АЕЦ: от миналото до сега
Атомната електроцентрала е предприятие, което е комбинация от оборудване и съоръжения за производство на електрическа енергия. Спецификата на тази инсталация е в метода за получаване на топлина. Необходимата температура за генериране на електричество възниква в процеса на разпадане на атомите.
Ролята на горивото за атомни електроцентрали се осъществява най-често с уран с масов брой 235 (235U). Именно защото този радиоактивен елемент е в състояние да подкрепи ядрена верижна реакция, той се използва в атомните електроцентрали и се използва и в ядрените оръжия.
Страни с най-голям брой атомни електроцентрали
Днес съществуват 192 атомни електроцентрали, работещи в 31 страни по света, като се използват 451 ядрени реактора с общ капацитет 394 GW. По-голямата част от атомните електроцентрали са разположени в Европа, Северна Америка, Далечния Изток, Азия и територията на бившия СССР, докато в Африка почти няма, а в Австралия и Океания няма такива. Други 41 реактора не произвеждат електроенергия от 1,5 до 20 години, а 40 от тях са в Япония.
През последните 10 години в света са пуснати в експлоатация 47 енергийни блока, почти всички от които са разположени в Азия (26 в Китай) или в Източна Европа. Две трети от реакторите, които в момента се изграждат, са в Китай, Индия и Русия. Китай изпълнява най-амбициозната програма за изграждане на нови АЕЦ, около десетина страни по света строят АЕЦ или разработват проекти за тяхното изграждане.
В допълнение към САЩ, списъкът на най-напредналите страни в областта на ядрената енергия включва:
- Франция;
- Япония;
- Русия;
- Южна Корея.
През 2007 г. Русия започна да изгражда първата в света плаваща атомна електроцентрала, която й позволява да реши проблема с недостига на енергия в отдалечените крайбрежни райони на страната.[12], Строителството е закъсняло. Според различни оценки първата плаваща ядрена централа ще работи през 2018-2019.
Няколко страни, включително Съединените щати, Япония, Южна Корея, Русия, Аржентина, разработват мини-атомни електроцентрали с капацитет от около 10-20 MW за целите на топло- и електроснабдяването на отделни индустрии, жилищни комплекси, а в бъдеще - индивидуални къщи. Предполага се, че малките реактори (вж. Например АЕЦ “Хиперион”) могат да бъдат създадени с помощта на безопасни технологии, които многократно намаляват възможността за изтичане на ядрена материя.[13], В Аржентина е в процес на изграждане на един малък реактор CAREM25. Първият опит от използването на мини-атомни електроцентрали е спечелен от СССР (АЕЦ Билибино).
Принципът на действие на атомните електроцентрали
Принципът на действие на атомната електроцентрала се основава на експлоатацията на ядрен (понякога наричан атомно) реактор - специален насипен проект, при който разделянето на атомите се осъществява с отделянето на енергия.
Има различни видове ядрени реактори:
- PHWR (известен също като "реактор с тежка вода под налягане") се използва предимно в Канада и в индийските градове. Тя се основава на вода, формулата на която е D2O. Той изпълнява функцията както на охлаждащия, така и на неутроновия модератор. Ефективността наближава 29%;
- VVER (енергиен реактор с водно охлаждане). Понастоящем ВВЕР се експлоатират само в ОНД, по-специално в модела ВВЕР-100. Реакторът има ефективност от 33%;
- GCR, AGR (графитна вода). Течността, съдържаща се в такъв реактор, действа като охлаждаща течност. В този проект модераторът на неутрони е графит, откъдето идва и името му. Ефективността е около 40%.
Съгласно принципа на устройството, реакторите също се разделят на:
- PWR (реактор с вода под налягане) - е проектиран така, че водата под определено налягане забавя реакцията и доставя топлина;
- BWR (проектиран по такъв начин, че парата и водата са в основната част на устройството без водна верига);
- RBMK (канален реактор с особено голям капацитет);
- BN (системата работи благодарение на бързия обмен на неутрони).
Структурата и структурата на атомната електроцентрала. Как работи атомната електроцентрала?
