Elens väg i Sverige Nästan hälften av vår elenergi produceras i kärnkraftverk och lika stor del i vattenkraftverk. Återstoden av elenergin kommer från bränsleeldade kraftverk, där olja, kol, trä och dylikt är bränsle för elproduktionen. Vindkraftverkens andel av elproduktionen är än så länge mycket marginell (0,2 procent). Elektricitet kan inte lagras. I samma ögonblick som den produceras, når den eluttaget i hemmet, kanske hundra mil därifrån. Elenergin når ut till alla Sveriges kommuner via stamnätet, regionala nät och lokala nät. Eftersom el är en färskvara, ställs det stora krav på anpassning. I ett land som Sverige, med höga användartoppar under extremt kalla vinterdagar, måste producenterna ständigt ha stora reserver för elproduktion tillgängliga. Stamnät Stamnätet ägs av staten och täcker hela Sverige från norr till söder. Det är ett system av ledningar med höga spänningar, 400 kv (kilovolt) eller 220 kv. Den kraftiga ledningen för hög spänning kostar mer per kilometer, men den större kapaciteten och de mindre elförluster som denna medför, gör att kostnaderna per överförd energienhet blir lägre. Elenergin skickas ut på stamnätet från vattenkraftstationerna i Norrland och kraftverken i mellersta och södra delarna av landet. Kraftverkens driftsäkerhet är viktig. Om ett kraftverk skulle sluta fungera finns det alltid en produktionsreserv i andra kraftverk som är anslutna till nätet. Överföringsavstånden mellan kraftstation och mottagande transformator kan i Sverige variera från några mil till ca 100 mil. Regionala nät Regionala nät tar vid när elenergin nått fram till den region som den ska distribue- 400 kv, 1000 MW ras i. Här transformeras elen först ner till 130 kv och överförs sedan upp till 10 mil. Därefter transformeras den ner till 75-40 kv för de sista 130 kv, 100-150 MW milen till storförbrukare och kommuner. Regionledningarna ägs vanligtvis inte av staten. V, volt. Elektricitetens spänning mäts i V. kv, kilovolt = 1 000 volt. Lokala nät De lokala näten svarar för den sista överföringen, bl a till hushållen. Här har kraften transformerats ner till 20-4 kv. Dessa nät ägs ofta av lokala energiföretag. Överföringsavstånden är med den här relativt låga spänningen bara ett par mil. Innan elen når hushållen sker W, watt. Energins arbetskapacitet, effekt, uttrycks i W. 1W= 1 joule per sekund. MW, megawatt = miljoner watt (Mega = miljon). 10 kv, 1 MW den sista transformeringen, nu ner till 230/400 V (volt). På landsbygden ser man ofta dessa elledningar som luftledningar, medan tätbebyggda områden oftast har kablarna nedgrävda. GW, gigawatt = miljarder watt (Giga = miljard, dvs tusen miljoner). TW, terawatt = biljoner watt. (Tera = biljon, dvs miljoner miljoner). 400 V, 75 kw 6
Nästan hälften av Sveriges el kommer från kärnkraft Kärnkraft Vattenkraft Värmekraft Vindkraft Stamnätet Kraftstationer: Vattenkraft Värmekraft (som är större än 20 MW) Kärnkraft Forsmark 3 095 MW Ringhals 3 550 MW Oskarshamn 2 210 MW Barsebäck(ingår numera i Ringhals) 600 MW 7
