Tuumaelektrijaam

Tuumaelektrijaam ehk tuumajõujaam (ka aatomielektrijaam) on selline elektrijaam, kus elektrienergiat saadakse tuumareaktoris aatomituuma lõhustumise tulemusel vabaneva soojusenergia arvel.

Soojusenergia allikaks on tuumareaktor. Kõige laialdasemalt on kasutusel kahekontuurilised ehk kahe soojuskandjatorustikuga elektrijaamad. Esimeses suletud kontuuris ringlev soojuskandja (vesi, raskevesi, gaas, vedelmetall) annab reaktoris saadud soojuse aurugeneraatoris üle teise kontuuri eraldatud veeringlussüsteemi soojuskandjale veeauru tekitamiseks). Aurukatlas saadud kõrge temperatuuri (kuni 580° C) ja survega (kuni kümneid MPa) aur suunatakse edasi auruturbiini võlli pöörlema panevatele labadele. Turbiiniga ühisele võllile sidurdatud elektrigeneraator, mis moodustavad koos turbogeneraatoragregaadi, antakse elektrienergiat elektrivõrku. Töötanud aur suunatakse turbiinist tööstustarbijatele või kondensaatorisse, kust see jahutatakse ja pumbatakse tagasi teise kontuuri veeringlusse.

Grafenrheinfeldi tuumaelektrijaam (Saksamaal). Betoonkupli all paikneb tuumareaktor, sellest mõlemal pool on vee jahutustornid

Survevesireaktoriga aatomielektrijaam

Survevesireaktor (ehk surveveereaktor) on tuumajaamades kõige laialdasemalt kasutatava tuumareaktori tüüp. Reaktori jahutusvesi ringleb siin suletud (esimeses kontuuris) ja aurugeneraatorist väljuv aur (teises kontuuris) ei ole mingil määral radioaktiivne. Ka on tagatud stabiilne talitlus reaktori võimsuse juhuslikul suurenemisel tänu negatiivsele temperatuurilisele tagasisidele.

Esimeses kontuuris võib vee rõhk olla 16 MPa (u 150 ja reaktorist väljuva vee temperatuur 325 °C. Aurugeneraator annab teise kontuuri auru parameetritega keskmiselt 6 MPa ja 275 °C.

Survevesireaktoriga kahekontuurilise tuumaelektrijaama tööpõhimõtte skeem
Varjestavas betoonehitises (Containment Structure) paikneva reaktori (Reactor Vessel) südamikus – rikastatud uraanist kütusevarraste ja pidurdus- ehk juhtvarraste (Control Rods) tsoonis − eralduv soojus kandub esimese ringluskontuuri soojuskandjale ja sealt soojusvahetisse, mida nimetatakse aurugeneraatoriks (Steam Generator). Teises ringluskontuuris vesi aurustub ning kõrge rõhu ja temperatuuriga aur paneb pöörlema turbiini (Turbine), samuti sellega samal võllil oleva rootori elektrigeneraatoris (Generator); selle staatorimähistest läheb elektrivool elektriliini kaudu tarbijatele. Turbiinist väljuv aur läheb kondensaatorisse (Condenser), kus seda jahutatakse ja pumbatakse veena teise kontuuri tagasi. Kondensaatori jahutusvesi ringleb läbi jahutustorni või veehoidla. Paisupaak (Pressurizer) ühtlustab reaktori töötamisel tekkivaid vee rõhu võnkumisi

Tuumareaktori võimsus ja tuumajaama kasutegur

Tuumareaktori võimsust väljendab otseselt reaktorist auruga väljaviidav soojusvõimsus. Et aga võimsust kasutatakse auruturbiini abil elektrigeneraatori käitamiseks, iseloomustatakse energiatehnikas reaktorit elektrigeneraatori nimivõimsusega. Seda võimsust nimetatakse reaktori elektriliseks võimsuseks. Seejuures kasutatakse sageli tähist MWe või GWe (näiteks reaktori võimsus 500 MWe); soojusvõimsuse korral vastavalt MWt või GWt. Elektrotehnikas kasutatavate tähiste standardi kohaselt ei või siiski ühiku tähist mingil viisil muuta ega sellele märke või indekseid lisada.

