NEK: od preteklosti do danes
Jedrska elektrarna je podjetje, ki je kombinacija opreme in naprav za proizvodnjo električne energije. Posebnost te instalacije je metoda pridobivanja toplote. Temperatura, ki je potrebna za proizvodnjo električne energije, nastane v procesu razpadanja atomov.
Vloga goriva za jedrske elektrarne se najpogosteje izvaja z uranom z masnim številom 235 (235U). Ravno zato, ker je ta radioaktivni element sposoben podpreti jedrsko verižno reakcijo, se uporablja v jedrskih elektrarnah in se uporablja tudi v jedrskem orožju.
Države z največjim številom jedrskih elektrarn
Danes deluje 192 jedrskih elektrarn v 31 državah sveta, ki uporabljajo 451 jedrskih reaktorjev s skupno zmogljivostjo 394 GW. Velika večina jedrskih elektrarn se nahaja v Evropi, Severni Ameriki, Daljnem vzhodu Azije in na ozemlju nekdanje ZSSR, medtem ko v Afriki skorajda ni, v Avstraliji in Oceaniji pa jih sploh ni. Drugih 41 reaktorjev ni proizvajalo električne energije od 1,5 do 20 let, 40 jih je na Japonskem.
V zadnjih desetih letih je bilo v svetu najetih 47 pogonskih enot, skoraj vse so v Aziji (26 na Kitajskem) ali v vzhodni Evropi. Dve tretjini reaktorjev, ki sta trenutno v izgradnji, sta na Kitajskem, v Indiji in Rusiji. Kitajska izvaja najbolj ambiciozen program za izgradnjo novih jedrskih elektrarn, približno ducat držav po svetu gradi jedrske elektrarne ali pa razvijajo projekte za njihovo izgradnjo.
Poleg Združenih držav Amerike seznam najbolj naprednih držav na področju jedrske energije vključuje:
- Francija;
- Japonska;
- Rusija;
- Južna Koreja.
Leta 2007 je Rusija začela graditi prvo plavajočo jedrsko elektrarno na svetu, kar ji je omogočilo, da reši problem pomanjkanja energije v oddaljenih obalnih območjih države.[12]. Gradnja je imela zamude. Po različnih ocenah bo prva plavajoča jedrska elektrarna delovala v obdobju 2018–2019.
Več držav, vključno z Združenimi državami Amerike, Japonsko, Južno Korejo, Rusijo, Argentino, razvija mini-jedrske elektrarne z zmogljivostjo približno 10–20 MW za potrebe oskrbe s toploto in električno energijo posameznih industrij, stanovanjskih kompleksov in v prihodnosti posamezne hiše. Predvideva se, da se lahko majhni reaktorji (glej npr. Hyperion NPP) ustvarijo z uporabo varnih tehnologij, ki večkrat zmanjšujejo možnost uhajanja jedrske snovi.[13]. V Argentini poteka gradnja enega majhnega reaktorja CAREM25. Prva izkušnja z uporabo mini-jedrskih elektrarn je pridobila ZSSR (NE Bilibino).
Načelo delovanja jedrskih elektrarn
Načelo delovanja jedrske elektrarne temelji na delovanju jedrskega (včasih imenovanega atomskega) reaktorja - posebnega modela v razsutem stanju, v katerem se delitev atomov opravi z sproščanjem energije.
Obstajajo različne vrste jedrskih reaktorjev:
- PHWR (znan tudi kot "reaktor za težko vodo pod tlakom") se uporablja predvsem v Kanadi in indijskih mestih. Temelji na vodi, katere formula je D2O. Opravlja funkcijo tako hladilnega kot nevtronskega moderatorja. Učinkovitost se približuje 29%;
- VVER (vodno hlajeni energetski reaktor). Trenutno WWER-ji delujejo samo v CIS, zlasti model VVER-100. Reaktor ima izkoristek 33%;
- GCR, AGR (grafitna voda). Tekočina v takem reaktorju deluje kot hladilo. V tej zasnovi je nevtronski moderator grafit, od tod tudi ime. Učinkovitost je približno 40%.
V skladu z načelom naprave so reaktorji razdeljeni tudi na:
- PWR (vodni reaktor pod tlakom) - je zasnovan tako, da voda pod določenim tlakom upočasni reakcijo in dobavi toploto;
- BWR (zasnovan tako, da sta para in voda v glavnem delu naprave brez vodnega kroga);
- RBMK (kanalski reaktor s posebno veliko zmogljivostjo);
- BN (sistem deluje zaradi hitre izmenjave nevtronov).
Struktura in struktura jedrske elektrarne. Kako deluje jedrska elektrarna?
