Аэс как устроена: Как работает атомная электростанция

Содержание

Как работает атомная электростанция — T&P

Иллюстрация: Максим Чатский

Все очень просто. В ядерном реакторе распадается Уран-235, при этом выделяется огромное количество тепловой энергии, она кипятит воду, пар под давлением крутит турбину, которая вращает электрогенератор, который вырабатывает электричество.

Науке известен по крайней мере один ядерный реактор естественного происхождения. Он находится в урановом месторождении Окло, в Габоне. Правда, он уже остыл полтора миллиарда лет назад.

Уран-235 — это один из изотопов урана. Он отличается от простого урана тем, что в его ядре не хватает 3 нейтронов, из-за чего ядро становится менее стабильным и распадается на две части, когда в него на большой скорости врезается нейтрон. При этом вылетает еще 2–3 нейтрона, которые могут попасть в другое ядро Урана-235 и расщепить его. И так по цепочке. Это называется ядерной реакцией.

Управляемая реакция

Если не управлять цепной ядерной реакцией и она пойдет слишком быстро, то получится самый настоящий ядерный взрыв. Поэтому за процессом надо тщательно следить и не давать распадаться урану слишком быстро. Для этого ядерное топливо в металлических трубках помещают в замедлитель — вещество, которое замедляет нейтроны и переводит их кинетическую энергию в тепловую.

Для управления скоростью реакции в замедлитель погружают стержни из поглощающего нейтроны материала. Когда эти стержни поднимают, они улавливают меньше нейтронов и реакция ускоряется. Если стержни опустить, то реакция опять замедлится.

Дело техники

Огромные трубы в атомных электростанциях на самом деле никакие не трубы, а градирни — башни для быстрого охлаждения пара.

В момент распада ядро раскалывается на две части, которые разлетаются с бешеной скоростью. Но далеко они не улетают — ударяются о соседние атомы, и кинетическая энергия превращается в тепловую.

Дальше этим теплом нагревают воду, превращая ее в пар, пар крутит турбину, а турбина крутит генератор, который и вырабатывает электричество, точно так же, как в обычной тепловой электростанции, работающей на угле.

Смешно, но вся эта ядерная физика, изотопы урана, цепные ядерные реакции — все для того, чтобы вскипятить воду.

За чистоту

Атомная энергия используется не только в атомных электростанциях. Существуют корабли и подводные лодки, работающие на ядерной энергии. В 50 годы даже разрабатывались атомные автомобили, самолеты и поезда.

В результате работы ядерного реактора образуются радиоактивные отходы. Часть из них можно переработать для дальнейшего использования, часть приходится держать в специальных хранилищах, чтобы они не причинили вред человеку и окружающей среде.

Несмотря на это ядерная энергия сейчас является одним из самых экологически чистых. Атомные электростанции не производят выбросов в атмосферу, требуют очень мало топлива, занимают мало места и при правильном использовании очень безопасны.

Но после аварии на Чернобыльской АЭС многие страны приостановили развитие атомной энергетики. Хотя, например, во Франции почти 80 процентов энергии вырабатывается атомными электростанциями.

В двухтысячных из-за большой цены на нефть все вспомнили о ядерной энергии. Существуют разработки по компактным ядерным электростанциям, которые безопасны, могут работать десятилетими и не требуют обслуживания.

Станции и проекты

Интенсивное развитие ядерной энергетики можно считать одним из средств борьбы с глобальным потеплением. К примеру, по подсчетам экспертов, атомные станции в Европе ежегодно позволяют избежать эмиссии около 700 миллионов тонн СО2. Действующие АЭС России ежегодно предотвращают выброс в атмосферу около 210 млн тонн углекислого газа. Таким образом, ядерная энергетика, являясь мощным базовым источником электрогенерации, вносит свой вклад в декарбонизацию.

КАК РАБОТАЕТ АЭС

Атомная электростанция – это комплекс необходимых зданий, систем, устройств, оборудования и сооружений, предназначенных для производства электроэнергии. В качестве топлива станция использует уран-235. Наличие ядерного реактора отличает АЭС от других электростанций.

На АЭС происходит три взаимных преобразования форм энергии:

ядерная энергия переходит в тепловую,
тепловая энергия переходит в механическую,
механическая энергия преобразуется в электрическую.

Основой атомной станции является реактор, который располагается в реакторном зале, в основном корпусе. Это конструктивно выделенный объем, куда загружается ядерное топливо и где протекает управляемая цепная реакция. Уран-235 делится медленными (тепловыми) нейтронами. В результате выделяется огромное количество тепла.

Основным элементом реактора является активная зона. Она размещена в бетонной шахте. Обязательными компонентами любого реактора являются система управления и защиты, позволяющая осуществлять выбранный режим протекания управляемой цепной реакции деления, а также система аварийной защиты – для быстрого прекращения реакции при возникновении аварийной ситуации. Все это смонтировано в главном корпусе.

Тепло отводится из активной зоны реактора теплоносителем – жидким или газообразным веществом, проходящим через ее объем. Эта тепловая энергия используется для получения водяного пара в парогенераторе. Механическая энергия пара направляется к турбогенератору, где она превращается в электрическую и дальше по проводам поступает к потребителям.

Парогенератор и сама турбина располагаются в турбинном зале.

На территории площадки также обычно находятся корпус для перегрузки и хранения в специальных бассейнах отработавшего ядерного топлива. Кроме того, станции комплектуются элементами оборотной системы охлаждения – градирнями, прудом-охладителем (естественный водоем, либо искусственно созданный) и брызгальными бассейнами.

Также в технологической цепочке есть конденсаторы и высоковольтные линии электропередач (ЛЭП), уходящие за пределы площадки станции.

КАКИЕ АЭС БЫВАЮТ

В зависимости от типа реактора на атомной станции могут быть 1, 2 или 3 контура теплоносителя. В России наибольшее распространение получили двухконтурные АЭС с реакторами типа ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор).

Одноконтурная схема применяется на атомных станциях с реакторами типа РБМК-1000. Реактор работает в блоке с двумя конденсационными турбинами и двумя генераторами. При этом кипящий реактор сам является парогенератором, что и обеспечивает возможность применения одноконтурной схемы. Одноконтурная схема относительно проста, но радиоактивность в этом случае распространяется на все элементы блока, что усложняет биологическую защиту.

Двухконтурную схему применяют на атомных станциях с в водо-водяными реакторами типа ВВЭР. В активную зону реактора подается под давлением вода, которая нагревается. Энергия теплоносителя используется в парогенераторе для образования насыщенного пара. Второй контур нерадиоактивен. Блок состоит из одной конденсационной турбины мощностью 1000 МВт или двух турбин мощностью по 500 МВт с соответствующими генераторами.

Трехконтурную схему применяют на АЭС с реакторами на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем типа БН. Чтобы исключить контакт радиоактивного натрия с водой, сооружают второй контур с нерадиоактивным натрием. Таким образом схема получается трехконтурной.

Подробнее со схемой работы АЭС можно ознакомиться здесь.

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.

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.

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.

ИНТЕРВЬЮ Белорусская АЭС — благо или опасность?

