Jaderná elektrárna: zařízení a dopad na životní prostředí

JE: od minulosti k současnosti

Jaderná elektrárna je podnik, který je kombinací zařízení a zařízení pro výrobu elektrické energie. Specifičnost tohoto zařízení spočívá v způsobu získávání tepla. Teplota potřebná k výrobě elektřiny vzniká v procesu rozpadu atomů.

Úloha paliv pro jaderné elektrárny se provádí nejčastěji uranem s hmotnostním číslem 235 (235 U). Přesně proto, že tento radioaktivní prvek je schopen podpořit jadernou řetězovou reakci, používá se v jaderných elektrárnách a používá se také v jaderných zbraních.

Země s největším počtem jaderných elektráren

Největší jaderné elektrárny na světě

Dnes pracuje 192 jaderných elektráren ve 31 zemích světa pomocí 451 jaderných reaktorů s celkovou kapacitou 394 GW. Převážná většina jaderných elektráren se nachází v Evropě, Severní Americe, Dálném východě Asie a na území bývalého SSSR, zatímco v Africe je téměř žádný, av Austrálii a Oceánii vůbec neexistují. Dalších 41 reaktorů nevyrábělo elektřinu z 1,5 na 20 let a 40 z nich je v Japonsku.

Během uplynulých 10 let bylo na světě uvedeno do provozu 47 jednotek, téměř všichni se nacházejí buď v Asii (26 v Číně) nebo ve východní Evropě. Dvě třetiny reaktorů, které jsou v současné době ve výstavbě, jsou v Číně, Indii a Rusku. Čína zavádí nejambicióznější program pro výstavbu nových jaderných elektráren, asi dalších deset zemí na celém světě staví jaderné elektrárny nebo vyvíjí projekty pro jejich výstavbu.

Vedle Spojených států obsahuje seznam nejvyspělejších zemí v oblasti jaderné energie:

• Francie;
• Japonsko;
• Rusko;
• Jižní Korea.

V roce 2007 začalo Rusko vybudovat první plávající jadernou elektrárnu na světě, což jí umožní vyřešit problém nedostatku energie v odlehlých pobřežních oblastech země.^[12]. Konstrukce čelí zpoždění. Podle různých odhadů bude první plovoucí jaderná elektrárna fungovat v letech 2018-2019.

Několik zemí, včetně Spojených států, Japonska, Jižní Koreje, Ruska, Argentiny, vyvíjí mini-jaderné elektrárny s kapacitou cca 10-20 MW pro účely zásobování teplem a energií jednotlivých průmyslových odvětví, obytných komplexů a v budoucnu i jednotlivých domů. Předpokládá se, že malé reaktory (viz např. JE Hyperion) mohou být vytvořeny za použití bezpečných technologií, které opakovaně snižují možnost úniku jaderné látky^[13]. V Argentině probíhá výstavba jednoho malého reaktoru CAREM25. První zkušenost s používáním mini-jaderných elektráren získala SSSR (Bilibino NPP).

Princip provozu jaderných elektráren

Princip fungování jaderné elektrárny je založen na provozu jaderného (někdy nazvaného atomového) reaktoru - speciálního objemového provedení, ve kterém dochází k rozdělení atomů s uvolněním energie.

Existují různé typy jaderných reaktorů:

1. PHWR (také známý jako "tlakový reaktor těžké vody") se používá především v Kanadě av indických městech. Je založen na vodě, jejíž vzorec je D2O. Vykonává funkci chladiva i moderátora neutronů. Účinnost se blíží 29%;
2. VVER (vodou chlazený reaktor). V současné době jsou VVER provozovány pouze v CIS, zejména v modelu VVER-100. Reaktor má účinnost 33%;
3. GCR, AGR (grafitová voda). Kapalina obsažená v takovém reaktoru působí jako chladivo. V tomto designu je neutronovým moderátorem grafit, odtud název. Efektivita je asi 40%.

Podle principu zařízení jsou reaktory také rozděleny na:

• PWR (tlakový vodní reaktor) - je navržen tak, aby voda za určitého tlaku zpomalila reakci a dodala teplo;
• BWR (navržené tak, aby se pára a voda nacházely v hlavní části zařízení bez vodního okruhu);
• RBMK (kanálový reaktor má obzvláště velkou kapacitu);
• BN (systém pracuje kvůli rychlé výměně neutronů).

Struktura a struktura jaderné elektrárny. Jak funguje jaderná elektrárna?

