Koje nuklearne elektrane poznajete? Kratak opis rada nuklearne elektrane

Šta je nuklearna elektrana?

Nuklearna elektrana ili nuklearna elektrana je termoelektrana u kojoj je izvor topline nuklearni reaktor. Tipično, sve tradicionalne termoelektrane koriste toplinu za proizvodnju pare, koja pokreće parnu turbinu spojenu na električni generator koji proizvodi električnu energiju. Do 23. aprila 2014. IAEA je izvijestila o radu 435 nuklearnih reaktora u 31 zemlji. Nuklearne elektrane se općenito smatraju postrojenjima za bazno opterećenje jer je cijena goriva mali dio troškova proizvodnje. Njihovi troškovi rada, održavanja i goriva, zajedno sa hidroelektričnom energijom, su na donjem kraju raspona, što ih čini pogodnim kao dobavljači električne energije osnovnog opterećenja. Međutim, troškovi zbrinjavanja istrošenog goriva su prilično promjenjivi.

Istorija nuklearne industrije

Po prvi put u istoriji, električna energija je proizvedena pomoću nuklearnog reaktora 3. septembra 1948. godine u grafitnom reaktoru X-10 u Oak Ridgeu, Tennessee, Sjedinjene Američke Države. Ovaj reaktor je bio prototip za prvu nuklearnu elektranu i proizvodio je dovoljno struje za napajanje sijalice sa žarnom niti. Drugi veći eksperiment izveden je 20. decembra 1951. u eksperimentalnoj stanici EBR-I u blizini Arco, Idaho u Sjedinjenim Američkim Državama. 27. juna 1954. u sovjetskom gradu Obninsku počela je raditi prva nuklearna elektrana na svijetu za proizvodnju električne energije za električnu mrežu. Prva elektrana na svijetu, Calder Hall, puštena je u rad u Engleskoj 17. oktobra 1956. godine. Prva elektrana na svijetu, Shippingport, posvećena isključivo proizvodnji električne energije (Calder Hall je također bio namijenjen za proizvodnju plutonijuma), puštena je u rad 18. decembra 1957. u Sjedinjenim Američkim Državama.

Kako radi nuklearna elektrana?

Pretvaranje u električnu energiju odvija se indirektno, kao u konvencionalnim termoelektranama. Fisija atomskog jezgra u nuklearnom reaktoru zagrijava rashladno sredstvo reaktora. Rashladno sredstvo može biti voda ili plin, ili čak tečni metal, ovisno o vrsti reaktora. Rashladno sredstvo reaktora zatim ide u generator pare i zagrijava vodu kako bi se proizvela para. Para pod pritiskom se tada obično dovodi u višestepenu parnu turbinu. Nakon što se parna turbina proširi i djelimično kondenzira paru, preostala para se kondenzira u kondenzatoru. Kondenzator je izmjenjivač topline koji je povezan sa sekundarnim rashladnim krugom kao što je rijeka ili rashladni toranj. Voda se zatim pumpa natrag u generator pare i ciklus počinje ponovo. Ciklus para-voda odgovara Rankineovom ciklusu.

Nuklearna elektrana sa nuklearnim reaktorom

Nuklearni reaktor je srce stanice. U njegovom središnjem dijelu, u jezgri reaktora, toplina se stvara kao rezultat kontrolirane fisije atomskog jezgra. Ova toplota zagrijava rashladno sredstvo dok se pumpa kroz reaktor i tako uklanja energiju iz reaktora. Toplina nuklearne fisije koristi se za proizvodnju pare, koja prolazi kroz turbine, koje zauzvrat napajaju električne generatore.

Nuklearni reaktori obično koriste uranijum kao gorivo za lančanu reakciju. Uranijum je veoma težak metal koji se nalazi u izobilju u morskoj vodi i u većini stena na Zemlji. Prirodni uranijum se javlja u dva različita izotopa: uranijum-238 (U-238), koji čini 99,3% prirodnog uranijuma, i uranijum-235 (U-235), koji čini oko 0,7% uranijuma u prirodi. Izotopi su atomi istog elementa s različitim brojem neutrona. Dakle, U-238 ima 146 neutrona, a U-235 ima 143 neutrona. Različiti izotopi imaju različite obrasce ponašanja. Na primjer, U-235 je fisilan - što znači da se lako kvari i oslobađa puno energije, što ga čini idealnim za nuklearnu energiju. S druge strane, U-238 nema ovo svojstvo, iako se radi o istom elementu. Različiti izotopi također imaju različite poluživote. Poluživot je vrijeme potrebno da se polovina uzorka radioaktivnog elementa raspadne. U-238 ima duže vrijeme poluraspada od U-235, pa mu je potrebno duže da se razgradi. To također znači da je U-238 manje radioaktivan od U-235.

Budući da nuklearna fisija stvara radioaktivnost, jezgro reaktora je okruženo zaštitnim štitom. Ova ljuska upija zračenje i sprečava ispuštanje radioaktivnog materijala u okolinu. Osim toga, mnogi reaktori su opremljeni betonskom kupolom kako bi se reaktor zaštitio od unutrašnjih nesreća i vanjskih utjecaja.

Parna turbina nuklearne elektrane

Svrha parne turbine je pretvaranje topline sadržane u pari u mehaničku energiju. Turbinska prostorija sa parnom turbinom je obično konstruktivno odvojena od glavne zgrade nuklearnog reaktora. Turbinska hala i zgrade nuklearnog reaktora locirane su tako da ako turbina eksplodira tokom rada, ostaci željeza ne dospiju u reaktor.

U slučaju nuklearnog reaktora sa vodenim hlađenjem pod pritiskom, parna turbina je odvojena od nuklearnog sistema. Da bi se otkrilo curenje u generatoru pare, a time i ulazak radioaktivne vode u primarni krug, ugrađen je radiometar koji prati izlaz pare iz generatora pare. Nasuprot tome, u reaktorima s kipućom vodom, radioaktivna voda prolazi kroz parnu turbinu, tako da je turbina dio radiološki nadgledanog područja nuklearne elektrane.

Generator nuklearne elektrane

Generator pretvara mehaničku energiju turbine u električnu energiju. Koriste se niskonaponski sinhroni generatori naizmjenične struje velike nazivne snage.

Sistem za hlađenje nuklearne elektrane

Sistem za hlađenje uklanja toplinu iz jezgre reaktora i prenosi je u drugi dio postrojenja, gdje se toplinska energija može koristiti za proizvodnju električne energije ili obavljanje drugih korisnih poslova. Obično se vruća rashladna tekućina koristi kao izvor topline za kotao, a para pod pritiskom iz kotla pokreće jednu ili više parnih turbina električnih generatora.

NPP sigurnosni ventili

U slučaju nužde, sigurnosni ventili se mogu koristiti za sprječavanje pucanja cijevi ili eksplozije reaktora. Ventili su dizajnirani tako da mogu detektovati i najmanji porast pritiska svih isporučenih energetskih nosača. U slučaju reaktora s kipućom vodom, para se usmjerava u komoru za smanjenje tlaka i tamo kondenzira. Komore u izmjenjivaču topline povezane su na međukrug hlađenja.

Napojna pumpa za nuklearnu elektranu

Nivo vode u parogeneratoru i nuklearnom reaktoru kontroliše se pomoću sistema napojne vode. Pumpa napojne vode ima zadatak da crpi vodu iz sistema za obradu kondenzata, povećava pritisak i šalje je u parogeneratore (u slučaju reaktora sa vodom pod pritiskom) ili direktno u reaktor (kod reaktora sa ključalom vodom).

Hitno napajanje nuklearnih elektrana

Većina nuklearnih elektrana zahtijeva dva različita izvora energije, odnosno pomoćne transformatore napojnih stanica izvan lokacije koji su dovoljno odvojeni u distributivnoj trafostanici i mogu se napajati iz više vodova. Dodatno, u nekim nuklearnim elektranama, turbogenerator može snabdijevati pomoćne potrebe elektrane dok elektrana radi pomoću pomoćnih transformatora koji oslobađaju električnu energiju iz sabirnica generatora prije nego što stigne do pojačanog transformatora (takve elektrane imaju i elektranu). pomoćni transformatori koji primaju električnu energiju iz eksternih izvora energije direktno iz distributivne trafostanice). Čak i sa dva rezervna izvora napajanja, moguće je potpuno napajanje iz eksternih izvora. Nuklearne elektrane su opremljene hitnim napajanjem.

Specijalisti u nuklearnoj elektrani

• Nuklearni inženjeri

• Operateri nuklearnih reaktora

• Radnici dozimetrijskih službi

• Osoblje tima za hitne slučajeve

• Stalni inspektori Komisije za nuklearnu regulaciju

U Sjedinjenim Državama i Kanadi radnici u elektranama, isključujući menadžment, kvalificirano osoblje (kao što su inženjeri) i sigurnosno osoblje, mogu biti članovi ili Međunarodnog sindikata elektrotehničkih radnika (IBEW) ili Ujedinjenog sindikata radnika Amerike (UWUA) , ili neko iz raznih sindikalnih ili radničkih organizacija koje zastupaju interese mašinista, radnika, kotlara, montažera, metalaca itd.

