Raport: Centrale nucleare. Centrale Nucleare Centrale Nucleare Fizica Post

Centrale nucleare

Întocmită de un elev de clasa 11A

MBOU SOSH №70

Andreeva Anna 2014

Introducere

Istoria creației

Dispozitiv și „celebrități”

1 Cum funcționează

2 Clasificare

3 Centrale nucleare notabile

1 Avantaje

2 Dezavantaje

3 Are viitor centrala nucleară?

Bibliografie

Introducere

Despre energie și combustibil

Centrală nucleară (CNE) - o instalație nucleară pentru producerea de energie în anumite moduri și condiții de utilizare, situată pe teritoriul definit de proiect, pe care se află un reactor nuclear (reactoare) și un set de sisteme, dispozitive, echipamente necesare iar în acest scop se folosesc structuri cu muncitorii necesari (personal).

Fisiunea unui nucleu atomic poate avea loc spontan sau atunci când o particulă elementară intră în el. Dezintegrarea spontană nu este utilizată în energia nucleară din cauza intensității sale foarte scăzute.

Izotopii de uraniu - uraniu-235 și uraniu-238, precum și plutoniu-239 - pot fi utilizați în prezent ca material fisionabil.

O reacție în lanț are loc într-un reactor nuclear. Nucleele de uraniu sau plutoniu se dezintegrează, odată cu formarea a doi sau trei nuclee ai elementelor din mijlocul tabelului periodic, se eliberează energie și se formează doi sau trei neutroni, care, la rândul lor, pot reacționa cu alți atomi și, provocând fisiunea lor, continuă reacția în lanț. Pentru dezintegrarea unui nucleu atomic, o particulă elementară cu o anumită energie trebuie să-l lovească (valoarea acestei energii trebuie să se afle într-un anumit interval: o particulă mai lentă sau mai rapidă se va respinge pur și simplu din nucleu fără a pătrunde în el). De exemplu, uraniul-238 este fisionabil numai de neutroni rapizi. În timpul diviziunii sale, se eliberează energie și se formează 2-3 neutroni rapizi. Datorită faptului că acești neutroni rapizi sunt încetiniți în substanța uraniului-238 la viteze incapabile să provoace fisiunea nucleului de uraniu-238, o reacție în lanț în uraniu-238 nu poate avea loc.

1. Istoria creației

În a doua jumătate a anilor '40, chiar înainte de încheierea lucrărilor de creare a primei bombe atomice sovietice (testarea acesteia a avut loc la 29 august 1949), oamenii de știință sovietici au început să dezvolte primele proiecte pentru utilizarea pașnică a energiei atomice. , a cărei direcție generală a devenit imediat industria energiei electrice.

În 1948, la propunerea lui I.V. Kurchatov și, în conformitate cu instrucțiunile partidului și guvernului, au început primele lucrări aplicație practică energia atomului pentru a genera electricitate.

În mai 1950, lângă satul Obninskoye, regiunea Kaluga, au început lucrările la construcția primei centrale nucleare din lume.

Prima centrală nucleară industrială din lume cu o capacitate de 5 MW a fost lansată la 27 iunie 1954 în URSS, în orașul Obninsk, situat în regiunea Kaluga. În 1958, a fost pusă în funcțiune prima etapă a CNE din Siberia cu o capacitate de 100 MW, ulterior capacitatea de proiectare completă a fost mărită la 600 MW. În același an, a început construcția centralei nucleare industriale Beloyarsk, iar la 26 aprilie 1964, generatorul din prima etapă a dat curent consumatorilor. Unitatea 1 a fost lansată în septembrie 1964 CNE Novovoronezh cu o capacitate de 210 MW. A doua unitate cu o capacitate de 365 MW a fost lansată în decembrie 1969. În 1973, a fost lansată CNE Leningrad.

În afara URSS, prima centrală nucleară industrială cu o capacitate de 46 MW a fost pusă în funcțiune în 1956 la Calder Hall (Marea Britanie). Un an mai târziu, o centrală nucleară de 60 MW a fost pusă în funcțiune în Shippingport (SUA).

