NPP: od przeszłości do teraźniejszości
Elektrownia jądrowa to przedsięwzięcie będące połączeniem urządzeń i urządzeń do wytwarzania energii elektrycznej. Specyfika tej instalacji polega na sposobie otrzymywania ciepła. Temperatura wymagana do wytworzenia energii elektrycznej powstaje w procesie rozpadu atomów.
Rola paliwa dla elektrowni jądrowych jest najczęściej wykonywana przez uran o masie 235 (235U). Właśnie dlatego, że ten pierwiastek radioaktywny jest w stanie wspierać reakcję łańcuchową jądrową, jest on stosowany w elektrowniach jądrowych i jest również wykorzystywany w broni jądrowej.
Kraje o największej liczbie elektrowni jądrowych
Obecnie w 31 krajach świata działa 192 elektrowni jądrowych, wykorzystujących 451 reaktorów jądrowych o łącznej mocy 394 GW. Zdecydowana większość elektrowni jądrowych zlokalizowana jest w Europie, Ameryce Północnej, Azji Dalekiego Wschodu i na terytorium byłego Związku Radzieckiego, podczas gdy w Afryce prawie nie występuje, aw Australii i Oceanii nie ma ich wcale. Kolejne 41 reaktorów nie produkowało energii elektrycznej od 1,5 do 20 lat, a 40 z nich znajduje się w Japonii.
W ciągu ostatnich 10 lat na świecie uruchomiono 47 jednostek napędowych, z których prawie wszystkie znajdują się w Azji (26 w Chinach) lub w Europie Wschodniej. Dwie trzecie reaktorów obecnie budowanych znajduje się w Chinach, Indiach i Rosji. Chiny wdrażają najbardziej ambitny program budowy nowych elektrowni jądrowych. Kilkanaście krajów na całym świecie buduje elektrownie jądrowe lub opracowuje projekty do ich budowy.
Oprócz Stanów Zjednoczonych lista najbardziej zaawansowanych krajów w dziedzinie energii jądrowej obejmuje:
- Francja;
- Japonia;
- Rosja;
- Korea Południowa.
W 2007 r. Rosja rozpoczęła budowę pierwszej na świecie pływającej elektrowni jądrowej, co pozwoliło jej rozwiązać problem niedoborów energii w odległych obszarach przybrzeżnych kraju.[12]. W obliczu opóźnień w budowie. Według różnych szacunków, pierwsza pływająca elektrownia jądrowa będzie działać w latach 2018-2019.
Kilka krajów, w tym Stany Zjednoczone, Japonia, Korea Południowa, Rosja, Argentyna, opracowują mini elektrownie jądrowe o mocy około 10-20 MW w celu produkcji ciepła i energii w poszczególnych branżach, kompleksach mieszkalnych, aw przyszłości - w indywidualnych domach. Zakłada się, że małe reaktory (patrz na przykład Hyperion NPP) mogą być tworzone przy użyciu bezpiecznych technologii, które wielokrotnie zmniejszają możliwość wycieku materii jądrowej[13]. W Argentynie trwa budowa jednego małego reaktora CAREM25. Pierwsze doświadczenia z korzystania z elektrowni mini-jądrowych zostały uzyskane przez ZSRR (Bilibino NPP).
Zasada działania elektrowni jądrowych
Zasada działania elektrowni jądrowej opiera się na działaniu reaktora jądrowego (czasami nazywanego atomowym) - specjalnej masowej konstrukcji, w której następuje podział atomów z uwolnieniem energii.
Istnieją różne typy reaktorów jądrowych:
- PHWR (znany również jako "ciśnieniowy reaktor ciężkiej wody") jest używany głównie w Kanadzie i w miastach indyjskich. Oparty jest na wodzie, której formuła to D2O. Pełni funkcję zarówno moderatora chłodziwa, jak i neutronu. Wydajność zbliża się do 29%;
- VVER (chłodzony wodą reaktor zasilający). Obecnie urządzenia WWER są obsługiwane wyłącznie w CIS, w szczególności w modelu VVER-100. Reaktor ma wydajność 33%;
- GCR, AGR (woda grafitowa). Ciecz zawarta w takim reaktorze działa jak chłodziwo. W tym projekcie moderatorem neutronów jest grafit, stąd nazwa. Wydajność wynosi około 40%.
Zgodnie z zasadą urządzenia, reaktory są również podzielone na:
- PWR (ciśnieniowy reaktor wodny) - jest zaprojektowany tak, aby woda pod pewnym ciśnieniem spowalniała reakcję i dostarczała ciepło;
- BWR (zaprojektowane w taki sposób, że para i woda są w głównej części urządzenia bez obiegu wody);
- RBMK (reaktor kanałowy o szczególnie dużej pojemności);
- BN (system działa z powodu szybkiej wymiany neutronów).
Struktura i struktura elektrowni jądrowej. Jak działa elektrownia jądrowa?