NPP troškovi

Ekonomija novih nuklearnih elektrana je kontroverzno pitanje, a ulaganja od više milijardi dolara zavise od izbora izvora energije. Nuklearne elektrane obično imaju visoke kapitalne troškove, ali niske direktne troškove goriva povezane s ekstrakcijom, preradom, troškovima korištenja goriva i internaliziranim troškovima skladištenja istrošenog goriva. Dakle, poređenja sa drugim metodama proizvodnje energije u velikoj meri zavise od pretpostavki o vremenu izgradnje i finansiranju kapitalnih investicija za nuklearne elektrane. Prema Price-Andersonovom zakonu u Sjedinjenim Državama, procjene troškova uzimaju u obzir troškove razgradnje elektrane i skladištenja ili obrade nuklearnog otpada. Reaktori četvrte generacije se trenutno razvijaju s perspektivom da bi svo istrošeno nuklearno gorivo („nuklearni otpad“) potencijalno moglo biti ponovno obrađeno korištenjem budućih reaktora kako bi se u potpunosti zatvorio ciklus nuklearnog goriva. Trenutno, međutim, ne postoji efektivno odlaganje otpada iz nuklearnih elektrana na veliko, a metoda privremenog skladištenja na licu mjesta se još uvijek koristi u gotovo svim elektranama zbog problema u izgradnji trajnih skladišta otpada. Samo Finska ima planove za izgradnju trajnih skladišta, tako da su dugoročni troškovi skladištenja otpada na globalnoj razini neizvjesni.

S druge strane, troškovi izgradnje ili kapitalni izdaci za mjere ublažavanja globalnog zagrijavanja kao što su porez na ugljik ili trgovina ugljikom sve više favoriziraju ekonomiju nuklearne energije. Nadamo se da će se postići veća efikasnost kroz naprednije dizajne reaktora. Obećano je da će reaktori treće generacije sagorijevati najmanje 17% manje goriva i imati niže kapitalne troškove, dok futuristički reaktori četvrte generacije obećavaju 10.000-30.000% veću efikasnost goriva i eliminaciju nuklearnog otpada.

U istočnoj Evropi, brojni dugoročni projekti se bore da pronađu sredstva, posebno Belene u Bugarskoj i dodatni reaktori u Černavodi u Rumuniji, a neki potencijalni pobornici su napustili stanicu. Dostupnost jeftinog gasa i relativna pouzdanost njegovog budućeg snabdevanja takođe predstavlja veliki izazov za nuklearne projekte.

Prilikom analize ekonomije nuklearne energije potrebno je uzeti u obzir ko će snositi rizike vezane za neizvjesnu budućnost. Do danas su sve operativne nuklearne elektrane izgrađene od strane državnih ili državno regulisanih komunalnih monopola, pri čemu mnoge rizike povezane sa troškovima izgradnje, radnim karakteristikama, cijenama goriva i drugim faktorima snose potrošači, a ne dobavljači. Mnoge zemlje su već liberalizirale tržište električne energije, gdje ovi rizici, kao i rizik pojave jeftinijih konkurenata prije nego što se kapitalni troškovi nadoknade, padaju na ramena dobavljača i operatera postrojenja, a ne potrošača, što dovodi do značajne promjene u procjeni. ekonomije novih nuklearnih elektrana.

Nesreća u Fukušimi I iz 2011. vjerovatno će povećati troškove za postojeće i nove nuklearne elektrane zbog povećanih zahtjeva za skladištenjem istrošenog goriva na licu mjesta i povećanih opasnosti na osnovu projekta. Međutim, mnogi projekti, kao što je AP1000 koji je trenutno u izgradnji, koriste pasivne sisteme hlađenja za nuklearnu sigurnost, za razliku od Fukushima I, koja zahtijeva aktivni sistem hlađenja, a to uvelike smanjuje potrebu za trošenjem više novca na redundantnu rezervnu sigurnosnu opremu.

Sigurnost nuklearnih elektrana

U svojoj knjizi Normalne nesreće, Charles Perrow kaže da su brojni i neočekivani kvarovi ugrađeni u složene i čvrsto povezane sisteme nuklearnih reaktora. Takve nezgode su neizbježne i ne mogu se spriječiti. Interdisciplinarni tim sa Massachusetts Institute of Technology (MIT) procjenjuje da se, s obzirom na očekivani rast nuklearne energije, mogu očekivati ​​najmanje četiri ozbiljne nuklearne nesreće između 2005. i 2055. godine. Međutim, studija MIT-a ne uzima u obzir poboljšanja u sigurnosti od 1970. godine. Od 1970. do danas, bilo je pet velikih nesreća (oštećenja jezgra) širom svijeta: jedna na ostrvu Three Mile 1979., jedna u Černobilu 1986. i tri u Fukushima Daiichi 2011., što odgovara početku rada reaktora druge generacije. . U prosjeku, jedna teška nesreća dogodi se svakih osam godina širom svijeta.

Moderni dizajni nuklearnih reaktora prošli su mnoga sigurnosna poboljšanja od prve generacije nuklearnih reaktora. Nuklearne elektrane ne mogu eksplodirati kao nuklearna bomba jer gorivo za uranijumske reaktore nije dovoljno obogaćeno, a nuklearno oružje zahtijeva precizan eksploziv kako bi gorivo u dovoljnoj količini dospjelo u superkritično stanje. Većina reaktora zahtijeva stalnu kontrolu temperature kako bi se spriječilo topljenje jezgra, što se dogodilo nekoliko puta zbog nesreće ili prirodne katastrofe, oslobađajući radijaciju i čineći okoliš nenastanjivim. Elektrane moraju biti zaštićene od krađe nuklearnog materijala (na primjer, za pravljenje prljave nuklearne bombe) i od napada vojnih zrakoplova (što se dogodilo) ili neprijateljskih projektila ili otetih terorističkih zrakoplova.

Kontroverze o nuklearnoj energiji

Debata o nuklearnoj energiji vrti se oko kontroverznog pitanja koje je nastalo uvođenjem i upotrebom nuklearnih fisijskih reaktora za proizvodnju električne energije iz nuklearnog goriva u civilne svrhe. Debata o nuklearnoj energiji dostigla je vrhunac 1970-ih i 1980-ih, kada je u nekim zemljama "dostigla intenzitet bez presedana u istoriji tehnološke kontroverze".

Zagovornici tvrde da je nuklearna energija održivi izvor energije koji smanjuje emisije ugljičnog dioksida i može poboljšati energetsku sigurnost ako njeno korištenje zamijeni ovisnost o uvezenom gorivu. Zagovornici promovišu ideju da nuklearna energija praktično ne proizvodi zagađenje zraka, za razliku od glavne održive alternative, fosilnih goriva. Zagovornici također vjeruju da je nuklearna energija jedina održiva opcija za postizanje energetske nezavisnosti za većinu zapadnih zemalja. Naglašavaju da su rizici od skladištenja otpada mali i da se mogu dodatno smanjiti korištenjem najnovije tehnologije u novim reaktorima, a izvještaji o sigurnosti rada u zapadnom svijetu ukazuju da su nuklearne elektrane u odličnom stanju u odnosu na druge velike tipove elektrana.

Protivnici tvrde da nuklearna energija predstavlja mnoge rizike za ljude i okoliš, te da troškovi ne opravdavaju koristi. Prijetnje uključuju zdravstvene rizike i štetu okolišu od vađenja, obrade i transporta uranijuma, rizik od nuklearnog širenja ili sabotaže i neriješen problem radioaktivnog nuklearnog otpada. Drugi ekološki problem je ispuštanje tople vode u more. Topla voda mijenja okolišne uvjete za život u moru. Oni također tvrde da su sami reaktori izuzetno složene mašine, gdje mnogi procesi mogu i ne idu prema planu, što je dovelo do mnogih ozbiljnih nuklearnih nesreća. Kritičari ne vjeruju da se ovi rizici mogu ublažiti novim tehnologijama. Oni tvrde da kada se uzmu u obzir svi energetski intenzivni koraci u lancu nuklearnog goriva, od vađenja uranijuma do nuklearne dekomisije, nuklearna energija nije niskougljični izvor električne energije. One zemlje koje nemaju rudnike uranijuma ne mogu postići energetsku nezavisnost kroz postojeće nuklearne energetske tehnologije. Stvarni troškovi izgradnje često premašuju procjene, a troškovi skladištenja istrošenog goriva nemaju jasan vremenski okvir.