Mai 1989, la adunarea fondatoare de la Moscova, a fost anunțată formarea oficială a Asociației Mondiale a Operatorilor de Centrale Nucleare (WANO), o asociație profesională internațională care unește organizațiile care operează centrale nucleare din întreaga lume. Asociația și-a stabilit obiective ambițioase de îmbunătățire a siguranței nucleare în întreaga lume, implementând programele sale internaționale.

2. Dispozitiv și „celebrități”

1 Cum funcționează

Figura prezintă o diagramă a funcționării unei centrale nucleare cu un reactor de putere cu apă sub presiune cu dublu circuit. Energia eliberată în miezul reactorului este transferată la lichidul de răcire primar (lichidul de răcire este o substanță lichidă sau gazoasă care trece prin volumul miezului). Mai mult, lichidul de răcire intră în schimbătorul de căldură (generatorul de abur), unde încălzește apa din al doilea circuit până la fierbere. Aburul rezultat intră în turbinele care rotesc generatoarele electrice. La ieșirea din turbine, aburul intră în condensator, unde este răcit de o cantitate mare de apă care vine din rezervor.

Compensatorul de presiune este un design destul de complex și greoi, care servește la egalizarea fluctuațiilor de presiune din circuit în timpul funcționării reactorului, care decurg din dilatarea termică a lichidului de răcire. Presiunea din primul circuit poate ajunge la 160 de atmosfere.

Pe lângă apă, topiturile de metale pot fi folosite și ca agent de răcire în diferite reactoare: sodiu, plumb, aliaj de plumb-bismut etc. Utilizarea lichidelor de răcire din metal face posibilă simplificarea designului carcasei miezului reactorului (în Spre deosebire de circuitul de apă, presiunea din circuitul de metal lichid nu depășește valoarea atmosferică), scăpați de compensatorul de presiune.

Dacă este imposibil să folosiți o cantitate mare de apă pentru condensarea aburului, în loc să folosiți un rezervor, apa poate fi răcită în turnuri speciale de răcire (turnuri de răcire), care, datorită dimensiunii lor, sunt de obicei partea cea mai vizibilă a o centrală nucleară.

Astfel, la o centrală nucleară au loc trei transformări reciproce ale formelor de energie: energia nucleară este transformată în energie termică, energia termică - în mecanică, mecanică - în energie electrică.

2 Clasificare

Într-un circuit cu o singură buclă (Fig. 2 a), aburul este generat direct în reactor și intră în turbina cu abur, al cărei arbore este conectat la arborele generatorului. Aburul evacuat din turbină este condensat într-un condensator și alimentat înapoi în reactor printr-o pompă de alimentare. Astfel, în această schemă, lichidul de răcire este simultan un fluid de lucru. Avantajul centralelor nucleare cu un singur circuit este simplitatea lor și costul mai mic al echipamentului în comparație cu centralele nucleare realizate conform altor scheme, iar dezavantajul este radioactivitatea lichidului de răcire, care impune cerințe suplimentare în proiectarea și funcționarea instalațiilor cu turbine cu abur la CNE.

Orez. 2 a - un singur circuit; b - dublu circuit; в - trei circuite; 1 - reactor; 2 - turbină cu abur; 3 - generator electric; 4 - condensator; 5 - pompa de alimentare; 6 - pompa de circulatie; 7 - compensator de volum; 8 - generator de abur; 9 - schimbător de căldură intermediar

În schema termică cu două circuite a unei centrale nucleare (Fig. 2 b), circuitele lichidului de răcire și ale fluidului de lucru sunt separate. Circuitul de lichid de răcire pompat prin reactor și generatorul de abur de către o pompă de circulație se numește primul sau reactor, iar circuitul fluidului de lucru se numește al doilea. Ambele circuite sunt închise, iar schimbul de căldură între lichidul de răcire și fluidul de lucru se realizează în generatorul de abur. Turbina, care face parte din circuitul secundar, funcționează în absența activității radiațiilor, ceea ce simplifică funcționarea acesteia. În reactoarele cu neutroni rapizi, este exclusă utilizarea materialelor care încetinesc neutronii, prin urmare nu se folosește apa ca agent de răcire, ci sodiul topit, care încetinește neutronii într-o măsură foarte mică și, având proprietăți termofizice bune, asigură un transfer eficient de căldură. . Dezavantajele sodiului ca agent de răcire sunt interacțiunea chimică crescută cu apa și aburul și o activitate indusă mare atunci când este iradiat cu neutroni într-un reactor. Prin urmare, pentru a exclude contactul sodiului radioactiv cu apa sau aburul, se creează un circuit intermediar.