Tipično jedrsko elektrarno sestavljajo bloki, znotraj katerih so nameščene različne tehnične naprave. Najpomembnejša od teh enot je kompleks z reaktorsko dvorano, ki zagotavlja delovanje celotne NEK. Sestavljen je iz naslednjih naprav:
- reaktor;
- bazena (v njej je shranjena jedrsko gorivo);
- Stroji za polnjenje goriva;
- Nadzorna soba (nadzorna plošča v blokih, s pomočjo katere lahko operaterji opazujejo proces jedrske fisije).
Sledi dvorana. Opremljen je s parnimi generatorji in je glavna turbina. Takoj za njimi so kondenzatorji, pa tudi daljnovodi, ki presegajo meje ozemlja.
Med drugim obstaja enota z bazeni za izrabljeno gorivo in posebne enote za hlajenje (ti hladilni stolpi). Poleg tega se za hlajenje uporabljajo razpršilni bazeni in naravni rezervoarji.
Načelo delovanja jedrskih elektrarn
Na vseh jedrskih elektrarnah brez izjeme obstajajo tri stopnje pretvorbe električne energije:
- jedrsko s prehodom na toploto;
- toplotna, ki se spreminja v mehansko;
- mehanska, pretvorjena v električno.
Uran oddaja nevtrone, kar povzroča sproščanje toplote v velikih količinah. Topla voda iz reaktorja se črpa skozi črpalke preko parnega generatorja, kjer oddaja nekaj toplote in se spet vrne v reaktor. Ker je ta voda pod visokim tlakom, ostaja v tekočem stanju (v sodobnih reaktorjih VVER okoli 160 atmosfer pri temperaturi ~ 330 ° C)[7]). V parnem generatorju se ta toplota prenese v vodo sekundarnega kroga, ki je pod veliko nižjim pritiskom (polovica tlaka primarnega kroga in manj), zato zavre. Nastala para vstopi v parno turbino, ki vrti generator, nato pa v kondenzator, kjer se para ohladi, kondenzira in ponovno vstopi v parni generator. Kondenzator se hladi z vodo iz zunanjega odprtega vira vode (npr. Hladilni ribnik).
Prvi in drugi krog sta zaprta, kar zmanjšuje verjetnost uhajanja sevanja. Dimenzije konstrukcij primarnega kroga so minimizirane, kar zmanjšuje tudi tveganje sevanja. Parna turbina in kondenzator ne vplivata na vodo primarnega kroga, kar olajša popravila in zmanjša količino radioaktivnih odpadkov med razstavljanjem postaje.
Zaščitni mehanizmi NEK
Vse jedrske elektrarne so nujno opremljene z integriranimi varnostnimi sistemi, na primer:
- lokalizacija - omejitev širjenja škodljivih snovi v primeru nesreče, ki ima za posledico sproščanje sevanja;
- zagotavljanje - porabi določeno količino energije za stabilno delovanje sistemov;
- upravljavci zagotavljajo, da vsi zaščitni sistemi delujejo normalno.
Poleg tega se lahko reaktor v sili zruši. V tem primeru bo avtomatska zaščita prekinila verižne reakcije, če bo temperatura v reaktorju še naprej naraščala. Ta ukrep bo pozneje zahteval resna obnovitvena dela, da bi reaktor ponovno začel obratovati.
Po nevarni nesreči v jedrski elektrarni Černobil, katere vzrok se je izkazal kot nepopolna zasnova reaktorja, so začeli posvečati več pozornosti zaščitnim ukrepom, izvajali pa so tudi projektno delo, da bi zagotovili večjo zanesljivost reaktorjev.
Katastrofa XXI stoletja in njene posledice
Marca 2011 je na severovzhodu Japonske prizadel potres, ki je povzročil cunami, ki je sčasoma poškodoval 4 od 6 reaktorjev jedrske elektrarne Fukušima-1.
Manj kot dve leti po tragediji je uradni smrtni žrtev v nesreči presegel 1.500, 20.000 pa jih še vedno ni bilo zaznanih in še 300.000 prebivalcev je bilo prisiljenih zapustiti svoje domove.
Bilo je žrtev, ki niso mogle zapustiti prizorišča zaradi velike količine sevanja. Za njih je bila organizirana takojšnja evakuacija, ki je trajala 2 dni.
Kljub temu se vsako leto izboljšajo metode preprečevanja nesreč v jedrskih elektrarnah in nevtralizacija izrednih razmer - znanost stalno napreduje. Kljub temu bo prihodnost očitno postala razcvet alternativnih načinov za proizvodnjo električne energije - še posebej logično je pričakovati pojav velikih orbitalnih sončnih celic v naslednjih 10 letih, kar je povsem dosegljivo v breztežnih razmerah, kot tudi druge tehnologije, vključno z revolucionarnimi energetskimi tehnologijami.