Elektricitet användning och ekonomi Att bygga kärnkraftverken krävde stora investeringar, men att driva dem kostar lite (se diagram nedan). Investeringarna för de svenska kärnkraftverken skrivs av på 25 år, men de är byggda för en livslängd på ytterligare minst 15 år. I Sverige har alla kärnkraftföretag enligt lag en ansvarsförsäkring. Den innebär att det vid en olycka utgår ersättning till de personer som åsamkats skada, oavsett hur skadan vållats. Försäkringen täcker de totala kostnaderna till allmänheten upp till 2 miljarder kronor per skadetillfälle. Därutöver betalar staten ut ytterligare 1 miljard kronor per olycka. De flesta komponenter i ett kärnkraftverk går att byta ut. Även räknat med omfattande renoverings- och ombyggnadsarbeten ger kärnkraft billig el jämfört med att bygga nya anläggningar för elproduktion. De totala kostnaderna för att producera el vid svenska kärnkraftverk är 15-20 öre/kwh, beroende på anläggningens storlek och ålder. Därav är de rörliga kostnaderna (bränsle, avfall och driftkostnader) cirka 7 öre/kwh. Kostnaderna för att producera el med kärnkraft Drift och underhåll Kapital Kärnbränsle Avgifter/ skatter Öre/kWh 80 70 Elproduktion i befintlig anläggning, rörliga kostnader* Kostnad för elproduktion Elproduktion i ny anläggning, totala kostnader** 60 50 40 *Bränsle- drift- och underhållskostnader. **Rörliga kostnader, kapitalkostnader och övriga fasta kostnader. 30 20 10 Uppgifter på vad kärnkraft i ny anläggning kostar finns inte. Det installeras inte nya kärnkraftverk i Sverige. 0 Kärnkraft Vattenkraft Kraftvärme i industrin Kraftvärme i fjärrvärmenäten Gasturbiner Oljekondens Vattenkraft Oljekondens Naturgas kombi Fliskondens Vindkraft Vindkraft Kolkondens Kolkondens Kraftvärme Källa: Svensk Elmarknad 2001, Energimyndigheten. 8
Vad kan man göra med 1 kwh? kwh = kilowattimma. 1 kwh = 1000 watt i timman. Värma sig under infravärme 1/2-1 timma. Lysa upp med 36 W lysrör (m. driftdon) i 36 timmar. Lysa upp med 60 W glödlampa i 17 timmar. Sy i tolv timmar. Föna håret 1-2 timmar. Dammsuga i 1 timma. Värma bilen 1/2-1 timma. Köra dator 10 timmar. Se på tv 10 timmar. Basta (med termostat) 20 minuter. Borra med hobbyborr i 2 timmar. 9
Några viktiga år för kärntekniken i världen Bild endast i den tryckta versionen. 1896 upptäcker Henri Becquerel radioaktiviteten. Av en tillfällighet, vid studier av röntgenstrålning, fann han att uran sände ut en ny typ av strålning. Bild endast i den tryckta versionen. 1905 1922 Henri Bequerel Albert Einstein formulerar Albert Einstein relativitetsteorin, som är grunden för vår kunskap om kärnenergi. Teorin säger att massa kan förvandlas till energi och att den energimängd man då får ut är oerhört stor. får dansken Niels Bohr nobelpriset i fysik för sina forskningar i atomens struktur. Våren 1939 kunde Bohr tillsammans med Enrico Fermi bekräfta att en kärnklyvning skett och att stora mängder energi hade frigjorts. 1932 åstadkommer engelsmännen Cockcroft och Walton för första gången en kärnklyvning. De erhöll 1951 tillsammans nobelpriset i fysik. 1938 lyckas en forskargrupp klyva en urankärna så att en mycket stor energimängd frigörs. Otto R Frisch kallar processen för fission (se bild på sid 15). 1942 tas den första forskningsreaktorn i drift i Chicago under ledning av den italienske fysikern Enrico Fermi. 1945 skrivs ett dystert kapitel i kärnteknikens historia då de japanska städerna Hiroshima och Nagasaki blir utsatta för världens första atombomber. En hel värld chockas av kärnvapnens sprängkraft och katastrofala följder. 1955 sjösätts världens första atomdrivna ubåt, Nautilus, i USA. 10 1956 startar det första kärnkraftverket avsett för elproduktion (i England). 1979 inträffar en olycka i kärnkraftverket på Tree Mile Island utanför Harrisburg i USA. En härdsmälta hotar och radioaktiva ämnen strömmar till säkerhetsbyggna- Den första atomdrivna ubåten, Nautilus Bilden finns endast i den tryckta versionen, får ej publiceras på Internet.