În schemele NPP cu trei circuite (Fig.2c), lichidul de răcire radioactiv al circuitului primar (sodiu lichid) este pompat prin reactor și schimbătorul de căldură intermediar, în care degajă căldură lichidului de răcire neradioactiv pompat prin intermediar. schimbător de căldură circuit - generator de abur. Conturul fluidului de lucru este similar cu schema NPP cu două circuite. Al doilea circuit exclude posibila interacțiune a sodiului radioactiv cu apa atunci când apar scurgeri în pereții de schimb de căldură ai generatorului de abur. Introducerea acestui circuit duce la o creștere suplimentară a costurilor de capital cu 15 - 20%, dar crește fiabilitatea și siguranța stației.

3 Centrale nucleare notabile

CNE Balakovo este o centrală nucleară situată la 8 km de orașul Balakovo, Regiunea Saratov, pe malul stâng al lacului de acumulare Saratov. Este cea mai mare centrală nucleară din Rusia în ceea ce privește generarea de energie electrică - peste 30 de miliarde de kWh anual, ceea ce asigură un sfert din producția de energie electrică în Volga. District federalși reprezintă o cincime din generația tuturor centralelor nucleare din Rusia. Printre cele mai mari centrale electrice de toate tipurile din lume este pe locul 51. Prima unitate de putere BalNPP a fost inclusă în Sistemul Energetic Unificat al URSS în decembrie 1985, a patra unitate în 1993 a devenit prima care a fost pusă în funcțiune în Rusia după prăbușirea URSS.

CNE Obninsk este o centrală nucleară situată în orașul Obninsk, regiunea Kaluga. Este prima centrală nucleară industrială din lume conectată la o singură rețea electrică. În prezent, CNE Obninsk a fost dezafectată. Reactorul său a fost oprit pe 29 aprilie 2002, după ce a funcționat cu succes aproape 48 de ani. Oprirea reactorului a fost cauzată de inutilitatea științifică și tehnică a funcționării sale ulterioare. CNE Obninsk este prima centrală nucleară închisă din Rusia.

Centrala nucleară Kashiwazaki-Kariwa, de asemenea, cea mai mare centrală nucleară din lume, este situată în prefectura Niigata din Japonia, lângă orașul Kashiwazaki. Construcția Kashiwazaki-Kariva a început în 1977 și a fost pusă în funcțiune în 1985. Kashiwazaki Kariva NPP - include pe acest momentșapte reactoare. Capacitatea totală a celei mai mari centrale nucleare din lume și Japonia, Kashiwazaki-Kariva, este de 8.212 MW. Această capacitate, de exemplu, este aproape de două ori mai mare decât capacitatea totală a centralelor nucleare din India, care este a șasea ca mărime din lume în ceea ce privește numărul de reactoare.

3. Rezultate

1 Avantaje

Principalul avantaj al centralelor nucleare este independența practică față de sursele de combustibil datorită volumului mic de utilizare. Costul transportului combustibilului nuclear, spre deosebire de combustibilul tradițional, este neglijabil. În Rusia, acest lucru este deosebit de important în partea europeană, deoarece livrarea cărbunelui din Siberia este prea scumpă.

Un avantaj uriaș al unei centrale nucleare este respectarea relativă a mediului. La TPP, emisiile totale anuale de substanțe nocive, care includ gaz sulfuros, oxizi de azot, oxizi de carbon, hidrocarburi, aldehide și cenușă zburătoare, variază de la aproximativ 13.000 de tone pe an la TPP-urile cu gaz și până la 165.000 de tone la TPP-urile pe cărbune pulverizat. Astfel de emisii la centralele nucleare sunt complet absente.

