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 radi nuklearna elektrana.
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 uranijum) i opremljen je sistemima koji omogućavaju pokretanje, održavanje i kontrolirani prekid nuklearne reakcije. Rad nuklearne elektrane je sličan onom tradicionalne termoelektrane, u kojoj se toplinska energija proizvodi sagorijevanjem fosilnih goriva. Nasuprot tome, nuklearni reaktor dobiva toplinsku energiju iz lančanih reakcija nuklearne fisije koje se javljaju unutar atoma uranijuma prisutnih u nuklearnom gorivu.
Generirana toplotna energija se koristi za zagrijavanje vode dok ne dostigne tačku isparavanja, pretvarajući se u para pod visokim pritiskom i temperaturom. Ova para Pokreće turbinu spojenu na generator, koji pretvara mehaničku energiju proizvedenu rotacijom turbine u električnu energiju.
Iako postoji nekoliko tipova nuklearnih reaktora, izdvajaju se dva specifična dizajna koji zajedno predstavljaju više od 80% od gotovo 450 operativnih jedinica širom svijeta: reaktor s vodom pod pritiskom (PWR) i reaktor s vodom pod pritiskom (BWR).
Rad reaktora sa vodom pod pritiskom (PWR)
Bitno je napomenuti da se tokom nuklearne fisije, jezgra teških atoma, koja su pogođena neutronima, raspadaju na manja, lakša jezgra. Ovaj proces oslobađa energiju koja veže protone i neutrone i rezultira emisijom dva ili tri neutrona. Ovi neutroni emituju Oni su u stanju da izazovu dodatne fisije interakcijom sa drugim teškim jezgrima, koje će zauzvrat osloboditi više neutrona, nastavljajući ciklus. Ovaj kaskadni efekat poznat je kao lančana reakcija nuklearne fisije.
Rad nuklearne elektrane može se sažeti u sljedeće faze:
- U nuklearnom reaktoru, Uranijum se podvrgava fisiji koja stvara značajnu količinu energije koja zagreva rashladnu vodu pod visokim pritiskom koja cirkuliše kroz sistem. Ova zagrijana voda se zatim transportuje kroz primarni krug do izmjenjivača topline, poznatog kao generator pare, gdje olakšava proizvodnju vodene pare.
- Turbinsko-generatorski sklop prima paru kroz sekundarni krug. Po dolasku, para rotira lopatice turbine. Ova rotacija osovine turbine zatim pokreće alternator, pretvarajući mehaničku energiju u električnu.
- Nakon što vodena para prođe kroz turbinu, odlazi u kondenzator, gdje se hladi i ponovo pretvara u tečnu vodu.
- Voda se zatim vraća u generator pare kako bi ponovo proizvela paru, koja radi unutar zatvorene petlje.
Ključne komponente nuklearne elektrane
Ranije smo rekli da je nuklearni reaktor postrojenje dizajnirano da pokreće, održava i prekida lančane reakcije fisije na kontroliran način, opremljeno potrebnim mehanizmima za izdvajanje proizvedene topline. Reaktor je glavni element elektrane i funkcionira kao mjesto gdje se skladišti nuklearno gorivo.
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 neophodnih za održavanje lančane reakcije. Isporučuje se u čvrstom obliku, koji se sastoji od cilindričnih tableta umotanih u metalne šipke dužine približno četiri metra.
- Moderator: Supstanca koja smanjuje brzinu brzih neutrona nastalih tokom 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 uranijskom gorivu.
- Kontrolne trake: Oni su kontrolne komponente reaktora i funkcionišu kao apsorberi neutrona. Sastoje se od bor karbida ili indijum-kadmijuma, ove šipke omogućavaju kontinuirano upravljanje populacijom neutrona, osiguravajući stabilnost reaktora i olakšavajući njegovo gašenje kada je to potrebno.
- oklop: Služi za sprječavanje izlaska radijacije i neutrona iz reaktora u vanjsko okruženje. Obično se u tu svrhu koriste materijali poput betona, čelika ili olova.
- Sigurnosne značajke: Svako nuklearno postrojenje opremljeno je brojnim sigurnosnim sistemima koji su dizajnirani da spriječe ispuštanje radioaktivnosti u okolinu, uključujući i zaštitnu strukturu.
- Regulator pritiska: To je kritična komponenta primarnog rashladnog kruga. Ovaj regulator održava ravnotežu između tečne i parne faze u uslovima zasićenja kako bi efikasno upravljao pritiskom unutar reaktora.
- Reaktorska posuda: Zahvaća nuklearni reaktor, gdje dolazi do lančane reakcije fisije. Jezgro ovog plovila čine gorivi elementi.
- Generatori pare: Oni funkcioniraju kao izmjenjivači topline, u kojima rashladna voda primarnog kruga teče kroz invertirane cijevi u obliku slova U i prenosi svoju toplinsku energiju na vodu sekundarnog kruga, pretvarajući je na taj način u vodenu paru.
- Zgrada za zadržavanje: To je kućište koje sadrži sistem za hlađenje reaktora zajedno sa nekoliko pomoćnih sistema i deluje kao zaštitna barijera tokom normalnog rada, efikasno sprečavajući izlazak zagađujućih supstanci u spoljašnju sredinu. U kombinaciji s drugim sigurnosnim sistemima, on ima kritičnu odgovornost za sprječavanje mogućeg ispuštanja fisionih produkata u atmosferu u slučaju nesreće.
- turbina: Postrojenje je dizajnirano za hvatanje vodene pare iz generatora pare, pretvarajući njenu energiju u mehaničku energiju rotacije kroz lopatice. Nekoliko sekcija je predviđeno za ekspanziju pare. Osovina je sigurno pričvršćena na osovinu alternatora.
- Alternator: Uređaj koji proizvodi električnu energiju pretvaranjem rotacione mehaničke energije turbine u električnu energiju srednjeg napona i visokog intenziteta.
- transformator: Uređaj dizajniran za podizanje napona električne energije koju generiše alternator kako bi se smanjili gubici tokom njegovog prijenosa do potrošačkih mjesta.
- Voda za hlađenje: Voda iz rijeke, rezervoara ili mora služi za kondenzaciju vodene pare unutar kondenzatora. Ova voda se može vratiti direktno u izvorni izvor, poznat kao otvorena petlja, ili reciklirati kroz rashladni toranj u sistemu zatvorene petlje.
- rashladni tornjevi: Oni olakšavaju odvođenje dijela zaostale topline koja nastaje prilikom proizvodnje električne energije u atmosferu, služeći kao izvor hladnoće. Ovaj sistem se koristi za hlađenje vode koja cirkuliše kroz kondenzator, koji je sastavna komponenta pomoćnog rashladnog kruga postrojenja.
- Kondenzator: Izmjenjivač topline se sastoji od niza cijevi koje olakšavaju cirkulaciju rashladne vode. Isparena voda koja ulazi u kondenzator iz turbine prolazi kroz proces ukapljivanja, prelazeći u tečnu fazu. Ovaj proces stvara vakuum koji poboljšava radnu efikasnost turbine.
Nadam se da uz ove informacije možete saznati više o tome kako nuklearna elektrana funkcionira iznutra.