Jaderná elektrárna

Jaderná elektrárna (zkratka JE) je elektrárna sloužící k výrobě elektrické energie z tepelné energie vzniklé jadernou štěpnou reakcí uvolněnou z vazebné energie jader těžkých prvků, většinou obohaceného uranu. Jejich provozem se zabývá obor jaderná energetika. Ve fázi vývoje jsou také elektrárny fúzní.

V principu se jedná o tepelnou elektrárnu, která jako tepelný zdroj používá jaderný reaktor uzavřený v kontejnment. Teplo je odváděno do parogenerátoru vyrábějící páru, která v turbínové hale pomocí parních turbín roztáčí alternátor a ten vyrábí elektřinu. Tyto části tvoří blok jaderné elektrárny. Elektrárna většinou obsahuje více (2–6) těchto bloků a další provozy, zejména systém chlazení s chladicími věžemi, dočasné úložiště jaderného odpadu a záložní dieselgenerátorovou stanici.

Elektrárna může tepelnou energii využívat i přímo k výrobě vodíku^[1] nebo vytápění, některé elektrárenské reaktory mohou vyrábět plutonium.

V březnu 2025 bylo na světě v provozu 439 jaderných reaktorů s celkovým instalovaným výkonem 398 108 MWe. Ve výstavbě bylo 66 bloků s plánovaným výkonem 66 845 MWe.^[2][3]

Poprvé bylo teplo z jaderného reaktoru použito k výrobě elektřiny 21. prosince 1951 v Experimental Breeder Reactor I, který poháněl čtyři žárovky.^[4][5]

Dne 27. června 1954 byla spuštěna první jaderná elektrárna na světě vyrábějící elektřinu pro rozvodnou síť v Obninsku v Sovětském svazu.^[6][7][8] První velká jaderná elektrárna na světě, která byla určena k výrobě elektřiny, byla jaderná elektrárna Calder Hall ve Spojeném království, která byla spuštěna 17. října 1956, avšak vyráběla také plutonium pro vojenské účely.^[9] První civilní elektrárnou na světě, která v plném rozsahu vyráběla elektřinu pro mírové účely, byla jaderná elektrárna Shippingport v Pensylvánii ve Spojených státech, a byla oficiálně připojena k síti 18. prosince 1957.^[10]

Současné jaderné elektrárny využívají jako palivo převážně obohacený uran, což je přírodní uran, v němž byl zvýšen obsah izotopu ²³⁵U z původních zhruba 0,7 % na 2–6 %. Podle odhadů geologů a OECD vydrží známé a předpokládané zásoby uranu nejméně na 270 let.^[11][12][13]

Palivo v reaktoru zůstává do doby, než je pohlcování neutronů tak velké, že nemůže dále pokračovat řetězová reakce, což je typicky 3 roky. Poté je vyhořelé palivo přesunuto do bazénu pro skladování vyhořelého paliva. Po ochlazení vzniká dalším zpracováním z paliva vysoce radioaktivní odpad, který je nutné skladovat stovky až tisíce let odděleně od biosféry (kvůli zamezení kontaminace radioaktivitou).

Vyhořelé palivo může být dále využito v rychlých reaktorech, které významně sníží množství jaderného odpadu a uzavřou jaderný palivový cyklus. V provozu je na světě asi 20 výzkumných i produkčních reaktorů.^[14] Protože vyhořelé palivo je z většiny štěpný materiál, některé země (Francie, Rusko) ho přepracovávají na štěpný materiál a materiál, který sice není štěpný, ale může být na štěpný konvertován pomocí neutronů. Tato konverze však produkuje dražší jaderné palivo, než výroba nového paliva z nově vytěženého uranu.

Všechny reaktory produkují určité množství izotopu plutonium-239, který je obsažen ve vyhořelém palivu, a protože je tento nuklid hlavním štěpným materiálem používaným v jaderných zbraních, je přepracování jaderného paliva rizikem pro šíření jaderných zbraní.

Jaderné elektrárny jsou z energetického hlediska vhodné především pro výrobu elektrické energie v režimu základního zatížení (je vhodné, aby vyráběly energii pokud možno nepřetržitě). Regulace výkonu je sice možná, například v případě Jaderné elektrárny Dukovany byla odzkoušena regulace až na 50 % jmenovitého výkonu,^[15] je však neekonomická, protože náklady na palivo tvoří jen malou část výrobních nákladů. Testuje se i možnost, že chlazení reaktoru nemusí využívat externí zdroj.^[16]

České jaderné elektrárny v roce 2022 produkovaly 1 MWh za 250 Kč.^[17] České jaderné elektrárny vyrobily roce 2022 31 TWh.^[18] V roce 2022 byla roční spotřeba Česka 60,4 TWh^[19] a jaderná energie tvořila 40 % (viz Energetika v Česku).