Centralele termice cu o capacitate de 1000 MW consumă 8 milioane de tone de oxigen pe an pentru oxidarea combustibilului, în timp ce centralele nucleare nu consumă deloc oxigen. În plus, o stație pe cărbune dă o emisie specifică mai mare de substanțe radioactive.

De asemenea, unele centrale nucleare elimină o parte din căldura pentru încălzire și alimentarea cu apă caldă a orașelor, ceea ce reduce pierderile neproductive de căldură, există proiecte existente și promițătoare de utilizare a căldurii „excesului” în complexe energetice și biologice (crescul de pește, stridii). cultivarea, încălzirea serelor etc.).

Avantajul centralelor nucleare în ceea ce privește costul energiei electrice produse se remarcă mai ales în timpul așa-numitelor crize energetice care au început la începutul anilor '70. Scăderea prețului petrolului reduce automat competitivitatea centralelor nucleare.

3.2 Dezavantaje

Cu toate acestea, în ciuda curățeniei ecologice relative, orice centrală nucleară are un impact asupra mediu inconjuratorîn trei domenii:

· Emisii gazoase (inclusiv radioactive) în atmosferă;

· Emisii de cantitati mari de caldura;

Cel mai mare pericol este reprezentat de posibilitatea unui accident la o centrală nucleară, care are consecințe îngrozitoare. Datorită celei mai puternice degajări de căldură, miezul reactorului se poate topi și substanțele radioactive pot pătrunde în mediu. Dacă există apă în reactor, atunci în cazul unui astfel de accident se va descompune în hidrogen și oxigen, ceea ce va duce la o explozie a gazului detonant în reactor și o distrugere suficient de gravă nu numai a reactorului, ci a întregului unitate de putere cu contaminare radioactivă a zonei.

Pentru a proteja oamenii și atmosfera de emisiile radioactive, la centralele nucleare se iau măsuri speciale:

Îmbunătățirea fiabilității echipamentelor CNE,

Dublarea sistemelor vulnerabile,

Cerințe ridicate pentru calificarea personalului,

· Protecție și protecție împotriva influențelor externe.

Înconjurarea CNE cu o zonă de protecție sanitară

3 Are viitor centrala nucleară?

Academicianul Anatoly Alexandrov credea că „puterea nucleară pe scară largă va fi cea mai mare binecuvântare pentru omenire și va rezolva o serie de probleme acute”.

Metodele alternative de generare a energiei din energia mareelor, a vântului, a soarelui, a surselor geotermale etc. sunt în prezent inferioare ca productivitate față de energia tradițională. Aceste tipuri de producție de energie au un impact negativ asupra turismului, unele centrale mareomotrice dând naștere plângerilor windsurferilor. În plus, atunci când câmpul eolian este folosit în grupuri, turbinele eoliene creează o vibrație de joasă frecvență de care pot suferi animalele.

În prezent, se dezvoltă proiecte internaționale de reactoare nucleare de nouă generație, de exemplu, GT-MGR, care promit să îmbunătățească siguranța și să crească eficiența centralelor nucleare.

Rusia a început construcția primei centrale nucleare plutitoare din lume pentru a rezolva problema penuriei de energie în regiunile de coastă îndepărtate ale țării.

SUA și Japonia dezvoltă minicentrale nucleare cu o capacitate de aproximativ 10-20 MW în scopul alimentării cu energie termică și electrică a industriilor individuale, ansamblurilor rezidențiale și, în viitor, caselor individuale. Odată cu scăderea capacității fabricii, scara așteptată a producției crește. Reactoarele de dimensiuni mici (de exemplu, Hyperion NPP) sunt create folosind tehnologii sigure care reduc foarte mult posibilitatea scurgerii de material nuclear.

O perspectivă și mai interesantă, deși relativ îndepărtată, este utilizarea energiei de fuziune nucleară. Reactoarele de fuziune, conform calculelor, vor consuma mai puțin combustibil pe unitatea de energie, iar atât combustibilul în sine (deuteriu, litiu, heliu-3) cât și produsele sintezei lor nu sunt radioactive și, prin urmare, ecologice.

