Атомные электростанции принцип работы: Как работает атомная станция? – Атомэнергомаш

Атомная электростанция (АЭС) – Что такое Атомная электростанция (АЭС)?

AИ-95

0

AИ-98

0

23 апреля 2018 в 14:54

113870

Энергетический кризис, начавшийся в 2021 г. резко изменил отношение к атомной отрасли промышленности

Атомная электростанция (АЭС) – ядерная установка, использующая для производства электрической (и в некоторых случаях тепловой) энергии ядерный реактор (реакторы) и содержащая комплекс необходимых сооружений и оборудования.

• энергия, выделяемая в активной зоне реактора, передается теплоносителю 1^го контура;
• теплоноситель поступает в теплообменник (парогенератор), где нагревает до кипения воду 2^го контура;
• полученный при этом пар поступает в турбины, вращающие электрогенераторы;
• на выходе из турбин пар поступает в конденсатор, где охлаждается большим количеством воды, поступающим из водохранилища.

Компенсатор давления представляет собой довольно сложную и громоздкую конструкцию, которая служит для выравнивания колебаний давления в контуре во время работы реактора, возникающих за счет теплового расширения теплоносителя. 
Давление в 1^м контуре может доходить до 160 атмосфер (ВВЭР-1000).

Помимо воды в различных реакторах в качестве теплоносителя и охладителя могут применяться также расплавы металлов: натрий, свинец, эвтектический сплав свинца с висмутом и др. 

Использование жидкометаллических теплоносителей позволяет упростить конструкцию оболочки активной зоны реактора (в отличие от водяного контура, давление в жидкометаллическом контуре не превышает атмосферного), избавиться от компенсатора давления.
Общее количество контуров может меняться для различных реакторов:

• реакторы типа РБМК (Реактор большой мощности канального типа) использует 1 водяной контур, 
• реакторы на быстрых нейтронах – 2 натриевых и 1 водяной контуры, 
• перспективные проекты реакторных установок СВБР-100 и БРЕСТ предполагают двухконтурную схему, с тяжелым теплоносителем в 1^м контуре и водой во 2 ^м.

В случае невозможности использования большого количества воды для конденсации пара вместо использования водохранилища вода может охлаждаться в специальных охладительных башнях (градирнях), которые благодаря своим размерам обычно являются самой заметной частью АЭС.

Режим холодной остановки энергоблока АЭС:

• полная остановка работы реактора с его отключением от сети;
• реактор не тратит ресурсов и не вырабатывает энергию;
• обычно используется в следующих случаях:
• для производства ТО и ППР,
• при переизбытке энергии в энергосистеме,
• при загрузке новых топливных стержней (ТВС),
• в нештатных ситуациях, таких как спецоперация РФ на Украине.

Атомные электростанции использует 31 страна.
Подавляющее большинство АЭС находится в странах Европы, Северной Америки, Дальневосточной Азии и на территории бывшего СССР, в то время как в Африке их почти нет, а в Австралии и Океании их нет вообще.

В мире действует 411 энергетических ядерных реакторов общей мощностью 353,4 ГВт. 

Еще 41 реактор не производил электричества от 1,5 до 20 лет, причем 40 из них находятся в Японии.

Согласно докладу о состоянии индустрии ядерной энергетики, на 2016 г. в отрасли наблюдался спад. 
Пик производства ядерной энергии был зафиксирован в 2006 г. (2660 ТВт*ч). 
Доля ядерной энергетики в глобальном производстве электричества снизилась с 17,6 % в 1996 г. до 10,7 % в 2015 г.
158 реакторов были окончательно остановлены. 
Средний возраст закрытого реактора составляет 25 лет. 
Кроме того, строительство 6 реакторов формально продолжается более 15 лет.
Энергетический кризис, начавшийся в 2021 г. резко изменил отношение к атомной отрасли промышленности:

• Бельгия отложила отказ от атомной энергетики на 10 лет;
• Франция тоже решила повременить с отказом от АЭС;
• Япония перезапускает энергоблоки АЭС.

За последние 10 лет в мире в эксплуатацию было введено 47 энергоблоков, почти все из них находятся либо в Азии (26 – в Китае), либо в Восточной Европе.
²/₃ строящихся на данный момент реакторов приходятся на Китай, Индию и Россию.
КНР осуществляет самую масштабную программу строительства новых АЭС, еще около 1,5 десятка стран мира строят АЭС или развивают проекты их строительства.

Прослеживается тенденция к старению ядерных реакторов. 
Средний возраст действующих реакторов составляет 29 лет. 
Самый старый действующий реактор находится в Швейцарии, он работает в течение 47 лет.
В настоящее время разрабатываются международные проекты ядерных реакторов нового поколения, например ГТ-МГР, которые обещают повысить безопасность и увеличить КПД АЭС.

В 2007 г. Россия приступила к строительству 1^й в мире плавучей АЭС, позволяющей решить проблему нехватки энергии в отдаленных прибрежных районах страны.

 
Плавучая атомная теплоэлектростанция (ПАТЭС) «Академик Ломоносов» с 2019 г. работает в самом северном городе России (Певек, Чукотка).

#Атомная электростанция #АЭС #холодный резерв #ТВС #плавучая

Последние новости

Новости СМИ2

Произвольные записи из технической библиотеки

Используя данный сайт, вы даете согласие на использование файлов cookie, помогающих нам сделать его удобнее для вас. Подробнее.

Ядерный реактор — принцип работы, устройство, схема

Принцип работы ядерного реактора

Принцип действия реактора можно описать в паре предложений:

Уран-235 распадается, вследствие чего выделяется большое количество тепловой энергии. Эта энергия кипятит воду, а возникший пар крутит турбину под давлением. Турбина, в свою очередь, вращает электрогенератор, который вырабатывает электричество.

Все, расходимся… Ладно, давайте разберемся более детально.

Уран-235 — это один из изотопов урана. Изотоп — это разновидность атома какого-либо вещества, которая отличается от обычного атома атомной массой. Конкретно уран-235 отличается от простого урана тем, что в ядре такого изотопа на три нейтрона меньше.

Из-за недостатка нейтронов ядро становится менее стабильным и распадается на две части, если разогнать и врезать в него нейтрон. При этой реакции вылетает еще парочка нейтронов. Эти нейтроны могут попасть в другое ядро урана-235 и расщепить его, после чего оттуда вылетит еще нейтрон, и так далее по цепочке. Такой процесс называется цепной ядерной реакцией.

Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова

Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков

Деление урана

Деление ядер урана под воздействием нейтронов открыли немецкие ученые Отто Ган и Фриц Штрассман в 1938 году. Для эксперимента выбрали именно нейтроны потому, что они электрически нейтральны, то есть у них нет заряда. А раз нет заряда, то между протонами и нейтронами нет кулоновского отталкивания, и нейтроны легко проникают в ядро.

Когда нейтрон попадает в ядро урана-235, оно деформируется и становится вытянутым. Ядерные силы действуют на очень маленьких расстояниях, но не работают на больших. А вот электростатическое взаимодействие может происходить и на больших расстояниях. Поэтому ядерное взаимодействие не может противодействовать электростатическому отталкиванию противоположных частей вытянутого ядра, и последнее разрывается на части. При этом излучается та самая парочка нейтронов, о которых мы уже упоминали выше, а близкие по массе осколки разлетаются с большой скоростью.

Результаты деления ядра урана-235:

1. Распад на барий и криптон с выделением трех нейтронов:

2. Распад на ксенон и стронций с выделением двух нейтронов:

Еще больше наглядных примеров — на курсах по физике для 9 класса в онлайн-школе Skysmart.

Управляемая ядерная реакция

Естественная ядерная реакция происходит очень быстро — меньше, чем за секунду. Такая быстрая ядерная реакция провоцирует ядерный взрыв.

Хорошая новость заключается в том, что ядерной реакцией можно управлять. Задача проста — следи себе за реакцией, контролируй и не давай урану распадаться слишком быстро. Легко сказать!

Для выполнения этой задачи придумали замедлитель. Замедлитель — не устройство, а вещество, которое уменьшает кинетическую энергию нейтронов за счет многократного столкновения с молекулами замедлителя. В качестве замедлителя часто используют графитовые стержни и воду — обычную (H₂O) или тяжелую (D₂O).

Оказывается…

На Земле был природный ядерный реактор. Он находился в урановом месторождении Окло. Это в Габоне, в Центральной Африке. В природном ядерном реакторе процесс распада урана происходит без человеческого участия. Но есть один нюанс: этот реактор остыл больше миллиарда лет назад.

Учёба без слёз (бесплатный гайд для родителей)

Пошаговый гайд от Екатерины Мурашовой о том, как перестать делать уроки за ребёнка и выстроить здоровые отношения с учёбой.

Техническая реализация

Если вы хоть раз смотрели «Симпсонов» (или в вашем городе есть реактор), то знаете, как выглядят большие трубы, стоящие на территории атомной электростанции (АЭС). Эти трубы называются градирни и служат для быстрого охлаждения пара.

В момент распада ядро урана раскалывается на две части. Эти части разлетаются в разные стороны с огромной скоростью, но, несмотря на скорость, не улетают далеко. Они ударяются об атомы, которые находятся рядом, и кинетическая энергия переходит в тепловую. Количество теплоты от этих соударений нагревает воду, превращая ее в пар. Пар крутит турбину, а турбина крутит генератор, который вырабатывает электричество.

Вот и получается, что мы живем в стимпанке — все работает на пару.

АЭС

Если коротко, то атомная электростанция — это сооружение, которое производит электричество за счет ядерного реактора.

А если подробнее, то АЭС — это большой комплекс, во главе которого стоит ядерный реактор. Помимо реактора на АЭС есть турбина, генератор, трансформаторы для преобразования напряжения. В общем, это большая система.

В бытовом употреблении АЭС часто приравнивают к ядерному реактору, и это нельзя назвать неправильным. Просто ядерный реактор — босс в этой движухе, поэтому он и определяет все остальное. 😉

Кстати, когда будете играть в крокодила, загадайте атомную электростанцию. Будет забавно, проверено.

Чернобыльская АЭС

Когда речь заходит о ядерной энергетике, многие невольно вспоминают катастрофу на Чернобыльской АЭС и поэтому ошибочно считают, что ядерный реактор — зло.

Но по большому счету, реактор — это очень дорогой чайник. Дым, который валит из труб АЭС и пугает прохожих, на самом деле не дым, а пар.

В результате работы ядерного реактора действительно образуются радиоактивные отходы, и они могут быть опасны, если с ними неправильно обращаться. Часть этих отходов перерабатывают для дальнейшего использования, а часть приходится держать в хранилищах, чтобы они не причинили вред человеку и окружающей среде.

Шок-контент 😱

Ядерная энергия — самый экологически чистый вид энергии на сегодняшний день.

Атомные электростанции выбрасывают в атмосферу только пар, им необходимо небольшое количество топлива, а еще они занимают малую площадь и при правильном использовании безопасны. Тем не менее, после аварии на Чернобыльской АЭС многие страны приостановили развитие атомной энергетики.

Первая авария на Чернобыльской АЭС произошла в 1982 году. Во время пробного пуска разрушился один из технологических каналов реактора, была деформирована графитовая кладка активной зоны. Пострадавших не было, но последствия ликвидировали около трех месяцев.

В 1986 году произошло ЧП в известном всему миру четвертом энергоблоке. В этом самом энергоблоке проводились испытания турбогенератора. Система аварийного охлаждения была планово отключена, поэтому, когда реактор не смогли остановить, эта система не спасла АЭС от взрыва и пожара.

Взрыв и его последствия не говорят о том, что ядерная энергетика вредна. На самом деле даже бананы радиоактивны, потому что в них содержатся радиоактивные изотопы. Но даже съев около сотни бананов массой 150 г, вы получите всего лишь нормальную суточную дозу радиации. Чтобы банановая радиация навредила человеку, ему придется съесть не меньше тонны. То же и с ядерными реакциями — они приносят вред только в том случае, если их не контролировать.

Виды современных реакторов

Сегодня существует несколько видов ядерных реакторов, но используют в основном два — гомогенные и гетерогенные:

• в гомогенных реакторах ядерное горючее и замедлитель перемешаны;
• в гетерогенных реакторах ядерное горючее и замедлитель находятся отдельно друг от друга.

Еще бывают реакторы, в которых для получения энергии используют уран-238, а не уран-235. Но в таких реакторах сложно отводить тепло, поэтому они довольно редки.

Использование атомной энергии

Атомная энергия используется не только в ядерных реакторах. Например, существуют корабли и подводные лодки, которые работают на атомной энергии.

В начале XXI века из-за высоких цен на нефть были очень актуальны поиски способов использования ядерной энергии. Тогда появились разработки по компактным атомным электростанциям, которые могут работать десятилетиями без обслуживания и к тому же безопасны.

Кроме того, ученые работают над ядерными методами для диагностики и лечения онкологических заболеваний. Есть исследования, которые подтверждают, что радиоактивные изотопы могут уничтожать раковые клетки.

Откуда берется ядерная энергия? Научные основы ядерной энергетики

Что есть что в ядерной сфере

03.11.2021

Андреа Галиндо, Бюро общественной информации и коммуникации МАГАТЭ

Ядерная энергия представляет собой разновидность энергии, которая высвобождается из ядра — центральной части атомов, состоящей из протонов и нейтронов. Источником этой энергии могут являться два физических процесса: деление, когда ядра атомов распадаются на несколько частей, и синтез, когда ядра сливаются вместе.

Ядерная энергия, используемая сегодня во всем мире для производства электроэнергии, вырабатывается посредством деления ядра, в то время как технология производства электроэнергии на основе синтеза пока еще находится на этапе исследований и экспериментальных разработок. В этой статье мы подробнее остановимся на делении ядра. Узнать больше о ядерном синтезе вы можете из этой статьи.

Что такое ядерное деление?

Ядерное деление — это реакция, в ходе которой ядро атома расщепляется на два или более меньших ядра, при этом происходит высвобождение энергии.

Например, ядро атома урана-235, при попадании в него нейтрона, расщепляется на ядро бария и ядро криптона и еще два или три нейтрона. Эти дополнительные нейтроны соударяются с другими находящимися вокруг ядрами урана-235, которые также расщепляются и порождают дополнительные нейтроны с эффектом многократного увеличения, в результате чего за долю секунды формируется цепная реакция.