Bilden finns endast i den tryckta versionen, får ej publiceras på Internet. Tree Mile Island den (reaktorinneslutningen) som omger reaktorn. Bilden finns endast i den tryckta versionen, får ej publiceras på Internet. En del säkerhetssystem sätts ur funktion, men tillräckligt många fungerar för att hindra att olyckan får konsekvenser utanför anläggningen. Olyckan ger ett obetydligt och ofarligt läckage av radioaktiva ämnen. Efter olyckan i Harrisburg beslutades att Sverige skulle genomföra en folkomröstning om kärnkraftens framtid i landet. 11 1986 inträffar den största katastrofen som drabbat den civila kärnkraften. Kärnkraftverket i Tjernobyl i norra Ukraina havererar. Brister i personalens utbildning och i kraftverksbyggnaden gör att olyckan blir mycket allvarlig. Flera dödas och många människor evakueras. Det radioaktiva nedfallet når länder långt utanför Sovjets gränser. Konstruktioner liknande den i Tjernobyl skulle inte godkänts i västvärlden. Olyckan leder till en utökad internationell kontroll av världens kärnkraftverk. Idag finns det 440 elproducerande kärnkraftverk i drift i världen. Dessa finns i över 30 länder. Sedan 1983 har elproduktionen från kärnkraft mer än fördubblats och täcker nu cirka 16 procent av världens elbehov. USA har flest reaktorer i drift, över 100 stycken, men kärnkraftverken ligger tätast i Europa och svarar där också för en större andel av den totala elproduktionen, (över 70 procent i Frankrike) än den gör i övriga världen. För närvarande byggs inga reaktorer i Västeuropa eller USA. De aggregat som nu byggs och planeras ligger främst i Östasiatiska länder som Japan, Taiwan, Sydkorea, Kina och Indien. Totalt byggs ett 30-tal reaktorer.
Ringhals Kärnkraften i Sverige -47-54 -64-72 -74 1947 bildades AB Atomenergi av stat och näringsliv, för att utveckla ett svenskt kärnkraftprogram. 1954 startades en första experimentreaktor, R1, i Stockholm. Den drevs till mitten av 60-talet. 1960 startade AB Atomenergi sin forskningsreaktor, R2, i Studsvik. Den är fortfarande i drift. 1962 började AB Atomenergi att konstruera ett första stort kraftproducerande kärnkraftverk, Marviken. Den byggdes nästan färdig, men projektet avbröts eftersom principen för den reaktorn, som var annorlunda än den vi använder idag, inte höll säkerhetskraven. 1964 togs Sveriges första reaktor för kraftproduktion, Ågesta, i drift. Den fungerade fram till 1974 och försåg Stockholmsförorten Farsta med fjärrvärme. Dessutom producerades en del elkraft. Även denna var en försöksreaktor. 1965 köpte Sydkraft ett stort markområde, Barsebäck vid Öresund, för att bygga en kärnkraftanläggning. Samma år bildades Oskarhamnsverkets Kraftgrupp AB. Företaget beslutade att bygga Sveriges första kommersiella kärnkraftanläggning i Oskarshamn. 1969 bildade staten och ASEA ett gemensamt företag, ASEA-Atom, för att konstruera och bygga kommersiella kärnkraftverk. AB Atomenergis kunnande och teknik för tillverkning av reaktorbränsle, överfördes till det nya bolaget. Statens andel köptes senare tillbaka av ASEA, idag ABB Atom. 1972 levererade Oskarshamn 1 kärnkraftproducerad el ut på nätet för första gången i Sverige. 1974 startade Oskarshamn 2. 1975 startade Barsebäck 1. 1975 startade också den första reaktorn i Ringhals, Ringhals 2. 1976 startade Ringhals 1. 1977 startade Barsebäck 2. 1980 togs Forsmark 1 i drift, nordväst om Östhammar. 1981 startade Ringhals 3 och Forsmark 2. 1983 startade Ringhals 4. 1985 startade Oskarshamn 3 och Forsmark 3. Ågesta 12