În prezent, cu participarea Rusiei, Statelor Unite, Japoniei și Uniunii Europene în sudul Franței, la Cadarache este în derulare construcția reactorului termonuclear experimental internațional ITER.

reactorul centralei nucleare

Bibliografie

1.V.A. Ivanov „Operațiunea NPP”, manual, 1994;

T.X. Margulova „Centrale nucleare”, manual, ed. a 5-a, 1994.

Energia este una dintre cele mai globale probleme ale omenirii. Infrastructura civilă, industria, forțele militare necesită cantități uriașe de electricitate și o tonă de minerale sunt alocate anual pentru a o genera. Problema este că aceste resurse nu sunt nesfârșite, iar acum, deși situația este mai mult sau mai puțin stabilă, trebuie să te gândești la viitor. Speranțe uriașe au fost puse pe o energie alternativă, curată, însă, după cum arată practica, rezultatul final este departe de cel dorit. Costurile centralelor solare sau eoliene sunt enorme, iar cantitatea de energie este minimă. Și de aceea centralele nucleare sunt acum considerate cea mai promițătoare opțiune pentru dezvoltarea ulterioară.

Istoria CNE

Primele idei privind utilizarea atomului pentru a genera energie electrică au apărut în URSS în jurul anilor 40 ai secolului XX, cu aproape 10 ani înainte de crearea propriilor arme de distrugere în masă pe această bază. În 1948, a fost dezvoltat principiul de funcționare al unei centrale nucleare și, în același timp, s-a dovedit pentru prima dată în lume să alimenteze dispozitive din energie atomică. În 1950, Statele Unite au finalizat construcția unui mic reactor nuclear, care la acea vreme putea fi considerat singura centrală electrică de acest tip de pe planetă. Adevărat, a fost experimental și a produs doar 800 de wați de putere. În același timp, în URSS se pune bazele primei centrale nucleare cu drepturi depline din lume, deși după punerea sa în funcțiune încă nu a produs energie electrică la scară industrială. Acest reactor a fost folosit mai mult pentru a perfecționa tehnologia.

Din acel moment, în întreaga lume a început construcția masivă a centralelor nucleare. Pe lângă liderii tradiționali din această „cursă”, SUA și URSS, primele reactoare au apărut în:

1956 - Marea Britanie.
1959 - Franța.
1961 - Germania.
1962 - Canada.
1964 - Suedia.
1966 - Japonia.

Numărul de centrale nucleare construite a crescut constant, până la dezastrul de la Cernobîl, după care construcția a început să înghețe și, treptat, multe țări au început să abandoneze energia nucleară. În prezent, noi astfel de centrale electrice apar în principal în Rusia și China. Unele țări care anterior plănuiau să treacă la un alt tip de energie revin treptat la program și în viitorul apropiat este posibil un alt salt în construcția de centrale nucleare. Aceasta este o etapă obligatorie în dezvoltarea umanității, cel puțin până când se găsesc alte opțiuni eficiente de producere a energiei.

Caracteristicile energiei nucleare

Cel mai important plus este generarea unei cantități uriașe de energie din cost minim combustibil practic fără contaminare. Principiul de funcționare a unui reactor nuclear la o centrală nucleară se bazează pe un simplu motor cu abur și folosește apa ca element principal (fără a lua în calcul combustibilul în sine), prin urmare, din punct de vedere al ecologiei, daunele sunt minime. Pericolul potențial al acestui tip de centrale este mult exagerat. Cauzele dezastrului de la Cernobîl nu au fost încă stabilite în mod fiabil (mai multe despre asta mai jos) și, mai mult, toate informațiile culese în timpul anchetei au făcut posibilă modernizarea stațiilor existente, excluzând chiar și opțiunile improbabile pentru emisiile de radiații. Ecologiștii spun uneori că astfel de stații sunt o sursă puternică de poluare termică, dar nici acest lucru nu este în întregime adevărat. Într-adevăr, apa caldă din circuitul secundar intră în rezervoare, dar cel mai adesea se folosesc versiunile lor artificiale, create special pentru aceasta, iar în alte cazuri ponderea unei astfel de creșteri a temperaturii nu poate fi comparată cu poluarea din alte surse de energie.

