Elektrownie jądrowe

Teoria:

Elektrownia jądrowa – obiekt przemysłowo-energetyczny (elektrownia cieplna), wytwarzający energię elektryczną poprzez wykorzystanie energii pochodzącej z rozszczepienia jąder atomów, najczęściej uranu (uranu naturalnego lub nieco wzbogaconego w izotop 235U), w której ciepło konieczne do uzyskania pary wodnej, jest otrzymywane z reaktora jądrowego.

Historia:

Pierwsza elektrownia jądrowa, o mocy 5 MW powstała w 1954 r. w Obnińsku (ZSRR). Produkcja prądu nie była jednak w latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych głównym zadaniem elektrowni jądrowych. Pierwszoplanowym celem ich budowy była produkcja wzbogaconego materiału rozszczepialnego do produkcji broni jądrowej. W latach siedemdziesiątych zaczęło gwałtownie przybywać bloków energetycznych z reaktorami jądrowymi. Na świecie uruchamiano kilkanaście reaktorów rocznie (dla porównania w latach 1980-1989 średnio 22, a 1990-2004 – 5). Obecnie przeciętne elektrownie mają moc ok. 1000-2000 MW

Na spadek zainteresowania budową elektrowni miały wpływ dwie poważne awarie.

1. Three Mile Island w 1979r. 2. Czarnobylu w 1986r.

Awaria w Three Mile Island:

Wypadek jądrowy który miał miejsce 28 marca 1979 r. kiedy to nastąpiło częściowe stopienie rdzenia w drugim reaktorze (TMI-2) elektrowni jądrowej Three Mile Island, na wyspie o tej samej nazwie. Przypadek ten opisywany jest jako najpoważniejszy wypadek w Stanach Zjednoczonych w historii komercyjnych reaktorów jądrowych. Jest to też najpoważniejszy wypadek w historii jakiemu uległ reaktor typu PWR.

Awaria w Czarnobylu

Wypadek jądrowy, mający miejsce 26 kwietnia 1986 w reaktorze jądrowym bloku energetycznego nr 4 elektrowni atomowej w Czarnobylu. W wyniku przegrzania reaktora doszło do wybuchu wodoru, pożaru, oraz rozprzestrzenienia substancji promieniotwórczych.

Była to największa katastrofa w historii energetyki jądrowej i jedna z największych katastrof przemysłowych XX wieku. Razem z katastrofą w elektrowni jądrowej Fukushima I została zakwalifikowana do siódmego, najwyższego stopnia w skali INES.

W wyniku awarii skażeniu promieniotwórczemu uległ obszar od 125 000 do 146 000 km2 terenu na pograniczu Białorusi, Ukrainy i Rosji, a wyemitowana z uszkodzonego reaktora chmura radioaktywna rozprzestrzeniła się po całej Europie. W efekcie skażenia ewakuowano i przesiedlono ponad 350 000 osób.

Ogólna zasada działania elektrowni jądrowej (na przykładzie obiegu PWR):

W reaktorze jądrowym w wyniku reakcji rozszczepienia jąder atomowych wydzielają się duże ilości ciepła, które jest odbierane przez czynnik roboczy (najczęściej wodę pod wysokim ciśnieniem w tak zwanym obiegu pierwotnym – reaktory PWR i WWER). Czynnik przepływa do wytwornicy pary, gdzie oddaje ciepło wrzącej wodzie z obiegu wtórnego o niższym ciśnieniu, a następnie powraca do reaktora. Para wodna (para mokra, która jest osuszana przed dojściem do turbiny – cząsteczki wody w parze mokrej, pod wysokim ciśnieniem, zniszczyłyby turbinę, więc para mokra przechodzi najpierw z wytwornicy pary przez systemy osuszające, zanim trafi do turbiny) napędza następnie turbinę parową połączoną z generatorem. Separacja obiegów zapewnia większe bezpieczeństwo w przypadku wycieku pary z turbiny.

Budowa:

Schemat cieplny elektrowni jądrowej z reaktorem wodnym ciśnieniowym: 1. Blok reaktora; 2. Komin chłodzący; 3. Reaktor; 4. Pręty kontrolne; 5. Zbiornik wyrównawczy ciśnienia; 6. Generator pary; 7. Zbiornik paliwa; 8. Turbina; 9. Prądnica; 10. Transformator; 11. Skraplacz; 12. Stan gazowy; 13. Stan ciekły; 14. Powietrze; 15. Wilgotne powietrze; 16. Rzeka; 17. Układ chłodzenia; 18. I obieg; 19. II obieg; 20. Para wodna; 21. Pompa

Jak to działa?

Elektrownie jądrowe w Polsce

W Polsce nie ma elektrowni jądrowych. Jedynym działającym reaktorem jądrowym jest badawczy reaktor Maria, zarządzany obecnie przez Instytut Energii Atomowej. W latach 80. XX wieku rozpoczęto budowę elektrowni Żarnowiec w woj. pomorskim. Prace przerwano na początku lat 90., głównie pod naciskiem protestów przeciwników energetyki jądrowej. Zakończono tylko inwestycję towarzyszącą - elektrownię szczytowo-pompową.

Reaktor Maria

Wady energetyki jądrowej:

Problem ze składowaniem i niebezpieczny transport odpadów promieniotwórczych,

Duże koszty budowy elektrowni, Wraz z rozwojem energetyki jądrowej rośnie

rozwój broni jądrowej, Prawdopodobieństwo awarii i wycieków z

reaktorów,

Zalety energetyki jądrowej:

Wysokie bezpieczeństwo i brak emisji szkodliwych dla środowiska gazów oraz pyłów

Jest najbardziej skondensowanym źródłem energii obecnie wykorzystywanym przez człowieka,

Zasoby wykorzystywane do produkcji energii starczą na wiele tysięcy lat

3 Największe elektrownie na świecie:

1. KASHIWAZAKI-KARIWA – 8,206 MW

2. Bruce – 6,830 MW

3. ZAPOROSKA ELEKTROWNIA ATOMOWA – 6,000 MW

Ciekawostki:

1. Najwięcej elektrowni atomowych na świecie znajduje się oczywiście w USA. Stany Zjednoczone wytwarzają ponad 30 proc. światowej energii jądrowej. Pracują tam 104 reaktory, które zaspokajają jedną piątą zapotrzebowania na energię w kraju. Polityka sprzyja rozwojowi energii atomowej – w 2010 r. Barack Obama poparł rozwój tej dziedziny.

2. Najmniejszy reaktor działający na skalę przemysłową znajduje się w Armenii w mieście Metsamor. Pracuje tam jeden reaktor o mocy 375 MW. Z powodu niewielkiego zaludnienia (3,25 mln) reaktor zaspokaja aż 45 proc. zapotrzebowania kraju na energię

3. Pierwsza podwodna elektrownia atomowa jeszcze nie powstała, ale przymiarki do takiego bloku zrobili już w 2007 r. inżynierowie z Estońskiej Akademii Morskiej. Projekt elektrowni ukrytej w wodach Bałtyku przedłożyli największemu krajowemu producentowi energii, firmie Estii Energia.

Koniec

Jakub Szostak III TI