La energía nuclear ( Energía nuclear ) es una rama de la energía que se dedica a la producción de energía eléctrica y térmica mediante la conversión de la energía nuclear [1] .
Habitualmente, para obtener energía nuclear se utiliza una reacción nuclear en cadena de fisión nuclear de plutonio-239 o uranio-235 [2] . Los núcleos se dividen al chocar contra ellos un neutrón , y se obtienen nuevos neutrones y fragmentos de fisión. Los neutrones de fisión y los fragmentos de fisión tienen una alta energía cinética . Como resultado de colisiones de fragmentos con otros átomos, esta energía cinética se convierte rápidamente en calor .
Aunque en cualquier campo de la energía la fuente primaria es la energía nuclear (por ejemplo: la energía de las reacciones nucleares solares, en las centrales hidroeléctricas, las centrales solares y las centrales eléctricas que funcionan con combustibles fósiles; la energía de la desintegración radiactiva en las centrales geotérmicas ), sólo el uso de reacciones controladas en reactores nucleares se refiere a la energía nuclear .
La energía nuclear se produce en centrales nucleares , se utiliza en rompehielos nucleares , submarinos nucleares ; Rusia está implementando un programa para crear y probar un motor de cohete nuclear , Estados Unidos detuvo el programa para crear un motor nuclear para naves espaciales , además, se intentaron crear un motor nuclear para aviones ( aviones atómicos ) y tanques "atómicos". .
La energía nuclear se basa en el uso de combustible nuclear , la totalidad de los procesos industriales que componen el ciclo del combustible nuclear. Aunque existen varios tipos de ciclos del combustible, dependiendo tanto del tipo de reactor como de las características de la etapa final del ciclo, en general tienen etapas comunes [3] .
Durante la operación, los procesos de mantenimiento eliminan los desechos radiactivos de bajo nivel resultantes. Con el final de la vida útil , el propio reactor se clausura , el desmantelamiento va acompañado de la descontaminación y eliminación de las piezas del reactor [3] .
Un reactor nuclear es un dispositivo diseñado para organizar una reacción en cadena de fisión autosostenida controlada , que siempre va acompañada de la liberación de energía.
El primer reactor nuclear fue construido y puesto en marcha en diciembre de 1942 en los EE.UU. bajo la dirección de E. Fermi . El primer reactor construido fuera de los Estados Unidos fue el ZEEP , lanzado en Canadá el 5 de septiembre de 1945 [4] . En Europa, el primer reactor nuclear fue la instalación F-1 , que se puso en marcha el 25 de diciembre de 1946 en Moscú bajo la dirección de I. V. Kurchatov [5] . Para 1978, ya funcionaban en el mundo un centenar de reactores nucleares de diversos tipos.
Existen diferentes tipos de reactores, las principales diferencias en ellos se deben al combustible utilizado y el refrigerante utilizado para mantener la temperatura deseada del núcleo, y el moderador utilizado para reducir la velocidad de los neutrones que se liberan como consecuencia de la desintegración nuclear. para mantener la velocidad deseada de la reacción en cadena [3] .
La primera reacción en cadena de fisión nuclear se llevó a cabo el 2 de diciembre de 1942 en la Universidad de Chicago utilizando uranio como combustible y grafito como moderador. La primera electricidad a partir de la energía de la fisión nuclear se obtuvo el 20 de diciembre de 1951 en el Laboratorio Nacional de Idaho utilizando el reactor de neutrones rápidos EBR-I (Experimental Breeder Reactor-I). La potencia generada fue de unos 100 kW [6] .
El 9 de mayo de 1954, se logró una reacción nuclear en cadena estable en un reactor nuclear en Obninsk , URSS . El reactor de 5 MW funcionaba con uranio enriquecido con grafito como moderador, y para su refrigeración se utilizaba agua con la composición isotópica habitual. El 26 de junio a las 17:30, la energía generada aquí comenzó a fluir hacia la red eléctrica de consumo de Mosenergo [6] .
En diciembre de 1954, se puso en servicio en los Estados Unidos el primer submarino nuclear Nautilus [6] .
En 1956, la planta de energía nuclear Calder Hall- 1 de cincuenta megavatios comenzó a operar en el Reino Unido . A esto le siguió en 1957 la central nuclear de Shippingport en los EE. UU. - 60 MW [2] [6] y en 1959 la central nuclear de Marcoulle en Francia - 37 MW [6] . En 1958, comenzó a producir electricidad la primera etapa de la segunda central nuclear soviética, la CN de Siberia , con una capacidad de 100 MW, cuya capacidad total de diseño era de 600 MW [2] . En 1959, el primer buque de propulsión nuclear no militar del mundo, el rompehielos Lenin , fue botado en la URSS [6] .
