Jaderná elektrárna

Schéma nejběžnějšího typu jaderné elektrárny s tlakovodním reaktorem: 1) Reaktorová hala, uzavřená v nepropustném kontejnmentu; 2) Chladicí věž; 3) Tlakovodní reaktor; 4) Řídící tyče; 5) Kompenzátor objemu; 6) Parogenerátor – v něm horká voda pod vysokým tlakem vyrábí páru v sekundárním okruhu; 7) Aktivní zóna; 8) Turbína – vysokotlaký a nízkotlaký stupeň; 9) Elektrický generátor; 10) Transformační stanice; 11) Kondenzátor sekundárního okruhu; 12) Pára; 13) Kondenzát; 14) Přívod vzduchu do chladicí věže; 15) Odvod teplého vzduchu a páry komínovým efektem; 16) Řeka; 17) Chladicí okruh; 18) Primární okruh (voda pouze kapalná pod vysokým tlakem); 19) Sekundární okruh (červeně značena pára, modře voda); 20) Oblaka vzniklá kondenzací vypařené chladicí vody; 21) Pumpa.

Současné jaderné elektrárny využívají jako palivo převážně obohacený uran, což je přírodní uran, v němž byl zvýšen obsah izotopu ²³⁵U z původních zhruba 0,7 % na 2–6 %. Podle odhadů geologů a OECD vydrží známé a předpokládané zásoby uranu nejméně na 270 let.[3][4][5]

Jaderné elektrárny jsou z energetického hlediska vhodné především pro výrobu elektrické energie v režimu základního zatížení (je vhodné, aby vyráběly energii pokud možno nepřetržitě). Regulace výkonu je sice možná, například v případě Jaderné elektrárny Dukovany byla odzkoušena regulace až na 50 % jmenovitého výkonu,[6] je však neekonomická, protože náklady na palivo tvoří jen malou část výrobních nákladů.

České jaderné elektrárny v roce 2022 produkují 1 kWh za 25 haléřů (tj. 250 Kč za 1 MWh),[7] avšak kvůli pravidlům tvorby ceny na německé energetické burze (která upřednostňuje obnovitelné zdroje), dochází k navyšování ceny (v únoru 2022 až 3000 Kč/MWh).[7]

Jaderná elektrárna Calder Hall

První jaderný reaktor Chicago Pile-1 byl spuštěn 2. prosince 1942 na univerzitě v Chicagu. Zasloužil se o to tým italského vědce Enrica Fermiho, který tak rozběhl historicky první řízenou štěpnou (řetězovou) jadernou reakci.

20. prosince 1951 byla na 1. experimentálním reaktoru EBR-1 ve státě Idaho v USA poprvé vyrobena elektřina z jaderné energie – byly rozsvíceny 4 žárovky. Později reaktor dosahoval elektrického výkonu 200 kW.

Úplně první komerční elektrárna s civilním užitím, která dodávala proud do sítě pro domácnosti[8] (výkon 5 MW), byla zprovozněna v Obninsku v SSSR. Připojena do sítě byla poprvé 26. června 1954. Jednalo se o předchůdce reaktorů černobylského typu (RBMK).

Za první západní jadernou elektrárnu je považována elektrárna Calder Hall ve Velké Británii. Ta byla k síti poprvé připojena 27. srpna 1956. Její 4 bloky následně produkovaly elektrický výkon až 4x60 MW. Tato elektrárna současně sloužila i pro vojenské účely (výroba plutonia).

Dalším historickým milníkem je zprovoznění jaderné elektrárny Shippingport v Pennsylvánii ve Spojených státech na konci roku 1957. Lze ji považovat za první jadernou elektrárnu vybudovanou pouze pro mírové účely (tj. bez snahy vyrábět plutonium). Tento experimentální reaktor o elektrickém výkonu 60 MW měl dvojí účel: prototyp pohonů vojenských plavidel a prototyp dnes nejrozšířenějších typů komerčních jaderných elektráren s tlakovodními reaktory (západní typ s označením PWR, ruský typ s označením VVER).

Roku 2019 byla spuštěna plovoucí jaderná elektrárna Akademik Lomonosov.