Каждый раз такая реакция сопровождается высвобождением энергии в виде тепла и излучения.

Подобно тому, как для получения электроэнергии используется тепло от ископаемых видов топлива, таких как уголь, газ и нефть, на атомной электростанции эта тепловая энергия может быть преобразована в электроэнергию.

Ядерная реакция деления (Графика: А. Варгас/МАГАТЭ)

Как работает атомная электростанция?

В реакторе атомной электростанции с помощью соответствующего оборудования локализуется и контролируется цепная ядерная реакция, чаще всего с использованием топлива на основе урана-235, в результате деления которого вырабатывается тепло. Это тепло используется для нагрева теплоносителя реактора, как правило, воды, чтобы получить пар. Затем пар направляется на турбины, заставляя их вращаться и активируя электрический генератор, что позволяет вырабатывать электроэнергию без выбросов углекислого газа.

Подробнее о различных типах ядерных энергетических реакторов читайте на этой странице.

Наибольшее распространение в мире получили реакторы с водой под давлением (PWR). (Графика: А. Варгас/МАГАТЭ)

Добыча, обогащение и утилизация урана

Уран — это металл, который встречается в горных породах по всему миру. Уран имеет несколько природных изотопов, которые представляют собой формы элемента, отличающиеся по массе и физическим свойствам, но с одинаковыми химическими свойствами. Уран имеет два первичных изотопа: уран-238 и уран-235. На уран-238 приходится большая часть урана в мире, но он не способен вступать в цепную реакцию деления, в то время как уран-235 может использоваться для получения энергии в результате деления, но составляет менее 1 процента от мировых запасов урана.

Чтобы повысить вероятность деления природного урана, необходимо увеличить содержащееся в нем количество урана-235 с помощью процесса, называемого обогащением урана. После обогащения урана он может эффективно использоваться на протяжении трех-пяти лет в качестве ядерного топлива на АЭС, после чего он все еще остается радиоактивным и должен утилизироваться в соответствии со строгими нормативными требованиями по защите людей и окружающей среды. Использованное топливо, так называемое отработавшее топливо, может также быть переработано в другие виды топлива, которые могут применяться в качестве нового топлива для специальных АЭС.

Что такое ядерный топливный цикл?

Ядерный топливный цикл — это включающий несколько этапов производственный процесс, необходимый для выработки электроэнергии с использованием урана в ядерных энергетических реакторах. Этот цикл начинается с добычи урана и завершается захоронением радиоактивных отходов.

Ядерные отходы

В процессе эксплуатации АЭС образуются отходы с различным уровнем радиоактивности. В зависимости от уровня радиоактивности и конечной цели применяются разные стратегии обращения с ними. Более подробную информацию по этой теме вы найдете в представленном ниже анимированном ролике.

Обращение с радиоактивными отходами

На радиоактивные отходы приходится небольшая доля общего объема отходов. Это побочный продукт миллионов медицинских процедур, проводимых каждый год, промышленных и сельскохозяйственных применений излучения и работы ядерных реакторов, которые производят около 10 процентов электричества в мире. В анимационном видео рассказывается о том, как осуществляется обращение с радиоактивными отходами, чтобы обеспечить защиту людей и окружающей среды от излучения сегодня и в будущем.

При работе следующего поколения АЭС на основе так называемых инновационных усовершенствованных реакторов будет образовываться гораздо меньше ядерных отходов, чем от сегодняшних реакторов. Ожидается, что строительство таких станций начнется ближе к 2030 году.

Ядерная энергетика и изменение климата

Ядерная энергия является низкоуглеродным источником энергии, поскольку, в отличие от электростанций, работающих на угле, нефтепродуктах или природном газе, атомные электростанции во время своей работы практически не производят CO₂. Атомные электростанции используются для генерации почти трети мировой безуглеродной электроэнергии и имеют решающее значение для достижения целей в области борьбы с изменением климата.

Подробнее о ядерной энергетике и переходе к экологически чистой энергии читайте в этом выпуске Бюллетеня МАГАТЭ.

Какую роль играет МАГАТЭ?

• МАГАТЭ устанавливает международные нормы и руководящие принципы безопасного и надежного использования ядерной энергии для защиты людей и окружающей среды и способствует проведению их в жизнь.
• МАГАТЭ поддерживает существующие и новые ядерно-энергетические программы по всему миру, предлагая техническую помощь и услуги по управлению знаниями. Следуя веховому подходу, МАГАТЭ предоставляет необходимые технические знания и рекомендации странам, которые выводят свои ядерные объекты из эксплуатации.
• В рамках своей деятельности в области гарантий и проверки МАГАТЭ следит за тем, чтобы не происходило переключения ядерных материалов и технологий с мирного использования на другие цели.
• Методическую основу для организации необходимой деятельности в течение всего жизненного цикла производства ядерной энергии, от добычи урана до сооружения, технического обслуживания и вывода из эксплуатации атомных электростанций и обращения с ядерными отходами, обеспечивают миссии по экспертной оценке и консультационные услуги под руководством МАГАТЭ.
• Под управлением МАГАТЭ находится запас низкообогащенного урана (НОУ) в Казахстане, который может использоваться в случае крайней необходимости странами, срочно нуждающимися в поставках НОУ для мирных целей.

Ресурсы по теме

03.11.2021

Атомная энергетика: За? Против? Воздержимся?

Крайне высокотехнологичная и наукоемкая отрасль фактом своего существования способствует не только достижению своей прямой цели – производства электроэнергии, но способствует развитию научного знания, концентрации усилий на прорывных направлениях исследований в различных областях, начиная от материаловедения и заканчивая экологией. Иван Ющенко рассуждает о плюсах и минусах атомной энергетики сегодня. 

Атомный котел

Как только человечество в лице своих передовых ученых немного разобралось с тем, что такое самоподдерживающаяся цепная реакция, оно придумало, как ее применить к делам практическим. Прежде всего, к изготовлению атомной бомбы. Но также, будем справедливы, и к производству электроэнергии при помощи ядерных реакторов, где реакция деления происходит не лавинообразно, а контролируемо, в результате чего получается определенное количество тепла. Тепло это нагревает воду, а вода превращается в пар, который вращает турбины электрогенераторов. Энергия поступает в электрическую сеть. Это предельное упрощение, голый скелет принципа действия АЭС. Но нет смысла вдаваться здесь в подробности конструктивного устройства разных типов реакторов. Главное, что 3 сентября 1948 г. в Ок-Ридже, штат Теннесси, США, впервые экспериментально запитали электрическую лампочку от ядерного реактора. А в 1954 г., 27 июня, в СССР, в городе Обнинске Калужской области, была запущена в промышленную эксплуатацию первая в мире атомная электростанция, подключенная к общей электрической сети. Стало быть, у нас было больше полувека, чтобы познакомиться с мирным атомом и поразмыслить, что к чему. Первое, что надо сказать: мирный атом – это в принципе хорошо, и как противоположность атому военному, и по другим причинам. 

 

Ах, хорошо!

Большущий плюс атомных электростанций? В мировом масштабе. Честно? Им не страшны колебания цен на нефть, уголь и газ. 

Кроме того, и сейчас это уже критически важно, электростанции, работающие на угле и природном газе, выбрасывают в атмосферу углекислый газ – это увеличивает парниковый эффект, способствует нагреву земной атмосферы, приводит к климатическим изменениям, дестабилизирует погоду, вызывает подъем уровня мирового океана, и так далее. На атомных электростанциях выбросы CO₂ ничтожны. И при текущем объеме энергии, производимом АЭС, в атмосферу не попадает дополнительных 555 миллионов тонн (а по другим данным, даже 2,2 миллиарда тонн) основного парникового газа.

 Если говорить о загрязнении, дело не только в углекислом газе – радиоактивных выбросов при нормальном функционировании ядерной станции в атмосферу попадает в сто раз меньше, чем при работе электростанции на угле! Дело в том, что при сжигании угля получается летучая зола с высокой концентрацией урана и тория. Кроме того, ядерная энергия требует гораздо меньшего количества топлива. Ядерное деление производит примерно в миллион раз больше энергии на единицу веса, чем ископаемое топливо.

Из важных экономических преимуществ (ни в коем случае нельзя забывать, что ядерная энергетика – это отрасль экономики, и не будь она выгодна, ее не было бы и в помине) следует учитывать низкую стоимость эксплуатации. Если не брать в расчет первоначальные затраты на строительство, ядерная энергетика – одно из наиболее экономически эффективных энергетических решений. Стоимость производства электроэнергии здесь намного ниже, чем на ТЭС, использующих газ, уголь или нефть, если только эти топливные месторождения не расположены совсем рядом со станциями (а ведь станции строят вдали от месторождений в густонаселенных, промышленных районах неслучайно – там они ближе к потребителю, что уменьшает потери электричества при транспортировке и снижает затраты на строительство ЛЭП).

Атомные станции – это источник энергии, на который можно рассчитывать, не принимая во внимание погодные условия, без оглядки на время суток, времена года, облачность, дождь, силу ветра и высоту волн. В отличие от таких «зеленых» решений, как солнечная и ветровая энергия, например. Что опять-таки обеспечивает хорошую отдачу от инвестиций.
На ближайшие 70-80 лет разведанных запасов урана для станций на планете хватит. Это тоже обнадеживающий фактор. Конечно, в исторической перспективе такой отрезок времени может показаться не таким уж долгим, однако совершенствуются технологии более полного использования радиоактивного топлива. Строятся, в частности, реакторы на быстрых нейтронах. В их активной зоне нет замедлителей нейтронов, и спектр нейтронов близок к энергии нейтронов деления (~105 эВ), нейтроны этих энергий называют быстрыми, отсюда и название этого типа реакторов. Они превращают отработавшее ядерное топливо в новое топливо для АЭС, что дает возможность использовать его потенциал в 10 раз эффективнее (30% против нынешних 3%).
Неудивительно, таким образом, что ядерная энергия широко используется для производства электричества. Мировым лидером по установленной мощности являются США. Доля АЭС составляет около 20% всей электроэнергии. В стране эксплуатируются 98 ядерных энергетических реакторов, расположенных в 30 различных штатах. В России доля атомной энергетики в общей выработке объединенных энергетических систем в 2020 году составила 20,28% (11 действующих АЭС, 38 энергоблоков общей установленной мощностью примерно 31 ГВт). Чрезвычайно большую долю имеет атомная электрогенерация в энергобалансе Франции – в данном вопросе эта страна опередила всех в мире – 70%! Поскольку энергию реакторы производят стабильно, при любой степени развития других возобновляемых источников энергии, сочетание их с АЭС выглядит очень перспективно.

И в свете этих недюжинных достоинств даже не кажется удивительным, что Чернобыльская атомная электростанция была полностью выведена из эксплуатации только… в декабре 2000 г., когда выключили последний работающий 3-й энергоблок. До этого в 1996-м заглушили энергоблок № 1, а энергоблок № 2 был остановлен в 1991 г. после очередной аварии. Но, к сожалению, навеки прославил Чернобыльскую атомную электростанцию имени Владимира Ильича Ленина энергоблок № 4, реактор которого взорвался в ночь с 25 на 26 апреля 1986 года. Логично будет с этого начать разговор о минусах ядерной энергетики.

 

Есть чего бояться

Авария на Чернобыльской АЭС стала всемирным шоком. До сих пор она считается самой крупной катастрофой в истории ядерной энергетики. В результате взрыва реактора четвертого энергоблока в окружающую среду было выброшено около 10 тонн радиоактивных веществ, в том числе изотопов урана, плутония, йода-131, цезия-134, цезия-137, стронция-90, суммарной активностью примерно 380 миллионов кюри. До четырех тысяч человек скончались от лучевой болезни и отдаленных последствий радиоактивного поражения. Облако, образовавшееся от горящего реактора, разнесло различные радиоактивные материалы, прежде всего радионуклиды йода и цезия, по большей части Европы. Наибольшие выпадения вблизи реактора отмечались на территориях Белоруссии, Российской Федерации и Украины. Из 30-километровой зоны отчуждения вокруг АЭС было эвакуировано все население – более 115 тысяч человек. Для ликвидации последствий были мобилизованы значительные ресурсы. За все годы более 600 тысяч человек участвовали в ликвидации последствий аварии. Именно после этой трагедии повсеместно усилились антиатомные настроения общественности. Именно после Чернобыля во многих странах заговорили о постепенном сворачивании программ по развитию ядерной энергетики и стали закрывать АЭС (правда, существенную роль в этом сыграли экономические и политические факторы, но сопутствующая риторика неизменно была «экологической»).

Однако же то, что мирный атом, греющий воду в котлах теплоэлектростанций, является ближайшим родственником не уютного рыбацкого костерка, над которым варится ушица, а атомной бомбы, стало ясно очень рано. Аварии на предприятиях атомной энергетики внушают вполне оправданный страх человечеству. Вспомним некоторые из них, как широко известные, так и оставшиеся в тени. Для четкости картины не станем останавливаться на инцидентах вроде кыштымских (в 1948 и 1967 годах), связанных с военным предприятием «Маяк» и производством ядерного оружия, или крупнейшую аварию на комплексе по производству оружейного плутония «Селлафилд» в Британии (1957). Не станем также подробно рассматривать происшествия на АЭС, не сопровождавшиеся утечками радиации, вроде семичасового пожара на АЭС «Браунз-Ферри» в США, когда чудом удалось не допустить радиационной аварии. Возьмем только основные происшествия с утечками. 

Первая в мире серьезная авария на атомной электростанции. 12 декабря 1952 года. Канада, провинция Онтарио, Чок-Ривер. Техническая ошибка персонала привела к перегреву и частичному расплавлению активной зоны. Тысячи кюри продуктов деления попали во

внешнюю среду, а около 3 800 кубических метров радиоактивно загрязненной

воды было сброшено прямо на землю, в мелкие траншеи неподалеку от реки

Оттава. (Любопытная деталь: в составе команды, занимавшейся дезактивацией территории станции, работал будущий президент США Джимми Картер, тогда – ядерный инженер-атомщик Военно-морского флота.)