ВР: Да, абсолютно правильное понимание связи, я бы сказал, такой психологической связи: страна, пережившая такую трагедию, строит атомную станцию. Это вызывает недоумение, вопросы, шок у некоторых и так далее. Конечно, эти вещи все-таки необходимо разделять. Например, психологически, страна, пережившая мировую войну, ну, наверное, должна отказаться от вооруженных сил и не должна вообще смотреть на танки, самолеты, пушки, пистолеты и так далее. Я понимаю абсурдность такой постановки вопроса, но электроэнергия, тем более недорогая, все равно нужна – страна должна развиваться.

По периметру Беларуси, фактически прямо по границе работают, как минимум, 4-6 атомных станций в других странах. Все мы прекрасно знаем, что в Беларуси практически полностью отсутствует газ и нефть – мы, конечно, добываем и нефть, и газ, но по сравнению с потребностями страны – в каких-то небольших количествах. Разумеется, и все это знают – мы практически полностью зависим от поставок энергоресурсов – откуда угодно, со всего мира, в первую очередь, конечно, из Российской Федерации.

Беларусь реализовала все ключевые мероприятия по обеспечению безопасности АЭС

Для того, чтобы обеспечить энергобезопасность, было принято решение построить эту атомную станцию. Мы понимаем, что возникают опасения и какие-то вопросы в некоторых странах Евросоюза, в первую очередь у наших соседей, у литовцев, поскольку станция – так сложилось, что она находится на очень небольшом географическом удалении от Литвы и от столицы, от Вильнюса – это самое безопасное место на территории Беларуси. Так сложилась география в Беларуси. Но только в каком-то воспаленном мозгу может родиться идея о том, что решение было принято для того, чтобы каким-то образом досадить нашим соседям. Нас можно в чем угодно упрекать, но, наверное, все-таки мы люди достаточно разумные для того, чтобы не заниматься такими вещами.

Станция – и это можно совершенно официально, совершенно уверенно говорить – белорусская атомная электростанция является единственной АЭС из всех действующих и проектируемых в европейскому регионе, которая прошла – уже прошла – проверку по самым новым и самым жестким европейским стандартам. И все инспекции, все обзоры на АЭС не выявили никаких дефицитов безопасности. Вот в феврале текущего года, то есть буквально два месяца назад, команда европейских регуляторов подтвердила в очередной раз, что Беларусь реализовала все ключевые мероприятия по обеспечению безопасности АЭС. Мы абсолютно добровольно, полномасштабно реализуем сотрудничество с МАГАТЭ, с европейскими государствами, с Еврокомиссией, с другими партнерами, и мы делали всегда и продолжаем делать все, для того чтобы обеспечить наивысшую безопасность нашей собственной АЭС – в том числе именно потому, что мы прекрасно понимаем ту глубину психологической травмы, которая была нанесена аварией на Чернобыльской АЭС всему белорусскому народу.

ЕВ: Еще один момент, который может вызвать недоумение у незнающих – да и у знающих, – это развитие туризма в районах, пострадавших – но, я надеюсь, все-таки восстановленных – от аварии на Чернобыльской АЭС. Я знаю, что проект по этому направлению уже реализуется, и, кстати, один из экспертов сказал мне, что ничего страшного нет, что там, действительно, прекрасно себя чувствует природа, там уже не опасно, и бОльшую опасность представляют волки, а не радиация. Действительно ли так?

ВР: Это, действительно, правда. У нас существует такое образование, как Полесский государственный радиационно-экологический заповедник, и он с 2018 года действительно открыт для туристов. Что это такое и как это работает?

У нас есть семь маршрутов по территории этого самого заповедника. На самом деле работают – активно работают – пока только два. Это так называемое природное направление, то есть посещение экспериментальной научно-лабораторной части, осмотр питомников, наблюдение за животными и так далее. И второй – это сталкерский с посещением заброшенных объектов и поселка Солнечный на территории этих объектов.

Конечно, речь идет о нескольких, в лучшем случае о нескольких десятках людей, которые активно принимали участие в таких экскурсиях. И, кстати говоря, вот этот сериал «Чернобыль», он подстегнул интерес в том числе и к этому направлению. Народ хлынул – ну, «хлынул» это я сильно, конечно, сказал, но более или менее массово – десятками или даже сотнями людей – народ поехал на эту территорию. Надо признать, все-таки в основном – на территорию Украины, потому что сама станция находится там, и народ, конечно, хочет быть как можно ближе к эпицентру событий – естественно, это территория Украины.

Этот туристический продукт, конечно, абсолютно не массовый — он уникальный, он штучный.

Надо еще вот о чем сказать: у нас есть такой праздник, он всегда отмечается весной, в апреле-мае – Радуница называется. Это день поминовения предков. У нас существует даже специальный закон – даже до того, как возникла эта официальная туристическая возможность, людям разрешали посетить эту зону для того, чтобы побывать на могилах, побывать на кладбищах. С одной стороны, это было регламентировано законом и это можно было делать – официально, в соответствующее время, под соответствующим контролем со стороны государства, но, к сожалению, это способствовало тому, что количество людей-экстремалов, конечно, постоянно росло. Все равно мы говорим о единицах или десятках людей. Это не что-то массовое. Этот самый Полесский заповедник был очень долгое время закрыт – полностью. И это, кроме всего прочего, порождало самые нелепые слухи о том, что происходило в этой зоне: всякие сказки про мутантов – и в растительном мире, и в животном.

По нашей информации, – это, правда, было в 2019 году еще – приехало 24 туристических группы общей численностью порядка 90 человек: представители Австралии, Польши, России, Украины, США, Италии, Австрии, Нидерландов, ну и наши собственные туристы. Этот туристический продукт, конечно, абсолютно не массовый — он уникальный, он штучный. Понятно, что пандемия сейчас все планы «перекроила», но эта возможность существует, желающие могут эти места посетить. Мы исходим из того, что люди, которые приедут для посещения таких объектов, сумеют посмотреть и какие-то другие объекты в Беларуси в целом. То есть это развитие туризма в принципе, в чем мы, разумеется, заинтересованы.

В заключение я могу только сказать о том, что мы будем продолжать нашу работу, для того чтобы эта тема не уходила: Чернобыль, последствия Чернобыля, уроки, которые мы извлекли. 26 апреля, в понедельник, будет специальная сессия Генеральной Ассамблеи ООН по Чернобылю. Мы были одним из основных инициаторов того, чтобы такое мероприятие прошло. Оно пройдет, и еще раз повторяю, что мы будем продолжать активную работу для того, чтобы эта проблема не ушла в песок и не была забыта.

Как производится ядерное топливо

Буквально на прошлой неделе стало известно, что на Белорусскую АЭС прибыл состав с ядерным топливом для первого энергоблока. Примерные сроки завоза назывались и раньше, а вот точная дата держалась в секрете по понятным причинам. «Атомка» вот-вот должна заработать, но вопросов о ее работе у белорусов все еще крайне много. Мы постарались ответить хотя бы на маленькую их часть и обратились к экспертам, задав им максимально наивные, простые и глупые вопросы о сложных процессах, которые так или иначе касаются каждого из нас.

Как производится ядерное топливо? Как оно выглядит? Похоже на то, с чем работает Гомер Симпсон?
Слово «топливо» рождает ассоциации с природными ресурсами (чаще всего — углеводородами), которые сжигают для получения энергии. Однако ядерное топливо (так называемые тепловыделяющие сборки), в отличие от нефти, газа или угля, — это сложная высокотехнологичная продукция, которая по всем международным классификаторам относится к товарам энергетического машиностроения.

