Text: Simon Matthis
I energiexperters jargong används flitigt två begrepp för att definiera framgång i branschen: ”steel in the ground” och kapitalförvaltning. Med ”steel in the ground” avses vad man faktiskt byggt upp och kapitalförvaltning handlar om hur väl man förvaltar detta. Kärnkraft är ett skolexempel på en framgångssaga inom kapitalförvaltning som få känner till. Det hävdar Matt Wald på NEI (Nuclear Energy Insitute), en Washingon-baserad organisation med ett hundratal medlemmar.
USA:s kärnreaktorer har producerat över 800 miljoner megawattimmar el per år de senaste åren. Antalet reaktorer är dock något färre, men produktionen är densamma. I själva verket gör de 99 kommersiella reaktorerna i landet som är i drift i dag samma arbete som 140 reaktorer utförde i slutet av 1980-talet.
Hur är detta möjligt?
Genom två stora förändringar. För det första har flertalet reaktorer nu betydligt högre kapacitet än de hade när de byggdes, för det andra har deras tillgänglighet ökat. De körs nu 11 månader per år - jämfört med cirka sju månader då de var nya.
Kapacitetsökningen genom så kallade uppgraderingar har skett successivt, genom många små förbättringar. Turbinerna, som drivs av ånga och producerar vridmomentet som får generatorerna att snurra, är mer effektiva. Tillförseln av ånga är också större eftersom kärnkraftverken har byggt om sin reaktorhärd och andra komponenter.
Detta blev möjligt tack vare tekniska framsteg. Då de flesta anläggningar byggdes var konstruktionsmetoderna inte heller så avancerade. Ett enkelt sätt att säkerställa att utrustning var tillräckligt robust var helt enkelt att använda mer stål och betong. Resultatet blev anläggningar som hade många överdimensionerade komponenter.
Flaskhalsar
Genom att fokusera på de få komponenter som inte var överdimensionerade (en process som man i petrokemisk industri kallar eliminering av flaskhalsar, ”debottlenecking”) var det ofta möjligt att göra små förbättringar som gav stora fördelar.
Exelons Peach Bottom-reaktorer vid Susquehanna-floden i Pennsylvania producerar nu 12,4 procent mer el vid topplaster än de ursprungligen var byggda för. Tennessee Valley Authoritys Browns Ferry-reaktorer nära staden Athens, Alabama, producerar 14,3 procent mer än vid driftstart. Sammantaget har uppgraderingar ökat reaktorkapaciteten med 7 900 megawatt, motsvarande sju nya toppmoderna AP1000-reaktorer av det slag som nu håller på att byggas i Georgia.
Innovationer
Fler innovationer är på väg in i dagens kärnkraftverk. Branschen testar nya bränslen som är mer värmebeständiga. En av dessa designer har bättre värmeöverföringsegenskaper, vilket kan göra det möjligt för en reaktorhärd att generera 20 procent mer värme - om resten av anläggningen är dimensionerad för den ökade kapaciteten.
Reaktorerna kan också köras fler timmar om året. Revisionsstopp på två eller tre månader för påfyllning av bränsle och underhåll var vanligt förut - nu ställs de bara av under omkring tre veckor. Och oplanerade, automatiska stopp som vanligtvis inträffade sex till åtta gånger per år vid varje reaktor sker nu mindre än en gång om året i snitt.
Kapacitetsfaktor
Den tekniska termen för denna produktivitet är "kapacitetsfaktor”. Den beräknas genom att ta den mängd energi som en generator producerat och dividera med den mängd som skulle ha producerats om den hade kört med maximal effekt, dygnet runt. Den genomsnittliga kapacitetsfaktorn är nu över 90 procent. På 1980-talet låg den under 60 procent.
Kapacitetsfaktor är ett annat viktigt mått på värdet av en generator. Vindkraftsindustrin har markant förbättrat sin kapacitetsfaktor genom att bygga högre torn, utforma turbiner som kan krama lite mer el ur luften vid lägre vindhastigheter och välja sina etableringsställen med större urskiljning. Vissa turbiner har nu en kapacitetsfaktor på över 40 procent, även om de flesta ligger på kring 30 procent.
Solcellers kapacitetsfaktorer varierar kraftigt beroende på läge - utanför ökenområdena ligger de kring 15 procent. Därför producerar en megawatt kärnkraft ungefär sex gånger så mycket energi som en megawatt solkapacitet på de flesta platser och mer än dubbelt så mycket energi som en megawatt vindkapacitet.
Uppgraderingar tar ingen plats
Naturligtvis finns det andra sätt än kärnkraft att producera koldioxidfri el, men de tar mycket plats och uppgraderingar tar ingen plats alls. Om samma mängd el som produceras med ett kärnkraftverks uppgraderingar skulle komma från vindkraft istället, skulle det kräva en yta på mellan 13 208 och 18 388 kvadratkilometer, med tanke på kapacitetsfaktorn. Den lägre siffran motsvarar storleken på delstaten Connecticut, den högre Connecticut plus Rhode Island gånger två.
För att producera lika mycket energi med solceller skulle det krävas arealer på mellan 4169 kvadratkilometer (för solceller) och 5956 kvadratkilometer (termiskt). Den lägre siffran motsvarar ungefär tre gånger storleken på staden New York medan den högre är jämförbar med storleken på nationalparken Everglades.