 

17 октября 1969 года. Франция, АЭС «Сен-Лоран-дез-О». При перегрузке топлива на работающем реакторе оператор ошибочно загрузил в топливный канал не тепловыделяющую сборку, а устройство для регулирования расхода газов. В результате расплавления пяти тепловыделяющих элементов около 50 килограммов расплавленного топлива попало внутрь корпуса реактора. Произошел выброс радиоактивных продуктов в окружающую среду. Реактор был остановлен на год. Загрязнение не вышло за пределы АЭС, и население не было проинформировано в соответствии с политикой Électricité de France (инцидент не приводил к прямому ущербу людям, имуществу и окружающей среде). Тяжелый радиационный инцидент 4-го уровня по шкале INES. 

В том же 1969 году – авария швейцарского подземного ядерного реактора в городке Люсанс (кантон Во), расплавление активной зоны. 5 баллов из 7 по шкале INES. 

30 ноября 1975 года. СССР. На Ленинградской АЭС в Сосновом Бору произошло расплавление нескольких тепловыделяющих элементов в одном из технологических каналов, что привело к частичному разрушению активной зоны реактора первого энергоблока. Во внешнюю среду было выброшено 1,5 млн кюри радиоактивности. Инцидент третьего уровня по шкале INES.

22 февраля 1977 года. АЭС «Богунице» в Словакии. Авария при загрузке ядерного топлива на первом энергоблоке станции. Со свежей тепловыделяющей сборки не было удалено защитное покрытие, силикагель. Локальный пережог топливных оболочек и радиоактивные продукты деления попали в первый и второй контуры реакторной установки. Четвертый уровень по международной шкале ядерных событий (INES). После аварии было принято решение прекратить эксплуатацию блока А1, в основном по экономическим причинам: ремонт оборудования признали слишком затратным. 

 31 декабря 1978 года. СССР, Свердловская область, поселок Заречный, Белоярская АЭС. Пожар на втором энергоблоке АЭС, из-за падения плиты перекрытия машинного зала на маслобак турбогенератора. Выгорел весь контрольный кабель. Реактор оказался неуправляем. При подаче в него аварийной охлаждающей воды переоблучились восемь человек.

8 марта 1981 года. Япония, префектура Фукуи, город Цугура, АЭС «Цугура». Утечка около 15 тонн высокорадиоактивной воды сквозь трещину в дне здания, где хранились отработавшие тепловыделяющие сборки. 56 работников подверглись радиоактивному облучению. Всего за период с 10 января по 8 марта 1981 г. там произошли четыре подобные утечки. При аварийно-восстановительных работах повышенное облучение получили 278 работников АЭС. 

9 декабря 1986 года. США, штат Вирджиния, город Сарри, АЭС «Сарри». В результате коррозии трубопровода второго контура произошел выброс 120 кубических метров перегретых радиоактивных воды и пара. Восемь работников АЭС попали под кипящий поток. Четверо из них скончались от полученных ожогов. 

21 января 1987 года. СССР, город Сосновый Бор, Ленинградская АЭС. Несанкционированное увеличение мощности реактора, приведшее к расплавлению 12 тепловыделяющих элементов, загрязнению активной зоны цезием-137 и выходу радиоактивных веществ за пределы АЭС.

22 декабря 1992 года. Россия, Свердловская область, Белоярская АЭС. Авария при перекачке жидких радиоактивных отходов на спецводоочистку. Из-за халатности персонала было затоплено помещение обслуживания насосов, а затем около 15 кубических метров радиоактивных отходов вытекло по специальной дренажной сети в водоем-охладитель. Суммарная активность цезия-137, попавшего в него, – 6 милликюри. Инцидент третьего уровня по международной шкале INES.

25 июля 1996 года. Украина, город Нетешин, Хмельницкая АЭС. Авария третьего уровня по шкале INES. Произошел выброс радиоактивных продуктов в помещения станции. Один человек погиб.

30 сентября 1999 года на заводе по изготовлению топлива для АЭС в японском городе Токаймура в результате ошибки персонала облучению подверглись 439 человек, 119 из них получили дозу, превышающую ежегодно допустимый уровень. Трое рабочих получили критические дозы облучения двое из них умерли.

10 апреля 2003 года. Венгрия, город Пакш, АЭС «Пакш». Во время плановых ремонтных работ на втором энергоблоке АЭС произошел выброс в атмосферу инертных радиоактивных газов и радиоактивного йода. Причина – повреждение топливных сборок при проведении химической очистки их поверхности в специальном контейнере. Авария третьего уровня по шкале INES.

9 августа 2004 года. Япония, остров Хонсю, префектура Фукуи, АЭС «Михама». Авария на АЭС, расположенной в 320 километрах к западу от Токио. Из лопнувшей трубы второго контура системы охлаждения третьего энергоблока вырвалась струя пара с температурой 270° и обварила рабочих, которые находились в турбинном зале. Четыре человека погибли, 18 серьезно пострадали.

25 августа 2004 года. Испания, город Ванделлос, АЭС «Ванделлос». Крупная утечка радиоактивной воды из системы охлаждения реактора второго энергоблока АЭС.

 

И безусловно, самые резонансные события в этом ряду – аварии в США на станции «Три-Майл-Айленд», в СССР на Чернобыльской АЭС и в Японии на станции «Фукусима». 

28 марта 1979 года в США на АЭС «Три-Майл-Айленд» в штате Пенсильвания была повреждена активная зона реактора. На втором энергоблоке станции произошла утечка теплоносителя первого контура реакторной установки, ядерное топливо перестало охлаждаться, расплавилось около 50% активной зоны реактора. Энергоблок после аварии признали не подлежащим восстановлению. Помещения АЭС подверглись значительному радиоактивному загрязнению. Аварии присвоен уровень 5 по шкале INES. Инцидент стал самой серьезной аварией в атомной энергетике страны. В атмосферу, по официальным данным, попало 2,37 миллиона кюри радиоактивных веществ, в основном газы ксенон-133 и йод-131 (по независимым оценкам противников атомной энергетики, количество значительно занижено). Из района радиационного воздействия добровольно после предупреждения губернатора штата эвакуировались около 200 тысяч человек. Через три недели, когда обстановка была признана не представляющей серьезной опасности, они вернулись в свои дома. Средняя доза облучения от радиации, полученная населением (порядка 2 миллионов человек) в результате аварии на АЭС «Три-Майл-Айленд», по опубликованным официально данным, составила не более чем 1% от годовой дозы, получаемой от фоновой радиации облучения и в ходе медицинских процедур. 

Однако на общественность этот громкий предупреждающий звонок произвел гнетущее впечатление и сильно затормозил развитие ядерной энергетики США. О настроениях той поры свидетельствует, например, фантастический романа Айзека Азимова «Роботы и Империя». Его действие происходит в далеком будущем, но вот что говорит один из персонажей: «Есть место, которого избегают все земляне и земные роботы… Это квинтэссенция всего, что подразумевает под собой расщепление атома… Место “инцидента”, который навсегда настроил умы землян против деления ядра как источника энергии. Это место называется Три-Майл-Айленд».

Здесь, пожалуй, самое место пояснить, что шкала INES, не раз упомянутая выше, это Международная шкала ядерных событий (сокращение от английского International Nuclear Event Scale). Ее разработало Международное агентство по атомной энергии в 1988 г. и с 1990-го она используется для единообразия при оценке чрезвычайных случаев, связанных с аварийными радиационными выбросами в окружающую среду на атомных станциях (а позднее ее стали применять ко всем установкам, связанным с гражданской атомной промышленностью). В этой шкале, в частности, уровень 3 – это серьезный инцидент (облучение населения более 10 годовых доз), видимые несмертельные эффекты, например ожоги, сильное радиоактивное загрязнение в зоне, не предусмотренной проектом, с низкой вероятностью утечки наружу; уровень 4 – авария с локальными последствиями (минимальный выброс, единичные смертельные случаи, расплавление или повреждение топливных сборок с небольшим выбросом, вероятна утечка наружу). К 7-й, высшей категории, относятся крупные аварии – помимо Чернобыля, пока только та, что произошла на станции «Фукусима» в Японии в 2011 г. Тогда из-за сильнейшего в истории Японии землетрясения и последовавшего за ним цунами вода затопила подвальные помещения станции, где располагались распределительные устройства, резервные генераторы и батареи. АЭС была полностью обесточена, все системы аварийного охлаждения отказали. В реакторах 1, 2 и 3-го энергоблоков расплавилось топливо, произошли взрывы гремучей смеси на энергоблоках № 1, № 3 и № 4. Хотя ни одного случая острой лучевой болезни не зарегистрировано, ликвидаторы получили повышенную дозу радиации и это увеличило риск возникновения у них онкологических заболеваний. Правительство Японии подтвердило, что есть уже несколько таких случаев, один из ликвидаторов в 2018 г. скончался. С загрязненных территорий было эвакуировано около 164 тысяч человек. При эвакуации больниц вследствие недостатка ухода погибло 50 тяжелобольных пациентов. В течение нескольких лет после эвакуации из-за физического и психологического стрессов и неудовлетворительного медицинского обслуживания и ухода наступили 2 304 преждевременные смерти, в основном среди эвакуированных людей пожилого возраста. В декабре 2013 г. АЭС была официально закрыта. На территории станции продолжаются работы по ликвидации последствий аварии. По оценке Токийской электроэнергетической компании, чтобы привести станцию в стабильное, безопасное состояние, может потребоваться до 40 лет.

 При всей драматичности и далеко идущих последствиях подобных эпизодов есть, однако, у ядерной энергетики и другие недостатки, которые присущи ей повседневно.

 

Рутинные проблемы 

Начнем с экономических. Несмотря на то что эксплуатация АЭС сравнительно недорога, требуются огромные средства для того, чтобы станцию построить. Уже первое поколение атомных станций в США оказалось настолько дорогим, и в процессе строительства стоимость настолько возрастала по сравнению с проектной, что половина из них осталась недостроенными. В дальнейшем ситуация продолжала усугубляться: если, например, в 2004 г. закладывались расходы 2-4 млрд долларов, то уже к 2008-му те же работы стоили 9 млрд. Помимо затрат на строительство, атомные станции должны выделять средства на обеспечение радиационной безопасности производимых ими отходов и хранить их в охлаждаемых конструкциях с соблюдением всех необходимых процедур. Хранение радиоактивных отходов – серьезная проблема, с которой сталкиваются атомные электростанции. Уничтожить эти отходы невозможно, текущее решение – надежно запечатать их в контейнерах и хранить глубоко под землей, где они не могут загрязнить окружающую среду. Остается только надеяться, что по мере совершенствования технологий найдутся какие-то эффективные способы с ними управляться. Не стоит забывать о том, что процесс получения энергии на АЭС включает в себя и добычу топлива. А добыча и обогащение урана не являются экологически безопасными процессами. Открытая добыча урана безопасна для горняков, но оставляет после себя радиоактивные частицы, вызывает эрозию и даже загрязняет близлежащие источники воды. Подземная добыча ненамного лучше и подвергает горняков воздействию большого количества радиации. При этом на всех этапах добычи и обогащения образуются радиоактивные отходы.

Еще одна серьезная и пока, к счастью, потенциальная проблема состоит в том, что АЭС представляют собой лакомую мишень для террористов. Чернобыльскую катастрофу многие комментаторы называли взрывом «грязной ядерной бомбы». А что если некие безумцы сознательно попытаются использовать станции для проведения чудовищных террористических актов? Опыт 11 сентября 2001 г. показывает, что это отнюдь не праздное беспокойство. И обеспечение безопасности ядерных материалов и атомных электростанций чрезвычайно важная задача.

 

Итого

Взвешивая все достоинства и недостатки ядерной энергетики, нельзя не отметить еще одну важную вещь. Эта огромная, крайне высокотехнологичная, крайне наукоемкая отрасль одним фактом своего существования способствует не только достижению своей прямой цели – производства электроэнергии, но способствует развитию научного знания, концентрации усилий на прорывных направлениях исследований в различных областях, начиная от материаловедения и заканчивая экологией. Служит локомотивом развития промышленности. И требует подготовки огромного количества специалистов высочайшей квалификации в самых различных областях. И физиков-ядерщиков, и физико-химиков, и радиобиологов. И конечно, тех, кто будет заниматься ядерной тематикой непосредственно. И, может быть, именно кто-то из тех, кто сегодня учится в СПбПУ, в Институте энергетики или Институте ядерной энергетики, сможет – почему не помечтать, тем более на то есть исторические основания! – спроектировать абсолютно безопасную станцию, разработать технологию, сводящую к ничтожному минимуму опасность радиоактивного загрязнения среды на любом этапе, или вообще совершить какой-то пока еще не представимый шаг в светлое, энергетически изобильное будущее человечества. Дело стоящее – почему не помечтать?

 

Максим Конюшин: основная тенденция развития атомной энергетики – это использование новых типов ядерных реакторов поколения IV

Преподаватель Политеха рассказывает о проблемах и перспективах отрасли, а также о том, смогут ли альтернативные и возобновляемые источники энергии вытеснить АЭС с рынка.

Что реально дает атомная энергетика человечеству? 

В настоящий момент вовсю идет цифровизация производства и нашей обыденной жизни.

Человечество все больше и больше использует различные технические устройства, которые потребляют электрическую энергию. Это не только различная автоматизация производства, где используются промышленные роботы и специальное оборудование, потребляющее электрическую энергию, но и повседневная жизнь людей. Уже невозможно представить нашу жизнь без смартфонов, компьютеров, электрических бытовых приборов и т.п. В результате этого растет энергопотребление, и одним из вариантов обеспечения человечества энергией является использование атомной энергии.

Атомная энергия – это колоссальный источник энергии. Всего 1 кг урана с обогащением до 4% дает столько же энергии, сколько сжигание примерно 100 тонн высококачественного каменного угля или 60 тонн нефти.

С учетом роста энергопотребления необходим такой источник энергии, который сможет обеспечить человечество необходимыми объемами энергии, и в этом случае атомная энергия – именно тот необходимый источник.