Problema cu combustibilul

Combustibilul - uraniu-235 - joacă un rol important în popularitatea centralelor nucleare. Este necesar mult mai puțin decât orice alt tip cu o eliberare uriașă simultană de energie. Principiul de funcționare al unui reactor de centrală nucleară implică utilizarea acestui combustibil sub formă de „pelete” speciale așezate în tije. De fapt, singura dificultate în acest caz este de a crea tocmai o astfel de formă. Cu toate acestea, recent au început să apară informații că rezervele mondiale actuale nu vor fi suficiente pentru o lungă perioadă de timp. Dar acest lucru este deja prevăzut. Cele mai noi reactoare cu trei bucle funcționează cu uraniu-238, din care există o mulțime, iar problema penuriei de combustibil va dispărea pentru mult timp.

Principiul de funcționare a unei centrale nucleare cu dublu circuit

După cum am menționat mai sus, se bazează pe un motor cu abur convențional. Pe scurt, principiul de funcționare al unei centrale nucleare este de a încălzi apa din circuitul primar, care la rândul său încălzește apa din circuitul secundar până la starea de abur. Iese în turbină, rotind paletele, în urma căreia generatorul generează energie electrică. Aburul „deșeu” intră în condensator și se transformă înapoi în apă. Se obține astfel un ciclu aproape închis. În teorie, toate acestea ar putea funcționa și mai ușor, folosind un singur circuit, dar acest lucru este deja cu adevărat nesigur, deoarece apa din el în teorie poate fi contaminată, ceea ce este exclus atunci când se utilizează un standard de sistem pentru majoritatea centralelor nucleare cu două ape izolate. cicluri.

Principiul de funcționare a unei centrale nucleare cu trei circuite

S-a terminat deja centralele moderne care funcționează cu uraniu-238. Rezervele sale reprezintă mai mult de 99% din toate elementele radioactive din lume (de aici și perspectivele uriașe de utilizare). Principiul de funcționare și proiectare a unei centrale nucleare de acest tip constă în prezența a până la trei circuite și utilizarea activă a sodiului lichid. În general, totul rămâne cam la fel, dar cu adăugiri minore. În primul circuit, încălzit direct din reactor, acest sodiu lichid circulă la temperatură ridicată. Cel de-al doilea cerc se încălzește de la primul și, de asemenea, folosește același lichid, dar nu atât de fierbinte. Și abia atunci, deja în al treilea circuit, se folosește apa, care se încălzește de la a doua la starea de abur și rotește turbina. Sistemul se dovedește a fi mai complex din punct de vedere tehnologic, dar este necesar să se construiască o astfel de centrală nucleară o singură dată, iar apoi tot ce rămâne este să te bucuri de roadele muncii.

Cernobîl

Principiul de funcționare al centralei nucleare de la Cernobîl este considerată a fi principala cauză a dezastrului. Oficial, există două versiuni ale celor întâmplate. Una câte una, problema a apărut din cauza acțiunilor improprii ale operatorilor reactorului. Potrivit celui de-al doilea - din cauza proiectării nereușite a centralei electrice. Cu toate acestea, principiul de funcționare al centralei nucleare de la Cernobîl a fost folosit și în alte centrale de acest tip, care funcționează regulat până în prezent. Se crede că a avut loc un lanț de accidente, care este aproape imposibil de repetat. Acesta este un mic cutremur în acea zonă, un experiment cu un reactor, probleme minore ale designului în sine și așa mai departe. Împreună, acest lucru a provocat explozia. Cu toate acestea, motivul care a provocat o creștere bruscă a puterii reactorului atunci când nu ar fi trebuit să o facă, este încă necunoscut. A existat chiar și o părere despre un posibil sabotaj, dar nu s-a putut dovedi nimic până astăzi.