Prerada nuklearnog goriva iz nuklearnih elektrana

Tehnologija prerade nuklearnog goriva razvijena je kako bi se kemijski odvojio i povratio fisijski plutonij iz ozračenog nuklearnog goriva. Recikliranje služi nekoliko svrha, čija se relativna važnost vremenom mijenjala. U početku, ponovna obrada je vršena isključivo za ekstrakciju plutonijuma za proizvodnju nuklearnog oružja. S komercijalizacijom nuklearne energije, istrošeni plutonij se prerađuje natrag u miješano oksidno nuklearno gorivo za termalne reaktore. Reprocesirani uranijum, koji čini većinu materijala istrošenog goriva, u principu bi se takođe mogao ponovo koristiti kao gorivo, ali je to ekonomski izvodljivo samo kada su cene uranijuma visoke ili je odlaganje skupo. Konačno, reaktor za razmnožavanje može koristiti ne samo reprocesirani plutonijum i uranijum u istrošenom gorivu, već i sve aktinide, dovršavajući ciklus nuklearnog goriva i potencijalno umnožavajući energiju ekstrahovanu iz prirodnog uranijuma za više od 60 puta.

Ponovna prerada nuklearnog goriva smanjuje količinu visoko radioaktivnog otpada, ali sama po sebi ne smanjuje radioaktivnost ili proizvodnju topline i stoga ne eliminira potrebu za skladištenjem otpada u geološkim formacijama. Ponovna obrada je politički kontroverzna zbog svog potencijala da doprinese širenju nuklearnog oružja, potencijalne ranjivosti na nuklearni terorizam, političkih pitanja odabira mjesta za skladištenje (pitanje koje se jednako odnosi i na direktno odlaganje istrošenog nuklearnog goriva) i visoke cijene. u poređenju sa jednim ciklusom goriva. U Sjedinjenim Državama, Obamina administracija se povukla od planova recikliranja u industrijskim razmjerima predsjednika Busha i vratila se programu fokusiranom na recikliranje vezano za istraživanje.

Nesreće u nuklearnim elektranama

Bečka konvencija o građanskoj odgovornosti za nuklearnu štetu uspostavila je međunarodni okvir za nuklearnu odgovornost. Međutim, države s većinom nuklearnih elektrana u svijetu, uključujući Sjedinjene Države, Rusiju, Kinu i Japan, nisu stranke međunarodnih konvencija o nuklearnoj odgovornosti.

U SAD-u su nuklearni ili radijacijski incidenti pokriveni (za objekte licencirane do 2025.) prema Price-Andersonovom zakonu o nuklearnom osiguranju.

Energetska politika Ujedinjenog Kraljevstva, kroz Zakon o nuklearnim instalacijama iz 1965. godine, regulira odgovornost za nuklearnu štetu za koju je odgovoran nositelj nuklearne dozvole u Ujedinjenom Kraljevstvu. Zakon zahtijeva od odgovornog operatera da plati štetu do 150 miliona funti u roku od deset godina od incidenta. Nakon deset godina za narednih dvadeset godina, Vlada je odgovorna za ovu obavezu. Vlada je takođe odgovorna za dodatnu ograničenu međudržavnu odgovornost (otprilike 300 miliona funti) prema međunarodnim konvencijama (Pariška konvencija o odgovornosti trećih lica u oblasti nuklearne energije i Briselska konvencija pored Pariske konvencije).

Razgradnja nuklearnih elektrana

Nuklearna dekomisija uključuje demontažu nuklearne elektrane i dekontaminaciju lokacije do stanja koje ne predstavlja opasnost od zračenja za civile. Glavna razlika u odnosu na demontažu drugih tipova elektrana je prisustvo radioaktivnog materijala, čije uklanjanje i prijenos u skladište otpada zahtijeva posebne mjere opreza.

Uopšteno govoreći, nuklearne elektrane su projektovane da traju oko 30 godina. Nove stanice su dizajnirane sa radnim vijekom od 40 do 60 godina. Jedan od faktora habanja je i propadanje reaktorskog ekrana pod uticajem neutronskog zračenja.

Stavljanje van pogona uključuje mnoge administrativne i tehničke mjere. Uključuje potpuno čišćenje od radioaktivnosti i potpuno rušenje stanice. Jednom kada se objekat stavi van pogona, više ne bi trebao predstavljati rizik od radioaktivne nesreće niti biti opasan po zdravlje posjetitelja. Nakon što se postrojenje u potpunosti povuče iz pogona, oslobađa se regulatorne kontrole i vlasnik licence više nije odgovoran za njegovu nuklearnu sigurnost.

Povijesni incidenti u nuklearnim elektranama

Nuklearna industrija tvrdi da su nove tehnologije i kontrole nuklearne elektrane učinile mnogo sigurnijim, ali nakon katastrofe u Černobilu 1986. i do 2008. godine, dogodilo se 57 manjih nesreća, od kojih se dvije trećine dogodilo u Sjedinjenim Državama. Francuska agencija za atomsku energiju (CEA) zaključila je da tehničke inovacije ne mogu u potpunosti eliminirati rizik od ljudskih faktora u radu nuklearne elektrane.

Prema Benjaminu Sovakoolu iz 2003. godine, interdisciplinarni tim na Massachusetts Institute of Technology (MIT) procijenio je da se, s obzirom na očekivani rast nuklearne energije, mogu očekivati ​​najmanje četiri ozbiljne nuklearne nesreće između 2005. i 2055. godine. Međutim, studija MIT-a ne uzima u obzir sigurnosna poboljšanja od 1970. godine.

Prednosti nuklearne energije

Nuklearna postrojenja se prvenstveno koriste za bazno opterećenje zbog ekonomskih razloga. Trošak goriva za rad nuklearne elektrane manji je od cijene goriva za pogon elektrana na ugalj ili plin. Rad nuklearne elektrane manjim od punog kapaciteta nije ekonomski opravdano.

Međutim, u Francuskoj nuklearne elektrane rade pretežno u režimu praćenja opterećenja, iako je „općenito prihvaćeno da to nije idealna ekonomska situacija za nuklearne elektrane“. Jedinica A u Nuklearnoj elektrani Byblis u Njemačkoj je dizajnirana da poveća i smanji proizvodnju energije za 15% u minuti sa 40% na 100% svog nazivnog kapaciteta. Reaktori s kipućom vodom obično imaju mogućnost praćenja opterećenja variranjem protoka recirkulirane vode.

Budući projekti elektrana

Nova generacija dizajna nuklearnih elektrana, poznatih kao reaktori generacije IV, predmet je aktivnog istraživanja. Mnogi od ovih novih projekata posebno pokušavaju da učine fisijske reaktore čišćim, sigurnijim i/ili predstavljaju manje rizika za nuklearnu proliferaciju. Mogu se graditi pasivno bezbedna postrojenja (npr. ekonomični pojednostavljeni nuklearni reaktor sa ključalom vodom), dok je cilj istraživanja razvoj reaktora uz gotovo potpunu eliminaciju uticaja ljudskog faktora na njih. Fuzijski reaktori, koji su još uvijek u ranoj fazi razvoja, smanjili su ili eliminirali neke od rizika povezanih s nuklearnom fisijom.

Dva evropska reaktora sa vodom pod pritiskom (EPR) ukupnog kapaciteta 1600 MW se grade u Evropi, a dva se grade u Kini. Reaktori su zajednički projekat francuske korporacije AREVA i njemačkog Siemens AG i bit će najveći reaktori na svijetu. One EPR nalazi se u Olkiluotou u Finskoj i dio je nuklearne elektrane Olkiluoto. Reaktor je prvobitno bio planiran za puštanje u rad 2009. godine, ali je lansiranje više puta odlagano, a od septembra 2014. pomjereno je na 2018. godinu. Pripremni radovi za EPR u nuklearnoj elektrani Flamanville u Flamanvilleu, Manche, Francuska počeli su 2006. godine sa planiranim datumom završetka 2012. godine. Odgođen je i puštanje u rad francuskog reaktora, a prema prognozama iz 2013. godine planirano je da bude pušten u rad 2016. godine. Dva kineska EPR-a su dio nuklearne elektrane Taishan u Taishanu, Guangdong. Reaktori nuklearne elektrane Taishan trebali su se pokrenuti 2014. i 2015. godine, ali su odgođeni do 2017. godine.

Od marta 2007. u izgradnji je sedam nuklearnih elektrana u Indiji i pet u Kini.

U novembru 2011. Gulf Power je rekao da se nada da će do kraja 2012. dovršiti kupovinu 4.000 hektara zemlje sjeverno od Pensacole na Floridi za izgradnju moguće nuklearne elektrane.

Rusija je 2010. godine pustila u rad plutajuću nuklearnu elektranu. Brod Akademik Lomonosov vrijedan 100 miliona funti prva je od sedam stanica koje će obezbijediti vitalne energetske resurse udaljenim regionima Rusije.

Bez nuklearnih elektrana u 2011. godini, do 2025. zemlje jugoistočne Azije će imati ukupno 29 nuklearnih elektrana: Indonezija će imati 4 nuklearne elektrane, Malezija će imati 4, Tajland će imati 5, a Vijetnam će imati 16.