Типична атомна електроцентрала се състои от блокове, във всяка от които са поставени различни технически устройства. Най-значимият от тези блокове е комплексът с реакторна зала, осигуряващ функционирането на цялата АЕЦ. Състои се от следните устройства:
- реактор;
- басейн (в него се съхранява ядрено гориво);
- машини за зареждане на гориво;
- Контролна зала (контролен панел в блокове, с помощта на който операторите могат да наблюдават процеса на ядрено делене).
Тази сграда е последвана от зала. Оборудвана е с парогенератори и е основна турбина. Непосредствено зад тях са кондензаторите, както и електропроводите на електричество, които се простират извън границите на територията.
Наред с други неща, има отделение с басейни за отработено гориво и специални единици, предназначени за охлаждане (те се наричат охладителни кули). Освен това за охлаждане се използват спрей басейни и естествени резервоари.
Принципът на действие на атомните електроцентрали
На всички АЕЦ без изключение има 3 етапа на преобразуване на електрическа енергия:
- ядрен с прехода към топлинна енергия;
- топлинна, превръщаща се в механична;
- механични, преобразувани в електрически.
Уранът дава неутрони, което води до отделяне на топлина в големи количества. Горещата вода от реактора се изпомпва през помпите чрез парогенератор, където отделя топлина и се връща отново в реактора. Тъй като тази вода е под високо налягане, тя остава в течно състояние (в съвременните реактори VVER около 160 атмосфери при ~ 330 ° C)[7]). В парния генератор тази топлина се прехвърля във водата на вторичния кръг, която е под много по-ниско налягане (половината от налягането на първи контур и по-малко), затова и кипи. Получената пара влиза в парната турбина, която върти генератора, а след това в кондензатора, където се охлажда парата, кондензира се и отново влиза в парогенератора. Кондензаторът се охлажда с вода от външен отворен източник на вода (например охлаждащо езеро).
Първата и втората вериги са затворени, което намалява вероятността от изтичане на радиация. Минимизират се размерите на структурите на първи контур, което намалява и радиационните рискове. Парната турбина и кондензаторът не взаимодействат с водата от първи контур, което улеснява ремонта и намалява количеството на радиоактивните отпадъци по време на демонтажа на станцията.
Защитни механизми на АЕЦ
Всички атомни електроцентрали са задължително оборудвани с интегрирани системи за сигурност, например:
- локализация - ограничаване на разпространението на вредни вещества в случай на произшествие, водещо до изпускане на радиация;
- осигуряване - обслужва определено количество енергия за стабилна работа на системите;
- мениджърите - служат за гарантиране, че всички защитни системи функционират нормално.
В допълнение, реакторът може да се срине при авария. В този случай автоматичната защита ще прекъсне верижните реакции, ако температурата в реактора продължи да нараства. Тази мярка впоследствие ще изисква сериозни възстановителни работи, за да се върне реакторът в експлоатация.
След настъпването на опасната авария в Чернобилската АЕЦ, причината за която се оказа несъвършена конструкция на реактора, те започнаха да обръщат повече внимание на защитните мерки, както и да извършват проектантски работи, за да осигурят по-голяма надеждност на реакторите.
XXI век катастрофа и последиците от нея
През март 2011 г. североизточната част на Япония бе поразена от земетресение, което предизвика цунами, което в крайна сметка разруши 4 от 6-те реактора на атомната електроцентрала Фукушима-1.
По-малко от две години след трагедията официалният брой на жертвите в катастрофата надхвърля 1500, докато 20 000 все още остават неотчетени, а други 300 000 души са принудени да напуснат домовете си.
Имаше жертви, които не можаха да напуснат мястото заради огромната доза радиация. За тях беше организирана незабавна евакуация с продължителност 2 дни.
Въпреки това всяка година се подобряват методите за предотвратяване на аварии в атомните електроцентрали, както и неутрализирането на аварийните ситуации - науката непрекъснато напредва. Независимо от това, бъдещето очевидно ще се превърне в разцвет на алтернативните начини за производство на електроенергия - по-специално е логично да се очаква появата на гигантски орбитални слънчеви клетки през следващите 10 години, което е напълно постижимо в безтегловни условия, както и други технологии, включително революционни енергийни технологии.
