พลังงานนิวเคลียร์: ทำงานอย่างไร, ข้อดี, ข้อเสีย, ผลกระทบ

สหรัฐอเมริกาเป็นประเทศผู้ผลิตพลังงานนิวเคลียร์รายใหญ่ที่สุดในโลก ในปีพ. ศ. 2516 บริษัท ผลิตไฟฟ้าได้ 805 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง (kWh) นั่นคือมากกว่า 30 เปอร์เซ็นต์ของกำลังการผลิตไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ที่ผลิตได้ทั่วโลก 2. 4 ล้านล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง ฝรั่งเศสเป็นประเทศผู้ผลิตรายใหญ่เป็นอันดับสอง (418 พันล้านกิโลวัตต์ต่อชั่วโมง) รองลงมาคือรัสเซีย (169 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง) เกาหลีใต้ (149 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง) จีน (123.8 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง) และแคนาดา 98 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง .

(ตัวเลขที่ไม่ใช่ของสหรัฐฯนับจากปี 2014 ตัวเลขล่าสุดไม่สามารถใช้งานได้)

ความเป็นผู้นำของ United States มาจากบทบาทในประวัติศาสตร์ของผู้บุกเบิกการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แรงดันสูงเชิงพาณิชย์แห่งแรกในเมือง Yankee Rowe เริ่มดำเนินการในปีพ. ศ. 2503 และดำเนินการมาจนถึงปีพ. ศ. 2535 (ที่มา: "Nuclear Power in the USA" World Nuclear Association, April 2017)

สถานีพลังงานนิวเคลียร์

มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ 99 โรงปฏิบัติการดำเนินกิจการใน 30 รัฐ ส่วนใหญ่ตั้งอยู่ทางตะวันออกของแม่น้ำมิสซิสซิปปี (ดูแผนที่) พวกเขาสร้างรายได้ประมาณ 40 ถึง 50 พันล้านดอลลาร์ในการขายไฟฟ้าและสร้างงานกว่า 100 000 งาน ทุกๆดอลล่าร์ที่ใช้โดยเครื่องปฏิกรณ์เฉลี่ยสร้างได้ 1 เหรียญ 87 ในเศรษฐกิจสหรัฐฯ (ที่มา: "ประโยชน์ด้านพลังงานนิวเคลียร์" สถาบันพลังงานนิวเคลียร์เมษายน 2014)

U S. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์สร้าง 19 7 เปอร์เซ็นต์ของ 4. 079 ล้านล้านกิโลวัตต์ต่อชั่วโมงของการผลิตไฟฟ้าโดยรวมของ U. S. ในปีพ. ศ. 2560 เป็นอันดับสองรองจากถ่านหิน (30 เปอร์เซ็นต์) และก๊าซธรรมชาติ (34 เปอร์เซ็นต์)

สูงกว่าโรงไฟฟ้าพลังน้ำ (6. 5 เปอร์เซ็นต์) และแหล่งพลังงานทางเลือกอื่น ๆ เช่นพลังงานลม (8. 4 เปอร์เซ็นต์)

นอกจากนี้ยังมีเครื่องปฏิกรณ์ทดลอง 36 ชุดที่มหาวิทยาลัยวิจัย (ดูแผนที่) พวกเขาถูกนำมาใช้เพื่อสร้างรังสีปริมาณน้อยสำหรับการทดลอง นี่คือที่ที่นักวิทยาศาสตร์ศึกษานิวตรอนและอนุภาคในอนุภาคอื่นตรวจสอบชิ้นส่วนยานยนต์และทางการแพทย์และเรียนรู้วิธีการรักษามะเร็งให้ดีขึ้น

(ที่มา: "Backgrounder on Research and Test Reactors," NRC, August 18, 2011)

พลังนิวเคลียร์ทำงานอย่างไร?