Barsebäck Oskarshamn Forsmark -75-76 -77-80 -81-83 -85-99 2002 1980 folkomröstade svenskarna om kärnkraftens framtid. Tre linjer presenterades, som de olika partierna hade utvecklat. Linje 1, Energi för Sverige, ville bygga färdigt de sex reaktorer som var planerade och sedan ha en avveckling på sikt med hänsyn till tryggheten i energiförsörjningen. Fick 19,9 procent av rösterna. Vid kärnkraftsomröstnigen 1980 gick linje ett och två ut med samma text på röstsedlarnas framsida. Linje två hade dessutom ett tillägg på baksidan. Linje 2, Avveckla kärnkraften, men med förnuft, hade samma text på valsedeln som linje 1, men med tillägg på baksidan (se nedan). Fick 39,1 procent av rösterna. Linje 3, Nej tack till atomkraft, ville ha en avveckling inom tio år och ingen fortsatt utbyggnad. Fick 38,7 procent av rösterna. Linje 2 blev störst och fick tillsammans med linje 1 nästan 60 % av rösterna. Riksdagen beslutade därefter att de kärnkraftsaggregat som var under byggnad skulle fullföljas, men att ingen mer utbyggnad ska ske och att kärnkraften ska vara avvecklad till år 2010, förutsatt att sysselsättning och välfärd inte hotas. 1981 beslutade riksdagen att samtliga tolv kärnkraftsaggregat skulle förses med säkerhetsfilter (se sid. 21). Dessa filter är till för att skydda omgivningen mot radioaktivt utsläpp även om den svåraste olycka skulle inträffa. Filtren togs i bruk 1986-88. 1986 havererade kärnkraftverket i Tjernobyl i Ukraina (se sid 11). Olyckan är den mest förödande som inträffat i något kärnkraftverk. Svenska kärnkraftverk är inte konstruerade som de ryska och hade helt andra säkerhetskrav, men händelserna i forna Sovjet har spelat en stor roll för de forsatta politiska besluten beträffande kärnkraft i Sverige, bl a ledde de till beslut om förtida avveckling. 13 1988 beslutade riksdagen att avvecklingen skulle inledas 1995. 1991 kom ett nytt beslut; att avvecklingen ska inledas när det finns el från andra energikällor till ett rimligt pris. Slutåret 2010 ligger dock fast. 1997 beslutades att Barsebäck 1 skulle stängas senast juli 1998 och Barsebäck 2 tre år senare om det då finns annan el till konkurrenskraftiga priser, men att slutåret 2010 inte ligger fast. 1999 stängs Barsebäck 1 efter många juridiska turer. 2000 använder Sverige 50 procent mer el än vid tiden för kärnkraftsomröstningen och avvecklingsbeslutet 1980. Den totala konsumtionen av energi har dock hållit sig på ungefär samma nivå under perioden. El från kärnkraft, och i viss mån vattenkraft, har ersatt energi från olja. Detta år konstaterade regeringen att villkoren för att stänga Barsebäck 2 den 1:a juli 2001 inte var uppfyllda. 2001 fastslogs att en förnyad prövning av Barsebäck 2:s stängning ska göras 2003. 2002 aviseras en uppgörelse mellan socialdemokraterna och centerpartiet i vårens energiproposition. Det handlar om att avveckla kärnkraften enligt tysk modell. Överläggningar mellan regeringen och kärnkraftindustrin ska tas upp.