Начиная с 1954 г., когда была введена в эксплуатацию Обнинская АЭС – первая атомная электростанция в мире, человечество получает полезную энергию из деления ядер урана. Естественно, в дальнейшем продолжится развитие, все больше и больше будут автоматизироваться рутинные процессы. И без надежного и энергоемкого источника энергии это невозможно представить.

Стоит также упомянуть, что атомную энергию мы можем использовать не только для производства электрической энергии, но и для обеспечения человечества другими ресурсами. Мы можем использовать тепло, вырабатываемое в ядерных реакторах, для опреснения морской воды, тем самым обеспечив засушливые регионы необходимыми запасами пресной воды. Но также можно вырабатывать водород, один из самых перспективных источников энергии.

Насколько далеко мы продвинулись в обеспечении безопасности эксплуатации АЭС?

Безопасность атомной энергетики неразрывно развивалась с освоением эксплуатации АЭС. Развитие атомной энергетики невозможно без обеспечения должного уровня безопасности для населения и окружающей среды.

Благодаря внедренным технологиям оказалось возможным снизить уровень возникновения тяжелой аварии для каждого энергоблока АЭС до значения 1 раз в 100 000 лет.

Невозможно представить ни одну современную АЭС без специальных технических устройств, обеспечивающих безопасность. Среди таких устройств стоит упомянуть: ловушку расплава, предназначенную для локализации расплава активной зоны реактора; пассивные системы отвода тепла, обеспечивающие охлаждение ядерного топлива в реакторе без использования энергии; использование основных и резервных систем безопасности для гарантированного обеспечения безопасности эксплуатации АЭС.

Причем все системы безопасности АЭС расположены в отдельном здании, в четырех защищенных и изолированных друг от друга каналах, что обеспечивает высокий уровень надежности работы систем.

Радиоактивные отходы. Пути решения проблемы

К сожалению, в процессе работы АЭС возникают радиоактивные отходы. Эти отходы высокоактивные и представляют определенный уровень опасности для населения и окружающей среды. В настоящий момент отходы захороняют в специальных хранилищах.

Однако атомная энергетика продолжает свое развитие. Проводятся исследования по возможности переработки радиоактивных отходов для снижения их уровня опасности. В качестве примера можно привести исследования в области использования реакторов на быстрых нейтронах для «дожигания» высокоактивных минорных актинидов, например кюрия или америция, для снижения их концентрации в отходах. Причем такие реакторы уже строятся – это проект Опытно-демонстрационного энергетического комплекса с реактором БРЕСТ-ОД-300 (проект «Прорыв» ГК Росатом).

Проекты такого рода позволят решить одну из главных проблем ядерной энергетики – замыкание ядерного топливного цикла, и обеспечить использование атомной энергии еще на долгое время.

«Зеленая» повестка и атомная энергетика. Смогут ли альтернативные и возобновляемые источники энергии вытеснить АЭС с рынка?

Очень много ведется разговоров о том, сможет ли тот или иной источник энергии быть единственным. Это кардинально неверно. Энергетика не сможет существовать, используя только один источник энергии, ведь его потеря – это потеря всей возможной энергии. Поэтому энергетика развивалась на различных источниках энергии не только из-за конкуренции между ними, но и благодаря необходимости использовать различные источники для поддержания надежного энергоснабжения потребителей. Энергетику надо рассматривать в целом.

В некоторых моментах удобнее использовать возобновляемые источники энергии, в случае необходимости больших мощностей возможно использование атомной энергии, если рядом есть месторождение полезных ископаемых – то использовать ископаемые.  Отсюда следует, что возобновляемая энергетика не сможет вытеснить атомную, потому что необходимо использовать и развивать различные источники энергии.

Перспективы развития атомной энергетики в обозримом будущем

Основная тенденция развития атомной энергетики – это использование новых типов ядерных реакторов поколения IV.

Реакторы нового типа позволят решить различные проблемы атомной энергетики, начиная от замыкания ядерного топливного цикла и заканчивая возможностью использования ядерных реакторов не только для производства электрической энергии, но и вторичных продуктов (пресной воды или водорода).

Технологии реакторов новых типов базируются на разработках существующих ядерных реакторов. Но, к сожалению, ввести новые реакторы в строй мы сможем только через 20-30 лет, потому что нужно помнить о главном критерии развития атомной энергетики – это безопасность для населения и окружающей среды. Новые технологии должны быть апробированы, созданы экспериментальные варианты и накоплен необходимый опыт для их безопасной эксплуатации.

Тем не менее такие реакторы уже строятся, это упомянутый ранее «Прорыв» ГК Росатом – реактор БРЕСТ-ОД-300. Внедрение таких проектов обеспечит устойчивое развитие атомной энергетики во благо человечества.

Не остается без внимания и вопрос использования ядерных реакторов малой мощности в обозримом будущем. Например, согласно информации от ГК Росатом, к 2028 году в Якутии будет построена атомная станция малой мощности для развития энергоснабжения региона. Атомная энергетика будет развиваться для обеспечения человечества энергией.

Поделиться записью

Атомная энергетика.

Принцип работы АЭС

Похожие презентации:

Атомные электрические станции (АЭС)

Атомные электростанции (АЭС)

Атомная энергетика. Металлы в атомной промышленности

Источники радиационного загрязнения окружающей среды

Основы работы атомных электростанций

Атомные электростанции

Атомная электростанция (АЭС)

Основы электроэнергетики

Атомная энергетика

Аварии на АЭС

1. АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА ПРИНЦИП РАБОТЫ АЭС

2. АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА, область техники,
основанная на использовании реакции
деления атомных ядер для выработки теплоты
и производства электроэнергии.
Ядерный топливный цикл.
Атомная энергетика – это сложное
производство, включающее множество
промышленных процессов, которые вместе
образуют топливный цикл. Существуют
разные типы топливных циклов, зависящие от
типа реактора и от того, как протекает
конечная стадия цикла.

3. Ядерные реакторы

ЯДЕРНЫЕ РЕАКТОРЫ
Ядерный(атомный) реактор-это устройство, в котором
поддерживается управляемая реакция деления ядер.
Три основных типа реакторов:
Среди них первый (и наиболее распространенный)
тип – это реактор на обогащенном уране, в котором и
теплоносителем, и замедлителем является обычная,
или «легкая», вода (легководный реактор).
Существуют две основные разновидности легководного
реактора: кипящий реактор и водо-водяной
энергетический реактор – ВВЭР.
Второй тип реактора, – газоохлаждаемый реактор (с
графитовым замедлителем), которые довольно
эффективно вырабатывают оружейный плутоний и к
тому же могут работать на природном уране.
Третий тип реактора, это реактор, в котором и
теплоносителем, и замедлителем является тяжелая
вода, а топливом природный уран.

4. Принцип работы АЭС

ПРИНЦИП РАБОТЫ АЭС
В ходе протекания цепной реакции
выделяется большое количество
энергии в виде тепла, которое
нагревает теплоноситель первого
контура — воду. Вода подается
снизу в активную зону реактора с
помощью главных циркуляционных
насосов (ГЦН). Нагреваясь до
температуры 322 °С вода поступает
в парогенератор (теплообменник),
где, пройдя по тысячам
теплообменных трубок и отдав
часть тепла воде второго контура,
вновь поступает в активную зону.

5. Принцип работы АЭС

ПРИНЦИП РАБОТЫ АЭС
Так как давление второго контура
ниже, вода в парогенераторе
вскипает, образуя пар с
температурой 274°С, который
поступает на турбину. Поступая в
цилиндр высокого давления, а затем
в три цилиндра низкого давления,
пар раскручивает турбину, которая,
в свою очередь, вращает генератор,
вырабатывая электричество.
Отработанный пар поступает в
конденсатор, в котором он
конденсируется с помощью
холодной воды из пруда-охладителя
или градирни и вновь возвращается
в парогенератор с помощью
питательных насосов.

6. Тепловыделяющий элемент

ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ
Тепловыделяющий элемент (твэл) — главный
конструктивный элемент активной зоны
гетерогенного ядерного реактора,
содержащий ядерное топливо. В твэлах
происходит деление тяжелых ядер 235U,
239Pu или 233U, сопровождающееся
выделением тепловой энергии, которая
затем передаётся теплоносителю. Твэл
должен обеспечить надежный отвод тепла от
топлива к теплоносителю.
Твэл представляет собой набор герметичных
трубок из специальных сплавов диаметром
9,1—13,5 мм и длиной несколько метров,
заполненных таблетками ядерного топлива.
Наконечники ТВЭЛов на крышке ядерного реактора

7. твэл

ТВЭЛ
Внутри ТВЭЛов происходит выделение тепла за счёт ядерной реакции деления топлива и
взаимодействия нейтронов с веществом материалов активной зоны и теплоносителя, которое
передаётся теплоносителю. Конструктивно каждый твэл состоит из сердечника и герметичной
оболочки.
Сердечники бывают металлическими, металлокерамическими или керамическими. Для
металлических сердечников используются чистые уран, торий или плутоний, а также их сплавы с
алюминием, цирконием, хромом, цинком. Материалом металлокерамических сердечников
служат спрессованные смеси порошков урана и алюминия. Для керамических сердечников
сплавляют оксиды или карбиды урана или тория.
Хорошая герметизация оболочки ТВЭЛов необходима для исключения попадания продуктов
деления топлива в теплоноситель, что может повлечь распространение радиоактивных.
Устройство твэла реактора РБМК: 1 — заглушка; 2 — таблетки диоксида урана; 3 — оболочка из циркония;
4 — пружина; 5 — втулка; 6 — наконечник.

8. Плутоний в АЭС

ПЛУТОНИЙ В АЭС
Реакция деления:
Управляемая (медленная) в атомных реакторах
Неуправляемая (мгновенная) – атомный (ядерный) взрыв.
Первый элемент естественный (природный) -уран . Делящимся является один из трёх его изотопов – U-235 оружейный уран.
Второй элемент искусственный. Это Pu. Делящимся является изотоп Pu-239 – оружейный плутоний. Образуется
он в атомных реакторах из неделящегося U-238 при облучении его нейтронами.
Именно эти два изотопа двух химических элементов используются для создания ядерного оружия. При этом,
для управляемой цепной реакции (в атомном реакторе) лучше подходит U-235. А для неуправляемой
(ядерного взрыва) , гораздо лучше подходит Pu-239, так как у него меньше критическая масса и больший КПД
взрыва.
1 + U238 -> U239 -> e0 + Np239 -> e0 + Pu239
n
0
92
92
-1
93
-1
94
спасибо за внимание

English     Русский Правила

Ситуация на Запорожской АЭС “вышла из-под контроля”, говорит МАГАТЭ. Чем это грозит?

• Артем Воронин
• Русская служба Би-би-си

4 августа 2022

Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Глава МАГАТЭ Гросси в марте обращал внимание на то, что загоревшийся в результате обстрела учебно-тренировочный центр на АЭС находится совсем близко к энергоблокам – это видно на карте

Глава Международного агентства по ядерной энергии (МАГАТЭ) Рафаэль Гросси заявил, что ситуация на захваченной в марте Россией Запорожской АЭС “полностью вышла из-под контроля”. По его словам, электростанция работает с нарушениями, МАГАТЭ не имеет связи с ее сотрудниками и не может оперативно проверять обстановку на ней, а проблемы с поставками расходных материалов увеличивают риск сбоев в работе АЭС.

“Все принципы безопасной работы АЭС нарушены, – заявил Гросси в среду. – Риски очень серьезные, ситуация крайне опасна”.

“Я умоляю как международный социальный работник, как глава международной организации, я очень прошу обе стороны санкционировать [наш] визит”, – подчеркнул он.

Гросси настаивает на посещении АЭС инспекторами МАГАТЭ, а установленные Россией оккупационные власти говорят, что готовы сотрудничать. Но в прошлом против визитов МАГАТЭ на Запорожскую АЭС выступал украинский “Энергоатом”, утверждая, что они легитимизируют захват АЭС Россией.

В четверг украинские власти делают противоречивые заявления. Глава офиса президента Андрей Ермак считает, что присутствие международных инспекторов на АЭС необходимо, а министр энергетики Герман Галущенко указывает, что позиция МАГАТЭ, назвавшей в одном из прошлых заявлений войну в Украине “российской военной операцией”, слишком нейтральна.

• Эхо ядерной катастрофы: начальников АЭС “Фукусима” оштрафовали почти на $100 млрд
• Чем грозит отключение электричества на Чернобыльской АЭС?
• Чернобыльская АЭС: 12 дней взаперти

С тем, что физическое присутствие инспекторов на АЭС необходимо, согласен старший директор НКО Nuclear Threat Initiative Николас Рот. “Гросси сегодня играет очень важную политическую роль – он бьет тревогу. Это очень важно, если мы хотим найти способ уменьшить риск”, – говорит он.

“Мы видим нечто, чего никогда раньше не видели в ходе военных действий – подчеркивает Рот. – Страна использует ядерный объект как прикрытие”.

Источник серьезной опасности для региона

Во вторник глава Госдепартамента США Энтони Блинкен обвинил российские войска в том, что они наносят артиллерийские удары с территории АЭС или из ее окрестностей, а ВСУ не могут ответить на это без риска попасть по станции.

Об этом говорят и украинское командование, и жители Никополя и Марганца, по которым приходится основная часть обстрелов.

“Конечно, украинцы не могут ответить из-за опасности ужасной катастрофы на атомной электростанции”, – сказал Блинкен, добавив, что Вашингтон крайне озабочен ситуацией.

Эта ситуация заботит Запад с первых дней оккупации. Россия, обстреливавшая станцию из артиллерии при захвате, теперь использует ее как плацдарм для атак, демонстративно не обращая внимания на заявления экспертов и международных организаций.

Что происходит на АЭС?

Россия захватила Запорожскую АЭС в начале марта, на вторую неделю войны. Перед оккупацией станции и города Энергодара, где она находится, территория, прилегающая к АЭС, долго обстреливались – в одном из административных корпусов вспыхнул пожар, вызвавший тревогу в мире.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Размытые кадры мартовского пожара на Запорожской АЭС, снятые камерой наблюдения, облетели весь мир. Международное сообщество заговорило об опасности ядерной катастрофы

Пропустить Подкаст и продолжить чтение.

Подкаст

Что это было?

Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.