Длинная производственная цепочка создания ядерного топлива начинается с добычи урана. Его добывают несколькими способами: методом подземного выщелачивания либо в шахтах или открытых карьерах.
Урановую руду перемалывают и растворяют для появления концентрированной соли урана, которую затем высушивают до сухого концентрата. Полученные оксиды урана смешивают с фтором, превращая в гексафторид урана, который легко может принимать газообразную форму. Это понадобится на следующей стадии — при обогащении. Таким образом, уран несколько раз меняет свое состояние, переходя из твердого вещества в жидкое и газообразное.

На обогатительных заводах гексафторид урана в газообразном состоянии закачивают в центрифуги, в которых за счет высокой скорости вращения создается центробежная сила, превышающая силу тяготения Земли в сотни тысяч раз. Газовая центрифуга вращается со скоростью более 1,5 тыс. оборотов в секунду. В процессе обогащения тяжелые атомы урана-238 отделяются от более легких атомов урана-235 и концентрация урана-235 увеличивается. Для топлива энергетических реакторов уран обогащают по изотопу уран-235 на уровне до 5%.

Для производства ядерного топлива обогащенный уран вновь переводят из газообразного в твердое состояние. Порошкообразный обогащенный диоксид урана смешивают с пластификатором и кладут под пресс.

На выходе получаются спрессованные таблетки, которые затем проходят процесс спекания при температуре около 1800 градусов в течение 18—20 часов.

Полученная в процессе спекания топливная таблетка весит всего четыре с половиной грамма, но в ней скрыта огромная энергия. По энерговыделению она эквивалентна 640 кг дров, 400 кг каменного угля, 360 куб. м газа, 350 кг нефти.

Далее готовые таблетки помещаются в специальные металлические трубки — оболочки твэлов. Тепловыделяющий элемент (твэл) — это основа конструкции ядерного топлива. Он представляет собой герметично заваренную металлическую трубку из циркониевого сплава, которая снаряжается топливными таблетками (в топливе реактора ВВЭР-1200 — приблизительно 350 шт.). Твэлы собирают в топливные кассеты — тепловыделяющие сборки (ТВС). В одной ТВС для реактора ВВЭР-1200 — 312 твэлов, активная зона реактора состоит из 163 ТВС.

Все процессы полностью автоматизированы, проходят под постоянным контролем компьютеров, и любая случайность или влияние человеческого фактора минимизированы.

Так как же выглядит ядерное топливо? Это сложная металлическая конструкция более четырех метров в длину и массой порядка 800 кг.

Производителем топлива для Белорусской АЭС является Топливная компания «Росатома» «ТВЭЛ». Ядерное топливо для начальной загрузки первого энергоблока было изготовлено на Новосибирском заводе химконцентратов, одном из двух фабрикационных предприятий Топливного дивизиона «Росатома».

Как его везли в Беларусь? На поезде, самолете, машине? Все это делалось под большим секретом?
Ядерное топливо можно перевозить в специальных транспортных упаковочных контейнерах повышенной прочности железнодорожным, воздушным и морским транспортом. Для поставки из России в Беларусь оптимальный вариант — железнодорожный.

Конфиденциальной информацией являются сами маршруты транспортировки ядерного топлива.
За многие десятилетия существования атомной энергетики мировая атомная промышленность давно выработала очень строгие нормы безопасности по транспортировке различных ядерных материалов. При этом перевозка свежего необлученного ядерного топлива не представляет радиационной опасности.

Как происходит процесс загрузки? Сотрудники делают это вручную или используют специальных роботов?

Перед загрузкой топлива на атомной станции проходит обязательная проверка готовности персонала и оборудования, разрабатывается штатная программа и только после этого дается добро на загрузку. Топливные кассеты загружаются в реактор с помощью специальной перегрузочной машины.

Что было бы, если бы защитная оболочка топлива раскололась, а порошок высыпался на землю?
В топливной кассете тепловыделяющие элементы (твэлы, то есть циркониевые трубки с урановыми таблетками внутри) соединены в жесткой конструкции с помощью решеток, металлического каркаса и других элементов. Такая конструкция сохраняет целостность даже после эксплуатации в активной зоне реактора при высоких температурах на протяжении 4—5 лет. Кроме того, внутри оболочки нет порошка, а есть спеченные топливные таблетки.

Загрузили топливо в реактор, а дальше что? Что с ним происходит в реакторе и как оно «отапливает» реактор?
В активной зоне происходит управляемая цепная ядерная реакция (то есть деление ядер урана внутри оболочек твэлов). Персонал АЭС может запускать и останавливать ядерную реакцию с помощью системы управления и защиты. Ядерная реакция сопровождается выделением огромного количества тепловой энергии, это тепло передается оболочкам твэлов, а от них — воде в ядерном реакторе. Вода первого контура реактора отдает тепло воде второго контура, и с точки зрения энергетики дело сделано: если вы можете нагреть воду и превратить ее в водяной пар под давлением, то он будет вращать паровую турбину, а электрогенератор — превращать энергию этого вращения в электричество.

Грубо говоря, если на ТЭС с паровыми турбинами, чтобы нагреть воду, приходится сжигать уголь, мазут или газ, то на АЭС вода нагревается от энергии деления атомного ядра.

Сколько работает топливо после загрузки? Его работу как-то контролируют в реакторе?

В зависимости от топливного цикла, который у каждой АЭС индивидуален, каждая тепловыделяющая сборка может эксплуатироваться порядка 4—5 лет, в некоторых случаях — еще дольше. Когда на станции проводится регулярный планово-предупредительный ремонт, часть отработавшего топлива извлекают и подгружают свежее топливо. В зависимости от цикла облучения каждая ТВС меняет свою позицию в активной зоне. Состояние топлива регулярно контролируется и анализируется.

После того как топливо отработает свой срок, как его извлекают?

Отработавшее ядерное топливо извлекается с помощью перегрузочной машины и первоначально направляется в так называемый бассейн выдержки. После нескольких лет хранения его энерговыделение существенно падает, и становится возможным его вывоз с площадки АЭС.

В мультиках отработавшее ядерное топливо имеет ядовито-зеленый цвет и хранится в бочках с предупреждающим знаком. А как на самом деле оно выглядит?
Внешне отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) — это та же тепловыделяющая сборка. Но сама кассета уже облученная, а ее топливная композиция — частично «выгоревшая». Облученные ТВС могут безопасно храниться на специальных площадках в особых контейнерах либо направляться на переработку на специализированные заводы — зависит от стратегии обращения с ОЯТ.

Можно использовать отработанное топливо или это уже просто опасный мусор?

Разумеется, можно. В разных странах существуют различные стратегии безопасного хранения или переработки ОЯТ. Рециклирование отработавшего ядерного топлива — это динамично развивающееся направление атомной науки.

Существуют заводы по переработке ОЯТ, при этом «невыгоревший» уран и плутоний, образовавшийся внутри твэлов после облучения, можно извлекать и повторно использовать для производства уран-плутониевого топлива. Причем как для классических реакторов на тепловых нейтронах (РЕМИКС-топливо; сейчас оно проходит опытную эксплуатацию на Балаковской АЭС в России), так и для инновационных реакторов на быстрых нейтронах (МОКС-топливо и СНУП-топливо используются на Белоярской АЭС).

