutrustning omtales gjerne som kjernekraftaggregat.
Historikk
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.
- Les mer om det teoretiske grunnlag for kjernekraft i artiklene om kjerneenergi og kjernefysikk.
Kjernekraftens utbredelse
I 2017 var 445 kommersielle kjernereaktorer i drift over hele verden med en samlet ytelse på omlag 395 GWe. Rundt 60 nye reaktorer er under oppføring. Totalt dekker kjernekraften cirka 11 prosent av den globale elektrisitetsproduksjonen. Andelen kjernekraft har de senere årene gått noe ned. I enkelte land er kjernekraftandelen særlig stor, som for eksempel Frankrike (72 prosent), Ukraina (55 prosent), Slovakia (54 prosent), Ungarn (50 prosent) og Belgia (50 prosent).
- Les mer om kjernekraft i verden.
Reaktortyper
Det er utviklet en rekke forskjellige typer av kjernereaktorer som brukes i kjernekraftverkene. Reaktorene klassifiseres etter ulike kriterier som type kjernereaksjon, valg av moderator og kjølemiddel.
Virkningsgraden 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.
De fleste reaktorene som er i drift i dag er såkalte lettvannsreaktorer, som har en utbredelse på nærmere 80 prosent. Teknologien for denne typen ble opprinnelig utviklet i USA. Den bygges enten som kokvannsreaktor (BWR) eller som trykkvannsreaktor (PWR). Disse bruker vanlig vann som moderator og kjølemiddel, men krever anriket uran som brensel.
- Les mer om kjernereaktorer, lettvannsreaktor, tungtvannsreaktor, grafittmoderert reaktor og formeringsreaktor.
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 i USA og Europa. I Asia er bildet noe annerledes. For eksempel har kostnadene for nye anlegg bygd i Sør-Korea holdt seg stabile.
Sikkerhet og miljø
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 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 2005 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. Også Finland ønsker å møte utfordringene med å begrense utslippene av klimagasser gjennom å bygge nye kjernekraftverk. Der kjernekraft utbygges skjer det i henhold til bestemmelser og internasjonale avtaler om sikkerhet og inspeksjon organisert av Det internasjonale atomenergibyrået (IAEA).
- Les mer om kjernekraftsikkerhet.
Ulykker
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.
Normal drift
Under normal drift slippes det ikke ut stoffer fra et kjernekraftverk som påvirker miljøet, verken til luft eller vann. Dermed kan en overgang til kjernekraftproduksjon fra kraftproduksjon basert på fossile brennstoff føre til en reduksjon av utslipp til atmosfæren. Som eksempel kan nevnes at utbygging av kjernekraft i Frankrike fra 1980 til 1992 reduserte landets utslipp av CO2 med 60 prosent, SO2 med 77 prosent, NOx med 60 prosent og støv og partikler med 86 prosent.
Kjølevann som bringes inn i turbinaggregatet varmes opp med 6–8 °C, og der det slippes ut kan det påvirke livet i elver, vann eller hav. Dessuten skjer miljøinngrep ved utvinning av uranbrenselet, og som følge av bygging og fabrikasjon av utstyr til slike stasjoner. Disse ulempene kan sammenlignes med vanlig gruvedrift og anlegg av andre typer kraftstasjoner.
Lagring og resirkulering av brukt brensel
Håndtering av brukt radioaktivt kjernebrensel er et problem som har fått mye oppmerksomhet, ikke minst fordi plutonium kan utvinnes fra det brukte brenselet og komme på avveie og eventuelt brukt til fremstilling av atombomber. Radioaktivt avfall vil også kunne være en alvorlig forurensningskilde og helsefare dersom det ikke lagres på forsvarlig måte. Sluttforvaring av langlivet radioaktivt avfall må skje under forhold som må være stabile og sikre over meget lange tidsrom (opptil hundre tusen år).