эпизоды

Конец истории Подкаст

Пресс-секретарь АЭС Андрей Туз тогда говорил, что станцию “обстреливают в упор” и что пострадал один из энергоблоков. Возгорание ликвидировали украинские пожарные, после чего бои в районе электростанции приостановили.

Совет Безопасности ООН собрался на экстренное заседание, обстрел АЭС осудили представители Британии и США. Даже МИД Китая, который редко критикует действия России, заявил, что серьезно обеспокоен ядерной безопасностью на фоне войны.

Российские военные тогда утверждали, что пожар в учебно-тренировочном комплексе АЭС был результатом “чудовищной провокации” украинской диверсионной группы, которая сначала обстреляла из окон здания российский патруль, а потом сама подожгла здание.

О российских обстрелах с территории или из окрестностей АЭС говорят с середины июля. Под огонь часто попадают город Никополь на западном берегу Днепра, город Марганец и окрестные села.

Сегодня никопольские власти регулярно публикуют информацию о радиационном фоне в городе, а в местных чатах много шуток про радиацию.

“Они там прячутся, чтобы по ним не ударили, – говорил мэр Никополя Александр Саюк в беседе с корреспондентом New York Times, – Иначе зачем им [быть] на электростанции? Использовать ее как прикрытие очень опасно”.

ВСУ пытается наносить точечные удары, применяя барражирующие боеприпасы, или “дроны-камикадзе”. 22 июля с помощью польского БПЛА Warmate был уничтожен палаточный городок российских войск, артиллерийская система и система ПВО.

Однако о полномасштабном применении Украиной тяжелой артиллерии, в том числе современных американских или британских РЗСО, речи не идет.

Украина просит международное сообщество “закрыть небо” над АЭС с помощью систем ПВО, предположительно – чтобы предотвратить ракетные обстрелы.

Ядерный взрыв и водородный взрыв

Самый очевидный риск – это попадание ракеты или снаряда в один из реакторов, что может нарушить защитную оболочку, или контейнмент, активную зону реактора, работу охлаждающих систем, например.

Все это может привезти к запроектной (вызванной не учитываемыми для проектных аварий исходными событиями) аварии в одном из реакторов с выбросом радиоактивности – то, что произошло в Чернобыле и то, что в быту называется “мелтдауном”.

Тяжелая авария с потерей охлаждения активной зоны реактора приведет к расплавлению ядерного топлива и, соответственно, к выделению взрывоопасного водорода, накапливающегося под герметичной оболочкой реакторного отделения. Аналогично при потере воды в бассейнах выдержки, где временно хранится отработавшее топливо при каждом реакторе, может начаться его перегрев, также с выделением водорода.

“Если попадет ракета крылатая в реакторное отделение Запорожской станции, к примеру, то радиационная авария будет иметь последствия для европейских стран, для того же Крыма, для российской территории и, естественно, для Украины”, – говорит независимый украинский эксперт по энергетике Ольга Кошарная.

Более точно последствия запроектной аварии на АЭС помогает понять инженер-физик, эксперт программы “Безопасность радиоактивных отходов” Российского социально-экологического союза Андрей Ожаровский со ссылкой на европейский проект оценки ядерных рисков в Европе flexRISK.

Этот проект оценивает последствия аварий на реакторах в мирное время, и при нарушении целостности оболочки реактора последствия могут быть серьезнее, уточняет Ожаровский.

При аварии произойдет единовременный выброс радиоактивного цезия-137 в количествах, потенциально опасных для сельского хозяйства. В худшем случае – опасных и для здоровья взрослых людей. На Украину, вероятно, придется основная часть выбросов.

Важно то, что выброс радиоактивного цезия при аварии в Запорожье будет единовременным, и то, куда он устремится, будет зависеть от метеорологических условий в день аварии. Пострадать потенциально могут и Москва, и Курская область, и Европа.

К аварии может привести, например, пожар. “Сейчас они [россияне] нагнали военную технику в машинный зал первого энергоблока, где находится турбогенератор. Там хранится большое количество технического масла. Это пожароопасное помещение, в случае пожара площадь для работы противопожарной техники, систем пожаротушения, соответственно, меньше”, – говорит украинский эксперт.

На площадке АЭС в специальных контейнерах хранится отработанное ядерное топливо (на карте выше это сооружение обозначено цифрой 4). Случайный или намеренный удар по контейнерам может привести к возгоранию и аварии.

Еще один фактор риска состоит в том, что на АЭС не поступают запчасти из неоккупированной Украины. “Не проводятся качественно ремонты, потому что ремонты делают как правило на аутсорсинге люди, которые не поедут на оккупированную АЭС”, – уточняет Кошарная.

“Когда Гросси говорит, что нарушены все процедуры, он не ошибается. Станция – это режимный объект. Даже некоторым ее сотрудникам нельзя заходить во все помещения. Контроля над этим сейчас нет”, – добавляет эксперт.

Персонал АЭС, работающий под присмотром российских военных и рядом с привезенными Россией сотрудниками Росатома, находится в условиях психологического давления и может совершить ошибку.

“Особенно это опасно для тех, кто управляет реакторными установками. Их [таких людей] мало. Это золотой фонд нашей атомной энергетики, они имеют лицензии и готовятся больше десяти лет. Не каждый на это способен. Перед каждой сменой персонал проходит собеседование у психолога, проверяется его здоровье – потому что они должны реагировать на форс-мажоры”, – рассказывает Кошарная.

Большинство наблюдателей не могут сказать, что произойдет, если бои в районе АЭС станут интенсивнее. Такой риск есть: эксперты американского Института изучения войны считают, что контрнаступление Украины на юге страны может коснуться не только Херсонской, но и Запорожской области.

Россия стягивает туда войска для обороны. Какова будет роль Запорожской АЭС, если фронт переместится в сторону России, сказать очень сложно.

Что говорит Женевская конвенция

Автор фото, Getty Images

Возможность ударов по ядерным электростанциям регулируется международным правом. По Женевским конвенциям (статья 56 первого дополнительного протокола, составленная в 1977 году), АЭС относятся к объектам, которые могут стать опасными для населения, если попадут под огонь. К таким же относятся, например, плотины.

Полной защиты от военных действий Женевская конвенция атомным электростанциям не дает – подписанты не пришли к согласию по этому пункту.

В соответствии с первым протоколом, АЭС может стать законной целью для атаки, если военная выгода от этой атаки значительнее, чем риск того, что пострадает мирное население.

В документе конкретизируется, что, к примеру, такой целью может быть электростанция, генерирующия электричество, которое идет на обслуживание военных нужд армии противника.

Похожая ситуация и с военными целями, расположенными около опасной инфраструктуры. Конвенция запрещает и размещать войска вблизи подобных объектов, и наносить удары по военным целям, находящимся близко к ним, но все это может перечеркнуть военная целессобразность.

Можно предположить, что украинские АЭС производят электричество как для гражданского населения, так и для военных нужд, пишет в своем блоге специалист по международным конфликтам и праву из Гамбургского университета Анна Динельт. Таким образом они используются в военных целях, но для того чтобы оправдать удар в рамках Женевской конвенции, этого недостаточно.

Генерируемое ими электричество должно представлять собой “значимый” вклад в борьбу ВСУ с российскими войсками, а удар по АЭС должен быть единственным способом вывести ее из строя.

При этом выведение АЭС из строя может лишить значительную часть украинцев электричества, отмечает она. Смысл существования Женевской конвенции – защита мирного населения, и любое решение об ударе по АЭС должно основываться на соображениях пропорциональности риска.

Если же такой удар будет нанесен и приведет к значительному ущербу для мирного населения, такие действия могут подпадать под определение военного преступления, отмечает Динельт.

“В то же время и на Украине лежит ответственность за защиту своего гражданского населения, путем, при необходимости, прекращения работы ядерных электростанций”, – добавляет она.

Атомная электростанция | Определение, принципы и компоненты

Мегаменю

Тематическое меню

Резюме статьи и часто задаваемые вопросы

Что такое атомная электростанция?

Атомная электростанция — это тепловая электростанция, в которой ядерный реактор вырабатывает большое количество тепла. Это тепло используется для выработки пара (непосредственно или через парогенератор), который приводит в действие паровую турбину, соединенную с генератором, вырабатывающим электроэнергию.

Ключевые факты

• Компоновка атомных электростанций состоит из двух основных частей: ядерного острова и обычного (турбинного) острова.
• Ядерные реакторы на этих электростанциях используются «только» для выработки тепла. Это тепло используется для создания пара, который приводит в действие паровую турбину , соединенную с генератором, вырабатывающим электроэнергию.
• Наиболее распространенными ядерными реакторами являются легководные реакторы  (LWR), в которых в качестве замедлителя используется легкая вода.
• Типовой реактор может содержать около 100 тонн обогащенного урана (т. е. около 113 тонн диоксида урана).
• Типичная номинальная тепловая мощность реактора составляет около 3400 МВт, что соответствует полезной электрической мощности 1100 МВт. Поэтому типичный тепловой КПД его цикла Ренкина составляет около 33%.
• Современные электростанции могут работать как электростанции, следующие за нагрузкой , и изменять свою мощность в соответствии с меняющимися потребностями. Но режим базовой нагрузки является наиболее экономичным и технически простым режимом работы.
• В 2011 году атомная энергетика обеспечила 10% мировой электроэнергии. В 2007 г. МАГАТЭ сообщило о 439 действующих в мире ядерных энергетических реакторах в 31 стране.

Как работает атомная электростанция?

Как работает атомная электростанция?

• Типовая номинальная тепловая мощность реактора составляет около 3400 МВт.
• Для PWR теплоноситель (вода) нагревается в активной зоне реактора примерно с 290°C (554°F) до примерно 325°C (617°F) по мере прохождения воды через активную зону.
• Затем горячий теплоноситель подается главными насосами теплоносителя в парогенераторы.
• В парогенераторах это тепло передается через стенки этих труб вторичному теплоносителю более низкого давления, расположенному на вторичной стороне теплообменника, где теплоноситель испаряется в пар под давлением  (насыщенный пар 280°C; 536°F; 6, 5 МПа) .
• Затем этот пар под давлением направляется в паровую турбину, в которой пар расширяется под давлением около  6 МПа  до давлений около 0,008 МПа.
• Паровая турбина подключена к основному генератору, который вырабатывает электроэнергию.

Каковы основные компоненты атомных электростанций?

Каковы основные компоненты атомных электростанций?

Компоновка атомных электростанций состоит из двух основных частей: ядерного острова и обычного (турбинного) острова. Основными компонентами атомных электростанций являются:

• Ядерный остров
  • Ядерный реактор содержит активную зону реактора и системы управления.
  • ГЦН (ГЦН) обеспечивают циркуляцию теплоносителя первого контура.
  • Компенсатор давления (в случае PWR) используется для регулирования давления теплоносителя первого контура.
  • В парогенераторах (в случае PWR) происходит обмен теплом между первичным контуром и вторичным контуром.
  • Первичный трубопровод
  • Системы безопасности
  • Здание сдерживания
• Обычный остров
  • Паровая турбина . Паровая турбина — это устройство, которое извлекает тепловую энергию  из пара под давлением и использует ее для выполнения механической работы на вращающемся выходном валу.
  • Генератор . Генератор представляет собой устройство, которое преобразует механическую энергию паровой турбины к электрической энергии .
  • Конденсатор . Конденсатор – это теплообменник  , используемый для  конденсации пара последней ступени турбины.
  • Система конденсатно-питательная . Конденсатно-питательные системы выполняют две важные функции. Подать достаточно качественной воды (конденсат) в парогенератор и нагреть воду (конденсат) до температуры, близкой к температуре насыщения.
  • Подогреватель влагоотделителя (MSR) . Подогреватели влагоотделителя обычно устанавливаются между выходным патрубком турбины высокого давления и входным патрубком турбины низкого давления для удаления влаги из выхлопного пара турбины высокого давления и повторного нагрева этого пара перед подачей в турбины низкого давления.
  • Система охлаждения и градирни

Что такое тепловой КПД атомной электростанции?

Что такое тепловой КПД атомных электростанций?

На современных атомных электростанциях общий тепловой КПД составляет около одна треть (33%), поэтому 3000 МВт тепловой энергии от реакции деления необходимо для выработки 1000 МВтэ электроэнергии.

Каковы плюсы и минусы атомной электростанции?

Каковы плюсы и минусы атомной электростанции?

Плюсы атомной энергетики

• Источник энергии мирового масштаба
• Источник энергии с низким уровнем загрязнения
• Безуглеродный источник энергии
• Ядерная энергетика может быть устойчивой
• Атомная энергетика конкурентоспособна на существующих рынках
• Низкая стоимость топлива

Минусы атомной энергетики

• ОЯТ
• Распад тепла – вопрос безопасности
• Высокая плотность энергии – вопрос безопасности
• Высокие инвестиционные затраты

Реактор

Паровая турбина

Машиностроение

Материалы

Атомная электростанция — это тепловая электростанция, в которой ядерный реактор используется для выработки большого количества тепла. Это тепло используется для выработки пара (непосредственно или через парогенератор), который приводит в действие паровую турбину, соединенную с генератором, вырабатывающим электроэнергию.

Паровая турбина является общим элементом всех тепловых электростанций. Паровая турбина была изобретена в 1884 году Сэр Чарльз Парсонс , первая модель которого была подключена к динамо-машине, вырабатывавшей 7,5 кВт (10 л.с.) электроэнергии. Исключительной особенностью атомной электростанции является ядерный реактор и его системы безопасности и вспомогательные системы.

Атомным электростанциям может потребоваться много часов, если не дней, для запуска или изменения их выходной мощности. В основном потому, что им требуется длительный период для разогрева ядерной системы пароснабжения и турбогенератора до рабочей температуры. Современные электростанции могут работать как следящие за нагрузкой электростанции и изменяют их мощность в соответствии с изменяющимися требованиями. Но режим базовой нагрузки является наиболее экономичным и технически простым режимом работы. С этой точки зрения электростанции обычно делятся на две основные категории:

• Электростанция с базовой нагрузкой
• Электростанция, следующая за нагрузкой

Специальная ссылка: 3D-модель АЭС – sketchfab.com

Основные характеристики атомных электростанций с реактором типа PWR (водяной-водяной реактор)

Как видите, атомная электростанция состоит из двух основных зданий:

• Защитная оболочка (в ней находится ядерный реактор)
• Здание турбины (с турбогенератором)

Здание сдерживания является ключевым зданием ядерного острова. Это герметичное здание, в котором находятся ядерный реактор и его компенсатор давления, циркуляционные насосы реактора, парогенераторы и другое оборудование или трубопроводы, которые в противном случае могли бы выбросить продукты деления в атмосферу в случае аварии. Такие здания обычно изготавливаются из железобетона.

