Potere nucleare: come funziona, pro, contro, impatto

Gli Stati Uniti sono il più grande produttore mondiale di energia nucleare. Nel 2016, ha generato 805 miliardi di chilowattora (kWh) di elettricità. Questo è più del 30 per cento del 2. 4 trilioni di kWh di energia nucleare prodotta in tutto il mondo. La Francia è il secondo produttore più grande (418 miliardi di kWh), seguiti dalla Russia (169,1 miliardi di kWh), dalla Corea del Sud (149,2 miliardi di kWh), dalla Cina (123,8 miliardi di kWh) e dal Canada (98,6 miliardi di kWh) .

(Le cifre non-U sono dal 2014. Le cifre più recenti non sono disponibili.)

La leadership del United States è venuta dal suo ruolo storico come pioniere dello sviluppo del nucleare. Il primo reattore commerciale a pressione pressurizzata, Yankee Rowe, è stato avviato nel 1960 e funzionato fino al 1992. (Fonte: "Potere nucleare negli Stati Uniti", Associazione mondiale nucleare, aprile 2017)

Centrali nucleari

Ci sono 99 centrali nucleari operanti in trenta stati. La maggior parte sono situate a est del fiume Mississippi (vedi mappa). Genera circa 40 - 50 miliardi di dollari ciascuno nelle vendite di energia elettrica e crea oltre 100.000 posti di lavoro. Ogni dollaro speso dal reattore medio genera $ 1. 87 nell'economia U. S. (Fonte: "Benefici economici dell'energia nucleare", Nuclear Energy Institute, aprile 2014)

U. Le centrali nucleari S. hanno generato 19.7 per cento del 4. 079 trilioni di kWh della produzione di elettricità totale U. S. nel 2016. Fu secondo al carbone (30 per cento) e al gas naturale (34 per cento).

È maggiore della idroelettricità (6,5 percento) e di altre fonti alternative tra cui l'energia eolica (8,4 percento).

Ci sono anche 36 reattori di prova presso le università di ricerca (vedi mappa). Sono usati per creare piccole quantità di radiazioni per esperimenti. Questo è dove gli scienziati studiano neutroni e altre particelle subatomiche, esaminano le componenti automobilistiche e mediche e imparano come trattare meglio il cancro.

(Fonte: "Backgrounder su ricerca e reattori di prova", NRC, 18 agosto 2011.)

Come funziona il nucleare?

Tutte le centrali elettriche producono acqua calda per produrre vapore, che genera un generatore per generare elettricità. Nelle centrali nucleari, quel vapore è fatto dal calore generato dalla fissione nucleare. È quando un atomo si divide, liberando enormi quantità di energia sotto forma di calore.

L'uranio 235 viene usato come combustibile perché si rompe facilmente quando collide con un neutrone. Una volta che accade, i neutroni dall'uranio iniziano a collidere con i suoi altri atomi. Questo inizia una reazione a catena. Ecco perché le bombe nucleari sono così potenti.

In un generatore nucleare, la reazione a catena è controllata da aste speciali che assorbono neutroni in eccesso in modo innocuo. Queste aste di regolazione sono disposte accanto alle aste di combustibile, che contengono pellets di combustibile di uranio.Oltre 200 di queste aste sono raggruppati in quello che è conosciuto come un gruppo combustibile. Quando gli ingegneri vogliono rallentare il processo, abbassano più barre di controllo nell'assemblea. Quando vogliono più calore, alzano le aste. (Fonte: "Come funzionano le piante nucleari?" Duke Energy.)

Gli Stati Uniti dispongono di due tipi di centrali nucleari. Ci sono 65 reattori ad acqua pressurizzata e 34 reattori ad acqua bollente.

Diverso in quanto il calore viene trasferito dal reattore al generatore.

I reattori ad acqua pressurizzati usano un'alta pressione per mantenere l'acqua nel reattore in ebollizione. Ciò consente di riscaldarsi a livelli super-alti. Il calore viene poi trasferito attraverso i tubi in un contenitore separato di acqua nel generatore. Crea il vapore che guida la turbina di elettricità. L'acqua dal reattore torna per essere riscaldata. Il vapore della turbina viene raffreddato in un condensatore. L'acqua risultante viene inviata al generatore di vapore. Ecco una versione animata di un reattore ad acqua pressurizzato.

I reattori di acqua bollente, dall'altra, usano acqua bollente per creare direttamente il vapore per guidare il generatore. Ecco una versione animata del reattore di acqua bollente.

La cosa più importante è che l'intero processo avviene in un ambiente contenuto per proteggere il mondo esterno da qualsiasi contaminazione.

Le centrali elettriche possono essere raffreddate e persino fermate rapidamente. (Fonte: "Come funziona l'energia nucleare?", UNAE.)

Vantaggi

Le centrali nucleari non emettono gas di effetto serra, a differenza del carbone e del gas naturale.

creano 0. 5 posti di lavoro per ogni ora di megawatt (mWh) dell'elettricità prodotta. Ciò è in confronto a 0,40 posti di lavoro in carbone, 0,05 posti di lavoro in impianti a gas e 0,05 in energia eolica. L'unica altra fonte di energia che crea più posti di lavoro / mWh è fotovoltaico solare, a 1. 06 posti di lavoro / mWh. (Fonte: "Benefici economici dell'energia nucleare", Istituto per l'energia nucleare, aprile 2014. )

Per decenni il potere nucleare ha avuto i costi operativi più economici. A 1. 87 cent / kWh (cifre 2008), è il 68 per cento del costo del carbone. E fino a poco tempo fa, era solo il 25% del costo del gas naturale.