โรงไฟฟ้าทุกแห่งผลิตน้ำร้อนเพื่อผลิตไอน้ำซึ่งจะเปลี่ยนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้า ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไอน้ำนั้นเกิดจากความร้อนที่เกิดจากการแยกตัวของนิวเคลียร์ เมื่ออะตอมถูกแยกออกปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลในรูปของความร้อน

Uranium 235 ใช้เป็นเชื้อเพลิงเพราะมันแตกออกได้ง่ายเมื่อชนกับนิวตรอน เมื่อเกิดเหตุการณ์ขึ้นแล้วนิวตรอนจากยูเรเนียมเริ่มปะทะกับอะตอมอื่น ๆ นี่เป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ นั่นเป็นเหตุผลที่ระเบิดนิวเคลียร์มีพลังมาก

ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้านิวเคลียร์ปฏิกิริยาลูกโซ่จะถูกควบคุมโดยแท่งพิเศษที่ดูดซับนิวตรอนส่วนเกินได้โดยไม่เป็นอันตราย แท่งควบคุมเหล่านี้จะอยู่ติดกับแท่งเชื้อเพลิงซึ่งมีเม็ดเชื้อเพลิงยูเรเนียมกว่า 200 ของแท่งเหล่านี้ถูกจัดกลุ่มเป็นสิ่งที่เรียกว่าการรวมตัวของเชื้อเพลิง เมื่อวิศวกรต้องการลดขั้นตอนลงให้ลดท่อนควบคุมลงในชุดประกอบ เมื่อพวกเขาต้องการความร้อนมากขึ้นพวกเขายกแท่ง (ที่มา: "โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทำงานได้อย่างไร?" Duke Energy)

สหรัฐอเมริกามีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์สองประเภท มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แรงดันสูง 65 เครื่องและเครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำเดือด 34 เครื่อง

พวกเขามีความแตกต่างในการถ่ายโอนความร้อนจากเครื่องปฏิกรณ์ไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

เครื่องทำน้ำแรงดันสูงใช้แรงดันสูงเพื่อให้น้ำในเครื่องปฏิกรณ์ไม่ให้เดือด นี้ช่วยให้ความร้อนสูงถึงระดับสูง ความร้อนถูกถ่ายเทผ่านท่อไปยังภาชนะที่แยกจากกันของน้ำในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จะสร้างไอน้ำที่ขับเคลื่อนกังหันไฟฟ้า น้ำจากเครื่องปฏิกรณ์จะกลับมาอุ่นอีกครั้ง ไอน้ำจากกังหันถูกระบายความร้อนด้วยคอนเดนเซอร์ น้ำที่เกิดจะถูกส่งกลับไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไอน้ำ นี่เป็นเครื่องทำน้ำอุ่นแบบแอคทีฟ

เครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือดใช้น้ำเดือดเพื่อสร้างไอน้ำโดยตรงเพื่อขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า นี่เป็นเครื่องทำน้ำอุ่นที่มีชีวิตชีวา

สิ่งที่สำคัญที่สุดคือกระบวนการทั้งหมดเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่มีอยู่เพื่อป้องกันโลกภายนอกจากการปนเปื้อนใด ๆ

โรงไฟฟ้าสามารถระบายความร้อนลงและหยุดได้อย่างรวดเร็ว โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไม่ปล่อยก๊าซเรือนกระจกใด ๆ ซึ่งแตกต่างจากถ่านหินและก๊าซธรรมชาติ

พวกเขาสร้าง 0. 5 งานสำหรับทุกเมกะวัตต์ชั่วโมง (mWh) ของการผลิตไฟฟ้า นี่คือเมื่อเทียบกับ 0. 19 งานในถ่านหิน, 0 05 งานในโรงไฟฟ้าก๊าซและ 0 05 ในพลังงานลม เฉพาะแหล่งพลังงานอื่นที่สร้างงานมากขึ้น / mWh คือแผงโซลาร์เซลล์แสงอาทิตย์ที่ 1. งาน 06 / mWh สถาบันพลังงานนิวเคลียร์เมษายน 2014

)

สำหรับทศวรรษที่ผ่านมาพลังงานนิวเคลียร์มีต้นทุนการดำเนินงานที่ถูกที่สุด ที่ 1. 87 เซ็นต์ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง (2008 ตัวเลข) คิดเป็น 68 เปอร์เซ็นต์ของต้นทุนถ่านหิน และจนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้เป็นเพียง 25 เปอร์เซ็นต์ของต้นทุนของก๊าซธรรมชาติ