Как устроена атомная электростанция: muph — LiveJournal

Многие ли из вас видели атомную электростанцию хотя бы издалека? С учетом того, что в России действующих АЭС всего десять и охраняются они будь здоров, думаю, ответ в большинстве случаев отрицательный. Впрочем, в ЖЖ народ, как известно, бывалый. Окей, а многие ли тогда видели АЭС изнутри? Ну, например, щупали собственной рукой корпус ядерного реактора? Никто. Я угадал?

Ну что же, сегодня у всех подписчиков этого фотоблога есть возможность увидеть все эти высокие технологии максимально близко. Понимаю, в живую это интереснее в разы, но давайте начинать с малого. В будущем, возможно, я смогу несколько человек взять с собой, а пока изучаем матчасть!

02. Итак, мы в сорока пяти километрах от Воронежа неподалёку от строительной площадки 4 очереди Нововоронежской АЭС. Неподалёку от действующей АЭС (первый энергоблок был запущен ещё в шестидесятых годах прошлого века) ведётся сооружение двух современных энергоблоков общей мощностью 2400 МВт. Строительство ведётся по новому проекту «АЭС-2006», который предусматривает использование реакторов ВВЭР-1200. Но о самих реакторах чуть позже.

03. Именно тот факт, что строительство еще не завершено, и дает нам редкий шанс увидеть всё своими глазами. Даже реакторный зал, которой в будущем будет герметично закрыт и открываться для обслуживания только один раз в год.

04. Как видно на предыдущем фото, купол наружной защитной оболочки седьмого энергоблока еще на стадии бетонирования, а вот здание реактора энергоблока №6 выглядит уже интереснее (смотрим фото ниже). В общей сложности на бетонирование этого купола потребовалось более 2000 кубометров бетона. Диаметр купола в основании составляет 44 м, толщина – 1,2 м. Обратите внимание на зеленые трубы и объемный металлический цилиндр (вес – 180 т, диаметр – около 25 м, высота – 13 м) – это элементы системы пассивного отвода тепла (СПОТ). На российской АЭС они монтируются впервые. В случае полного обесточивания всех систем АЭС (как это случилось на «Фукусиме»), СПОТ способна обеспечить длительный отвод тепла от активной зоны реактора.

05. Безусловно самым масштабным элементом АЭС являются башенные градирни. Кроме того, это одно из наиболее эффективных устройств для охлаждения воды в системах оборотного водоснабжения. Высокая башня создает ту самую тягу воздуха, которая необходима для эффективного охлаждения циркулирующей воды. Благодаря высокой башне одна часть испарений возвращается в цикл, а другая уносится ветром.

06. Высота оболочки башенной градирни энергоблока №6 – 171 метр. Это около 60 этажей. Сейчас это сооружение является самым высоким среди аналогичных, когда либо возводимых в России. Её предшественники не превышали 150 м высоты (на Калининской АЭС). На возведение конструкции ушло более 10 тысяч кубометров бетона.

07. В основании градирни (диаметр составляет 134 м) расположена так называемыя чаша бассейна. Его верхняя часть «вымощена» оросительными блоками. Ороситель – это основной конструктивный элемент градирни такого типа, предназначенный для того, чтобы раздробить стекающий по нему поток воды и обеспечить ему длительное время и максимальную площадь контакта с охлаждающим воздухом. По сути своей, это решётчатые модули из современных полимерных материалов.

08. Естественно, мне захотелось сделать эпичный кадр верх, но уже смонтированный ороситель помешал мне это сделать. Поэтому перемещаемся в градирню энергоблока №7. Увы, ночью был морозец и с поездкой на лифте на самый верх мы обломались. Он замёрз.

09. Ладно, может еще довёдется как-нибудь прокатиться на такую верхотуру, а пока кадр монтируемой системы орошения.

10. Подумал тут… А может нас просто не пустили на верх из соображений безопасности?

11. Вся территория стройплощадки пестрит предупреждающими, запрещающими и просто агитационными плакатами и табличками.

12. Ладно. Телепортируемся в здание центрального щита управления (ЦЩУ).
Ну, естественно, в наше время всё управление ведётся с помощью компьютеров.

13. Огромная комната, залитая светом, буквально напичкана стройными рядами шкафов с автоматическими системами релейной защиты.

14. Релейная защита осуществляет непрерывный контроль состояния всех элементов электроэнергетической системы и реагирует на возникновение повреждений и/или ненормальных режимов. При возникновении повреждений система защиты должна выявить конкретный повреждённый участок и отключить его, воздействуя на специальные силовые выключатели, предназначенные для размыкания токов повреждения (короткого замыкания или замыкания на землю).

15. Вдоль каждой стены расставлены огнетушители. Автоматические, конечно.

16. Далее перемещаемся в здание комплектного распределительного устройства на 220 кВ (КРУЭ-220). Одно из самых фотогеничных мест на всей АЭС, на мой взгляд. Есть еще КРУЭ-500, но его нам не показали. КРУЭ-220 входит в состав общестанционного электротехнического оборудования и предназначено для приема мощности с внешних линий электропередачи и распределения его на площадке строящейся станции. То есть пока энергоблоки строятся, с помощью КРУЭ-220 электроэнергией обеспечиваются непосредственно строящиеся объекты.

17. В проекте «АЭС-2006», по которому сооружаются шестой и седьмой энергоблоки, в схеме выдачи мощности на распределительных подстанциях впервые применены комплектные распредустройства 220/500кВ закрытого типа с элегазовой изоляцией. По сравнению с открытыми распредустройствами, которые до сих пор применялись в атомной энергетике, площадь закрытого — в несколько раз меньше. Для понимания масштаба здания, рекомендую вернуться к титульному фото.

18. Естественно, после ввода новых энергоблоков в эксплуатацию оборудование КРУЭ-220 будет задействовано для передачи в Единую энергосистему электроэнергии, произведенной на Нововоронежской АЭС. Обратите внимание на ящики возле опор ЛЭП. Большинство электрооборудования, применяемого в строительстве, произведено компанией Siemens.

19. Но не только. Вот, к примеру, автотрансформатор Hyundai.
Вес этого агрегата 350 тонн, а предназначен он для преобразования электроэнергии с 500 кВ до 220 кВ.

20. Есть (что приятно) и наши решения. Вот, например, повышающий транформатор производства ОАО «Электрозавод». Созданный в 1928 году первый отечественный трансформаторный завод сыграл колоссальную роль в индустриализации страны и в развитии отечественной энергетики. Оборудование с маркой «Электрозавод» работает более чем в 60 странах мира.

21. На всякий случай, поясню немного по трансформаторам. В общем, схема выдачи мощности (после завершения строительства и запуска в эсплуатацию, естественно) предусматривает производство электроэнергии напряжением двух классов – 220 кВ и 500 кВ. При этом, турбина (о ней позже), вырабатывает всего 24 кВ, которые по токопроводу поступают на блочный трансформатор, где и повышаются уже до 500 кВ. После чего часть энергомощности через КРУЭ-500 передается в Единую энергосистему. Другая часть – на автотрансформаторы (те самые «хюндаи»), где понижается с 500 кВ до 220 кВ и через КРУЭ-220 (смотрим выше) также поступает в энергосистему. Дык вот в качестве упомянутого блочного трансформатора используется три однофазных повышающих «электрозаводских» трансформатора (мощность каждого – 533 МВт, вес – 340 тонн).

22. Если понятно, переходим к паротурбинной установке энергоблока №6. Вы уж простите, повествование моё идёт как бы от конца к началу (если исходить из процесса производства электроэнергии), но примерно в такой последовательности мы и гуляли по стройплощадке. Так что прошу пардона.