La energía nuclear, como una nueva dirección en la energía, fue reconocida en la Primera Conferencia Científica y Técnica Internacional sobre los Usos Pacíficos de la Energía Atómica, celebrada en Ginebra en agosto de 1955 [2] , que marcó el comienzo de la cooperación internacional en el campo de la energía atómica pacífica . usos de la energía nuclear y debilitó el velo de secreto sobre la investigación nuclear que ha existido desde la Segunda Guerra Mundial [6] .
En la década de 1960, Estados Unidos vio la transición de la energía nuclear a una base comercial. La primera central nuclear comercial fue Yankee Rowe, con una capacidad de 250 MW, que operó desde 1960 hasta 1992. La primera planta de energía nuclear en los Estados Unidos, cuya construcción fue financiada por fuentes privadas, fue la Planta de Energía Nuclear de Dresden [7] .
En la URSS, en 1964, entraron en funcionamiento la central nuclear de Beloyarsk (la primera unidad de 100 MW) y la central nuclear de Novovoronezh (la primera unidad de 240 MW). En 1973, se lanzó la primera unidad de energía de alta potencia (1000 MW) en la central nuclear de Leningrado en la ciudad de Sosnovy Bor . La energía del primer reactor industrial de neutrones rápidos lanzado en Kazajstán en 1972 (150 MW) se utilizó para generar electricidad y desalinizar agua del Mar Caspio [7] .
A principios de la década de 1970, había requisitos previos visibles para el desarrollo de la energía nuclear. La demanda de electricidad creció, los recursos hidroeléctricos de la mayoría de los países desarrollados se utilizaron casi por completo y los precios de los principales tipos de combustible aumentaron en consecuencia. La situación se vio agravada por la imposición de un embargo sobre los suministros de petróleo por parte de los países árabes en 1973-1974. Se suponía que iba a reducir el costo de construir plantas de energía nuclear [3] .
Sin embargo, a principios de la década de 1980 surgieron graves dificultades económicas, cuyas causas fueron la estabilización de la demanda de energía eléctrica, el cese de los precios al alza de los combustibles naturales, el alza de los precios, en lugar de la prevista reducción de costes, de la construcción de nuevas centrales nucleares [3] .
En 2010, la energía nuclear proporcionó el 12,9% de la producción de electricidad y el 5,7% de toda la energía consumida por la humanidad, según la Agencia Internacional de la Energía ( AIE ) [8] . El sector de la energía nuclear es más importante en los países industrializados donde no hay suficientes recursos energéticos naturales : Francia , Ucrania [9] , Bélgica , Finlandia , Suecia , Bulgaria y Suiza . Estos países producen del 20 al 76% (en Francia) de la electricidad en centrales nucleares .
En 2013, la producción mundial de energía nuclear aumentó por primera vez desde 2010 -en comparación con 2012, hubo un aumento del 0,5%- hasta los 6.550 millones de MWh (562,9 millones de toneladas equivalentes de petróleo). El mayor consumo de energía de las centrales nucleares en 2013 fue en los Estados Unidos: 187,9 millones de toneladas de equivalente de petróleo. En Rusia, el consumo ascendió a 39,1 millones de toneladas de equivalente de petróleo, en China - 25 millones de toneladas de equivalente de petróleo, en India - 7,5 millones de toneladas [10] .
Según el informe de la Agencia Internacional de Energía Atómica (OIEA), al 2019 había 449 reactores nucleares en funcionamiento (es decir, que producían energía eléctrica y/o térmica reciclable) en 34 países del mundo [11] ; a mediados de 2019, 54 reactores estaban en construcción [12]
Aproximadamente la mitad de la producción mundial de electricidad en plantas de energía nuclear proviene de dos países: Estados Unidos y Francia. Estados Unidos produce solo 1/8 de su electricidad en plantas de energía nuclear, pero esto representa alrededor del 20% de la producción mundial.
Lituania era el líder absoluto en el uso de la energía nuclear . La única central nuclear de Ignalina ubicada en su territorio generó más energía eléctrica que la que consumió toda la república (por ejemplo, en 2003 se generaron en Lituania 19,2 mil millones de kWh , de los cuales 15,5 fueron generados por la central nuclear de Ignalina [13] ). Al poseer un exceso (y hay otras centrales eléctricas en Lituania), la energía "excedente" se exportaba [14] .