ความกลัวเกี่ยวกับภาวะโลกร้อนยับยั้งการก่อสร้างโรงไฟฟ้าถ่านหินใหม่ ดังนั้นในช่วงปี พ.ศ. 2535-2548 จึงมีการสร้างโรงไฟฟ้าก๊าซธรรมชาติจำนวน 270 พันล้านเมกะวัตต์ขึ้น ในขณะที่โรงงานเหล่านั้นดูเหมือนจะมีความเสี่ยงในการลงทุนต่ำที่สุด ส่งผลให้มีกำลังการผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และถ่านหินเพียง 14,000 เมกกะวัตต์เท่านั้น ช่วยผลักดันให้ราคาก๊าซธรรมชาติปรับตัวสูงขึ้นทำให้ผู้ใช้อุตสาหกรรมรายใหญ่ ๆ นอกชายฝั่งและผลักดันค่าใช้จ่ายด้านพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ก๊าซธรรมชาติให้อยู่ที่ 10 เซ็นต์ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง ข้อเสีย

มีข้อเสียอย่างมากสองข้อต่อพลังงานนิวเคลียร์เนื่องจากมีกัมมันตภาพรังสีจากแหล่งเชื้อเพลิง

1

อุบัติเหตุที่โรงงาน

สามารถปล่อยสารกัมมันตภาพรังสีออกสู่สิ่งแวดล้อมได้เช่นเดียวกับการเกิดกัมมันตภาพรังสีและอนุภาคของอนุภาค อนุภาคเหล่านี้จะถูกสูดดมเข้าไปหรือกินเข้าไปในร่างกายโดยคนหรือสัตว์หรือวางบนพื้นอนุภาคประกอบด้วยอะตอมที่ไม่เสถียรซึ่งให้พลังงานส่วนเกินเรียกว่ารังสีจนกว่าจะมีเสถียรภาพ ในปริมาณที่น้อยรังสีจะไม่เป็นอันตราย หลังจากการล่มสลายของนิวเคลียร์แม้ว่าขนาดใหญ่จะทำลายเซลล์ที่มีชีวิตและอาจทำให้เกิดการกลายพันธุ์การเจ็บป่วยและความตายได้

ผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นจากการล่มสลายของนิวเคลียร์อาจเป็นภัยพิบัติตามที่เห็นในเชอร์โนปิลและฟูกูชิม่าถึงแม้ว่าโอกาสเกิดเหตุการณ์เช่นนั้นเกิดขึ้นได้ยากก็ตาม ภัยพิบัติทางนิวเคลียร์ของ U. S. ที่เกาะ Three Mile เมื่อปีพ. ศ. 2522 เมื่อแท่งเชื้อเพลิงเชื้อเพลิงกัมมันตภาพรังสีหลอมละลาย มีการปล่อยก๊าซกัมมันตภาพรังสีเพียงเล็กน้อย ไม่มีผลต่อสุขภาพที่สามารถวัดได้ อย่างไรก็ตามไม่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งใหม่ที่สร้างขึ้นมา 30 ปี เกือบ 3 ล้านคนอเมริกันอาศัยอยู่ภายใน 10 ไมล์จากโรงงานปฏิบัติการ พวกเขาเสี่ยงต่อการได้รับรังสีโดยตรงในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุ หากคุณเป็นหนึ่งในคนเหล่านี้ต่อไปนี้เป็นวิธีเตรียมตัวให้พร้อมสำหรับการเกิดอุบัติเหตุ 2

การกำจัดขยะนิวเคลียร์

เป็นข้อเสียอย่างมาก ขยะระดับต่ำมาจากการสัมผัสกับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในการดำเนินงานประจำวัน จะถูกกำจัดในสถานที่หรือถูกส่งไปยังสถานที่กำจัดขยะระดับต่ำใน 37 รัฐ (ที่มา: "ขยะระดับต่ำ" U. S Nuclear Regulatory Commission.)