23. Итак, турбина и генератор спрятаны под кожухом. Поэтому поясняю. Собственно, турбина – это агрегат, в котором тепловая энергия пара (температурой около 300 градусов и давлением 6,8 МПа) преобразуется в механическую энергию вращения ротора, и уже на генераторе – в нужную нам электрическую энергию. Вес машины в собранном состоянии – более 2600 тонн, длина – 52 метра, состоит она из более чем 500 комплектующих. Для транспортировки данного оборудования на строительную площадку было задействовано порядка 200 грузовых машин. Данная турбина К-1200–7-3000 была изготовлена на Ленинградском металлическом заводе и это первая в России быстроходная (3000 оборотов в минуту) турбина мощностью 1200 МВт. Данная инновационная разработка создана специально для атомных энергоблоков нового поколения, которые сооружаются по проекту «АЭС-2006». На фото общий вид турбинного цеха. Или машзала, если хотите. Турбину олдскульные атомщики называют машиной.

24. Этажом ниже расположены конденсаторы турбины. Конденсаторная группа относится к основному технологическому оборудованию машинного зала и, как все уже догадались, предназначена для превращения в жидкость отработанного в турбине пара. Образовавшийся конденсат после необходимой регенерации вновь возвращается в парогенератор. Вес оборудования конденсационной установки, куда входят 4 конденсатора и система трубопроводов, составляет более 2000 тонн. Внутри конденсаторов располагается порядка 80 тысяч титановых трубок, которые образуют теплопередающую поверхность общей площадью 100 тысяч квадратных метров.

25. Разобрались? Вот вам здание машзала практически в разрезе и идем дальше. На самом верху мостовой кран.

26. Перемещаемся в блочный пульт управления энергоблоком №6.
Предназначение, думаю, понятно без пояснений. Выражаясь фигурально, это мозг атомной электростанции.

27. Элементы БПУ.

28. Ну и наконец-то, мы отправляемся посмотреть помещения реакторного отделения! Собственно, это место, где расположен ядерный реактор, первый контур и их вспомогательное оборудование. Естественно, в обозримом будущем оно станет герметичным и недоступным.

29. И самым естественным образом, при попадании внутрь, первым делом задираешь голову и поражаешься размерам купола гермооболочки. Ну и полярным краном заодно. Мостовой кран кругового действия (полярный кран) грузоподъемностью 360 тонн предназначен для монтажа крупногабаритного и тяжеловесного оборудования гермозоны (корпуса реактора, парогенераторов, компенсатора давления и др.). После ввода атомной станции в эксплуатацию кран будет испольоваться при проведении ремонтных работ и транспортировке ядерного топлива.

30. Далее, конечно, я устремляюсь к реактору и зачарованно наблюдаю его верхнюю часть, еще не подозревая, что ситуация обстоит аналогичная с айсбергами. Так вот ты какой, северный олень. Выражаясь фигурально, это сердце атомной электростанции.

31. Фланец корпуса реактора. Позже на него убудет установлен верхний блок с приводами СУЗ (система управления и защиты реактора), обеспечивающий уплотнение главного разъема.

32. Неподалёку наблюдаем бассейн выдержки. Его внутренняя поверхность представляет собой сварную конструкцию из листовой нержавеющей стали. Он предназначен для временного хранения отработавшего ядерного топлива, выгружаемого из реактора. После снижения остаточного тепловыделения использованное топливо вывозится из бассейна выдержки на предприятие атомной отрасли, занимающейся переработкой и регенерацией топлива (хранением, захоронением или переработкой).

33. А это вдоль стеночки стоят гидроёмкости системы пассивного залива активной зоны. Они относятся к пассивным системам безопасности, то есть функционирует без привлечения персонала и использования внешних источников энергоснабжения. Упрощая, это гигантские бочки, заполненные водным раствором борной кислоты. В случае возникновения чрезвычайной ситуации, когда давление в первом контуре падает ниже определенного уровня, происходит подача жидкости в реактор и охлаждение активной зоны. Таким образом ядерная реакция гасится большим количеством борсодержащей воды, поглощающей нейтроны. Стоит отметить, что в проекте «АЭС-2006», по которому сооружается четвертая очередь Нововоронежской АЭС, впервые предусмотрена дополнительная, вторая, ступень защиты – гидроемкости пассивного залива активной зоны (8 из 12 емкостей), каждая — объемом 120 кубометров.

34. При проведении будущих планово-предупредительных ремонтов и замены ядерного топлива попасть внутрь реакторного отделения можно будет через транспортный шлюз. Он представляет собой 14-ти метровую цилиндрическую камеру диаметром свыше 9 метров, герметично запираемую с двух сторон полотнами ворот, которые открываются поочередно. Общий вес шлюза составляет порядка 230 тонн.

35. С наружней стороны шлюза открывается обзорный вид на всю стройплощадку в целом и энергоблок №7 в частности.

36. Ну, а мы глотнув свежего воздуха, спускаемся ниже, чтобы увидеть, собственно, цилиндрический корпус реактора. Но покуда нам попадаются только технологические трубопроводы. Большая зелёная труба — это один из контуров, так что мы уже совсем близко.

37. А вот и он. Водо-водяной корпусной энергетический ядерный реактор с водой под давлением модели ВВЭР-1200. Не буду углубляться в дебри деления ядра и цепной ядерной реакции (поди уже и так читаете по диагонали), добавлю только, что внутри реактора расположено множество тепловыделяющих элементов (т.н. твэлы) в виде набора герметичных трубок из специальных сплавов диаметром 9,1–13,5 мм и длиной несколько метров, заполненных таблетками ядерного топлива, а так же управляющие стержни, которые дистанционно с пульта управления можно перемещать по всей высоте активной зоны. Эти стержни изготавливаются из веществ, поглощающих нейтроны – например, из бора или кадмия. При глубоком введении стержней цепная реакция становится невозможной, поскольку нейтроны сильно поглощаются и выводятся из зоны реакции. Таким способом регулируется мощность реактора. Теперь понятно для чего в верхней части реактора столько отверстий?

38. Да, чуть не забыл про главный циркуляционный насос (ГЦН). Он тоже относится к основному технологическому оборудованию здания реактора и предназначен для создания циркуляции теплоносителя в первом контуре. В течение часа агрегат перекачивает более 25 тысяч кубометров воды. Также ГЦН обеспечивает охлаждение активной зоны во всех режимах работы реакторной установки. В состав установки входит четыре ГЦН.

39. Ну и для закрепления пройденного материала, смотрим на самую простую схему работы АЭС. Всё же просто, разве нет? В особо запущенных случаях перечитываем пост еще раз, хе-хе))

40. Вот в целом как-то так. Но для тех, кому тема близка, подкину еще несколько карточек с людьми. Согласитесь, в репортаже их не так и много, а между тем, с 2006 года здесь потрудились многие тысячи специалистов различного профиля.

41. Кто-то внизу…

42. А кто-то вверху… Хоть вы их и не видите, но они есть.

43. А это один из самых заслуженных строителей Нововоронежской АЭС – гусеничный самоходный кран DEMAG. Именно он поднимал и устанавливал эти многотонные элементы реакторного и машинного залов (грузоподъемность – 1250 тонн). Дядька-монтажник и грузовик для понимания масштаба, а во весь рост (115 метров) смотрите красавца на фото 03 и 04.

