Nuklearna elektrana je industrijsko postrojenje koje proizvodi električnu energiju iskorištavanjem nuklearne energije, koja se oslobađa kao toplinska energija tijekom lančane reakcije nuklearne fisije unutar reaktorske posude. Mnogi ljudi ne znaju kako nuklearna elektrana radi.
Iz tog razloga ćemo vam detaljno reći kako nuklearna elektrana radi iznutra.
Glavni elementi nuklearne elektrane
Nuklearni reaktor je glavni element elektrane, budući da sadrži nuklearno gorivo (obično uran) i opremljen je sustavima koji omogućuju pokretanje, održavanje i kontrolirani prekid nuklearne reakcije. Rad nuklearne elektrane sličan je radu tradicionalne termoelektrane u kojoj se toplinska energija stvara izgaranjem fosilnih goriva. Nasuprot tome, nuklearni reaktor dobiva toplinsku energiju iz lančanih reakcija nuklearne fisije do kojih dolazi unutar atoma urana prisutnih u nuklearnom gorivu.
Generirana toplinska energija koristi se za zagrijavanje vode dok ne dosegne točku isparavanja, postajući para pri visokom tlaku i temperaturi. Ova para Pokreće turbinu povezanu s generatorom, koji mehaničku energiju proizvedenu rotacijom turbine pretvara u električnu energiju.
Iako postoji nekoliko tipova nuklearnih reaktora, ističu se dva specifična dizajna koja zajedno predstavljaju više od 80% od gotovo 450 operativnih jedinica širom svijeta: reaktor s vodom pod tlakom (PWR) i reaktor s vodom pod tlakom (BWR).
Rad vodenog reaktora pod tlakom (PWR)
Bitno je napomenuti da se tijekom nuklearne fisije jezgre teških atoma, koje pogode neutroni, raspadaju na manje, lakše jezgre. Ovaj proces oslobađa energiju koja veže protone i neutrone i rezultira emisijom dva ili tri neutrona. Ovi emitirani neutroni Oni su sposobni inducirati dodatne fisije interakcijom s drugim teškim jezgrama, koje će zauzvrat osloboditi više neutrona, nastavljajući ciklus. Ovaj kaskadni učinak poznat je kao lančana reakcija nuklearne fisije.
Rad nuklearne elektrane može se sažeti u sljedeće faze:
- U nuklearnom reaktoru, Uran prolazi kroz fisiju koja stvara znatnu količinu energije koja zagrijava rashladnu vodu pod visokim pritiskom koja cirkulira kroz sustav. Ova zagrijana voda se zatim prenosi kroz primarni krug do izmjenjivača topline, poznatog kao generator pare, gdje olakšava proizvodnju vodene pare.
- Sklop turbina-generator prima paru kroz sekundarni krug. Po dolasku, para okreće lopatice turbine. Ova rotacija osovine turbine potom pokreće alternator, pretvarajući mehaničku energiju u električnu.
- Nakon što vodena para prođe kroz turbinu, odlazi u kondenzator, gdje se hladi i pretvara natrag u tekuću vodu.
- Voda se zatim vraća u generator pare kako bi ponovno proizvela paru, radeći unutar zatvorene petlje.
Ključne komponente nuklearne elektrane
Prethodno smo rekli da je nuklearni reaktor postrojenje dizajnirano za pokretanje, održavanje i prekid fisijskih lančanih reakcija na kontrolirani način, opremljeno potrebnim mehanizmima za izdvajanje proizvedene topline. Reaktor je glavni element elektrane i služi kao mjesto skladištenja nuklearnog goriva.
Glavni elementi nuklearne elektrane su:
- Gorivo: To je materijal u kojem se odvijaju reakcije fisije, koje obično koriste obogaćeni uran dioksid. Ova tvar ima dvostruku funkciju: djeluje kao izvor energije i kao dobavljač neutrona potrebnih za održavanje lančane reakcije. Isporučuje se u čvrstom obliku, a sastoji se od cilindričnih tableta umotanih u metalne šipke duljine otprilike četiri metra.