Zařízení NPP

Typická jaderná elektrárna se skládá z bloků, z nichž každá je umístěna v různých technických zařízeních. Nejvýznamnější z těchto jednotek je komplex s reaktorovou halou, zajišťující provozovatelnost celé JE. Skládá se z následujících zařízení:

• reaktor;
• povodí (v něm je uloženo jaderné palivo);
• stroje na nakládání paliv;
• Ovládací místnost (ovládací panel v blocích, pomocí něho mohou operátoři sledovat proces jaderného štěpení).

Po této budově následuje sál. Je vybaven parními generátory a je hlavní turbínou. Bezprostředně za nimi jsou kondenzátory, stejně jako přenosové vedení elektřiny, které přesahují hranice území.

Mimo jiné je zde jednotka s bazény pro vyhořelé palivo a speciální jednotky určené k chlazení (nazývají se chladící věže). Kromě toho se pro chlazení používají sprejové bazény a přírodní nádrže.

Princip provozu jaderných elektráren

Ve všech jaderných elektrárnách bez výjimky existují 3 fáze převodu elektrické energie:

• jaderné energie s přechodem na teplo;
• tepelné, měnící se na mechanické;
• mechanické, převedené na elektrické.

Uran dává neutrony, což vede k uvolnění tepla ve velkém množství. Horká voda z reaktoru je čerpána čerpadly parním generátorem, kde se odvádí teplo a opět se vrací do reaktoru. Vzhledem k tomu, že tato voda je pod vysokým tlakem, zůstává v tekutém stavu (v moderních reaktorech VVER asi 160 atmosfér při teplotě ~ 330 ° C^[7]). V parogenerátoru se toto teplo přenáší do vody sekundárního okruhu, který je pod podstatně nižšími tlaky (polovinu tlaku primárního okruhu a méně), a proto hoří. Výsledná pára vstupuje do parní turbíny, která otáčí generátor, a pak do kondenzátoru, kde je pára ochlazena, kondenzuje a znovu vstupuje do generátoru páry. Kondenzátor je chlazen vodou z externího otevřeného zdroje vody (například chlazení).

První a druhý okruh jsou uzavřeny, což snižuje pravděpodobnost úniku záření. Rozměry struktur primárního okruhu jsou minimalizovány, což také snižuje riziko radiace. Parní turbína a kondenzátor nereagují s vodou primárního okruhu, což usnadňuje opravy a snižuje množství radioaktivního odpadu při demontáži stanice.

Ochranné mechanismy JE

Všechny jaderné elektrárny jsou nutně vybaveny integrovanými bezpečnostními systémy, například:

• lokalizovat - omezit šíření škodlivých látek v případě havárie vedoucí k uvolnění záření;
• poskytování - slouží určitému množství energie pro stabilní provoz systémů;
• manažery - slouží k tomu, aby všechny ochranné systémy fungovaly normálně.

Dále může dojít k selhání reaktoru v případě nouze. V tomto případě automatická ochrana přeruší řetězové reakce, pokud bude teplota v reaktoru nadále stoupat. Toto opatření bude následně vyžadovat vážné restaurátorské práce, aby se reaktor znovu uvedl do provozu.

Po nebezpečné nehodě v jaderné elektrárně v Černobylu, jejíž příčinou se ukázala jako nedokonalá konstrukce reaktoru, začali věnovat větší pozornost ochranným opatřením a také prováděly projektové práce, aby zajistily větší spolehlivost reaktorů.

Katastrofa XXI století a její důsledky

Fukushima-1

V březnu 2011 bylo na severovýchodě Japonska zasaženo zemětřesení, které způsobilo tsunami, které nakonec poškodily 4 ze 6 reaktorů jaderné elektrárny Fukushima-1.

Méně než dva roky po tragédii dosáhly oficiální počet obětí v době havárie 1 500, zatímco 20 000 stále zůstává neznámé a dalších 300 000 obyvatel bylo nuceno opustit své domovy.

Byly to oběti, které nemohly opustit scénu kvůli obrovské dávce radiace. Proběhla okamžitá evakuace, která trvala 2 dny.

Přesto se každoročně zlepšují metody prevence nehod v jaderných elektrárnách a neutralizace havarijních situací - věda se neustále rozvíjí. Budoucnost se nicméně zjevně stane rozkvětem alternativních způsobů, jak generovat elektřinu - zejména je logické očekávat, že v příštích 10 letech se objeví obrovské orbitální solární články, což je docela možné dosáhnout v beztížných podmínkách, stejně jako další technologie včetně revolučních energetických technologií.