Kina je 2013. imala 32 nuklearna reaktora u izgradnji, što je najveći broj u svijetu.

U periodu od 2016. do 2019. godine planirano je dovršenje proširenja dvije nuklearne elektrane u Sjedinjenim Državama, odnosno nuklearne elektrane Vogtle u Georgiji i nuklearne elektrane VC Summer u Južnoj Karolini. Dva nova reaktora u Vogtl nuklearnoj elektrani i dva nova reaktora u ljetnoj nuklearnoj elektrani VC prvi su projekti izgradnje nuklearnih elektrana u Sjedinjenim Državama od nesreće u nuklearnoj elektrani na ostrvu Three Mile 1979. godine.

Vlada Velike Britanije odobrila je izgradnju nuklearne elektrane Hinkley Point C.

Nekoliko zemalja počelo je s implementacijom torijskog nuklearnog programa. Torijum se u prirodi nalazi četiri puta češće od uranijuma. Više od 60% ležišta torijumske rude - monazita - nalazi se u pet zemalja: Australiji, SAD, Indiji, Brazilu i Norveškoj. Ovi resursi torijuma dovoljni su za zadovoljavanje trenutnih energetskih potreba hiljadama godina. Gorivni ciklus torijuma je sposoban za proizvodnju nuklearne energije sa nižim prinosom radiotoksičnog otpada od ciklusa goriva uranijuma.

Nuklearna elektrana (NPP) je kompleks tehničkih struktura dizajniranih za proizvodnju električne energije korištenjem energije oslobođene tijekom kontrolirane nuklearne reakcije.

Uranijum se koristi kao uobičajeno gorivo za nuklearne elektrane. Reakcija fisije se odvija u glavnoj jedinici nuklearne elektrane - nuklearnom reaktoru.

Reaktor je postavljen u čelično kućište dizajnirano za visoki pritisak - do 1,6 x 107 Pa, odnosno 160 atmosfera.
Glavni dijelovi VVER-1000 su:

1. U aktivnoj zoni, u kojoj se nalazi nuklearno gorivo, dolazi do lančane reakcije nuklearne fisije i oslobađanja energije.
2. Reflektor neutrona koji okružuje jezgro.
3. Rashladna tečnost.
4. Sistem upravljanja zaštitom (CPS).
5. Zaštita od zračenja.

Toplina u reaktoru oslobađa se lančanom reakcijom fisije nuklearnog goriva pod utjecajem toplinskih neutrona. U ovom slučaju nastaju proizvodi nuklearne fisije, među kojima postoje i čvrste tvari i plinovi - ksenon, kripton. Proizvodi fisije imaju veoma visoku radioaktivnost, pa se gorivo (peleti uranijum dioksida) stavlja u zatvorene cirkonijumske cevi – gorivne šipke (gorivi elementi). Ove cijevi su spojene u nekoliko komada jedan pored drugog u jedan gorivni sklop. Za upravljanje i zaštitu nuklearnog reaktora koriste se upravljačke šipke koje se mogu pomicati duž cijele visine jezgre. Štapovi su napravljeni od tvari koje snažno apsorbiraju neutrone - na primjer, bor ili kadmij. Kada se štapovi duboko umetnu, lančana reakcija postaje nemoguća, jer se neutroni snažno apsorbuju i uklanjaju iz zone reakcije. Šipke se pomeraju daljinski sa kontrolne table. Uz lagano pomicanje šipki, proces lanca će se ili razviti ili izblijediti. Na taj način se reguliše snaga reaktora.

Raspored stanice je dvokružni. Prvi, radioaktivni, krug se sastoji od jednog reaktora VVER 1000 i četiri cirkulacione rashladne petlje. Drugi krug, neradioaktivan, uključuje parogenerator i jedinicu za dovod vode i jednu turbinsku jedinicu snage 1030 MW. Primarno rashladno sredstvo je nekipuća voda visoke čistoće pod pritiskom od 16 MPa sa dodatkom rastvora borne kiseline, snažnog apsorbera neutrona, koji se koristi za regulaciju snage reaktora.

1. Glavne cirkulacione pumpe pumpaju vodu kroz jezgro reaktora, gde se zagreva na temperaturu od 320 stepeni zbog toplote nastale tokom nuklearne reakcije.
2. Zagrijana rashladna tekućina prenosi svoju toplinu na vodu sekundarnog kruga (radni fluid), isparavajući je u generatoru pare.
3. Ohlađeno rashladno sredstvo ponovo ulazi u reaktor.
4. Generator pare proizvodi zasićenu paru pod pritiskom od 6,4 MPa, koja se dovodi u parnu turbinu.
5. Turbina pokreće rotor električnog generatora.
6. Izduvna para se kondenzuje u kondenzatoru i ponovo se dovodi u generator pare pomoću kondenzatne pumpe. Za održavanje konstantnog tlaka u krugu, ugrađen je kompenzator volumena pare.
7. Toplota kondenzacije pare se odvodi iz kondenzatora cirkulacijom vode, koju dovodi dovodna pumpa iz hladnjaka.
8. I prvi i drugi krug reaktora su zapečaćeni. Ovo osigurava sigurnost reaktora za osoblje i javnost.

Ukoliko nije moguće koristiti veliku količinu vode za kondenzaciju pare, umjesto u rezervoaru, voda se može hladiti u posebnim rashladnim tornjevima (rashladnim tornjevima).

Sigurnost i ekološka prihvatljivost rada reaktora su osigurani striktnim poštivanjem propisa (pravila rada) i velikom količinom kontrolne opreme. Sve je to dizajnirano za promišljenu i efikasnu kontrolu reaktora.
Hitna zaštita nuklearnog reaktora je skup uređaja dizajniranih za brzo zaustavljanje nuklearne lančane reakcije u jezgri reaktora.

Aktivna zaštita od nužde automatski se aktivira kada jedan od parametara nuklearnog reaktora dostigne vrijednost koja bi mogla dovesti do nesreće. Takvi parametri mogu uključivati: temperaturu, pritisak i protok rashladne tečnosti, nivo i brzinu povećanja snage.

Izvršni elementi hitne zaštite su, u većini slučajeva, šipke sa supstancom koja dobro upija neutrone (bor ili kadmijum). Ponekad, da bi se reaktor isključio, apsorber tečnosti se ubrizgava u petlju rashladne tečnosti.

Osim aktivne zaštite, mnogi moderni dizajni uključuju i elemente pasivne zaštite. Na primjer, moderne verzije VVER reaktora uključuju "Emergency Core Cooling System" (ECCS) - posebne spremnike s bornom kiselinom smještene iznad reaktora. U slučaju najveće projektne nesreće (puknuće prvog rashladnog kruga reaktora), sadržaj ovih rezervoara gravitacijom završava unutar jezgre reaktora i nuklearna lančana reakcija se gasi velikom količinom tvari koja sadrži bor. , koji dobro apsorbuje neutrone.

Prema “Pravilima o nuklearnoj sigurnosti reaktorskih objekata nuklearnih elektrana”, najmanje jedan od predviđenih sistema za gašenje reaktora mora obavljati funkciju zaštite od nužde (EP). Zaštita u vanrednim situacijama mora imati najmanje dvije nezavisne grupe radnih elemenata. Na signal AZ, radni dijelovi AZ moraju se aktivirati iz bilo kojeg radnog ili međupoložaja.
AZ oprema se mora sastojati od najmanje dva nezavisna seta.

Svaki set AZ opreme mora biti projektovan na način da se obezbedi zaštita u opsegu promena gustine neutronskog fluksa od 7% do 120% nominalne:
1. Po gustini neutronskog fluksa - ne manje od tri nezavisna kanala;
2. Prema stopi povećanja gustine neutronskog fluksa - ne manje od tri nezavisna kanala.

Svaki komplet opreme za hitnu zaštitu mora biti projektovan tako da u cijelom rasponu promjena tehnoloških parametara utvrđenih projektom reaktorskog postrojenja (RP), zaštitu od nužde obezbjeđuju najmanje tri nezavisna kanala za svaki tehnološki parametar. za koje je neophodna zaštita.

Upravljačke komande svakog seta za AZ aktuatore moraju se prenositi kroz najmanje dva kanala. Kada se jedan kanal u jednom od setova AZ opreme isključi iz rada, a da se ovaj set ne isključi, alarmni signal bi trebao biti automatski generiran za ovaj kanal.

Zaštita u hitnim slučajevima mora se aktivirati barem u sljedećim slučajevima:
1. Nakon postizanja AZ postavke za gustinu neutronskog fluksa.
2. Nakon postizanja AZ postavke za brzinu povećanja gustine neutronskog fluksa.
3. Ako napon nestane u bilo kojem kompletu opreme za hitnu zaštitu i CPS sabirnica napajanja koje nisu stavljene iz pogona.
4. U slučaju kvara bilo koja dva od tri zaštitna kanala za gustinu neutronskog fluksa ili za brzinu povećanja neutronskog fluksa u bilo kojem setu AZ opreme koja nije stavljena iz pogona.
5. Kada se dostignu AZ podešavanja tehnološkim parametrima za koje se mora izvršiti zaštita.
6. Prilikom aktiviranja AZ iz ključa iz blok kontrolne točke (BCP) ili rezervne kontrolne točke (RCP).