- moderator: Tvar koja smanjuje brzinu brzih neutrona nastalih tijekom fisije, čime se olakšavaju dodatne fisije i održava lančana reakcija.
- Rashladno sredstvo: To je ista voda koja djeluje kao moderator i koristi se za uklanjanje topline proizvedene reakcijom fisije koja se javlja u uranovom gorivu.
- Kontrolne trake: Oni su upravljačke komponente reaktora i funkcioniraju kao apsorberi neutrona. Sastavljene od bor karbida ili indij-kadmija, ove šipke omogućuju kontinuirano upravljanje populacijom neutrona, osiguravajući stabilnost reaktora i olakšavajući njegovo gašenje kada je to potrebno.
- Oklop: Služi za sprječavanje izlaska zračenja i neutrona iz reaktora u vanjski okoliš. Obično se u tu svrhu koriste materijali poput betona, čelika ili olova.
- Sigurnosne značajke: Svaki nuklearni objekt opremljen je brojnim sigurnosnim sustavima koji sprječavaju ispuštanje radioaktivnosti u okoliš, uključujući i kontejnmentnu strukturu.
- Regulator pritiska: To je kritična komponenta primarnog kruga hlađenja. Ovaj regulator održava ravnotežu između tekuće i parne faze u uvjetima zasićenja kako bi učinkovito upravljao tlakom unutar reaktora.
- Reaktorska posuda: Okružuje nuklearni reaktor, gdje se odvija lančana reakcija fisije. Jezgru ove posude čine gorivi elementi.
- Generatori pare: Djeluju kao izmjenjivači topline, u kojima rashladna voda primarnog kruga teče kroz cijevi u obliku obrnutog slova U i predaje svoju toplinsku energiju vodi sekundarnog kruga, pretvarajući je tako u vodenu paru.
- Zaštitna zgrada: To je kućište koje sadrži sustav hlađenja reaktora zajedno s nekoliko pomoćnih sustava i djeluje kao zaštitna barijera tijekom normalnih operacija, učinkovito sprječavajući ispuštanje zagađujućih tvari u vanjski okoliš. Zajedno s drugim sigurnosnim sustavima, ima kritičnu odgovornost za sprječavanje mogućeg ispuštanja produkata fisije u atmosferu u slučaju nesreće.
- Turbina: Postrojenje je dizajnirano za hvatanje vodene pare iz generatora pare, pretvarajući njenu energiju u rotacijsku mehaničku energiju kroz lopatice. Nekoliko sekcija namijenjeno je za ekspanziju pare. Osovina je sigurno pričvršćena na osovinu alternatora.
- Alternator: Uređaj koji proizvodi električnu energiju pretvaranjem rotacijske mehaničke energije turbine u električnu energiju srednjeg napona i visokog intenziteta.
- Transformator: Uređaj dizajniran za podizanje napona električne energije koju stvara alternator kako bi se smanjili gubici tijekom njenog prijenosa do mjesta potrošnje.
- Rashladna voda: Voda iz rijeke, akumulacije ili mora služi za kondenzaciju vodene pare unutar kondenzatora. Ta se voda može vratiti izravno u izvorni izvor, poznat kao otvorena petlja, ili reciklirati kroz rashladni toranj u sustavu zatvorene petlje.
- Rashladni tornjevi: Omogućuju odvođenje dijela zaostale topline nastale tijekom proizvodnje električne energije u atmosferu, služeći kao izvor hladnoće. Ovaj sustav se koristi za hlađenje vode koja cirkulira kroz kondenzator, koji je sastavni dio pomoćnog kruga hlađenja postrojenja.
- Kondenzator: Izmjenjivač topline sastoji se od niza cijevi koje olakšavaju cirkulaciju rashladne vode. Isparena voda koja ulazi u kondenzator iz turbine prolazi kroz proces ukapljivanja, prelazeći u tekuću fazu. Ovaj proces stvara vakuum koji poboljšava učinkovitost rada turbine.
Nadam se da ćete uz ove informacije saznati više o tome kako nuklearna elektrana radi iznutra.