И в качестве заключения. С марта этого года, по неведомым мне причинам, действующую Нововоронежскую АЭС и строящуюся Нововоронежскую АЭС-2 объединили. То, что мы с вами посетили и то, что привыкли называть НВАЭС-2, теперь называется четвертой очередью НВАЭС, а строящиеся энергоблоки из первого и второго превратились, соответственно, в шестой и седьмой. Инфа 110%. Желающие могут сразу же отправиться переписывать статьи в википедии, а я благодарю сотрудников отдела по связям со строящимися энергоблоками НВАЭС и особенно Татьяну, без которой бы эта экскурсия, скорее всего, не состоялась. Так же мои благодарности за ликбез по устройству атомных станций начальнику смены Роману Владимировичу Гридневу, а так же Владимиру vmulder — за приятную компанию.

—————————
Подписаться на обновления блога
Добавляйтесь! В социальных сетях я публикую анонсы свежих постов, а в инстаграме — самые красивые фотографии!

Использование моих фотографий в любых СМИ, в печатных материалах и на любых сайтах, за исключением личных блогов и страниц в социальных сетях, ЗАПРЕЩАЕТСЯ. Только после согласования со мной. Прочим копипастерам напоминаю, что при перепечатке фотографий и текста активная индексируемая ссылка на источник обязательна!

Как живет Фукусима спустя десять лет после аварии на АЭС | События в мире — оценки и прогнозы из Германии и Европы | DW

Сначала землетрясение 11 марта 2011 года разрушило основную систему электроснабжения, затем цунами затопило аварийные электрогенераторы. Вскоре ядерное топливо в трех из шести реакторов на атомной электростанции «Фукусима-1» перегрелось, что привело к расплавлению активной зоны. В результате водород, вырвавшись из баков высокого давления, несколько раз взорвался в энергоблоках. Телевизионные кадры облаков радиоактивного дыма над ядерным реактором врезались в коллективную память всего мира. Радиоактивные частицы загрязнили более 1000 квадратных километров, и более 160 000 жителей бежали из города.

Жители среди развалин города после землетрясения 11 марта 2011 года

Спустя десять лет видимых признаков катастрофы почти не осталось. Повсюду в 20-километровой зоне вокруг ядерного объекта экскаваторы и краны снесли офисные здания и дома, ставшие непригодными для проживания из-за землетрясения, многолетнего запустения и радиоактивного загрязнения. Горы мешков, содержащих все, что осталось после дезактивации, которые годами уродовали ландшафт, вывезены.

На многих полях и лугах установлены солнечные батареи. Но оценка десятой годовщины катастрофы губернатора Фукусимы Масао Учибори резко контрастная. «С одной стороны, уровень радиации упал. Мы провели дезактивацию, сегодня закрыто только 2,4 процента территории префектуры», — говорит Учибори. «С другой стороны, 37 000 бывших жителей все еще находятся в эвакуации»,- отмечает он.

Можно ли есть местные продукты в Фукусиме?

Тем временем все приказы об эвакуации из 20-километровой зоны отменены. Но большая часть населенных пунктов вблизи АЭС и к северо-западу от станции все еще сильно загрязнены. На общей площади в почти 340 кв. км радиоактивность как минимум в 50 раз превышает стандартный предел в один миллизиверт. Пока в этих городах созданы только небольшие дезактивированные особые экономические зоны, которые призваны служить плацдармом для будущего возвращения жителей.

Дезактивация в Фукусиме

В населенные пункты, расположенные на некотором отдалении от АЭС, вернулись от 30 до 60 процентов бывших жителей. Однако семей с детьми очень мало. Они опасаются радиации, да и многие уже прижились на новых местах. Таким образом, большинство репатриантов — пожилые люди. Например, 68-летняя Томоко Кобаяши, которая вместе с мужем управляет небольшим отелем в 14 км к северу от атомной электростанции.

После аварии она переехала к семье сына в большой город Нагоя. Но вскоре затосковала по родному дому. «Блюда и продукты в Нагое были не такими вкусными, как в Фукусиме, — говорит она. — Поэтому мы вернулись посмотреть, можно ли снова есть местные продукты».

Супружеская пара присоединилась к местной инициативной группе, члены которой проводят собственные замеры уровня радиации в почве, воздухе и продуктах питания. По их данным, потребление, например, местного риса и овощей совершенно безопасно.

Проблемы консервации АЭС

Привязанность к собственному клочку земли побудила вернуться также Сэймэя Сасаки. Его семья веками жила неподалеку от того места, где была построена атомная электростанция. Он традиционно сдает поля в аренду фермерам, выращивающим рис, а также получает доходы от небольшого леса. Бодрый 95-летний мужчина отремонтировал свой дом с традиционной типично изогнутой крышей.

Сэймэй Сасаки вернулся в свой дом

У него нет иллюзий относительно будущего. «Я надеюсь, что восстановление завершится как можно быстрее. Но пройдет 30, а может быть, даже 50 лет, пока все снова будет хорошо», — говорит он. «Я также хотел бы, чтобы больше людей снова занимались сельским хозяйством. Но арендаторов нет», — рассказывает Сасаки. По его словам, одна из причин — высокие компенсационные выплаты. «Многие эвакуированные купили новый дом в другом месте и не хотят возвращаться», — объясняет он.

Ситуация на самой АЭС также полна контрастов: расплавленное топливо охлаждается, а руины выдерживают новые толчки. Но из-за остающегося высокого уровня радиации дезактивация идет намного медленнее, чем планировалось. Кроме того, на территории находятся более 1000 резервуаров, содержащих 1,3 млн кубометров воды. Оператор АЭС компания Tepco хочет слить воду в Тихий океан, но правительство не дает разрешения, потому что в ней содержится радиоактивный тритий.

Остается открытым вопрос и о том, где держать расплавленное топливо, не говоря уже о том, как его можно захоронить. Но менеджер Tepco Акира Оно, отвечающий за консервацию разрушенных блоков, пока не хочет обсуждать эти вопросы. «Если вы спросите десять человек, вы получите десять мнений», — шутит он.

Япония не отказывается от атомной энергетики

В отличие от Германии, в самой Японии ядерная катастрофа не вызвала политических потрясений. Право-консервативная коалиция, поддерживающая ядерную энергетику, правит более восьми лет. Из-за необходимого переоснащения техники безопасности из первоначально запланированных 54 потребовалось перезапустить лишь каждый шестой реактор. Согласно опросам, большинство японцев против их дальнейшего использования, но это не влияет на результаты выборов, объясняет ученая-японовед Кристина Ивата-Вайкгенаннт (Kristina Iwata-Weickgenannt) из университета Нагои.

«За исключением 1960-х — начала 1970-х годов в Японии никогда не было ярко выраженной культуры протеста. Наоборот: политический активизм с тех пор подвергся сильной стигматизации», — говорит немецкий эксперт. В результате недовольство политикой сейчас чрезвычайно велико, но мало надежды на то, что уличные протесты приведут к изменениям, — полагает она. «В свете этого я не удивлена, что вспыхнувшие было протесты против ядерной энергетики в основном сошли на нет», — подчеркивает Ивата-Вайкгенаннт.

Однако в смой Фукусиме люди теперь полностью полагаются на «зеленую» электроэнергию. Ожидается, что ее доля увеличится здесь с 40 процентов сегодня до 100 процентов к 2041 году.