Stavba jaderné elektrárny trvá 5 až 10 let a je finančně velmi nákladná, což závisí i na způsobu financování.^[20] Vznik nových jaderných elektráren je ztížen tím, že přes dlouhou životnost se musí náklady na stavbu zaplatit za krátkou dobu. Jaderné elektrárny mají vysokou pořizovací cenu, ale nízkou cenu provozu, údržby a nízká je i cena paliva. Proto jsou jaderné elektrárny používány jako základní zdroj elektřiny, protože jejich nepřetržitý běh na plný výkon nejlépe amortizuje vysoké fixní náklady na jejich stavbu.^[21]

V roce 2014 zrušil ČEZ zadávací řízení na dostavbu bloků v jaderné elektrárně Temelín, protože vláda Bohuslava Sobotky odmítla finančně podpořit dostavbu Temelína poté, co došlo k 60% poklesu výkupní ceny na burze.^[22] V roce 2024 rozhodla vláda Pera Fialy, že další dva bloky v jaderné elektrárně Dukovany postaví korejská firma KHNP.^[23]

Jediným dílem, který v jaderné elektrárně nejde vyměnit, je tlaková nádoba.^[24] Životnost jaderné elektrárny Dukovany byla plánována na 30 let, ale v roce 2020 již fungovala 35 let, protože se ukázalo, že materiál stárne pomaleji.^[24] Podle studie ČEZ bude možné jadernou elektrárnu Temelín provozovat i do hranice 60 let, tedy do roku 2062.^[25]

V roce 2024 byla v Japonsku prodloužena životnost tlakovodní nádoby z původních 40 o dalších 20 let a jedná se o podmínkách dalšího prodloužení za hranici 60 let.^[26]

První jaderný reaktor Chicago Pile-1 byl spuštěn 2. prosince 1942 na univerzitě v Chicagu. Zasloužil se o to tým italského vědce Enrica Fermiho, který tak rozběhl historicky první řízenou štěpnou (řetězovou) jadernou reakci.

20. prosince 1951 byla na 1. experimentálním reaktoru EBR-1 ve státě Idaho v USA poprvé vyrobena elektřina z jaderné energie – byly rozsvíceny 4 žárovky. Později reaktor dosahoval elektrického výkonu 200 kW.

Úplně první komerční elektrárna s civilním užitím, která dodávala proud do sítě pro domácnosti^[27] (výkon 5 MW), byla zprovozněna v Obninsku v SSSR. Připojena do sítě byla poprvé 26. června 1954. Jednalo se o předchůdce reaktorů černobylského typu (RBMK).

Za první západní jadernou elektrárnu je považována elektrárna Calder Hall ve Velké Británii. Ta byla k síti poprvé připojena 27. srpna 1956. Její 4 bloky následně produkovaly elektrický výkon až 4x60 MW. Tato elektrárna současně sloužila i pro vojenské účely (výroba plutonia).

Dalším historickým milníkem je zprovoznění jaderné elektrárny Shippingport v Pensylvánii ve Spojených státech na konci roku 1957. Lze ji považovat za první jadernou elektrárnu vybudovanou pouze pro mírové účely (tj. bez snahy vyrábět plutonium). Tento experimentální reaktor o elektrickém výkonu 60 MW měl dvojí účel: prototyp pohonů vojenských plavidel a prototyp dnes nejrozšířenějších typů komerčních jaderných elektráren s tlakovodními reaktory (západní typ s označením PWR, ruský typ s označením VVER).

Roku 2019 byla spuštěna plovoucí jaderná elektrárna Akademik Lomonosov.