Materijal su pripremili onlajn urednici www.rian.ru na osnovu informacija iz RIA Novosti i otvorenih izvora

Moderne nuklearne elektrane rasprostranjene su diljem svijeta, jer imaju veliku snagu i produktivnost. Prve nuklearne elektrane inferiorne u odnosu na najnovije nuklearne elektrane u mnogim aspektima. Izgradnja prvih nuklearnih elektrana počela je sredinom prošlog stoljeća.

Puštanje u rad prve nuklearne elektrane u SSSR-u

Izrada plana za prvu nuklearnu elektranu započela je nakon uspješnog testiranja prve atomske bombe u SSSR-u, kada je u nuklearnom reaktoru proizveden plutonij, a organizirana je i proizvodnja obogaćenog uranijuma. Velika rasprava o perspektivama i glavnim problemima pokretanja nuklearnih elektrana za proizvodnju energije održana je u jesen 1949. godine.

Radovi na izgradnji prve nuklearne elektrane počeli su sredinom 20. stoljeća. U toku 4 godine od 1950. do 1954. godine izgrađena je prva nuklearna elektrana. Prva nuklearna elektrana zvanično je puštena u rad 27. juna 1954. godine na teritoriji Sovjetskog Saveza, u gradu Obninsku. Rad ove nuklearke osiguravao je reaktor AM-1, čija je maksimalna snaga bila samo 5 MW.

Ova elektrana je bez prekida radila skoro 48 godina. U aprilu 2002. reaktor stanice je zatvoren. Odluka o gašenju stanice donesena je iz ekonomskih razloga i nesvrsishodnosti njenog daljeg korišćenja. NPP Obninsk postala je ne samo prva pokrenuta, već i prva nuklearna elektrana koja je zatvorena u Rusiji.

Značaj prve nuklearne elektrane

Prve nuklearne elektrane u SSSR-u uspjeli otvoriti put korištenju atomske energije u miroljubive svrhe. Rad prvih nuklearnih elektrana omogućio je i skupljanje inženjerskog i naučnog iskustva neophodnog za dalje projektovanje i izgradnju većih elektrana.

Nuklearna elektrana podignuta u Obninsku, još u periodu izgradnje, pretvorena je u svojevrsnu školu za obuku kadrova, operativnog osoblja i istraživača. NE Obninsk je tu ulogu odigrala nekoliko decenija kroz industrijsku upotrebu i veliki broj eksperimenata koji su u njoj sprovedeni.

Prve nuklearne elektrane u različitim zemljama

Dugogodišnje iskustvo u radu prve sovjetske nuklearne elektrane potvrdilo je gotovo sva inženjerska i tehnička rješenja koja su iznijeli profesionalci u ovoj oblasti. Ovo je pružilo priliku da se 1964. godine izgradi i uspešno pokrene Belojarska nuklearna elektrana, čiji je kapacitet dostigao 300 MW.

U Britaniji je prva nuklearna elektrana zvanično puštena u rad tek u oktobru 1956. godine. Izvan teritorije Sovjetskog Saveza, ovaj objekat je postao prva industrijska stanica u svojoj kategoriji. Elektrana izgrađena u britanskom gradu Calder Hall imala je kapacitet od 46 MW u trenutku lansiranja. Nekoliko godina kasnije počela je izgradnja još nekoliko velikih nuklearnih elektrana.

U Sjedinjenim Državama prva nuklearna elektrana počela je s radom 1957. godine. Elektrana snage 60 MW nalazi se u američkoj državi Shippingport. Sjedinjene Države obustavile su izgradnju reaktora 1979. godine nakon globalne nesreće u nuklearnoj elektrani Three Mile Island. Izgradnja dva nova reaktora na osnovu prethodne stanice planirana je tek za 2017. godinu.

Veliki događaj koji se dogodio 1986. godine imao je ozbiljan uticaj na svijet i natjerao nas da preispitamo niz pitanja vezanih za to. Stručnjaci iz različitih zemalja aktivno su počeli rješavati sigurnosni problem i razmišljali o važnosti međunarodne saradnje kako bi se osigurala maksimalna sigurnost nuklearnih elektrana.

Danas se u zemljama poput Indije, Kanade, Rusije, Indije, Koreje, Kine, SAD-a i Finske aktivno razvijaju i provode programi za dalji razvoj nuklearne energije. U savremenim uslovima, širom sveta je u fazi izgradnje 56 reaktora, a očekuje se da će još 143 reaktora biti izgrađena do 2030. godine.

Prednosti i nedostaci korištenja nuklearnih elektrana

U cijelom svijetu se stalno povećava. Istovremeno, rast potrošnje raste brže od proizvodnje energije, a praktična primjena savremenih perspektivnih tehničkih rješenja u ovoj oblasti, iz više razloga, počeće za nekoliko godina. Rješenje ovog problema je unapređenje nuklearne energije i izgradnja novih nuklearnih elektrana. Mogu se identificirati sljedeće prednosti rada nuklearnih elektrana:

1. Visok energetski intenzitet korištenog resursa goriva. Sa potpunim sagorevanjem, jedan kilogram uranijuma oslobađa količinu energije koja je uporediva sa rezultatom sagorevanja oko 50 tona nafte, odnosno duplo više tona uglja.
2. Mogućnost ponovnog korištenja resursa nakon obrade. Split uranijum, za razliku od otpada od fosilnih goriva, može se ponovo koristiti za proizvodnju energije. Daljnji razvoj nuklearnih elektrana podrazumijeva potpuni prelazak na zatvoreni ciklus, koji će pomoći da se osigura odsustvo stvaranja bilo kakvog štetnog otpada.
3. Nuklearna elektrana ne doprinosi efektu staklene bašte. Nuklearne elektrane svakodnevno pomažu u izbjegavanju emisije oko 600 miliona tona ugljičnog dioksida. Nuklearne elektrane koje rade u Rusiji sprečavaju ispuštanje više od 200 miliona tona ugljen-dioksida u životnu sredinu svake godine.
4. Apsolutna nezavisnost od lokacije izvora goriva. Velika udaljenost nuklearne elektrane od nalazišta uranijuma ni na koji način ne utiče na mogućnost njenog rada. Energetski ekvivalent nuklearnog resursa je višestruko veći u odnosu na organsko gorivo, a troškovi njegovog transporta su minimalni
5. Niska cijena korištenja. Za veliki broj zemalja proizvodnja električne energije iz nuklearnih elektrana nije skuplja od korištenja drugih tipova elektrana

Unatoč mnogim pozitivnim aspektima rada nuklearnih elektrana, postoji nekoliko problema. Glavni nedostatak su teške posljedice vanrednih situacija, za sprječavanje kojih su elektrane opremljene prilično složenim sigurnosnim sistemima s velikim rezervama i redundantnošću. Ovo osigurava izbjegavanje oštećenja centralnog unutrašnjeg mehanizma čak i u slučaju veće nesreće.

Veliki problem za rad nuklearnih elektrana je i njihovo uništavanje nakon iscrpljivanja resursa. Troškovi njihove likvidacije mogu dostići 20% ukupnih troškova njihove izgradnje. Osim toga, iz tehničkih razloga, nepoželjno je da nuklearne elektrane rade u manevarskim režimima.

Prve nuklearne elektrane na svijetu omogućio je veliki korak u poboljšanju nuklearne energije. U savremenim uslovima u Rusiji, oko 17% električne energije proizvodi se iz nuklearnih elektrana. Zbog prednosti rada nuklearnih elektrana, mnoge zemlje počinju graditi nove reaktore i smatraju ih perspektivnim izvorom električne energije.

Jedan od najglobalnijih problema čovječanstva je energija. Civilna infrastruktura, industrija, vojska - za sve to je potrebna ogromna količina električne energije, a za proizvodnju se svake godine izdvaja mnogo minerala. Problem je što ti resursi nisu beskonačni i sada, dok je situacija manje-više stabilna, treba razmišljati o budućnosti. Velike su nade polagane u alternativnu, čistu struju, međutim, kako pokazuje praksa, krajnji rezultat je daleko od željenog. Troškovi solarnih ili vjetroelektrana su ogromni, ali je količina energije minimalna. I zato se nuklearne elektrane sada smatraju najperspektivnijom opcijom za daljnji razvoj.