Resirkulering av brukt kjernebrensel foregår i spesielle anlegg. Også denne virksomheten har vært mye omdiskutert, blant annet i forbindelse med de tidligere britiske planer om utbygging av et anlegg i Dounreay.
- Les mer om sluttforvaring og opparbeiding.
Kjernekraftmotstand
Særlig fra 1970-årene kom det i mange land til uttrykk stor skepsis mot utbygging og bruk av kjernekraft. Hovedinnvendingen er at kjernekraft innebærer farer for reaktorulykker med spredning av radioaktivt materiale over store områder. Dessuten blir det pekt på det prinsipielt betenkelige i at det radioaktive avfallet som dannes, i stor grad blir overlatt til fremtidige generasjoner å ta vare på. Endelig medfører kjernekraftproduksjon en risiko for illegal omsetning og spredning av plutonium, som kan brukes til fremstilling av atombomber. I tillegg blir det hevdet at kjernekraften kan øke faren for stråleskader og lokal forurensning ved utslipp av store mengder kjølevann.
I flere land har motstanden mot kjernekraft skapt betydelige politiske problemer. Både i Tyskland og Frankrike har det blant annet i 1970-årene vært voldsomme sammenstøt i forbindelse med utbygging av kjernekraftanlegg; både når det gjelder bygging av kraftstasjoner, gjenvinningsanlegg og transport og mellomlagring av radioaktivt avfall. Mest kjent er de store demonstrasjonene som fant sted i Tyskland i perioden 1995–1997, og som ble utløst av transport av radioaktivt avfall til lagringsområdet i Gorleben.
Den folkelige motstanden hadde betydning da innføring av kjernekraft ble avvist i enkelte land (for eksempel Danmark). Etter de alvorlige ulykkene i 1979 og 1986 økte skepsisen til kjernekraft ytterligere. Samtidig er det satt spørsmålstegn ved lønnsomheten til mange kjernekraftanlegg, ikke minst om man tar de politiske kostnadene med i regnestykkene.
Kjernekraften har også skapt konflikt mellom enkelte land. Byggingen av det omstridte Barsebäck-verket i Sverige, bare 20 kilometer fra København, førte til konflikter mellom Sverige og Danmark. Norge har blant annet protestert mot byggingen av Dounreay-anlegget i Skottland, og den dårlige standarden på kjernekraftverkene i Russland, Litauen og Ukraina har skapt bekymring i nabolandene.
Begrensning og avvikling
I flere land ble det gjort forsøk på å innføre kjernekraft som ikke førte frem. Det gjelder blant annet i Danmark, Norge og Irland. Fem land – Polen, Italia, Østerrike, Sveits og Sverige – har hatt folkeavstemninger der utfallet var nei til utbygging og/eller stans i utbyggingen av kjernekraft. I Polen og Østerrike stanset man byggingen av igangsatte verk, Italia stengte sine to verk, og i Sveits ble all nybygging stanset. I Sverige ble det ved folkeavstemningen 1980 vedtatt en nedleggingsperiode på 15 år fra 1995. Som et første skritt vedtok Riksdagen 1997 å stenge den ene av Barsebäck-reaktorene i 1998 og den andre innen 2001. Den første ble stengt i 1999 og den andre i 2005. Tyskland har i 2011 vedtatt avvikling av all kjernekraft innen 2022.
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.
- Les mer om nedlegging av kjernekraftverk.
Verdens største kjernekraftverk (2018)
| Kjernekraftverk (antall reaktorer) | Land | Ytelse [MWe] | Prod 2017 [TWh] |
|---|---|---|---|
| Kashiwazaki-Kariwa (7) | Japan | 7965 | 0 |
| Bruce (8) | Canada | 6258 | 42,024 |
| 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 |
| Yangjiang (5) | Kina | 5000 | 30,351 |
| 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
- Kunnskapsfilm.no: atomkraft (film rettet mot skoleverket)
- Institutt for energiteknikk: kjernekraftverk
- World Nuclear Association