Za rok 2013 vyrobily 2 359 TWh elektřiny, což bylo 10,8 % světové poptávky. (Největší podíl měly v roce 1996, 17,6 %, od té doby podíl jaderné elektřiny klesá).^[28] Dalších 67 reaktorů bylo ve výstavbě, z toho dvě třetiny (43) v Rusku, Indii a Číně. Z těch 67 rozestavěných je 8 reaktorů rozestavěno 20 a více let. U 49 reaktorů je zpožděna výstavba (o několik měsíců až několik let), zbylé jsou rozestavěny teprve do 5 let nebo ještě reálně nezačala výstavba, takže se nedá určit, je-li výstavba opožděná.^[28]

Ke květnu 2023 bylo v provozu 436 jaderných reaktorů v 32 zemích světa.^[29] Největší podíl elektřiny z jaderných elektráren se v roce 2016 vyráběl ve Francii (73 %), na Slovensku (54 %), Ukrajině (52 %), Belgii (52 %) a Maďarsku (51 %). Ve Francii je v provozu 99 reaktorů s celkovou kapacitou 63 GWe, absolutně nejvíce elektřiny z jaderných elektráren se vyrobí ve Spojených státech amerických, kde 99 reaktorů v provozu má kapacitu 100 GWe.^[30] Před odstavením Ignalinské jaderné elektrárny byl tento podíl největší v Litvě (79,9 % k roku 2003). V Rusku přežívají staré jaderné elektrárny, některé z nich podobného typu jako Černobyl a se zastaralou technologií; k zastavení některých z nich je Rusko tlačeno mezinárodním společenstvím. Díky provozu jaderných elektráren ročně nemusí být vypuštěno 1,8 mld. t CO₂^[31]

V Česku jsou v provozu dvě jaderné elektrárny (Temelín a Dukovany) s celkovým výkonem zhruba 4 212 MW; pokrývají přibližně 35 %^[32] celkové spotřeby elektřiny státu.^[33]

Část obyvatelstva v některých zemích protestuje proti jaderné energetice a tyto protesty nabyly na intenzitě v poslední čtvrtině 20. století, obzvlášť po černobylské havárii. Podstatou protestů jsou zejména poukazy na rizika spojená s provozem jaderných elektráren, s jejich pořizovací cenou a problémy s jaderným odpadem (resp. použitým jaderným palivem) a těžbou paliva.

V některých zemích existují díky soustavnému tlaku odpůrců jaderné energie plány na odklon od jaderného programu. Příkladem může být Rakousko, kde referendum v roce 1978 50,5 % hlasů rozhodlo o tom, že téměř hotová jaderná elektrárna Zwentendorf nebude uvedena do provozu a stát se od jaderné energie odkloní. Místo jaderné byla postavena klasická elektrárna Dürnrohr, která spaluje polské a české uhlí. Velké protesty, zvláště z rakouské strany, provázely a provázejí i dostavbu a provoz české elektrárny Temelín. Německo má na základě energetické politiky z roku 1998 program útlumu jaderné energetiky, na němž se v roce 2000 dohodla vláda s provozovateli jaderných elektráren. Tento program byl sice v roce 2010 z rozhodnutí vládní koalice částečně^[34] zrušen a doba provozu jaderných elektráren prodloužena o 8 až 14 let, po tragédii ve Fukušimě se však Německo vrátilo víceméně k původní dohodě. Jaderné elektrárny budou odstavovány postupně tak, jak budou nahrazovány obnovitelnými zdroji. Rozebírání elektráren potrvá i více než 30 let.^[35] Podle norské studie z roku 2024 by Německo v posledních 20 letech dosálho většího snížení emisí CO₂ za výrazně nižší cenu zachováním či dokonce rozvojem jaderné energetiky.^[36]

Proti početným skupinám odpůrců jaderné energie stojí početné skupiny stoupenců,^[37][38] kteří považují jadernou energetiku za jediné možné řešení hrozící energetické krize a globálního oteplování. Vidí jaderné elektrárny jako jedno z mála ekologicky přijatelných a reálných řešení energetických problémů pro 21. století.^[39] Jaderná energetika zabírá nejméně půdy.^[40] Často je zmiňována nutnost co nejrychlejšího vývinu fúzního reaktoru a jaderné elektrárny jsou považovány za jediný přijatelný prostředek, kterým se dá překlenout přechodné období vývoje a zavádění tohoto nového zdroje energie.

• Seznam jaderných elektráren
• Seznam jaderných havárií
• Štěpná jaderná reakce
• Jaderné palivo
• Jaderná energetika
• Množivý reaktor dokáže využít v palivovém cyklu i ²³⁸U a tím zvýšit použitelné zásoby.
• Akademik Lomonosov

• Obrázky, zvuky či videa k tématu jaderná elektrárna na Wikimedia Commons
• Výroba jaderné energie
• Máme dostatek uranu pro jaderné elektrárny?