Смотрите также:

Переход к альтернативной энергетике
Уголь, нефть и газ — главные враги
Парниковым газом номер один является СО2. Сжигание угля, нефти и газа — это причина образования 65 процентов всех парниковых газов. Вырубка лесов обуславливает выделение 11 процентов СО2. Главными причинами появления в атмосфере метана (16 процентов) и оксида азота (шесть процентов) на сегодня являются индустриальные методы в сельском хозяйстве.
Переход к альтернативной энергетике
Требуется новый подход
Если все останется, как и прежде, то, согласно данным Всемирного совета ООН по защите климата (IPCC), к 2100 году температура на Земле поднимется на 3,7-4,8 градуса. Однако еще можно добиться того, чтобы этот показатель не превышал 2 градуса. Для этого необходимо как можно скорее отказаться от использования ископаемого топлива — эксперты по климату говорят, что самое позднее к 2050 году.
Переход к альтернативной энергетике
Энергия солнца как двигатель прогресса
Солнце постепенно становится самым дешевым источником энергии. Цены на солнечные батареи за последние пять лет упали почти на 80 процентов. В Германии стоимость энергии, полученной в результате применения фотовольтаики, составляет уже 7 центов за киловатт-час, в странах с большим количеством солнечных дней — меньше 5 центов.
Переход к альтернативной энергетике
Все больше и эффективнее
Энергия ветра очень недорога, и в мире наблюдается бум в этой области. В Германии 16 процентов всей электроэнергии вырабатывается на ветряных установках, в Дании — почти 40 процентов. К 2020 году Китай планирует удвоить выработку на ветряках — сегодня они производят 4 процента всей электроэнергии страны. Типичная ветряная турбина покрывает потребности 1900 немецких домашних хозяйств.
Переход к альтернативной энергетике
Дома без ископаемого топлива
Хорошо изолированные дома требуют сегодня очень мало энергии, как правило, для электро- и теплоснабжения достаточно солнечных батарей, установленных на крыше. Некоторые дома производят даже слишком много энергии — она в дальнейшем может быть использована, к примеру, для зарядки электромобиля.
Переход к альтернативной энергетике
Эффективное энергоснабжение экономит деньги и CO2
Важный момент в деле защиты климата — это эффективное использование энергии. Качественные светодиодные лампы потребляют десятую часть энергии, по сравнению с традиционными лампами накаливания. Это позволяет сократить выбросы СО2 и сэкономить деньги. Запрет на продажу ламп накаливания в ЕС дал дополнительный толчок развития светодиодным технологиям.
Переход к альтернативной энергетике
Экологически чистый транспорт
Нефть имеет сегодня большое значение для транспорта, но ситуация может измениться. Альтернативы уже существуют — к примеру, этот рейсовый автобус в Кельне работает на водородном топливе, которое вырабатывается с помощью ветра и солнца путем электролиза. Такой транспорт не выделяет СО2.
Переход к альтернативной энергетике
Первый серийный автомобиль на водороде
С декабря 2014 года Toyota начала продажи первого серийного автомобиля, работающего на водородном топливе. Заправка длится всего несколько минут и «полного бака» хватит на 650 км пути. Эксперты полагают, что экологически чистый транспорт может использовать водород, биогаз или аккумуляторы.
Переход к альтернативной энергетике
Топливо из фекалий и мусора
Этот автобус из британского Бристоля ездит на биометане (СН4). Газ, который получают в результате переработки человеческих фекалий и пищевых отходов. Для того, чтобы автобус проехал 300 км необходимо столько отходов, сколько пять человек производят за год.
Переход к альтернативной энергетике
Бум на рынке батарей
Хранение электроэнергии до сих пор стоит немало. Но техника развивается стремительно, цены снижаются, а на рынке наблюдается настоящий бум. Электромобили стоят все меньше и для многих людей они становятся реальной альтернативой привычному транспорту.
Переход к альтернативной энергетике
Прогресс в области «чистых» технологий
На планете все еще два миллиарда человек живут без электричества. Однако, поскольку солнечные батареи и светодиодные лампы становятся все доступнее, их начинают активно применять жители сельской местности, как, например, здесь, в Сенегале. В специальном киоске, оборудованном солнечными батареями, заряжают переносные светодиодные лампы.
Переход к альтернативной энергетике
Движение в защиту климата
Движение в защиту климата приобретает все больше сторонников, как, к примеру, здесь — в центре германской угольной промышленности в городе Дюссельдорф. Немецкий энергоконцерн E.ON делает ставку на возобновляемые источники энергии; по всему миру инвесторы отзывают средства из проектов, связанных с ископаемыми источниками энергии.
Автор: Максим Филимонов

Атомные электростанции — типы реакторов

Ядерные реакторы — это машины, которые сдерживают и контролируют цепные ядерные реакции, выделяя при этом тепло с контролируемой скоростью.

Атомная электростанция использует тепло, вырабатываемое ядерным реактором, для превращения воды в пар, который затем приводит в действие турбогенераторы, вырабатывающие электроэнергию.

АЭС США используют два типа ядерных реакторов

Атомные электростанции в Соединенных Штатах имеют либо реактор с кипящей водой, либо реактор с водой под давлением.

Ядерные реакторы с кипящей водой

В кипящем реакторе активная зона реактора нагревает воду, которая превращается непосредственно в пар в корпусе реактора. Пар используется для питания турбогенератора.

Схема кипящего ядерного реактора

Источник: Комиссия по ядерному регулированию США (общественное достояние)

Схема водо-водяного ядерного реактора

Источник: У. S. Комиссия по ядерному регулированию (общественное достояние)

Ядерные реакторы с водой под давлением

В реакторе с водой под давлением активная зона реактора нагревает воду и поддерживает ее под давлением, чтобы предотвратить превращение воды в пар. Эта горячая радиоактивная вода течет по трубам в парогенераторе.

Парогенератор представляет собой гигантский цилиндр, наполненный нерадиоактивной водой (или чистой водой). Внутри гигантского заполненного водой цилиндра находятся тысячи труб, заполненных горячей радиоактивной водой из активной зоны реактора, которые в конечном итоге доводят чистую воду до кипения и превращают ее в пар.

Радиоактивная вода возвращается в активную зону реактора для повторного нагрева, а после повторного нагрева возвращается в парогенератор. Чистая вода может поступать из одного из нескольких источников, таких как океаны, озера или реки.

Из 93 ядерных энергетических реакторов, действующих в США по состоянию на 1 июня 2021 года, 62 являются реакторами с водой под давлением.

Что такое малые модульные реакторы?

У.Министерство энергетики США поддерживает проектирование, сертификацию и коммерциализацию малых модульных реакторов (ММР). ММР составляют примерно одну треть от размера действующих и строящихся реакторов в США. SMR имеют простую компактную конструкцию, которую можно собрать на заводе и доставить поездом или грузовиком на площадку электростанции. Размер и простота ММР могут сократить время, необходимое для строительства новой атомной электростанции.

Последнее обновление: 14 июля 2021 г.