Uran kärnkraftens bränsle Bilden finns endast i den tryckta versionen, får ej publiceras på Internet. I kärnkraftverk används uran som bränsle. Det är en svagt radioaktiv tungmetall. Uran består av fyra isotoper, dvs olika former av samma grundämne. Dessa är uran-233, -235, -237 och -238. Det är uran-235 som har stor klyvningsbenägenhet och är det kärnslag i naturen som för närvarande praktiskt kan användas för kärnenergiutvinning. Uran är en av de vanligaste metallerna och finns i berggrunden i alla världsdelar, men den bryts bara där koncentrationen är tillräckligt stor. I Sverige är halten av uran i malmen för låg för att det ska vara ekonomiskt försvarbart att bryta uran. På 1950- och 60-talen fanns det ute i världen urangruvor som var hälsovådliga arbetsplatser och stora miljöförstörare. Dagens kärnkraft använder uran från moderna och välskötta gruvor. Det importeras ca 1 500 ton uran per år till Sverige, främst från Australien och Kanada. Uranfyndighet, dagbrott i Colorado. Anrikning Uranmalmen bryts i gruvor eller dagbrott och krossas och renas sedan i ett uranverk. Därefter måste den anrikas, vilket innebär att man bearbetar uranet så att halten av uran-235 ökar. I svenska kärnkraftverk används anrikat uran med 2,5-5 procents halt 14
Fission Neutron Uranatom Frigjord energi Nybildade neutroner Fission = klyvning, delning. När en neutron träffar en uran 235-kärna, kan kärnan klyvas och nya neutroner frigöras. Dessa neutroner kan i sin tur klyva nya urankärnor och förutsättningar finns för en självunderhållande kedjereaktion. uran-235. Naturligt uran innehåller bara 0,7 procent. Kärnbränsle kan inte explodera Kärnbränsle har för låg halt av klyvbart ämne för att kunna explodera. I en atombomb måste mängden klyvbart uran vara nästan hundra procent, annars blir kedjereaktionen för långsam. Naturlig uranmalm innehåller ca 0,7 % klyvbart material. Anrikat kärnbränsle innehåller 2,5-5 % klyvbart material. Av 5 kg naturligt uran får man 1 kg anrikat uran. En atombomb innehåller 90-100 % klyvbart material. Bränsletillverkning I svenska reaktorer består bränslet av urandioxid, ett hårt och tungt keramiskt material. Vid tillverkningen av kärnbränslet, vilket i Sverige sker hos ABB Atom i Västerås, pressas pulver av uran- dioxid till så kallade kutsar, 10 mm höga cylindrar. Dessa packas sedan i 4 meter långa rör, för att sedan under ungefär fem år fungera som bränsle i kärnkraftsreaktorn. Totalt finns det ca 15 miljoner kutsar i en reaktor. Bränslekutsar i naturlig storlek Bränslekuts före användning innehåller ca 3 % uran-235 97 % uran-238 Bränslekuts efter användning innehåller ca 1 % uran-235 96 % uran-238 klyvningsprodukter bl a Sr-90 och Cs-137 Pu-239, Pu-241 Aktivering och avstängning När bränslet är på plats i reaktorn aktiveras det så att uranatomkärnorna kan börja att klyvas. Från de delade kärnorna frigörs neutroner som i sin tur kan klyva andra atomkärnor. Klyvning av atomkärnor kallas fission och 15 avger mycket värme. Vattnet som då hettas upp bildar ånga, som sedan driver turbiner. På turbinaxeln sitter en generator som omvandlar rörelsen till elektricitet (se sid 17). Under sommarmånaderna, då det inte används så mycket el, byter man varje år ut cirka en femtedel av bränslet. För att stoppa reaktorn, eller för att reglera effekten, använder man styrstavar. Dessa stavar innehåller borkarbid, ett ämne som kan suga upp neutroner. När styrstavarna sticks in mellan bränsleelementen försvinner neutronerna och klyvningsprocessen avbryts omgående. En mindre del av värmeutvecklingen, den som kommer från den stora mängden klyvningsprodukter, fortsätter dock under lång tid. Därför är det viktigt att kylningen av bränslet kan hållas igång under många år. Efter användandet Efter att bränslet har använts i reaktorn är det mycket radioaktivt och måste hållas isolerat (se sid 28). Styrstavarna kan skjutas upp mellan bränsleelementen i reaktorn och stoppa klyvningsprocessen.