Istorija nuklearne elektrane

Prve ideje o korištenju atoma za proizvodnju električne energije pojavile su se u SSSR-u oko 40-ih godina 20. stoljeća, skoro 10 godina prije stvaranja vlastitog oružja za masovno uništenje na ovoj osnovi. Godine 1948. razvijen je princip rada nuklearnih elektrana, a ujedno je po prvi put u svijetu bilo moguće napajati uređaje iz atomske energije. Godine 1950. Sjedinjene Države su završile izgradnju malog nuklearnog reaktora, koji se u to vrijeme mogao smatrati jedinom elektranom ovog tipa na planeti. Istina, bio je eksperimentalni i proizvodio je samo 800 vati snage. Istovremeno, u SSSR-u su postavljeni temelji prve potpune nuklearne elektrane na svijetu, iako nakon puštanja u rad još uvijek nije proizvodila električnu energiju u industrijskim razmjerima. Ovaj reaktor se više koristio za usavršavanje tehnologije.

Od tog trenutka počela je masovna izgradnja nuklearnih elektrana širom svijeta. Pored tradicionalnih lidera u ovoj „trci“, SAD i SSSR-a, prvi reaktori su se pojavili u:

• 1956 - Velika Britanija.
• 1959 - Francuska.
• 1961 - Njemačka.
• 1962 - Kanada.
• 1964. - Švedska.
• 1966 - Japan.

Broj izgrađenih nuklearnih elektrana stalno se povećavao, sve do černobilske katastrofe, nakon koje je gradnja počela da se zamrzava i postepeno su mnoge zemlje počele napuštati nuklearnu energiju. Trenutno se nove takve elektrane pojavljuju uglavnom u Rusiji i Kini. Neke zemlje koje su ranije planirale prelazak na drugu vrstu energije postepeno se vraćaju programu, a u bliskoj budućnosti moguć je još jedan nalet izgradnje nuklearnih elektrana. Ovo je obavezna faza u ljudskom razvoju, barem dok se ne pronađu druge efikasne opcije za proizvodnju energije.

Karakteristike nuklearne energije

Glavna prednost je proizvodnja ogromnih količina energije uz minimalnu potrošnju goriva i gotovo potpuno bez zagađenja. Princip rada nuklearnog reaktora u nuklearnoj elektrani temelji se na jednostavnom parnom stroju i koristi vodu kao glavni element (ne računajući samo gorivo), stoga je s ekološkog stajališta šteta minimalna. Potencijalna opasnost od elektrana ovog tipa uvelike je preuveličana. Uzroci katastrofe u Černobilu još uvijek nisu pouzdano utvrđeni (više o tome u nastavku), a osim toga, sve informacije prikupljene u sklopu istrage omogućile su modernizaciju postojećih postrojenja, eliminirajući čak i malo vjerojatne mogućnosti za emisije radijacije. Ekolozi ponekad kažu da su takve stanice snažan izvor termičkog zagađenja, ali ni to nije sasvim tačno. Doista, topla voda iz sekundarnog kruga ulazi u rezervoare, ali najčešće se koriste njihove umjetne verzije, stvorene posebno za tu svrhu, au drugim slučajevima udio takvog povećanja temperature ne može se usporediti sa zagađenjem iz drugih izvora energije.

Problem sa gorivom

Ne posljednju ulogu u popularnosti nuklearnih elektrana igra gorivo - uranijum-235. Potrebno je znatno manje od bilo koje druge vrste uz istovremeno ogromno oslobađanje energije. Princip rada reaktora nuklearne elektrane uključuje korištenje ovog goriva u obliku posebnih "tableta" smještenih u šipkama. Zapravo, jedina poteškoća u ovom slučaju je stvaranje upravo takvog oblika. Međutim, nedavno su počele da se pojavljuju informacije da sadašnje globalne rezerve takođe neće dugo trajati. Ali to je već predviđeno. Najnoviji trokružni reaktori rade na uranijumu-238, kojih ima dosta, a problem nestašice goriva će nestati za dugo vremena.

Princip rada nuklearne elektrane sa dva kruga

Kao što je gore spomenuto, temelji se na konvencionalnom parnom stroju. Ukratko, princip rada nuklearne elektrane je zagrijavanje vode iz primarnog kruga, koji zauzvrat zagrijava vodu iz sekundarnog kruga u stanje pare. Ona teče u turbinu, rotirajući lopatice, uzrokujući da generator proizvodi električnu energiju. “Otpadna” para ulazi u kondenzator i ponovo se pretvara u vodu. Ovo stvara gotovo zatvoren ciklus. U teoriji, sve bi to moglo raditi još jednostavnije, koristeći samo jedan krug, ali to je zaista nesigurno, jer voda u njemu, teoretski, može biti podložna kontaminaciji, što je isključeno kada se koristi sistemski standard za većinu nuklearnih elektrana. sa dva vodena ciklusa odvojena jedan od drugog.

Princip rada nuklearne elektrane sa tri kruga

Ovo su modernije elektrane koje rade na uranijum-238. Njegove rezerve čine više od 99% svih radioaktivnih elemenata u svijetu (otuda veliki izgledi za korištenje). Princip rada i dizajn ovog tipa nuklearne elektrane sastoji se od prisustva čak tri kruga i aktivnog korištenja tekućeg natrijuma. Općenito, sve ostaje približno isto, ali s manjim dodacima. U primarnom krugu, koji se zagreva direktno iz reaktora, ovaj tečni natrijum cirkuliše na visokoj temperaturi. Drugi krug se zagrijava od prvog i također koristi istu tečnost, ali ne tako vruću. I tek tada, već u trećem krugu, koristi se voda koja se iz drugog zagrijava do stanja pare i rotira turbinu. Ispostavlja se da je sistem tehnološki složeniji, ali takvu nuklearnu elektranu treba samo jednom izgraditi, a onda ostaje samo uživati ​​u plodovima rada.

Černobil

Vjeruje se da je princip rada nuklearne elektrane u Černobilu glavni uzrok katastrofe. Zvanično postoje dvije verzije onoga što se dogodilo. Prema jednoj, problem je nastao zbog nepropisnog postupanja operatera reaktora. Prema drugom, zbog neuspješnog dizajna elektrane. Međutim, princip rada Černobilske nuklearne elektrane korišten je i u drugim stanicama ovog tipa, koje do danas ispravno funkcionišu. Postoji mišljenje da se dogodio lanac nesreća, koji je gotovo nemoguće ponoviti. To uključuje mali potres na tom području, provođenje eksperimenta s reaktorom, manje probleme sa samim dizajnom i tako dalje. Sve zajedno je izazvalo eksploziju. Međutim, još uvijek je nepoznat razlog koji je izazvao naglo povećanje snage reaktora kada to nije trebalo biti. Bilo je čak i mišljenja o mogućoj sabotaži, ali do danas ništa nije dokazano.

Fukushima

Ovo je još jedan primjer globalne katastrofe koja uključuje nuklearnu elektranu. I u ovom slučaju uzrok je bio lanac nesreća. Stanica je bila pouzdano zaštićena od zemljotresa i cunamija, koji nisu neuobičajeni na japanskoj obali. Malo ko je mogao zamisliti da će se oba ova događaja dogoditi istovremeno. Princip rada generatora nuklearne elektrane Fukushima uključivao je korištenje vanjskih izvora energije za održavanje cijelog sigurnosnog kompleksa u radu. Ovo je razumna mjera, jer bi bilo teško dobiti energiju iz samog postrojenja tokom nesreće. Zbog potresa i cunamija, svi ovi izvori su otkazali, što je dovelo do topljenja reaktora i katastrofe. Sada su u toku napori da se popravi šteta. Prema procjenama stručnjaka, za to će biti potrebno još 40 godina.

I pored svoje efikasnosti, nuklearna energija je i dalje prilično skupa, jer principi rada generatora pare nuklearne elektrane i njegovih ostalih komponenti podrazumijevaju ogromne troškove izgradnje koje je potrebno nadoknaditi. Trenutno je električna energija iz uglja i nafte još uvijek jeftinija, ali ti resursi će nestati u narednim decenijama, a u narednih nekoliko godina nuklearna energija će biti jeftinija od bilo čega drugog. Trenutno, ekološki prihvatljiva električna energija iz alternativnih izvora energije (vetar i solarne elektrane) košta oko 20 puta više.

Smatra se da princip rada nuklearnih elektrana ne dozvoljava brzu izgradnju takvih stanica. To nije istina. Izgradnja jednog prosječnog objekta ovog tipa traje oko 5 godina.

Stanice su savršeno zaštićene ne samo od potencijalnih emisija zračenja, već i od većine vanjskih faktora. Na primjer, da su teroristi odabrali bilo koju nuklearnu elektranu umjesto tornjeva bliznakinja, mogli bi nanijeti samo minimalnu štetu okolnoj infrastrukturi, koja ni na koji način ne bi utjecala na rad reaktora.

Rezultati

Princip rada nuklearnih elektrana se praktički ne razlikuje od principa rada većine drugih tradicionalnih elektrana. Energija pare se koristi svuda. Hidroelektrane koriste pritisak tekuće vode, a čak i oni modeli koji rade na solarnu energiju koriste i tekućinu koja se zagrijava do ključanja i vrti turbine. Jedini izuzetak od ovog pravila su vjetroelektrane, kod kojih se lopatice rotiraju zbog kretanja zračnih masa.

