Kärnkraftens vara eller icke vara har diskuterats i flera decennier, både i Sverige och internationellt. Många har starka åsikter om energislaget, men få har egentligen full koll på hur tekniken fungerar i praktiken. Så hur fungerar ett kärnkraftverk egentligen?
För att förstå detta behöver man känna till grunderna i hur kärnenergi omvandlas till elektricitet. I sin enklaste form handlar det om att skapa värme genom att klyva uranatomer, använda värmen för att bilda ånga och sedan låta ångan driva en turbin. Turbinen kopplas i sin tur till en generator som producerar el. Det är alltså samma grundprincip som i många andra kraftverk, men sättet värmen skapas på skiljer sig åt helt och hållet.
Kärnkraftverkets grundprincip
Grunden i ett kärnkraftverk är som sagt att omvandla energi som finns lagrad i uran till värme, och därefter göra om den värmen till elektricitet. Allt börjar med kärnklyvning, alltså processen där tunga atomkärnor delas i två mindre delar. När det sker frigörs stora mängder energi i form av värme.
Den värmen används för att hetta upp vatten som finns i reaktorns system. När vattnet värms upp tillräckligt bildas ånga som pressas genom ett rörsystem mot en turbin. Ångan får turbinen att snurra, och turbinen driver sedan en generator som producerar el som skickas ut på elnätet.
Principen är alltså väldigt lik den i kolkraftverk, oljekraftverk och biokraftverk, men i kärnkraftens fall kommer värmen från uran i stället för att bränna bränsle.
Steg-för-steg – så går processen till
Steg 1 – Bränslestavar med uran
I reaktorn finns långa stavar fyllda med uranbränsle. När reaktorn är igång börjar uranatomerna i stavarna klyvas.
Steg 2 – Kedjereaktionen i reaktorn
När en atom klyvs frigörs både energi och nya neutroner. De neutronerna kan i sin tur klyva fler atomer. Det skapar en kontrollerad kedjereaktion som ständigt producerar värme.
Steg 3 – Värmen som värmer vatten
Värmen leds ut till vatten som cirkulerar runt reaktorn. Vattnet blir mycket varmt och omvandlas till ånga.
Steg 4 – Ånga driver turbinen
Ångan leds med högt tryck mot en turbin som börjar snurra på grund av kraften från ångan.
Steg 5 – Generatorn gör om energin till el
När turbinen roterar driver den en generator som producerar elektricitet. Det är samma princip som i andra typer av kraftverk.
Steg 6 – Kylsystemet som håller allt stabilt
Efter att ångan passerat turbinen kyls den ned och blir vatten igen. Vattnet pumpas sedan tillbaka till reaktorn för att värmas upp på nytt.
Olika typer av reaktorer
Det finns flera typer av kärnreaktorer, men de två vanligaste i världen och i Sverige är tryckvattenreaktorer och kokvattenreaktorer. Båda fungerar enligt samma grundprincip men hanterar vatten och ånga på olika sätt.
En tryckvattenreaktor håller vattnet i reaktorn under högt tryck så att det inte kokar trots att det blir mycket varmt. Värmen överförs sedan till ett separat vattensystem där ångan bildas. Det betyder att reaktorvattnet aldrig når turbinen.
I en kokvattenreaktor får vattnet i reaktorn koka direkt. Ångan som bildas i reaktortanken går rakt till turbinen. Det gör konstruktionen enklare, men kräver andra lösningar för säkerhet och underhåll.
Säkerhetssystem i ett kärnkraftverk
Säkerheten är central i ett kärnkraftverk och består av flera oberoende system som tillsammans minskar risken för olyckor. Ett av de viktigaste systemen är kontrollstavarna som kan sänkas ner i reaktorn för att bromsa eller stoppa kedjereaktionen. De fungerar genom att absorbera neutroner och används både vid normal reglering och vid nödstopp.
Reaktorn är också omsluten av ett inneslutningskärl av kraftigt stål och betong som ska hindra radioaktiva ämnen från att läcka ut även om något skulle gå fel. Utöver det finns reservkraft i form av dieselaggregat som tar vid om den vanliga elförsörjningen bryts. De gör att kylsystemen fortsätter fungera oavsett vad som händer utanför anläggningen.
Slutligen övervakas reaktorn dygnet runt av avancerade sensorer och automatiska system som varnar eller stänger ner processen om värdena avviker från det normala. Det här lagret av säkerhetssystem gör att moderna kärnkraftverk är mycket robusta och konstruerade för att tåla både tekniska fel och yttre störningar.
Kärnkraft fördelar
Kärnkraft har flera tydliga fördelar som gjort den till en viktig del av energiförsörjningen i många länder. Framför allt handlar det om stabilitet, kapacitet och låg klimatpåverkan.
Ett kärnkraftverk kan producera el dygnet runt oavsett väder eller årstid. Det gör tekniken särskilt värdefull när efterfrågan är hög eller när andra energislag varierar kraftigt. Många ser därför kärnkraft som ett viktigt komplement till till exempel sol- och vindkraft.
En annan stor fördel är de låga utsläppen. Under drift släpper ett kärnkraftverk nästan inte ut någon koldioxid alls, vilket gör det till en av de mest klimatvänliga energikällorna som finns när man ser till faktiska utsläpp per producerad kilowattimme.
Fördelar i korthet:
-
Mycket stabil och jämn elproduktion
-
Väldigt låga koldioxidutsläpp under drift
-
Hög effekt på liten yta
-
Lång livslängd på anläggningarna
-
Bra komplement till väderberoende energikällor
Nackdelar och utmaningar
Kärnkraft har samtidigt nackdelar som är viktiga att känna till. Den mest omtalade är det radioaktiva avfallet som bildas när bränslestavarna använts klart. Avfallet är farligt och måste förvaras säkert under lång tid, vilket kräver avancerad teknik och strikta rutiner.
En annan utmaning är att nya kärnkraftverk är dyra och tar lång tid att bygga. Det gör det svårt att snabbt skala upp produktionen när elbehovet ökar. Kostnaderna kan dessutom bli högre än planerat, eftersom projekten ofta är komplexa.
Det finns också risker kopplade till själva driften. Moderna kraftverk är mycket säkra, men historiska olyckor gör att många fortfarande känner oro. Även om riskerna är små väger de tungt i debatten.
Slutligen är kärnkraft beroende av uran. Det är en resurs som måste brytas och ofta importeras, vilket gör länder delvis beroende av internationella leverantörer.
Nackdelar i korthet:
-
Radioaktivt avfall som kräver långvarig säker förvaring
-
Höga kostnader och långa byggtider
-
Risker vid tekniska fel, även om de är ovanliga
-
Beroende av uran som måste utvinnas och importeras