Атомная электростанция — Энергетическое образование

Атомные электростанции — это тип электростанции, использующей процесс ядерного деления для выработки электроэнергии.Они делают это, используя ядерные реакторы в сочетании с циклом Ренкина, где тепло, вырабатываемое реактором, преобразует воду в пар, который вращает турбину и генератор. Ядерная энергетика обеспечивает мир примерно 11% от общего объема электроэнергии, при этом крупнейшими производителями являются США и Франция. ^[1]

Рисунок 1. Атомная электростанция Дарлингтон в Онтарио вырабатывает энергию от четырех реакторов CANDU мощностью 878 МВт. ^[2]

Если не считать источника тепла, атомные электростанции очень похожи на электростанции, работающие на угле.Однако для них требуются другие меры безопасности, поскольку свойства ядерного топлива сильно отличаются от свойств угля или других ископаемых видов топлива. Они получают свою тепловую энергию от расщепления ядер атомов в активной зоне реактора, а уран сегодня является основным топливом в мире. Торий также потенциально может использоваться в производстве ядерной энергии, однако в настоящее время он не используется. Ниже приведена основная работа электростанции с кипящей водой, которая показывает многие компоненты электростанции, а также выработку электроэнергии.

Рис. 2. Ядерный реактор с кипящей водой в сочетании с циклом Ренкина составляет основу атомной электростанции. ^[3]

Компоненты и работа

Ядерный реактор

основной артикул

Реактор является ключевым компонентом электростанции, поскольку он содержит топливо и цепную ядерную реакцию, а также все ядерные отходы. Реактор является источником тепла для электростанции, точно так же, как котел для угольной электростанции.Уран является доминирующим ядерным топливом, используемым в ядерных реакторах, и реакции его деления — это то, что выделяет тепло внутри реактора. Затем это тепло передается теплоносителю реактора, который обеспечивает теплом другие части атомной электростанции.

Помимо использования в производстве электроэнергии, существуют и другие типы ядерных реакторов, которые используются для производства плутония, приведения в движение кораблей, самолетов и спутников, а также в исследовательских и медицинских целях. ^[4] Электростанция включает в себя не только реактор, но и градирни, турбины, генераторы и различные системы безопасности.Реактор — это то, что отличает его от других внешних тепловых двигателей.

Паровое поколение

Производство пара распространено на всех атомных электростанциях, но способы его осуществления сильно различаются.

Рисунок 3. Паровая турбина на электростанции. ^[5]

Наиболее распространенные электростанции в мире используют реакторы с водой под давлением, которые используют два контура циркулирующей воды для производства пара. ^[6] Первый контур подает очень горячую жидкую воду к теплообменнику, где циркулирует вода с более низким давлением.Затем он нагревается и выкипает до пара, после чего его можно направить в секцию турбины.

Реакторы с кипящей водой, второй по распространенности реактор в электроэнергетике, нагревают воду в активной зоне непосредственно до пара, как показано на рис. 2. ^[6]

Турбина и генератор

Рисунок 4. Две градирни атомной электростанции. ^[7]

После того, как пар произведен, он проходит под высоким давлением и скоростью через одну или несколько турбин. Они достигают чрезвычайно высоких скоростей, в результате чего пар теряет энергию и, следовательно, конденсируется обратно в более холодную жидкую воду. Вращение турбин используется для вращения электрогенератора, который производит электричество, которое отправляется в электрическую сеть. ^[8]

Градирни

Возможно, самым знаковым символом атомной электростанции являются градирни, показанные на рис. 4. Они работают для отвода отработанного тепла в атмосферу путем передачи тепла от горячей воды (из турбинной секции) более холодному наружному воздуху. ^[4] Горячая вода охлаждается при контакте с воздухом, а небольшая часть, около 2%, испаряется и поднимается вверх через верх.Более того, эти растения не выделяют углекислый газ — основной парниковый газ, который способствует изменению климата. Нажмите здесь, чтобы увидеть, как работает градирня.

Многие атомные электростанции просто отводят отработанное тепло в реку, озеро или океан вместо установки градирен. Многие другие электростанции, такие как угольные электростанции, также имеют градирни или большие водоемы. Это сходство существует потому, что процесс превращения тепла в электричество почти идентичен между атомными электростанциями и электростанциями, работающими на угле.

Эффективность

КПД атомной электростанции определяется аналогично другим тепловым машинам, поскольку технически станция представляет собой большую тепловую машину. Количество электроэнергии, произведенной на каждую единицу тепловой энергии, определяет тепловую эффективность установки, и в соответствии со вторым законом термодинамики существует верхний предел эффективности этих установок.

Обычные атомные электростанции достигают эффективности около 33-37%, что сопоставимо с электростанциями, работающими на ископаемом топливе.Более высокая температура и более современные конструкции, такие как ядерные реакторы поколения IV, потенциально могут достигать эффективности выше 45%. ^[6]

Дополнительное чтение

Пожалуйста, посетите следующие страницы для получения более подробной информации о ядерной науке и ее роли в энергетической отрасли.

Ссылки

↑ IEA (2014), «Мировые энергетические балансы», IEA World Energy Statistics and Balances (база данных). DOI: http://dx.doi.org.ezproxy.lib.ucalgary.ca/10.1787/data-00512-en
(По состоянию на февраль 2015 г.)
↑ Wikimedia Commons [в сети], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/58/Darlington_Nuclear_Generating_Station_panorama2.jpg
↑ NRC. (25 июня 2015 г.). Реактор с кипящей водой [Онлайн], Доступно: http://www.nrc.gov/reading-rm/basic-ref/students/animated-bwr.html
↑ ^4.0 ^4.1 Дж. Р. Ламарш и А.Дж. Баратта, «Неядерные компоненты атомных электростанций» в Введение в ядерную технику , 3-е изд., Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Prentice Hall, 2001, глава 4, раздел 3, стр. 129–133.
↑ wikimedia Commons [онлайн], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/79/Dampfturbine_Montage01.jpg
↑ ^6.0 ^6.1 ^6.2 Всемирная ядерная ассоциация. (30 июня 2015 г.). Nuclear Power Reactors [Онлайн], доступно: http://www.world-nuclear. org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Power-Reactors/Nuclear-Power-Reactors/
↑ Майкл Каппель на Flickr [онлайн], доступно: https://www.flickr.com/photos/m-i-k-e/6541544889
↑ Дж. Р. Ламарш и А. Дж. Баратта, «Энергетические реакторы и ядерные системы подачи пара» в Введение в ядерную технику , 3-е изд., Аппер-Сэдл-Ривер, Нью-Джерси: Prentice Hall, 2001, глава 4, раздел 5, стр. 136-185.

Атомная электростанция — Энергетическое образование

Атомные электростанции — это тип электростанции, использующей процесс ядерного деления для выработки электроэнергии. Они делают это, используя ядерные реакторы в сочетании с циклом Ренкина, где тепло, вырабатываемое реактором, преобразует воду в пар, который вращает турбину и генератор.Ядерная энергетика обеспечивает мир примерно 11% от общего объема электроэнергии, при этом крупнейшими производителями являются США и Франция. ^[1]

Если не считать источника тепла, атомные электростанции очень похожи на электростанции, работающие на угле. Однако для них требуются другие меры безопасности, поскольку свойства ядерного топлива сильно отличаются от свойств угля или других ископаемых видов топлива.Они получают свою тепловую энергию от расщепления ядер атомов в активной зоне реактора, а уран сегодня является основным топливом в мире. Торий также потенциально может использоваться в производстве ядерной энергии, однако в настоящее время он не используется. Ниже приведена основная работа электростанции с кипящей водой, которая показывает многие компоненты электростанции, а также выработку электроэнергии.