Typowa elektrownia jądrowa składa się z bloków, z których każdy ma różne urządzenia techniczne. Najważniejszą z tych jednostek jest kompleks z hali reaktora, zapewniający sprawność całej elektrowni jądrowej. Składa się z następujących urządzeń:
- reaktor;
- umywalką (w niej przechowywane jest paliwo jądrowe);
- maszyny do ładowania paliwa;
- Pokój kontrolny (panel sterowania w blokach, dzięki czemu operatorzy mogą obserwować proces rozszczepienia jądrowego).
Po tym budynku następuje sala. Jest wyposażony w generatory pary i jest główną turbiną. Zaraz za nimi znajdują się kondensatory, a także linie przesyłowe energii elektrycznej, które wykraczają poza granice terytorium.
Między innymi istnieje jednostka z basenami na zużyte paliwo i specjalne jednostki przeznaczone do chłodzenia (nazywane są wieżami chłodniczymi). Ponadto do chłodzenia stosuje się baseny natryskowe i naturalne zbiorniki.
Zasada działania elektrowni jądrowych
We wszystkich elektrowniach bez wyjątku istnieją 3 etapy konwersji energii elektrycznej:
- jądrowa z przejściem na ciepło;
- termiczne, zamieniające się w mechaniczne;
- mechaniczny, przerobiony na elektryczny.
Uran oddaje neutrony, co powoduje uwalnianie ciepła w dużych ilościach. Ciepła woda z reaktora jest pompowana przez pompy przez generator pary, gdzie wydziela trochę ciepła i ponownie wraca do reaktora. Ponieważ ta woda znajduje się pod wysokim ciśnieniem, pozostaje w stanie ciekłym (w nowoczesnych reaktorach VVER około 160 atmosfer w temperaturze ~ 330 ° C[7]). W generatorze pary ciepło to jest przekazywane do wody z obwodu wtórnego, który znajduje się pod znacznie niższym ciśnieniem (połowa ciśnienia obwodu pierwotnego i mniej), dlatego wrzenia. Powstająca para dostaje się do turbiny parowej, która obraca generator, a następnie do skraplacza, gdzie para jest chłodzona, skrapla się i ponownie wchodzi do generatora pary. Skraplacz jest chłodzony wodą z zewnętrznego otwartego źródła wody (na przykład stawu chłodzącego).
Oba obwody, pierwszy i drugi, są zamknięte, co zmniejsza prawdopodobieństwo wycieku promieniowania. Wymiary pierwotnych struktur obwodu są zminimalizowane, co również zmniejsza ryzyko promieniowania. Turbina parowa i skraplacz nie wchodzą w interakcje z wodą obiegu pierwotnego, co ułatwia naprawy i zmniejsza ilość odpadów radioaktywnych podczas demontażu stacji.
Mechanizmy ochronne NPP
Wszystkie elektrownie jądrowe są koniecznie wyposażone w zintegrowane systemy bezpieczeństwa, na przykład:
- lokalizowanie - ograniczenie rozprzestrzeniania się szkodliwych substancji w razie wypadku skutkującego uwolnieniem promieniowania;
- zapewnienie - służy pewnej ilości energii do stabilnej pracy systemów;
- menedżerów - służą zapewnieniu, że wszystkie systemy ochronne działają normalnie.
Ponadto reaktor może ulec awarii w razie wypadku. W takim przypadku automatyczna ochrona przerwie reakcje łańcuchowe, jeśli temperatura w reaktorze będzie nadal rosnąć. Środek ten będzie następnie wymagał poważnych prac renowacyjnych w celu przywrócenia działania reaktora.
Po niebezpiecznym wypadku w elektrowni jądrowej w Czarnobylu, którego przyczyna okazała się niedoskonałym projektem reaktora, zaczęto zwracać większą uwagę na środki ochronne, a także przeprowadzano prace projektowe w celu zapewnienia większej niezawodności reaktorów.
Katastrofa XXI wieku i jej konsekwencje
W marcu 2011 r. Północno-wschodnia część Japonii nawiedziło trzęsienie ziemi, które spowodowało tsunami, które ostatecznie uszkodziło 4 z 6 reaktorów elektrowni jądrowej Fukushima-1.
Niecałe dwa lata po tragedii ofiary śmiertelne w katastrofie przekroczyły 1500, a 20 000 nadal pozostaje niezauważonych, a kolejne 300 000 mieszkańców zostało zmuszonych do opuszczenia swoich domów.
Były ofiary, które nie mogły opuścić miejsca z powodu ogromnej dawki promieniowania. Dla nich zorganizowano natychmiastową ewakuację, trwającą 2 dni.
Niemniej jednak, co roku poprawiają się metody zapobiegania wypadkom w elektrowniach jądrowych, a także neutralizacji sytuacji awaryjnych - nauka stale się rozwija. Niemniej jednak przyszłość wyraźnie stanie się szczytem alternatywnych sposobów wytwarzania energii elektrycznej - w szczególności logiczne jest oczekiwanie pojawienia się gigantycznych orbitujących ogniw słonecznych w ciągu najbliższych 10 lat, co jest całkiem możliwe do osiągnięcia w warunkach nieważkości, a także innych technologii, w tym rewolucyjnych technologii energetycznych.