Nuklearna proizvodnja je moderan način proizvodnje električne energije koji se brzo razvija. Znate li kako rade nuklearne elektrane? Koji je princip rada nuklearne elektrane? Koje vrste nuklearnih reaktora danas postoje? Pokušat ćemo detaljno razmotriti shemu rada nuklearne elektrane, ući u strukturu nuklearnog reaktora i saznati koliko je siguran nuklearni način proizvodnje električne energije.

Kako radi nuklearna elektrana?

Svaka stanica je zatvoreno područje udaljeno od stambenog naselja. Na njenoj teritoriji nalazi se nekoliko objekata. Najvažnija građevina je zgrada reaktora, pored nje je turbinska prostorija iz koje se upravlja reaktorom, te sigurnosni objekat.

Shema je nemoguća bez nuklearnog reaktora. Atomski (nuklearni) reaktor je uređaj nuklearne elektrane koji je dizajniran da organizira lančanu reakciju neutronske fisije uz obavezno oslobađanje energije tijekom ovog procesa. Ali koji je princip rada nuklearne elektrane?

Cijela reaktorska instalacija smještena je u zgradi reaktora, velikom betonskom tornju koji skriva reaktor i koji će sadržavati sve produkte nuklearne reakcije u slučaju nesreće. Ovaj veliki toranj se naziva zaštitom, hermetičkim omotačem ili zonom zadržavanja.

Hermetička zona u novim reaktorima ima 2 debela betonska zida - školjke.
Vanjski omotač, debljine 80 cm, štiti zonu zadržavanja od vanjskih utjecaja.

Unutrašnja školjka, debljine 1 metar 20 cm, ima posebne čelične sajle koje povećavaju čvrstoću betona skoro tri puta i sprečavaju rušenje konstrukcije. Sa unutrašnje strane je obložen tankim limom od specijalnog čelika, koji je dizajniran da služi kao dodatna zaštita za kontejnment i, u slučaju nesreće, da ne ispušta sadržaj reaktora van zone kontejnmenta.

Ovakav dizajn nuklearne elektrane omogućava joj da izdrži pad aviona težine do 200 tona, potres magnitude 8, tornado i cunami.

Prva zatvorena školjka izgrađena je u američkoj nuklearnoj elektrani Connecticut Yankee 1968. godine.

Ukupna visina zone zadržavanja je 50-60 metara.

Od čega se sastoji nuklearni reaktor?

Da biste razumjeli princip rada nuklearnog reaktora, a time i princip rada nuklearne elektrane, morate razumjeti komponente reaktora.

• Aktivna zona. Ovo je prostor u kojem se postavljaju nuklearno gorivo (generator goriva) i moderator. Atomi goriva (najčešće uranijum je gorivo) prolaze kroz lančanu reakciju fisije. Moderator je dizajniran da kontroliše proces fisije i omogućava potrebnu reakciju u smislu brzine i snage.
• Neutronski reflektor. Reflektor okružuje jezgro. Sastoji se od istog materijala kao i moderator. U suštini, ovo je kutija, čija je glavna svrha da spriječi neutrone da napuste jezgro i uđu u okolinu.
• Rashladna tečnost. Rashladno sredstvo mora apsorbirati toplinu oslobođenu tokom fisije atoma goriva i prenijeti je na druge tvari. Rashladna tečnost u velikoj mjeri određuje kako će se projektirati nuklearna elektrana. Najpopularnija rashladna tečnost danas je voda.
  Sistem upravljanja reaktorom. Senzori i mehanizmi koji napajaju reaktor nuklearne elektrane.

Gorivo za nuklearne elektrane

Na čemu radi nuklearna elektrana? Gorivo za nuklearne elektrane su hemijski elementi sa radioaktivnim svojstvima. U svim nuklearnim elektranama ovaj element je uranijum.

Dizajn stanica podrazumijeva da nuklearne elektrane rade na složenom kompozitnom gorivu, a ne na čistom hemijskom elementu. A da bi se iz prirodnog uranijuma, koje se ubacuje u nuklearni reaktor, izdvojilo uranijsko gorivo, potrebno je izvršiti mnoge manipulacije.

Obogaćeni uranijum

Uranijum se sastoji od dva izotopa, odnosno sadrži jezgra različite mase. Ime su dobili po broju protona i neutrona izotopa -235 i izotopa-238. Istraživači 20. veka počeli su da izvlače uranijum 235 iz rude, jer... bilo je lakše razložiti i transformisati. Ispostavilo se da takvog uranijuma u prirodi ima samo 0,7% (preostali procenat ide na 238. izotop).

Šta učiniti u ovom slučaju? Odlučili su da obogate uranijum. Obogaćivanje uranijuma je proces u kojem ostaje mnogo potrebnih 235x izotopa i nekoliko nepotrebnih 238x izotopa. Zadatak obogaćivača uranijuma je da 0,7% pretvore u skoro 100% uranijum-235.

Uranijum se može obogatiti korišćenjem dve tehnologije: gasne difuzije ili gasne centrifuge. Za njihovo korištenje, uran izvađen iz rude pretvara se u plinovito stanje. Obogaćen je u obliku gasa.

Uranijum u prahu

Gas obogaćeni uranijum se pretvara u čvrsto stanje - uranijum dioksid. Ovaj čisti čvrsti uranijum 235 izgleda kao veliki bijeli kristali, koji se kasnije drobe u prah uranijuma.

Uranijumske tablete

Uranijumske tablete su čvrsti metalni diskovi, dugi nekoliko centimetara. Za formiranje takvih tableta od praha uranijuma, pomiješa se sa supstancom - plastifikatorom, što poboljšava kvalitetu presovanja tableta.

Presovani pakovi se peku na temperaturi od 1200 stepeni Celzijusa više od jednog dana kako bi tablete dobile posebnu čvrstoću i otpornost na visoke temperature. Kako nuklearna elektrana radi direktno ovisi o tome koliko je dobro uranijsko gorivo komprimirano i pečeno.

Tablete se peku u kutijama od molibdena, jer samo ovaj metal je sposoban da se ne topi na "paklenim" temperaturama od preko hiljadu i po stepeni. Nakon toga, uranijsko gorivo za nuklearne elektrane smatra se spremnim.

Šta su TVEL i FA?

Jezgra reaktora izgleda kao ogroman disk ili cijev sa rupama u zidovima (u zavisnosti od tipa reaktora), 5 puta veća od ljudskog tijela. Ove rupe sadrže gorivo uranijuma, čiji atomi izvode željenu reakciju.

Nemoguće je samo baciti gorivo u reaktor, pa, osim ako ne želite da izazovete eksploziju cijele stanice i nesreću sa posljedicama za par obližnjih država. Zbog toga se uranijumsko gorivo stavlja u gorivne šipke, a zatim sakuplja u gorive sklopove. Šta znače ove skraćenice?

• TVEL je gorivni element (ne treba ga brkati sa istim imenom ruske kompanije koja ih proizvodi). To je u suštini tanka i duga cirkonijumska cijev napravljena od legura cirkonijuma u koju se stavljaju tablete uranijuma. Upravo u gorivim šipkama atomi uranijuma počinju da međusobno komuniciraju, oslobađajući toplotu tokom reakcije.

Cirkonij je odabran kao materijal za proizvodnju gorivih šipki zbog svoje vatrostalnosti i antikorozivnih svojstava.

Vrsta gorivih šipki ovisi o vrsti i strukturi reaktora. U pravilu se struktura i namjena gorivih šipki ne mijenjaju, dužina i širina cijevi mogu biti različite.

Mašina ubacuje više od 200 uranijumskih peleta u jednu cirkonijsku cijev. Ukupno, oko 10 miliona uranijumskih peleta istovremeno radi u reaktoru.
FA – gorivni sklop. Radnici u NEK zovu snopove goriva.

U suštini, ovo je nekoliko gorivih šipki spojenih zajedno. FA je gotovo nuklearno gorivo, na čemu radi nuklearna elektrana. To su gorivi sklopovi koji se ubacuju u nuklearni reaktor. U jednom reaktoru se nalazi oko 150 – 400 gorivnih sklopova.
Ovisno o reaktoru u kojem će gorivi sklopovi raditi, oni dolaze u različitim oblicima. Ponekad su snopovi presavijeni u kubični, ponekad u cilindrični, ponekad u heksagonalni oblik.

Jedan gorivni sklop tokom 4 godine rada proizvodi istu količinu energije kao kada sagorijeva 670 automobila uglja, 730 rezervoara sa prirodnim gasom ili 900 rezervoara napunjenih naftom.
Danas se gorivi sklopovi proizvode uglavnom u tvornicama u Rusiji, Francuskoj, SAD-u i Japanu.

Za isporuku goriva za nuklearne elektrane u druge zemlje, gorivni sklopovi se zatvaraju u duge i široke metalne cijevi, zrak se ispumpava iz cijevi i isporučuje posebnim mašinama u teretne avione.