Aktuální stav ve světě

Jaderná elektrárna Jaslovské Bohunice (Slovensko).

Za rok 2013 vyrobily 2 359 TWh elektřiny, což bylo 10,8 % světové poptávky. (Největší podíl měly v roce 1996, 17,6 %, od té doby podíl jaderné elektřiny klesá).[9] Dalších 67 reaktorů je ve výstavbě, z toho dvě třetiny (43) v Rusku, Indii a Číně. Z těch 67 rozestavěných je 8 reaktorů rozestavěno 20 a více let. U 49 reaktorů je zpožděna výstavba (o několik měsíců až několik let), zbylé jsou rozestavěny teprve do 5 let nebo ještě reálně nezačala výstavba, takže se nedá určit, je-li výstavba opožděná.[9]

K březnu 2019 bylo v provozu 445 jaderných reaktorů v 30 zemích světa.[10] Největší podíl elektřiny z jaderných elektráren se v roce 2016 vyráběl ve Francii (73 %), na Slovensku (54 %), Ukrajině (52 %), Belgii (52 %) a Maďarsku (51 %). Ve Francii je v provozu 99 reaktorů s celkovou kapacitou 63 GWe, absolutně nejvíce elektřiny z jaderných elektráren se vyrobí ve Spojených státech amerických, kde 99 reaktorů v provozu má kapacitu 100 GWe.[11] Před odstavením Ignalinské jaderné elektrárny byl tento podíl největší v Litvě (79,9 % k roku 2003). V Rusku přežívají staré jaderné elektrárny, některé z nich podobného typu jako Černobyl a se zastaralou technologií; k zastavení některých z nich je Rusko tlačeno mezinárodním společenstvím. Díky provozu jaderných elektráren ročně nemusí být vypuštěno 1,8 mld. t CO₂[12]

V Česku jsou v provozu dvě jaderné elektrárny (Temelín a Dukovany) s celkovým výkonem 3760 MW; pokrývají přibližně 35 %[13] celkové spotřeby elektřiny státu.

Část obyvatelstva v některých vyspělých zemích protestuje proti jaderné energetice a tyto protesty nabyly na intenzitě v poslední čtvrtině 20. století, obzvlášť po černobylské havárii. Podstatou protestů jsou zejména poukazy na rizika spojená s provozem jaderných elektráren, s jejich pořizovací cenou a problémy s jaderným odpadem (resp. použitým jaderným palivem) a těžbou paliva.

V některých zemích existují díky soustavnému tlaku odpůrců jaderné energie plány na odklon od jaderného programu. Příkladem může být Rakousko, kde referendum v roce 1978 50,5 % hlasů rozhodlo o tom, že téměř hotová jaderná elektrárna Zwentendorf nebude uvedena do provozu a stát se od jaderné energie odkloní. Místo jaderné byla postavena klasická elektrárna Dürnrohr, která spaluje polské a české uhlí. Velké protesty, zvláště z rakouské strany, provázely a provázejí i dostavbu a provoz české elektrárny Temelín. Německo má na základě energetické politiky z roku 1998 program útlumu jaderné energetiky, na němž se v roce 2000 dohodla vláda s provozovateli jaderných elektráren. Tento program byl sice v roce 2010 z rozhodnutí vládní koalice částečně[14] zrušen a doba provozu jaderných elektráren prodloužena o 8 až 14 let, po tragédii ve Fukušimě se však Německo vrátilo víceméně k původní dohodě. Jaderné elektrárny budou odstavovány postupně tak, jak budou nahrazovány obnovitelnými zdroji.

Proti početným skupinám odpůrců „jaderné energie“ stojí početné skupiny stoupenců [15][16], kteří považují jadernou energetiku za jediné možné řešení hrozící energetické krize a globálního oteplování. Vidí jaderné elektrárny jako jedno z mála ekologicky přijatelných a reálných řešení energetických problémů pro 21. století [17]. Často je zmiňována nutnost co nejrychlejšího vývinu fúzního reaktoru a jaderné elektrárny jsou považovány za jediný přijatelný prostředek, kterým se dá překlenout přechodné období vývoje a zavádění tohoto nového zdroje energie.