Машинный зал является ключевым зданием обычного (турбинного) острова. В здании турбины находятся турбина, генератор, конденсатор и другое оборудование, используемое для преобразования тепловой энергии пара под давлением в механическую работу, используемую для привода генератора.

Также частью АЭС может быть градирня, но это не обязательно. Многие АЭС (береговые АЭС) не охлаждают охлаждающую воду через градирни.

Компоненты атомной электростанции

Ключевые компоненты, общие для большинства атомных электростанций:

• Ядерный реактор . Ядерный реактор — важнейшее устройство атомных электростанций. Основной целью ядерного реактора является инициирование и контроль устойчивой цепной ядерной реакции .
• Парогенераторы. Парогенераторы — это теплообменники , которые преобразуют питательную воду в пар за счет тепла, выделяемого в активной зоне ядерного реактора. Они используются в реакторах с водой под давлением (PWR) между первым и вторым контурами теплоносителя.
• Герметик. Давление в первом контуре поддерживается компенсатором давления, отдельным сосудом , присоединенным к первому контуру (горячая ветвь), и частично заполненным водой, нагретой до температуры насыщения (температуры кипения) для требуемого давления погружными электронагревателями. Температуру в компенсаторе давления можно поддерживать на уровне 345°C (653°F) , что дает запас переохлаждения (разница между температурой компенсатора давления и самой высокой температурой в активной зоне реактора) 30°C.
• Насосы охлаждающей жидкости реактора. Насосы теплоносителя реактора используются для перекачки теплоносителя первого контура. Эти насосы мощные, они могут потреблять до 6 МВт каждый и использоваться для подогрева теплоносителя первого контура перед пуском реактора.
• Системы безопасности . Согласно Комиссии по ядерному регулированию США основными задачами систем безопасности ядерных реакторов являются остановка реактора, поддержание его в остановленном состоянии и предотвращение выброса радиоактивного материала . Системы безопасности реактора состоят из:
  • Системы защиты реактора
  • Система хозяйственно-бытового водоснабжения
  • Системы аварийного охлаждения активной зоны
  • Системы аварийного электропитания
  • Системы локализации

• Паровая турбина . Паровая турбина представляет собой устройство, которое извлекает тепловой энергии из пара под давлением и использует ее для выполнения 9 функций.0015 механическая работа на вращающемся выходном валу.
• Генератор . Генератор — это устройство, которое преобразует механической энергии паровой турбины в электрической энергии .
• Конденсатор . Конденсатор — это теплообменник , используемый для конденсации пара последней ступени турбины.
• Система конденсата-питательной воды .   Конденсатно-питательная система выполняет две важные функции. Подать достаточно качественной воды (конденсат) в парогенератор и нагреть воду (конденсат) до температуры, близкой к температуре насыщения.

Производство реактора – Youtube

Как работает атомная электростанция?

• Ядерные реакторы на этих электростанциях используются «только» для выработки тепла. Это тепло используется для выработки пара, который приводит в действие паровую турбину , соединенную с генератором, вырабатывающим электроэнергию.
• Типовая номинальная тепловая мощность реактора составляет около 3400 МВт. Тепло производится делением в ядерном реакторе и переходит в воду первого контура.
• Для PWR теплоноситель (вода) нагревается в активной зоне реактора примерно с 290°C (554°F) до примерно 325°C (617°F) по мере прохождения воды через активную зону.
• Затем горячий теплоноситель подается главными насосами теплоносителя в парогенераторы.
• В парогенераторах это тепло передается через стенки этих труб вторичному теплоносителю более низкого давления, расположенному на второй стороне теплообменника, где теплоноситель испаряется до пара под давлением  (насыщенный пар 280°C; 536°F; 6,5 МПа) .
• Затем этот пар под давлением направляется в паровую турбину, в которой пар расширяется от давления около 6 МПа до давления около 0,008 МПа. Паровые турбины на западных атомных электростанциях являются одними из самых больших паровых турбин когда-либо существовавших.
• Паровая турбина подключена к основному генератору, который вырабатывает электроэнергию.

На большинстве атомных электростанций используется одновальный турбогенератор, состоящий из одной многоступенчатой ​​турбины высокого давления и трех параллельных многоступенчатых турбин низкого давления, основного генератора и возбудителя. Турбина ВД обычно представляет собой двухпотоковую импульсную турбину (или реактивного типа) с примерно десятью ступенями с экранированными лопатками и вырабатывает около 30-40% полной выходной мощности энергоблока. Турбины низкого давления обычно представляют собой двухпоточные реактивные турбины с примерно 5-8 ступенями (с кожухами лопаток и свободностоящими лопатками последних трех ступеней). Турбины низкого давления производят примерно 60-70% полной мощности энергоблока. Каждый ротор турбины установлен на двух подшипниках, т. е. между каждым модулем турбины установлены двойные подшипники.

Схема паровой турбины типичного PWR мощностью 3000 МВт

Тепловой КПД атомной электростанции

На современных атомных электростанциях общий тепловой КПД составляет около одна треть (33%), поэтому 3000 МВттепл тепловой мощности от реакции деления требуется для выработки 1000 МВт электроэнергии. Причина кроется в относительно низкой температуре пара ( 6 МПа ; 275,6°С). Повышение температуры пара может обеспечить более высокую эффективность. Но для этого требуется повышение давления внутри котлов или парогенераторов. Однако металлургические соображения устанавливают верхний предел таких давлений. По сравнению с другими источниками энергии тепловой КПД 33% не так уж и много. Но следует отметить, что атомные электростанции намного сложнее, чем электростанции, работающие на ископаемом топливе, и сжигать ископаемое топливо гораздо проще, чем получать энергию из ядерного топлива. Субкритические электростанции на ископаемом топливе, работающие под критическое давление  (т. е. ниже 22,1 МПа) может обеспечить эффективность 36–40%.

AP1000 – атомная электростанция. Эта иллюстрация может не отображать фактический дизайн и компоновку.
Источник: www.todaysengineer.org/

База данных по ядерным энергетическим реакторам МАГАТЭ

Текущее состояние (11/2014) из базы данных PRIS
Источник: www.iaea.org/pris

Информационная система по энергетическим реакторам ( PRIS ), разработанная и поддерживаемая МАГАТЭ более четырех десятилетий, представляет собой всеобъемлющую базу данных, посвященную атомным электростанциям во всем мире. PRIS содержит информацию об действующих, строящихся или выводимых из эксплуатации энергетических реакторах.

База данных охватывает:

• Технические характеристики реактора (статус, местоположение, оператор, владелец, поставщики, контрольные даты) и технические проектные характеристики
• Данные о производительности, включая данные о выработке энергии и потерях энергии, сведения об отключении и эксплуатационных событиях

См. также: PRIS МАГАТЭ

См. также:

• Ядерный реактор
• Типы ядерных реакторов
• История атомных электростанций

АЭС

сообщите об этом объявлении

Атомная электростанция

– принцип работы, преимущества, недостатки со схемой

Содержание

Введение

Когда мы говорим о слове «ядерная», то, что поражает нас, – это огромное количество энергии. Принимая во внимание сложности обработки материалов и проблемы безопасности, он по-прежнему является наиболее широко используемым источником энергии для производства электроэнергии во всем мире. Извлечение энергии из ядерного топлива в настоящее время стало необходимостью для удовлетворения растущих потребностей в энергии и для экономического роста страны. Атомная электростанция вырабатывает электроэнергию, используя тепловую энергию, а уран-235 используется в качестве топлива для производства этого тепла.

Зачем изобрели атомную электростанцию?

Истощение невозобновляемых источников энергии вынуждает ученых всего мира искать новый источник энергии, способный удовлетворить потребности мира в электроэнергии. Это был 1948 год, когда электричество впервые было выработано на графитовом реакторе X-10 в Ок-Ридже, штат Теннесси, Соединенные Штаты Америки. Это была первая атомная электростанция, питающая лампочку.

Принцип работы

Источником энергии атомной электростанции является реакция деления. В реакции деления мы начинаем с нестабильного атома (урана-235), который распадается на два более мелких более стабильных атома. Когда мы переходим от чего-то действительно очень нестабильного (уран-235) к более стабильному (барий и криптон), высвобождается энергия. Теперь, чтобы расщепить атом урана, нам нужно его усугубить, что мы делаем, так это ударяем нейтроном по этому большому атому урана, который превращает его в уран-236 из урана-235. Уран-236 является сверхнестабильным атомом и распадается на криптон-9.2 и барий-141, которые более стабильны. Помимо высвобождения энергии, в процессе также высвобождаются 3 свободных нейтрона. Эти нейтроны далее поражают еще 3 атома урана и запускают цепную реакцию, помогая получить большое количество тепловой энергии.

Что внутри атомной электростанции?

Источник изображения

1. Корпус реактора

В корпусе реактора протекает ядерная реакция деления, он содержит топливные стержни, замедлитель и регулирующие стержни. Эта компоновка снова накрыта защитной оболочкой из железобетона и может выдерживать нагрузку до 40 тысяч тонн. Вода в сосуде нагревается под высоким давлением, поэтому ее температура кипения достигает 300 градусов по Цельсию.

2. Топливные стержни

В этих топливных стержнях содержится топливо в виде топливных таблеток. Эти топливные стержни содержат несколько топливных таблеток, и нейтроны ударяют по этим топливным таблеткам, чтобы начать и продолжить реакцию деления.

3. Замедлитель

Замедлитель – это жидкость, содержащаяся в сосуде под высоким давлением. Обычно это тяжелая вода. Основная функция замедлителя — замедлить нейтроны с высокой энергией, чтобы они могли снова столкнуться с атомом урана. Что еще более важно, это соответствующая скорость нейтрона, необходимая для расщепления атома урана.

Если первый нейтрон, поразивший атом урана, имеет энергию 0,04 ev, то полученные 3 нейтрона будут иметь энергию 1 ev, которую необходимо снова замедлить до 0,04 ev, и здесь вступает в действие замедлитель.

Читайте также:

• Как работает ветряная электростанция? Полное объяснение
• Как работает геотермальная электростанция – объяснение?
• Солнечная электростанция – основные компоненты, работа, преимущества и недостатки

4. Стержни управления

Стержни управления являются наиболее важной частью ядерного реактора на атомной электростанции и состоят из бария или кадмия. Он контролирует текущую ядерную реакцию, поглощая нейтроны, и мы также можем контролировать производство энергии в соответствии с требованиями, вставляя соответствующие стержни управления.

5. Теплообменник

Вода из резервуара под давлением затем перекачивается в теплообменник, также называемый парогенератором. Тепловая энергия воды из сосуда под давлением передается воде, взятой из реки или из градирни через теплообменник, и преобразуется в пар высокого давления, так как мы не можем использовать воду в сосуде под давлением для производства пара, потому что она находится в прямом контакте. контакт с твэлами и является радиоактивным, и ни в коем случае не может покинуть станцию.

6. Турбина

Паровая турбина приводится во вращение паром под высоким давлением, и вал этой турбины дополнительно соединен с генератором.

7. Генератор

Преобразует вращательное движение муфты турбогенератор в электрическую энергию. Эта электрическая энергия затем повышается до высокого напряжения через трансформатор, а затем передается в ближайшую электрическую сеть по линиям электропередач.

8

. Конденсатор

Конденсатор преобразует пар, выходящий из турбины, в воду, чтобы его можно было перекачивать в градирню для повторной циркуляции в теплообменнике. Мы также можем иметь холодную воду из реки и градирни одновременно для контура, если у нас есть река, протекающая рядом с заводом.

9. Градирня

Охлаждает воду, выкачиваемую из конденсатора, используя процесс расширения. Горячая вода распыляется с определенной высоты и охлаждается до холодной воды, готовой для рециркуляции в теплообменник.

Работа атомной электростанции

Все начинается с теплового нейтрона, ударяющего по урановой таблетке и запускающего цепную реакцию с высвобождением 3 новых высокоэнергетических нейтронов в качестве побочных продуктов этой экзотермической реакции. Эти нейтроны поражают еще 3 атома урана, и эта цепная реакция продолжает усиливаться. Тяжелая вода подается в сосуд высокого давления, который поглощает тепло, выделяемое в результате цепной реакции. Эта вода на самом деле не кипит, так как нагревается под высоким давлением. Это не обычная вода, которая подается в сосуд высокого давления; она в 10 раз тяжелее обычной воды. Основная функция этой воды — замедлять нейтроны высокой энергии до уровня тепловых нейтронов или изменять скорость нейтронов, поэтому ее называют замедлителем. При движении нейтрона в тяжелой воде (оксиде дейтерия) он сталкивается с каждой молекулой тяжелой воды, передавая свою энергию замедлителю, и замедляется до оптимальной скорости.

На атомной электростанции цепная реакция, начавшаяся таким образом, контролируется регулирующими стержнями, в основном борными или кадмиевыми стержнями. Эти стержни поглощают лишние нейтроны, тем самым останавливая цепную реакцию. Обычно эти стержни вставляются и выводятся из сосуда высокого давления каждые 10 секунд, чтобы контролировать выходную мощность в соответствии с требованиями или нагрузкой на турбину.

Нагретая вода или замедлитель в сосуде под давлением затем перекачивается в теплообменник. Имея в виду, что замедлитель не может выйти из контура, так как он радиоактивный, поэтому вода для теплообмена закачивается из источника воды (реки), и эта вода поглощает тепло замедлителя и превращается в пар высокого давления.

Этот пар под давлением сначала подается в турбину высокого давления, которая преобразует свою энергию давления в механическую энергию, но в этом паре все еще остается достаточно энергии давления, чтобы вращать турбину низкого давления, поэтому эта объединенная механическая энергия от обеих турбин используется для вращения якоря генератора, вырабатывающего электричество.