Le paure sul riscaldamento globale hanno inibito la nuova costruzione di centrali elettriche a carbone. Di conseguenza, dal 1992 al 2005, sono stati costruiti circa 270.000 megawatt di energie di nuove centrali a gas. All'epoca queste piante sembravano avere il minimo rischio di investimento. Di conseguenza, solo 14.000 MWe di nuova capacità nucleare e carbone sono entrati online. Ha contribuito ad aumentare i prezzi del gas naturale, costringendo grandi aziende industriali all'esterno e spingendo i costi di energia elettrica a gas verso 10 centesimi / kWh.

Svantaggi

Ci sono due enormi svantaggi per l'energia nucleare, grazie alla natura radioattiva della sua fonte di combustibile.

1. Un incidente all'impianto potrebbe rilasciare materiale radioattivo nell'ambiente come un plume (formazione simile a nuvole) di gas e particelle radioattive. Queste particelle vengono quindi inalate o ingerite da persone e animali o depositate a terra.Le particelle sono composte da atomi instabili che emettono energia eccessiva, chiamata radiazione, fino a diventare stabili. In basse dosi, le radiazioni sono innocue. Tuttavia, dopo una fusione nucleare, le grandi dosi distruggono le cellule viventi e possono causare mutazioni, malattie e morte.

L'impatto potenziale di una fusione nucleare può essere catastrofico, come si è visto a Chernobyl e Fukushima, anche se le probabilità di un tale incidente sono rare. L'unico incidente nucleare U. S. era nel 1979 a Three Mile Island, quando le barre di combustibile radioattive parzialmente si sciolsero. Solo una piccola quantità di gas radioattivo è stata liberata. Non esiste alcun effetto sanitario misurabile. Nondimeno, nessuna nuova centrale nucleare è stata costruita per 30 anni.

Quasi tre milioni di americani vivono entro 10 miglia da un impianto operativo. Essi rischiano l'esposizione diretta di radiazioni in caso di incidente. Se sei una di quelle persone, ecco come prepararsi per un incidente.

2. Lo smaltimento dei rifiuti nucleari è un enorme svantaggio. I rifiuti a basso livello vengono dal contatto con il combustibile nucleare nelle operazioni quotidiane. È smaltito in loco o viene inviato ad un impianto di scarico a basso livello in uno dei 37 stati. (Fonte: "Rifiuti a basso livello", Commissione per la regolamentazione nucleare U. S)

I rifiuti ad alto livello sono costituiti da combustibile esaurito. Ci vogliono centinaia di migliaia di anni per disattivare. Al momento, 70.000 tonnellate di questo combustibile vengono immagazzinate presso le centrali elettriche stesse. Nel Decreto legislativo sul nucleare del 1982, il Congresso ha dichiarato alla Commissione statunitense di regolamentazione nucleare di progettare, costruire, operare e alla fine disattivare un mandato permanente repository geologico per lo smaltimento di rifiuti di alto livello in montagna di Yucca, Nevada.

I funzionari locali non vogliono il pericolo nel loro stato. Ritardarono il loro sviluppo fino al 2013, quando il NRC ha vinto il suo caso presso l'U. Court of Appeals. Nel 2015, il NRC ha completato una valutazione di sicurezza e ha iniziato a lavorare su una dichiarazione di impatto ambientale. (Fonte: "Smaltimento dei rifiuti ad alto livello", Commissione per la regolamentazione nucleare statunitense)

Il futuro della potenza nucleare statunitense

La domanda annua dell'energia elettrica americana dovrebbe aumentare del 28% entro il 2040. Con i prezzi del petrolio e del gas in aumento sul riscaldamento globale, l'energia nucleare ha cominciato a guardare ancora più attraente. Alla fine degli anni '90 il potere nucleare è stato visto come un modo per ridurre la dipendenza dal petrolio e dal gas importati. Questo cambiamento politico ha aperto la strada alla crescita significativa della capacità nucleare.

La legge sulla politica energetica del 2005 ha fornito incentivi finanziari per la costruzione di centrali nucleari avanzate. C'erano anche tre iniziative normative che facilitavano la strada:

Un processo di certificazione del design semplificato.

• La disposizione per i permessi di sito in anticipo.
• La combinazione del processo di licenza di costruzione e gestione.
• Dal 2007 le aziende hanno chiesto 24 licenze per i nuovi reattori nucleari. Ci sono quattro nuovi impianti in costruzione. Westinghouse sta costruendo due in Georgia e due in South Carolina.(Source: "Westinghouse acquista l'unità nucleare di CB & I", The Wall Street Journal, 29 ottobre 2015)

D'altra parte, il taglio dell'olio di scisto nazionale e del gas naturale ha reso il gas un'alternativa conveniente per modernizzare le vecchie centrali nucleari. Di conseguenza, quattro stabilimenti hanno chiuso negli ultimi due anni. Mantenere le vecchie centrali nucleari funzionano più di costruire nuove piante a gas. È ancora più costoso di rinnovare le vecchie centrali a carbone a gas naturale.

Pertanto, il futuro dell'ampliamento di energia nucleare in America dipende dai prezzi del gas naturale. Se si alzano di nuovo e rimangono alti, attendiamo l'attenzione a tornare alla generazione di energia nucleare. (Fonte: "Un altro reattore chiude, punta una nuova realtà per l'energia nucleare dell'U." National Geographic, 1 gennaio 2015)