Sin embargo, bajo la presión de la UE (debido a las dudas sobre su seguridad - el INPP utilizó unidades de potencia del mismo tipo que la central nuclear de Chernobyl ), a partir del 1 de enero de 2010, esta central nuclear fue finalmente cerrada (se intentó continuar operando la estación después de 2009, pero no tuvieron éxito
), ahora[ ¿cuándo? ] se está resolviendo la cuestión de construir una central nuclear de tipo moderno en el mismo sitio.
En 2016, en total, las centrales nucleares del mundo generaron 2.477 millones de kWh de energía, lo que supuso el 10,8% de la generación eléctrica mundial.
Los líderes mundiales en la producción de electricidad nuclear para 2017 son [15] :
Aproximadamente la mitad de la generación de energía nuclear del mundo proviene de los Estados Unidos y Francia.
En 2017, las centrales nucleares produjeron 2.503 TWh de electricidad . Los "cinco grandes" países representaron el 70% de toda la generación nuclear en el mundo: Estados Unidos , Francia, China, Rusia y Corea del Sur, en orden descendente. En 2017, la generación de energía nuclear aumentó en trece países, disminuyó en once y se mantuvo sin cambios en siete [26] .
Según la Asociación Nuclear Mundial (World Nuclear Association ), a finales de 2017, la capacidad instalada de 488 reactores nucleares en funcionamiento en el mundo ascendía a 392 GW (lo que supone 2 GW más que en 2016) [27] . En 2017 se han puesto en funcionamiento (conectados a red) 4 nuevos reactores, con una potencia total instalada de 3373 MW (uno en Pakistán - CN Chashma-4 y tres en China - CN Taiwán-3, CN Fuqing-4 y nuclear central eléctrica "Yanjian-4") [28] . Se dieron de baja cinco reactores (con una capacidad instalada de 3025 MW). Se cerró un reactor en Alemania, Suecia, España, Japón, Corea del Sur.
A fines de 2017, se encuentran en construcción 59 reactores nucleares, la construcción de cuatro de ellos comenzó en 2017. De estas cuatro unidades de energía, tres se están construyendo de acuerdo con el tipo ruso de reactor VVER: las unidades 3 y 4 de la central nuclear de Kudankulam en India y la unidad 1 de la central nuclear de Rooppur en India. La quinta unidad de potencia de la planta de energía nuclear de Corea del Sur "Sin-Kari" estará en reactores fabricados por KEPCO. El informe de la Agencia señala que el período promedio de construcción de una unidad de energía en los países en 2017 fue de 58 meses contra 74 meses en 2016 (en 1996-2000 este período fue de 120 meses).
Según la Asociación Nuclear Mundial, a fines de 2017, las regiones se distribuyeron en términos de generación de energía nuclear de la siguiente manera:
La energía nuclear sigue siendo objeto de un acalorado debate. Los partidarios y opositores de la energía nuclear difieren marcadamente en sus evaluaciones de su seguridad, confiabilidad y eficiencia económica. El peligro está asociado a problemas de eliminación de desechos, accidentes que conducen a desastres ambientales y provocados por el hombre, así como la capacidad de utilizar los daños a estas instalaciones (junto con otras: centrales hidroeléctricas, plantas químicas y similares) con armas convencionales o como resultado de un ataque terrorista como arma de destrucción masiva. El "uso dual" de las centrales nucleares, la posible fuga (tanto autorizada como delictiva) de combustible nuclear procedente de la generación de electricidad y su uso teórico para la producción de armas nucleares son fuentes constantes de preocupación pública, intriga política y motivos de acción militar ( por ejemplo, Operación "Opera , Guerra de Irak).
Al mismo tiempo, la Asociación Mundial Nuclear, que aboga por la promoción de la energía nuclear, publicó datos en 2011, según los cuales un gigavatio-año de electricidad producido en centrales eléctricas de carbón, en promedio (teniendo en cuenta toda la cadena de producción ) cuesta 342 bajas humanas, y el gas - 85, en las centrales hidroeléctricas - en 885, mientras que en las nucleares - sólo 8 [29] [30] .
La rentabilidad de la energía nuclear depende del diseño del reactor, las tarifas eléctricas y el costo de las fuentes de energía alternativas. Por ello, periódicamente en distintos países se expresan dudas sobre la rentabilidad de la energía nuclear. Por ejemplo, para reemplazar 1 GW de la capacidad instalada de una planta de energía nuclear, se deben gastar aproximadamente 2.500 millones de metros cúbicos. gas natural, cuyo costo varía mucho de un país a otro.
En los Estados Unidos, la producción de electricidad en las plantas de energía nuclear se está volviendo más costosa y el precio de algunas otras fuentes de electricidad está disminuyendo, en un mercado libre, las plantas nucleares se vuelven no rentables. Así, dos reactores fueron cerrados en EE.UU. por falta de rentabilidad: la central nuclear Vermont Yankee y la central nuclear Kevoni [31] .