Эта электроэнергия затем повышается до высокого напряжения с помощью повышающего трансформатора и передается в ближайшую энергосистему по линиям электропередач.

Пар, выходящий из турбин, затем конденсируется в конденсаторе. Конденсатор подключен к градирне. Холодная вода из градирни забирает тепло из сконденсировавшейся воды конденсатора. Горячая вода в градирне распыляется в воздухе, охлаждая его, и снова перекачивается обратно в конденсатор.

Для лучшего понимания работы АЭС посмотрите видео:

Куда уходит отработавшее ядерное топливо?

Ядерное топливо, однажды использованное на атомной электростанции, удаляется из реактора и хранится в бассейне с водой примерно 7-10 лет. Назначение бассейна с водой — охлаждение ядерного топлива и защита от радиации.

Все бассейны, которые используются для хранения радиоактивных материалов, построены в отдельном здании и сделаны настолько прочными, что могут выдержать даже землетрясения.

Читайте также:

• Преимущества и недостатки приливной энергии
• Конструкция паровой электростанции, работа, преимущества и недостатки со схемой
• Как работает угольная электростанция? – Вы знаете?

Безопасность

• В реакторе атомной электростанции установлено множество датчиков, таких как датчики температуры, давления и уровня мощности. Реактор автоматически выключится, если показания датчиков достигнут некоторого критического значения.
• Если в здании реактора есть утечка давления, то ее устраняют путем распыления воды, что снижает давление, создаваемое паром в реакторе.
• Либо в многореакторном здании имеется отдельный вакуумный бак, в который в случае протечки сбрасывается давление; у него также есть система распыления воды для дальнейшего снижения давления.
• Всегда имеется резервное питание для оборудования системы охлаждения, чтобы избежать аварии в случае полного отключения электроэнергии. Отключение электроэнергии стало причиной аварии на Фукусиме в Японии из-за цунами.

Преимущества ядерной энергетики

• При производстве электроэнергии в результате ядерной реакции на атомной электростанции не происходит загрязнения окружающей среды.
• Эксплуатационные расходы реактора довольно низкие, а срок службы реактора составляет около 50-60 лет, прежде чем он выйдет из строя
• Надежность и постоянство в течение длительного периода времени – главный фактор, который делает его исключительным источником мощности, так как она не зависит от погодных условий.
• Уран доступен в больших количествах, и его хватит дольше, чем ископаемого топлива.
• Если какая-либо страна построит атомную электростанцию, ей не придется беспокоиться о колебаниях цен на ископаемое топливо и мировых экологических нормах и правилах.

Недостатки атомной энергетики

• Самой большой проблемой атомной электростанции является хранение отработавшего топлива, так как оно покрыло бы участок земли на большое количество лет.
•  Вы должны следить за заводом по хранению отходов, чтобы он был в безопасности, и следить за тем, чтобы радиация была ниже предела.
• Всегда есть вероятность ядерной аварии, как в Фукусиме, Япония, из-за цунами. Плохие последствия радиации остаются надолго, на протяжении поколений.
• В этой энергии столько силы, что, если она попадет не в те руки, она может уничтожить человечество с лица земли.

Хорошо сказано,

 Сначала человек расщепил атом, теперь атом расщепляет человека.

Описание электростанции | Принципы работы

В этой статье мы рассмотрим, что такое электростанция, различные типы и почему автоматизация важна в бизнесе электростанций. Также ответим на вопрос, как работает силовая установка?

Различные типы электростанций в зависимости от источников энергии

В своей простейшей форме электростанция, известная также как электростанция, представляет собой промышленный объект, используемый для выработки электроэнергии.

Для выработки электроэнергии электростанция должна иметь источник энергии. Одним из источников энергии является сжигание ископаемого топлива, такого как уголь, нефть и природный газ.

Кроме того, у нас есть атомная энергия и, наконец, возобновляемые источники энергии, такие как ветер, солнце, волны и гидроэнергетика.

Первоначально единственным источником энергии для промышленных электростанций был постоянный ток или системы постоянного тока, но только когда были введены системы переменного тока или переменного тока, мощность можно было передавать на расстояния, необходимые для ее распределения по массы.

1. Гидроэлектростанции

Гидроэлектростанции вырабатывают энергию, преобразуя силу воды для вращения больших генераторов.

Гидроэлектростанции делятся на три категории;

– Водохранилище Электростанции

– Отвод Электростанции

– Гидроаккумулирование Электростанции

1.1. Водохранилище Электростанции 

Водохранилище обычно использует запас речной воды из плотины в водохранилище.

Когда вода выходит из резервуара, она проходит через турбину, которая создает движение.

Это вращательное движение активирует генератор для производства электроэнергии.

1.2. Электростанции отвода

Отвод довольно похож на водохранилище, но может не нуждаться в использовании плотины, а работает путем направления части реки через канал или водовод.

1.3. Гидроаккумулирующие электростанции

Последний тип гидроэлектростанций — это гидроаккумулирующие.

Насосное хранилище хранит свою энергию, перекачивая воду вверх по склону в резервуар на более высокой высоте.

Когда есть потребность в электроэнергии, вода сбрасывается из высокого приподнятого резервуара в нижний резервуар.

Вырабатывает электричество, когда проходит через турбину, производящую движение и электричество.

2. Тепловые электростанции 

Тепловые электростанции вырабатывают электроэнергию путем преобразования тепла в электричество, в основном путем сжигания топлива.

Тепловые электростанции делятся на две разные категории;

– Атомные Электростанции

– Угольные Электростанции

2. 1. Атомные электростанции 

Атомные электростанции используют тепло реакторов для превращения воды в пар.

Затем пар проходит через турбину, которая, как мы уже узнали, приводит в движение генератор, который, в свою очередь, вырабатывает электричество.

2.2. Угольные электростанции 

Угольная электростанция работает почти так же, но вместо ядерного реактора, нагревающего воду для производства пара, тепло от горящего угля питает паровую турбину.

3. Солнечные электростанции

Следующий тип электростанции, который мы рассмотрим, — это солнечная электростанция. Этот тип растений использует энергию солнца для преобразования в электричество.

Это достигается за счет использования фотогальванических или фотоэлектрических панелей, состоящих из ряда полупроводниковых элементов, которые высвобождают электроны, когда нагреваются тепловой энергией солнца.

Солнечная энергия является одним из самых чистых способов получения электроэнергии. Солнечные панели подключаются к сети и могут использоваться для пополнения ресурсов тепловой электростанции.

Их можно использовать и в бытовых условиях, а с помощью аккумуляторов можно резко сократить потребление энергии в домашних хозяйствах без сжигания ископаемого топлива.

4. Ветряные электростанции 

И последнее, но не менее важное: у нас есть ветряные электростанции.

Ветряные электростанции, или ветряные турбины, получают энергию от ветра, подключая генератор к лопастям.

Вращательное движение лопастей, вызванное ветром, питает генератор.

Как и солнечная энергия, они являются чистым источником энергии, но для их эффективной работы требуется гораздо больше аппаратного обеспечения, а с большим количеством деталей они с большей вероятностью выходят из строя.

Контроль и мониторинг электростанций с использованием систем автоматизации

Как и многое другое в наши дни, электростанции управляются с помощью ПЛК, программируемого логического контроллера или РСУ, распределенной системы управления.

Возможность мониторинга состояния всех элементов установки позволяет нам определить, что работает эффективно, а что может выйти из строя.

Это позволяет нам заблаговременно обслуживать заводское оборудование до того, как оно выйдет из строя, вместо того, чтобы оперативно чинить сломанное оборудование.

Из диспетчерской полная SCADA или система диспетчерского управления и сбора данных может отслеживать и контролировать температуру, скорость насосов и двигателей, а также открывать и закрывать клапаны.

Это может быть особенно полезно в случае установок по сжиганию ископаемого топлива, где точное управление системными устройствами может повысить эксплуатационную готовность установки.

Доступность — это количество времени, в течение которого станция способна производить электроэнергию в течение определенного периода времени, разделенное на количество времени в периоде, которое часто является ключевым показателем эффективности или KPI.

Это также обеспечивает наиболее эффективное использование установки, что увеличивает выработку электроэнергии.

Отслеживая потребление и определяя тенденции, в какое время дня потребление является самым высоким, заводы могут автоматически регулировать скорость насосов в зависимости от времени суток, что было бы невозможно без использования автоматического управления. система.

Вот и все! Надеюсь, вам понравилось узнавать о различных типах электростанций и о том, как мы используем автоматизацию, чтобы сделать их более эффективными.

У вас есть друг, клиент или коллега, которым может пригодиться эта информация? Пожалуйста, поделитесь этой статьей.

Команда RealPars

Поиск:

Инженер по автоматизации

Опубликовано 16 сентября 2019 г.

Автор James Jowett

Инженер по автоматизации

Принцип работы атомной электростанции

Привет, друзья, в этой статье я обсуждаю принцип работы атомной электростанции и надеюсь, что вы найдете ее информативной.

Распад ядер тяжелых атомов (U ²³⁵ или Th ²³² ) на две почти равные части с выделением огромного количества энергии известен как ядерное деление. Выделение огромного количества энергии при делении происходит из-за дефекта массы, т.е. масса конечного продукта оказывается меньше исходного продукта.

Этот дефект массы преобразуется в тепловую энергию согласно соотношению Эйнштейна , E = mc ² .

Деление ядер происходит путем бомбардировки ядер урана медленными нейтронами. Он расщепляет ядра урана с выделением огромного количества энергии и испусканием нейтронов (называемых нейтронами деления).

Эти нейтроны деления вызывают дальнейшее деление. Если этот процесс продолжится, то за очень короткое время высвободится огромное количество энергии, что может вызвать взрыв. Это известно как взрывная цепная реакция.

Но в реакторе допускается управляемая цепная реакция. Это делается путем систематического удаления нейтронов деления из реактора. Чем больше количество удаленных нейтронов деления, тем меньше интенсивность (то есть скорость деления) выделяемой энергии.

Атомные электростанции состоят из ядерного реактора вместо печи, в которой тепло вырабатывается за счет расщепления атомов радиоактивного материала в контролируемых условиях.

Полученная таким образом тепловая энергия используется для производства пара при высокой температуре и давлении. Этот пар приводит в действие паровую турбину, которая преобразует энергию пара в механическую энергию.

Турбина вращает генератор переменного тока, который преобразует механическую энергию в электрическую. Это основной «принцип работы атомной электростанции».

Самая удивительная особенность атомной электростанции заключается в том, что из небольшого количества ядерного топлива можно получить огромное количество электроэнергии.

Элементы атомной электростанции

• Ядерный реактор,
• Охлаждающая жидкость и насос охлаждающей жидкости,
• Теплообменник,
• Паровая турбина, конденсатор, генератор.

Ядерный реактор : Это аппарат, в котором осуществляется управляемая цепная реакция ядерного деления для практического использования высвобождаемой энергии. Он выполнен в виде цилиндра или сферы толщиной от 10 до 15 см из стального листа и содержит тепловыделяющие элементы, устройства нейтронного контроля и теплоноситель.

Один из типов ядерного реактора показан на рисунке. Он состоит из большого количества урановых стержней, размещенных в расчетной геометрической решетке между слоями блоков чистого графита (замедлителя). Стержни покрыты плотно прилегающими алюминиевыми цилиндрами для предотвращения окисления урана.

Стержни управления вставлены в решетку таким образом, что при необходимости их можно поднимать или опускать между урановыми стержнями. Бетонный экран окружает весь реактор. Современный реактор состоит из следующих основных частей:

Топливо : Делящийся материал, известный как топливо, играет жизненно важную роль в работе реактора. В качестве топлива используется уран, обогащенный изотопом U ²³⁵ Pu ²³⁹ .

Замедлители : Это вещества, которые при введении в массу радиоактивного топлива способны замедлять нейтроны. Медленные нейтроны более эффективно вызывают деление природного урана, чем быстрые нейтроны. В качестве замедлителя обычно используют тяжелую воду, легкую воду, бериллий и графит.

Стержни управления : Стержни управления изготовлены из кадмия и вставляются в реактор. Кадмий является сильным поглотителем нейтронов и, таким образом, регулирует поступление нейтронов для деления. Интенсивность цепной реакции и, следовательно, выделение тепла можно контролировать с помощью регулирующих стержней.

Хладагент : Это среда, через которую тепло, вырабатываемое в реакторе, передается в теплообменник для производства пара.

• Газовые охлаждающие жидкости — воздух, гелий и CO ₂ ,
• Жидкие охлаждающие жидкости – легкая и тяжелая вода,
• Металлические охлаждающие жидкости – расплавленный натрий и литий.

Щит : Реактор испускает различные типы интенсивных лучей, которые могут быть вредны для людей, работающих рядом с реактором. Вокруг реактора возводятся толстые бетонные стены, чтобы защитить их от этого излучения.

Предохранительные устройства : В случае аварии или любой другой чрезвычайной ситуации в реактор автоматически входит специальный набор регулирующих стержней, известных как «запорные стержни». Они немедленно поглощают нейтроны, так что цепная реакция полностью прекращается.

1 . Фактическая работа реактора начинается с вытягивания управляющих стержней, чтобы они не поглощали много электронов. Затем блуждающие электроны, всегда присутствующие в реакторе, начинают расщеплять ядра U ²³⁵ . При каждом делении образуются два или три быстрых электрона. Затем эти нейтроны также начинают делиться ядрами U ²³⁵ .

Так начинается цепная реакция деления. Увеличение количества нейтронов контролируется введением кадмиевых стержней в реактор. Эти стержни поглощают часть нейтронов. Таким образом, производимая энергия находится под контролем, чтобы избежать взрыва.

2 . Хладагент, скажем, газ CO ₂ , прокачивается через реактор для отвода тепла, выделяемого при делении ядер урана. Горячий CO ₂ проходит через теплообменник и превращает холодную воду в пар.

Теплоноситель непрерывно циркулирует по замкнутому контуру, соединенному с реактором и теплообменником, с помощью циркуляционного насоса. Этот циркулирующий теплоноситель переносит тепло, вырабатываемое в реакторе, к теплообменнику.