Nuklearno gorivo za nuklearne elektrane teško je previsoko, jer... uranijum je jedan od najtežih metala na planeti. Njegova specifična težina je 2,5 puta veća od one čelika.

Nuklearna elektrana: princip rada

Koji je princip rada nuklearne elektrane? Princip rada nuklearnih elektrana zasniva se na lančanoj reakciji fisije atoma radioaktivne supstance - uranijuma. Ova reakcija se odvija u jezgri nuklearnog reaktora.

Ne ulazeći u zamršenosti nuklearne fizike, princip rada nuklearne elektrane izgleda ovako:
Nakon pokretanja nuklearnog reaktora, apsorberske šipke se uklanjaju iz gorivih šipki, koje sprječavaju reakciju urana.

Kada se šipke uklone, uranijumski neutroni počinju da stupaju u interakciju jedni s drugima.

Kada se neutroni sudare, dolazi do mini eksplozije na atomskom nivou, oslobađa se energija i rađaju se novi neutroni, počinje da se dešava lančana reakcija. Ovaj proces stvara toplinu.

Toplota se prenosi na rashladno sredstvo. Ovisno o vrsti rashladnog sredstva, pretvara se u paru ili plin, koji rotira turbinu.

Turbina pokreće električni generator. On je taj koji zapravo stvara električnu struju.

Ako ne pratite proces, uranijumski neutroni se mogu sudarati jedni s drugima sve dok ne eksplodiraju reaktor i razbiju cijelu nuklearnu elektranu u paramparčad. Procesom upravljaju kompjuterski senzori. Oni otkrivaju povećanje temperature ili promjenu tlaka u reaktoru i mogu automatski zaustaviti reakcije.

Po čemu se princip rada nuklearnih elektrana razlikuje od termoelektrana (termoelektrana)?

Razlike u radu postoje samo u prvim fazama. U nuklearnoj elektrani rashladno sredstvo prima toplinu fisijom atoma uranijskog goriva, u termoelektrani rashladno sredstvo prima toplinu izgaranjem organskog goriva (uglja, plina ili nafte). Nakon što su ili atomi urana ili plin i ugalj oslobodili toplinu, sheme rada nuklearnih elektrana i termoelektrana su iste.

Vrste nuklearnih reaktora

Kako radi nuklearna elektrana ovisi o tome kako radi njen nuklearni reaktor. Danas postoje dva glavna tipa reaktora, koji su klasifikovani prema spektru neurona:
Reaktor sa sporim neutronima, koji se još naziva i termalni reaktor.

Za njegov rad koristi se uranijum 235 koji prolazi kroz faze obogaćivanja, stvaranja uranijumskih peleta itd. Danas velika većina reaktora koristi spore neutrone.
Reaktor na brzim neutronima.

Ovi reaktori su budućnost, jer... Oni rade na uranijumu-238, koji je u prirodi desetka i nema potrebe za obogaćivanjem ovog elementa. Jedina mana takvih reaktora su veoma visoki troškovi projektovanja, izgradnje i puštanja u rad. Danas reaktori na brzim neutronima rade samo u Rusiji.

Rashladno sredstvo u reaktorima na brzim neutronima je živa, gas, natrijum ili olovo.

Reaktori sa sporim neutronima, koje danas koriste sve nuklearne elektrane u svijetu, također postoje u nekoliko vrsta.

Organizacija IAEA (Međunarodna agencija za atomsku energiju) kreirala je vlastitu klasifikaciju koja se najčešće koristi u globalnoj industriji nuklearne energije. Budući da princip rada nuklearne elektrane u velikoj mjeri ovisi o izboru rashladnog sredstva i moderatora, IAEA je svoju klasifikaciju bazirala na tim razlikama.

Sa hemijske tačke gledišta, deuterijum oksid je idealan moderator i rashladno sredstvo, jer njegovi atomi najefikasnije komuniciraju sa neutronima uranijuma u poređenju sa drugim supstancama. Jednostavno rečeno, teška voda svoj zadatak obavlja uz minimalne gubitke i maksimalne rezultate. Međutim, njegova proizvodnja košta, dok je običnu "laganu" i poznatu vodu mnogo lakše koristiti.

Nekoliko činjenica o nuklearnim reaktorima...

Zanimljivo je da je za izgradnju jednog reaktora nuklearne elektrane potrebno najmanje 3 godine!
Za izgradnju reaktora potrebna vam je oprema koja radi na električnu struju od 210 kiloampera, što je milion puta veće od struje koja može ubiti čovjeka.

Jedna školjka (strukturni element) nuklearnog reaktora teži 150 tona. U jednom reaktoru ima 6 takvih elemenata.

Reaktor vode pod pritiskom

Već smo saznali kako radi nuklearna elektrana općenito; da bismo sve stavili u perspektivu, pogledajmo kako radi najpopularniji nuklearni reaktor s vodom pod pritiskom.
Širom svijeta danas se koriste reaktori s vodom pod pritiskom generacije 3+. Smatraju se najpouzdanijim i sigurnijim.

Svi reaktori s vodom pod pritiskom u svijetu, tokom svih godina svog rada, već su akumulirali više od 1000 godina nesmetanog rada i nikada nisu dali ozbiljnija odstupanja.

Struktura nuklearnih elektrana koje koriste reaktore s vodom pod pritiskom podrazumijeva da između gorivih šipki cirkulira destilirana voda zagrijana na 320 stupnjeva. Da bi se spriječilo da pređe u stanje pare, drži se pod pritiskom od 160 atmosfera. Dijagram nuklearne elektrane to naziva vodom primarnog kruga.

Zagrijana voda ulazi u generator pare i predaje svoju toplinu vodi sekundarnog kruga, nakon čega se ponovo „vraća“ u reaktor. Izvana izgleda kao da su cijevi za vodu prvog kruga u kontaktu s drugim cijevima - voda drugog kruga prenose toplinu jedna na drugu, ali vode ne dolaze u kontakt. Cijevi su u kontaktu.

Time je isključena mogućnost ulaska zračenja u vodu sekundarnog kruga, koja će dalje učestvovati u procesu proizvodnje električne energije.

Sigurnost rada NE

Nakon što smo naučili princip rada nuklearnih elektrana, moramo razumjeti kako funkcionira sigurnost. Izgradnja nuklearnih elektrana danas zahtijeva povećanu pažnju sigurnosnih pravila.
Troškovi sigurnosti NEK čine oko 40% ukupnih troškova samog postrojenja.

Projekt nuklearne elektrane uključuje 4 fizičke barijere koje sprječavaju ispuštanje radioaktivnih tvari. Šta bi ove barijere trebale da urade? U pravom trenutku moći zaustaviti nuklearnu reakciju, osigurati konstantno odvođenje topline iz jezgre i samog reaktora i spriječiti ispuštanje radionuklida izvan kontejnmenta (hermetička zona).

• Prva prepreka je snaga uranijumskih peleta. Važno je da ih ne unište visoke temperature u nuklearnom reaktoru. Mnogo toga kako nuklearna elektrana radi zavisi od toga kako se uranijumske pelete „peku” u početnoj fazi proizvodnje. Ako pelete uranijumskog goriva nisu pravilno pečene, reakcije atoma uranijuma u reaktoru će biti nepredvidive.
• Druga prepreka je nepropusnost gorivih šipki. Cirkonijumske cijevi moraju biti dobro zatvorene; ako se pečat pokvari, tada će se u najboljem slučaju reaktor oštetiti i rad će prestati; u najgorem, sve će poletjeti u zrak.
• Treća barijera je izdržljiva čelična reaktorska posuda a, (ta ista velika kula - hermetička zona) koja „drži“ sve radioaktivne procese. Ako je kućište oštećeno, zračenje će izaći u atmosferu.
• Četvrta barijera su šipke za zaštitu u nuždi.Štapovi sa moderatorima su okačeni iznad jezgra pomoću magneta, koji mogu apsorbovati sve neutrone za 2 sekunde i zaustaviti lančanu reakciju.

Ako, uprkos dizajnu nuklearne elektrane sa mnogo stepeni zaštite, nije moguće rashladiti jezgro reaktora u pravo vreme, a temperatura goriva poraste na 2600 stepeni, tada dolazi u obzir poslednja nada sigurnosnog sistema - takozvana zamka topljenja.

Činjenica je da će se na ovoj temperaturi dno reaktorske posude otopiti, a svi ostaci nuklearnog goriva i rastopljenih struktura će teći u posebno "staklo" obješeno iznad jezgre reaktora.

Zamka za topljenje je rashlađena i vatrostalna. Ispunjen je takozvanim "žrtvenim materijalom", koji postepeno zaustavlja lančanu reakciju fisije.

Dakle, projekt nuklearne elektrane podrazumijeva nekoliko stupnjeva zaštite, koji gotovo u potpunosti eliminiraju svaku mogućnost nesreće.