ขยะที่มีระดับสูงประกอบด้วยเชื้อเพลิงใช้แล้ว ต้องใช้เวลาหลายร้อยหลายพันปีเพื่อยกเลิกการใช้งาน ในขณะนี้ 70,000 ตันของน้ำมันเชื้อเพลิงนี้จะถูกเก็บไว้ที่โรงไฟฟ้าด้วยตัวเอง ในพระราชบัญญัตินโยบายกากนิวเคลียร์แห่งปีพ. ศ. 2525 สภาคองเกรสบอกกับคณะกรรมการกำกับดูแลด้านพลังงานนิวเคลียร์แห่งสหรัฐอเมริกาว่าจะออกแบบก่อสร้างสร้างและดำเนินการและยกเลิกการปลดออกถาวร พื้นที่เก็บข้อมูลทางธรณีวิทยาสำหรับการกำจัดขยะระดับสูงใน Yucca Mountain, Nevada เจ้าหน้าที่ท้องถิ่นไม่ต้องการความเสี่ยงในรัฐของตน พวกเขาชะลอการพัฒนาไปจนถึงปี 2013 เมื่อ NRC ชนะคดีในศาลอุทธรณ์ของ U. S. ในปี 2015 อาร์ซีซีเสร็จสิ้นการประเมินด้านความปลอดภัยและได้เริ่มรายงานผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อม ความต้องการไฟฟ้าของสหรัฐในปีพ. ศ. 2583 จะเพิ่มขึ้น 28 เปอร์เซ็นต์เมื่อราคาน้ำมันและก๊าซที่เพิ่มสูงขึ้นและความวิตกกังวล เกี่ยวกับเรื่องภาวะโลกร้อนพลังงานนิวเคลียร์เริ่มกลับมาดูน่าสนใจอีกครั้ง ในปลายทศวรรษที่ 1990 พลังงานนิวเคลียร์ถูกมองว่าเป็นหนทางลดการพึ่งพาน้ำมันและก๊าซที่นำเข้า การเปลี่ยนแปลงนโยบายนี้เป็นการปูทางสำหรับการขยายกำลังการผลิตพลังงานนิวเคลียร์อย่างมีนัยสำคัญ

พระราชบัญญัตินโยบายพลังงานปี 2548 ให้สิ่งจูงใจทางการเงินสำหรับการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขั้นสูง นอกจากนี้ยังมีการริเริ่มด้านกฎระเบียบสามข้อที่ช่วยลดขั้นตอน:

กระบวนการรับรองการออกแบบที่คล่องตัว

บทบัญญัติสำหรับใบอนุญาตต้นน้ำ

การรวมกระบวนการก่อสร้างและใบอนุญาตดำเนินการ

ตั้งแต่ปีพ. ศ. 2550 บริษัท ได้ยื่นขอใบอนุญาตใหม่สำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จำนวน 24 ฉบับ มีโรงงานใหม่ 4 แห่งอยู่ระหว่างการก่อสร้าง เวสติ้งเฮาส์กำลังก่อสร้างตึก 2 แห่งในจอร์เจียและอีก 2 แห่งในเซาท์แคโรไลนา(Westinghouse ซื้อหน่วยนิวเคลียร์ของ CB & I, The Wall Street Journal, October 29, 2015)

ในทางกลับกันการขุดเจาะน้ำมันจากชั้นหินในประเทศและก๊าซธรรมชาติทำให้ก๊าซเป็นทางเลือกที่เหมาะสมในการปรับปรุงโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เก่า เป็นผลให้สี่พืชได้ปิดในช่วงสองปีที่ผ่านมา การรักษาโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เก่าที่ใช้ต้นทุนมากกว่าการสร้างโรงงานผลิตก๊าซธรรมชาติชนิดใหม่ ราคาแพงกว่าการปรับปรุงโรงไฟฟ้าถ่านหินเดิมให้เป็นก๊าซธรรมชาติ

• ดังนั้นอนาคตของการขยายกำลังนิวเคลียร์ในอเมริกาขึ้นอยู่กับราคาก๊าซธรรมชาติ หากพวกเขาลุกขึ้นยืนอีกครั้งและอยู่สูงคาดว่าจะให้ความสนใจกับการกลับสู่ยุคพลังงานนิวเคลียร์ (ที่มา: "เครื่องปฏิกรณ์อื่น ๆ ปิดตัวขึ้นและชี้แจงความเป็นจริงใหม่สำหรับกำลังการผลิตไฟฟ้านิวเคลียร์ของสหรัฐฯ" National Geographic, 1 มกราคม 2015)