3 . В теплообменнике циркулирующий теплоноситель отдает свое тепло воде, циркулирующей в другом замкнутом контуре, и преобразует ее в пар. Теперь этот пар подается на паровую турбину, где он приводит в действие генератор переменного тока и вырабатывает электроэнергию.

4 . Отработанный пар из паровой турбины конденсируется и превращается в воду, а затем снова подается в теплообменник. Этот цикл повторяется снова и снова, пока установка не заработает.

Преимущества АЭС

• Снижает спрос на истощающиеся ресурсы энергии (уголь, нефть и газ).
• Также решена проблема транспортировки топлива.
• Они занимают меньше места по сравнению с любым другим типом электростанции той же мощности.
• Очень экономичный вариант для массового производства электроэнергии.
• Они могут располагаться рядом с центрами нагрузки.
• Ядерное топливо доступно в изобилии во всем мире, обеспечивая работу таких установок на тысячи лет.

Недостатки атомной электростанции

• Высокие капитальные затраты.
• Требуется высококвалифицированный персонал.
• Утилизация радиоактивных отходов представляет собой большую проблему.
• Требуется высокий уровень безопасности.
• Высокая стоимость топлива.
• Стоимость производства электроэнергии высока.

Спасибо, что прочитали о «принципе работы атомной электростанции». Для получения дополнительной информации посетите Википедию.

Что такое ядерная энергия и как производится ядерная энергия?

Как ядерная энергия производит электричество?

Во время реакции более мелкие атомы не нуждаются в такой большой энергии связи, чтобы удерживать их вместе, поэтому дополнительная энергия высвобождается в виде тепла и излучения.

На атомных электростанциях тепло от ядерного деления используется для кипячения воды в пар. Затем пар используется для вращения турбины, которая приводит в действие генераторы для выработки электроэнергии.

Как вырабатывается ядерная энергия?

Вот 8 этапов производства ядерной энергии.

Если вы хотите узнать больше об атомной станции PWR (реактор с водой под давлением), взгляните на Sizewell B.

1. Запуск реакции

Корпус реактора представляет собой прочную стальную капсулу, в которой размещены тепловыделяющие элементы – герметичные металлические цилиндры, содержащие уран. Нейтроны выстреливают в атомы урана, заставляя их расщепляться и высвобождать больше нейтронов. Затем они ударяются о другие атомы, вызывая новые расщепления, и цепная реакция продолжается. Именно эта цепная реакция генерирует огромное количество тепла, необходимого для следующего этапа.

2. Вода нагревается

Вода проходит через корпус реактора, где цепная реакция нагревает ее примерно до 300°C. Чтобы электростанция работала, вода должна оставаться в жидкой форме, поэтому компенсатор давления применяет давление, примерно в 155 раз превышающее атмосферное, чтобы предотвратить ее кипение и испарение.

3. Циркуляция горячей воды

Затем насос охлаждающей жидкости подает горячую воду под давлением из корпуса реактора в парогенератор.

4. Steam создан

Эта горячая вода под давлением течет по тысячам петлеобразных труб, в то время как второй поток воды течет по внешней стороне труб. Эта вода находится под гораздо меньшим давлением, поэтому тепло труб превращает ее в пар.

5. Энергия пара преобразуется в электрическую

Пар проходит через серию турбин и заставляет их вращаться. Это преобразует тепловую энергию пара в механическую энергию. Вал соединяет турбины, вращающиеся со скоростью 3000 оборотов в минуту, с генератором. Затем генератор использует электромагнитное поле для преобразования этой механической энергии в электрическую.

6. Электроэнергия передается в национальную сеть

Трансформатор преобразует электрическую энергию в высокое напряжение, необходимое для национальной сети.

7. Электричество передается по линиям электропередач в дома

Национальная сеть использует высокое напряжение для эффективной передачи электроэнергии по линиям электропередач. А в конце линий электропередач находятся дома, предприятия и службы, которые используют электричество. Здесь другие трансформаторы снижают напряжение до приемлемого уровня.

8. Пар охлаждается и рециркулируется

После того, как пар выполнил свою работу в генераторе, его необходимо охладить. Он проходит по трубам, наполненным холодной водой, накачиваемой из моря. Они охлаждают пар и конденсируют его обратно в воду. Затем он направляется обратно в парогенератор, где его можно повторно нагреть, снова превратив в пар, поддерживая вращение турбин и выработку электроэнергии.

Зачем нам ядерная энергия?

  

Энергетический вызов

Потребности Великобритании в электричестве в настоящее время удовлетворяются за счет разнообразного сочетания источников энергии: электроэнергия вырабатывается несколькими способами: ядерная; ископаемое топливо, такое как уголь, газ и нефть; и возобновляемые источники энергии, такие как ветер, солнце и вода. Но впереди огромный вызов.

Соединенному Королевству срочно требуются новые инвестиции в энергетическую инфраструктуру, чтобы заменить старые и загрязняющие окружающую среду источники производства электроэнергии и обеспечить достаточную мощность в середине 2020-х годов, когда мы переходим к использованию большего количества электроэнергии в нашей повседневной жизни. Кроме того, Великобритания взяла на себя обязательство добиться к 2050 году нулевых выбросов углерода для борьбы с изменением климата. Поэтому для выполнения этого обязательства необходимо, чтобы как можно больше новых мощностей по выработке электроэнергии были низкоуглеродными.

Энергетическая структура будущего со значительным количеством низкоуглеродной ядерной генерации наряду с газом и возобновляемыми источниками энергии поможет создать безопасную низкоуглеродную энергетическую систему по доступной цене с гибкостью для внедрения технологий будущего.

Какое решение?

У каждого источника есть свои сильные и слабые стороны. Ископаемые виды топлива, такие как газ и уголь, являются основной причиной выбросов CO2. Таким образом, увеличение выработки электроэнергии с их помощью не является долгосрочным вариантом. Возобновляемые источники низкоуглеродны, но непредсказуемы и зависят от конкретных климатических условий.

Производство ядерной энергии зависит от природных ресурсов, которых много во многих местах по всему миру. Он имеет низкие текущие эксплуатационные расходы, надежно производит электроэнергию и имеет очень низкий уровень выбросов углерода. Но для строительства станций требуются большие первоначальные инвестиции, и они производят радиоактивный материал, с которым необходимо безопасно обращаться. EDF считает, что положительных моментов намного больше, чем отрицательных, и что атомная энергетика является ключевой частью этого сочетания.

Ядерная энергия чистая?

  

Низкоуглеродное электричество

Мы все знаем об угрозе, которую изменение климата представляет для нашей планеты. Энергетический сектор должен сыграть ключевую роль. Достижение наших целей зависит от того, перейдет ли Великобритания на использование электроэнергии с низким содержанием углерода, а также от использования электроэнергии с низким уровнем выбросов углерода, чтобы играть более важную роль в транспорте и отоплении. Поэтому нам необходимо увеличить количество электроэнергии, производимой из низкоуглеродных источников.

Ветровая, солнечная, гидро- и атомная энергетика производят почти нулевые выбросы углекислого газа. Ядерная энергетика имеет один из самых маленьких углеродных следов среди всех источников энергии. Фактически, большая часть производимого CO2 производится во время строительства станций.

Природный элемент, используемый для создания ядерной энергии – уран – является мощным материалом. Одна таблетка уранового топлива размером с арахис может производить столько же энергии, сколько 800 кг угля.

Узнайте больше об атомной энергии

Управление сроком службы ядер

Стратегия EDF в отношении жизненного цикла состоит в том, чтобы добиваться продления срока службы всех своих атомных станций там, где это безопасно и рентабельно.

Управление сроком службы ядер

Производство безопасной ядерной энергии

Безопасность — наш главный приоритет. Узнайте, как мы защищаем вас, наших сотрудников и окружающую среду от вреда.

Узнайте, как

Будущее ядерной энергетики

Мы инвестируем в атомные электростанции следующего поколения.

Какое будущее?

Принцип работы ядерного реактора — StudiousGuy

Ядерный реактор — это устройство, которое в основном используется на атомных электростанциях для управления цепной ядерной реакцией радиоактивных элементов. Основное применение ядерных реакторов заключается в производстве электроэнергии. В нынешнем сценарии примерно 10% электроэнергии в мире вырабатывается на атомных электростанциях. Проще говоря, ядерный реактор является одним из основных компонентов атомной электростанции, который используется в качестве входного источника для производства достаточного количества энергии, необходимой для привода механизма электростанции. Он также помогает контролировать электроэнергию, вырабатываемую на выходе установки. Ядерные реакторы выгодны тем, что не способствуют глобальному потеплению. Стоимость топлива ядерных реакторов довольно низкая, поскольку небольшое количество ядерного топлива способно генерировать большое количество электроэнергии. Кроме того, небольшое количество топлива для ядерных реакторов снижает затраты на добычу и транспортировку. Долгий срок службы ядерного реактора является еще одним преимуществом ядерных реакторов. Процесс производства энергии, используемый ядерными реакторами, не приводит к выбросу токсичных газов или загрязняющих веществ в окружающую среду, поэтому выбросы парниковых газов отсутствуют. Ограничения использования ядерных реакторов или атомных электростанций для производства энергии включают высокий риск радиоактивных взрывов. Отходы, производимые ядерными реакторами, с трудом поддаются уничтожению и относительно долго остаются радиоактивными. Обычно он сбрасывается в водоемы, что еще больше влияет на морскую жизнь. Радиоактивный характер отходов, производимых ядерными реакторами, означает, что отходы имеют тенденцию оставаться радиоактивными в течение длительного периода времени, что вредно для здоровья живых существ и окружающей среды. Стоимость настройки или установки ядерных реакторов значительно высока. Ядерный реактор не поддерживает быстрое производство энергии, поэтому его нельзя использовать в приложениях, требующих мгновенного производства энергии.

Указатель статей (Щелкните, чтобы перейти)

Принцип работы ядерного реактора

Ядерный реактор обычно работает по принципу ядерного деления. Ядерное деление — это процесс, при котором ядро ​​атома радиоактивного элемента расщепляется на два или более меньших ядра. Эта реакция или расщепление ядра элемента приводит к выработке огромного количества энергии наряду с выбросом гамма-фотонов в окружающую среду. Ядерный реактор обычно использует изотопы некоторых радиоактивных элементов, таких как уран-238 и уран-235. Управляемая цепная реакция таких элементов помогает производить огромное количество энергии, которая может использоваться для различных целей, таких как производство электроэнергии и т. д. Управляемая цепочка реакция осуществляется путем замедления нейтронов деления до тепловых нейтронов с помощью замедлителя. Тепловая энергия, вырабатываемая ядерными реакторами, обычно используется для нагревания газа или жидкости, что способствует производству пара. Образовавшийся в результате пар можно использовать в дальнейшем для привода турбин или двигателей для производства электроэнергии.

Части ядерного реактора

Ядерный реактор обычно состоит из следующих частей:

1. Защитная оболочка

Защитная оболочка представляет собой конструкцию, окружающую ядерный реактор. Основной функцией защитной оболочки является защита устройства от внешних загрязняющих частиц или излучений. Защитная оболочка ядерного реактора строится с помощью бетона и стали. Стены сдерживания имеют толщину около одного метра.

2. Ядерное топливо

Ядерное топливо – это материал, используемый в ядерных реакторах, которые склонны к делению и выработке энергии. Радиоактивные элементы, обычно используемые в качестве ядерного топлива в ядерных реакторах, включают уран-238 и уран-235. Также можно использовать изотопы различных других радиоактивных элементов, таких как плутоний-239. Эти радиоактивные элементы обычно располагаются в виде цилиндрических стержней или трубок и размещаются в активной зоне активного реактора.

3. Ловушки активной зоны

Ловушки активной зоны, установленные на некоторых ядерных реакторах, используются для обеспечения безопасности и защиты. Уловители активной зоны также известны как устройства локализации расплава активной зоны, которые помогают улавливать расплавленный материал активной зоны в случае аварии или аварии.

4. Замедлитель

Замедлитель — это материал, присутствующий в активной зоне активного реактора. Основная функция замедлителя — замедлять нейтроны, высвобождаемые при делении. Для этого можно использовать воду или элементы с легкими ядрами.

5. Управляющие стержни или лопасти

Управляющие стержни или лопасти ядерного реактора обычно изготавливаются из таких материалов, как кадмий, гафний, бор, серебро, индий и т. д. Свойство таких элементов заключается в том, что они способны поглощения нейтронов. Основной функцией регулирующих стержней или лопастей ядерного реактора является регулирование скорости реакции или полное прекращение цепной реакции. Это можно сделать, вставив или вынув стержни в сердечник или из него. Это помогает пользователю достичь адаптируемого уровня мощности с минимальными неудобствами. Вставка или извлечение стержней осуществляется сверху, а лезвие крепится к устройству снизу. Структура лезвия напоминает форму креста или английского алфавита «X». Эти материалы обладают способностью поглощать нейтроны, не подвергаясь процессу деления.

6. Хладагент

Процесс ядерного деления, используемый в ядерных реакторах, является сильно экзотермическим процессом, который приводит к производству огромного количества тепловой энергии в качестве побочного продукта. Во избежание чрезмерного выделения тепла во время процесса через сердечник циркулирует жидкость. Основной целью этой жидкости является поглощение значительного количества тепла, выделяемого системой, для защиты устройства и окружающей среды от высоких температур. В некоторых ядерных реакторах замедлитель работает как теплоноситель первого контура. В ядерных реакторах, таких как реакторы с кипящей водой или BWR, требуется элемент теплоносителя, отличный от замедлителя, известный как вторичный теплоноситель. Количество систем теплоносителя имеет тенденцию к увеличению с увеличением сложности или мощности ядерных реакторов. Например, реактор с водой под давлением использует от двух до четырех паровых или электрических систем теплоносителя, которые присоединены к отдельным насосным механизмам.

7. Сосуд высокого давления

Сосуды высокого давления используются в ядерных реакторах для удержания топлива и обеспечения прохода для теплоносителя, который позволяет ему свободно проходить через узел замедлителя. Вместо сосудов под давлением также можно использовать сеть соединенных между собой трубок, которые также называются просто напорными трубками. Материалом, который обычно предпочитают для изготовления сосудов под давлением, является прочная сталь.