Reaktori elektriline võimsus on soojusvõimsusest keskmiselt 3−4 korda väiksem. Näiteks survevesireaktorite soojusvõimsusest 6 GW suudab tuumajaam elektrienergiaks muundada kuni 1,6 GW. Ülejäänud soojus väljub keskkonda jahutustornis (suures korstnas) või jahutusbasseinis.

Tuumaelektrijaamade kasutamise eelised

• Tuumaelektrijaamad ei eralda kasvuhoonegaase ega pruugi saastada õhku.
• Normaalse töö korral tekib vähe tahkeid jäätmeid ja kütust kulub samuti vähe.
• Maailmas on suured tuumakütuse potentsiaalsed varud, kuid praegusaegse tehnoloogiaga kasutatavate varude hulk on piiratud ja ammendub eri hinnangutel 70–200 aastaga.

Tuumaelektrijaamade kasutamise ohud

• Tuumakütuse jäägid on radioaktiivsed, kõigile elusorganismidele väga ohtlikud. Nende lagunemiseks kulub sadu tuhandeid aastaid, seetõttu tuleb kütusejääkide ladustamisel arvestada nende ohutu hoidmiskohale (matmiskohale) tehtavate suurte kulutustega.
• Tuumaelektrijaamad on ohtlikud riigikaitseliselt, kuivõrd on potentsiaalseks märklauaks riigi vastu suunatud rünnakute korral. See on tinginud väga kallite turvarajatiste ehitamise tuumajaamade kaitseks.
• Õnnetuste korral võivad tuumaelektrijaamades radioaktiivselt reostuda väga suured alad, nagu juhtus näiteks Tšornobõli tuumaelektrijaamas ja Fukushima tuumajaamas toimunud õnnetuste tagajärjel.
• Traditsiooniliselt saadakse tuumaelektrijaamade kasutamise kaasproduktina plutooniumi tuumarelvade valmistamiseks.
• Tuumakütus ei kuulu taastuvate kütuste hulka. Seetõttu võib tuumaelektrijaamade kasutamine muuta ökosüsteemi energiabilanssi ning rikkuda ökoloogilist tasakaalu.
• Tuumajaamad on olulised soojusreostuse allikad. Umbes 60% tuumajaamades toodetud energiast läheb jahutsuvee soojendamiseks, mis tõstab ümbruse temperatuuri. Näiteks Forsmarki tuumajaama lähistel on talviti 2-3 ruutkilomeetri suurune jäävaba ala.
• Tuumajaamade lähiümbruse elanikel on tõestatud kõrgem vähktõve sagedus, eriti laste leukeemia.
• Ümbrusest soojem jahutusvesi on elupaigaks invasiivsetele võõrliikidele, kust nad edasi ümbrusse levivad. Nii on Soome, Rootsi ja Venemaa tuumajaamade kaudu levinud ka Läänemerre hulk invasiivseid võõrliike, näiteks ränivetikas Pleurosira inusitata, karp Mytilopsis leucophaeata, tigu Potamopyrgus antipodarum, hulkharjasuss Marenzelleria, vööt-kirpvähk Gammarus tigrinus, angerja parasiit Anguillicoloides crassus, jt.

Eestile lähimad tuumaelektrijaamad

• Leningradi tuumaelektrijaam Venemaal Leningradi oblastis Sosnovõi Boris on lähim Kirde-Eestile.
• Loviisa tuumaelektrijaam Soomes on lähim Tallinnale.
• Ignalina tuumaelektrijaam Leedus suleti 31. detsembril 2009.

Tuumareaktorite arv ja elektrienergia tootmine riigiti

2018. aasta alguse seisuga oli maailma tuumaelektrijaamades 450 tegutsevat reaktorit, mis kokku tootsid 17% maailma elektrienergiast. Kõige rohkem on tuumareaktoreid USAs (99), järgnevad Prantsusmaa (58), Jaapan (42) ja Venemaa (37).

Saksamaa sulges oma viimased tuumajaamad aprillis 2023.

Vaata ka

• tuumaenergia
• tuumareaktor
• tuumkütus
• tuumaelektrijaamade loend

Välislingid

• Kuhu võiks rajada Eesti tuumajaama? Ekspress.ee 23. oktoober 2008
• Tuumaelektrijaamad maailma eri maades (inglise keeles)
• Ambrose Evans-Pritchard, 20 Mar 2011, Safe nuclear does exist, and China is leading the way with thorium, telegraph.co.uk
• Nükleer santral: cihaz, çalışma prensibi