El costo de construcción de nuevos reactores AR1000 generación III+ a partir de 2018 es:
En Finlandia, en 2005 se inició la construcción de la unidad III+ EPR1600 de tercera generación en la central nuclear de Olkiluoto . El costo de construcción de la unidad de potencia se estimó en 3 mil millones de euros y las fechas de puesta en servicio estaban previstas para 2010. A partir de 2019 se ha obtenido una licencia de funcionamiento [36] . Para 2015, los costos aumentaron en 2 mil millones de euros y la estimación final del costo total aumentó a 8,5 mil millones de dólares [37] . Como resultado, Finlandia canceló la construcción prevista de la cuarta unidad de energía en Olkiluoto.
En el Reino Unido, el costo de construir la planta de energía nuclear Wylfa Newydd (dos ABWR de 1350 MW ) aumentó a $ 28 mil millones (£ 21 mil millones), y la construcción se canceló debido a la inconveniencia económica [38] .
En Rusia, el costo de construir una planta de energía nuclear basada en reactores rusos VVER-1200 generación III+ cuesta 600 mil millones de rublos ($ 9 mil millones) para una planta de energía nuclear con 4 reactores con una capacidad de 1200 MW cada uno (Leningrado NPP-2, Novovoronezh NPP-2), la rentabilidad está confirmada por los planes de construcción de 12 unidades de energía hasta 2030 [39] .
En otros países, el costo de construir una planta de energía nuclear en los reactores rusos VVER-1200 es aproximadamente 2-2.5 veces más caro ($ 5.5 mil millones por cada reactor en la central nuclear de Bielorrusia y la central nuclear de Akkuyu en Turquía), la rentabilidad está confirmada por los planes. para construir 33 unidades de energía para 2030 [40] .
Los gobiernos pueden asegurar las centrales eléctricas contra el cierre garantizando la compra de electricidad a un precio fijo. Dichos esquemas han sido criticados por restringir la competencia y malgastar el dinero de los contribuyentes, pero se utilizan para todo tipo de centrales eléctricas.
Uno de los problemas de la energía nuclear es la contaminación térmica . Según algunos expertos, las centrales nucleares “por unidad de electricidad producida” emiten más calor al medio ambiente que las centrales térmicas comparables . Un ejemplo es el proyecto de construcción en la cuenca del Rin de varias centrales nucleares y térmicas. Los cálculos mostraron que si se pusieran en marcha todas las instalaciones planificadas, la temperatura en varios ríos aumentaría a + 45 ° C, destruyendo toda la vida en ellos. [41]
Expertos del Centro de Política Energética Global de la Universidad de Columbia en The Hill dijeron que la gran participación de Rusia en el mercado mundial de energía nuclear conlleva grandes riesgos en el contexto de la guerra prolongada en Ucrania.
Por ejemplo, varios aliados de EE. UU., incluidos Finlandia, la República Checa, Turquía y Ucrania, tienen reactores rusos en funcionamiento o en construcción. Con el tiempo, estos reactores pueden dejar de funcionar sin los materiales, equipos y servicios proporcionados por Rusia.
A pesar de que Rusia produce solo el 6% del uranio del mundo, controla el 40% del mercado mundial de conversión de uranio y el 46% de su capacidad de enriquecimiento. La gran mayoría de los 439 reactores de todo el planeta, incluidos todos los reactores de la Marina de los EE. UU., requieren ese combustible de uranio enriquecido. Según los expertos, si Rusia deja de suministrar uranio enriquecido a las empresas energéticas estadounidenses, esto podría provocar el cierre de las plantas de energía nuclear en los Estados Unidos a partir del próximo año.
Dado que la energía nuclear proporciona más del 20 por ciento de la capacidad de generación en algunas partes de los EE. UU., los precios de la electricidad aumentarán incluso más que en 2022 [42] .
Planta de energía nuclear (NPP) - una instalación nuclear para la producción de energía en modos y condiciones de uso específicos, ubicada dentro del territorio definido por el proyecto, en el que un reactor nuclear (reactores) y un complejo de sistemas necesarios, dispositivos, equipos y se utilizan para este fin estructuras con los trabajadores necesarios ( personal ), destinadas a la producción de energía eléctrica ( OPB-88/97 ).
Barco de propulsión nuclear (barco nuclear): el nombre general de los barcos con una planta de energía nuclear que proporciona la propulsión del barco. Distinguir los buques de propulsión nuclear civiles ( rompehielos nucleares , buques de transporte) y militares ( portaaviones , submarinos , cruceros , fragatas pesadas ).
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