Fukushima

Acesta este un alt exemplu de dezastru global care implică o centrală nucleară. Și în acest caz, cauza a fost un lanț de accidente. Stația a fost protejată în mod fiabil de cutremure și tsunami, care nu sunt neobișnuite pe coasta japoneză. Puțini și-ar fi putut imagina că ambele evenimente se vor întâmpla în același timp. Principiul de funcționare al generatorului CNE Fukushima a presupus utilizarea surselor externe de energie pentru a menține în funcționare întregul complex de siguranță. Aceasta este o măsură rezonabilă, deoarece ar fi dificil să obțineți energie din centrală în timpul unui accident. Din cauza cutremurului și a tsunami-ului, toate aceste surse au fost în neregulă, din cauza cărora reactoarele s-au topit și s-a produs o catastrofă. Acum se iau măsuri pentru eliminarea pagubelor. Potrivit experților, acest lucru va dura încă 40 de ani.

În ciuda întregii sale eficiențe, energia atomică este încă destul de costisitoare, deoarece principiile de funcționare ale generatorului de abur al unei centrale nucleare și ale celorlalte componente ale acesteia implică costuri uriașe de construcție care trebuie recuperate. În prezent, electricitatea din cărbune și petrol este încă mai ieftină, dar aceste resurse se vor epuiza în următoarele decenii, iar în următorii câțiva ani energia nucleară va fi mai ieftină decât orice altceva. În prezent, electricitatea ecologică din surse alternative de energie (centrale eoliene și solare) costă de aproximativ 20 de ori mai mult.

Se crede că principiul de funcționare a centralelor nucleare nu permite construirea rapidă a unor astfel de centrale. Nu este adevarat. Este nevoie de aproximativ 5 ani pentru a construi o clădire medie de acest tip.

Stațiile sunt perfect protejate nu numai de potențialele emisii de radiații, ci și de majoritatea factori externi... De exemplu, dacă teroriștii ar alege orice centrală nucleară în locul turnurilor gemene, ei ar putea provoca doar daune minime infrastructurii din jur, ceea ce nu ar afecta în niciun fel funcționarea reactorului.

Rezultate

Principiul de funcționare al unei centrale nucleare practic nu diferă de principiul de funcționare al majorității celorlalte centrale electrice tradiționale. Energia aburului este folosită peste tot. Centralele hidroelectrice folosesc presiunea apei curgătoare și chiar și acele modele care funcționează cu energia de la soare folosesc și un lichid care este încălzit până la fierbere și rotește turbinele. Singura excepție de la această regulă sunt centralele eoliene, în care palele se rotesc din cauza mișcării maselor de aer.

Centrale nucleare

Dispoziții generale. Centralele nucleare (CNP) sunt în esență centrale termice care utilizează energia termică a reacțiilor nucleare.

Posibilitatea de a utiliza combustibil nuclear, în principal uraniu 235 U, ca sursă de căldură este asociată cu implementarea unei reacții în lanț de fisiune a materiei și eliberarea unei cantități uriașe de energie. Într-un reactor nuclear este prevăzută o reacție în lanț controlată și auto-susținută de fisiunea uraniului. Datorită eficienței fisiunii nucleelor de uraniu 235 U atunci când sunt bombardate cu neutroni termici lenți, reactoarele pe neutroni termici lenți încă predomină. Ca combustibil nuclear se folosește de obicei izotopul de uraniu 235 U, al cărui conținut în uraniu natural este de 0,714%; cea mai mare parte a uraniului este izotopul 238 U (99,28%). Combustibilul nuclear este de obicei folosit sub formă solidă. Este închis într-o teacă de protecție. Elementele de combustibil de acest fel se numesc bare de combustibil, ele sunt instalate în canalele de lucru ale miezului reactorului. Energia termică eliberată în timpul reacției de fisiune este îndepărtată din miezul reactorului folosind un lichid de răcire care este pompat sub presiune prin fiecare canal de lucru sau prin întregul miez. Cel mai comun mediu de încălzire este apa, care este bine purificată.

Reactoarele răcite cu apă pot funcționa în mod cu apă sau cu abur. În al doilea caz, aburul este produs direct în miezul reactorului.

Fisiunea nucleelor de uraniu sau plutoniu produce neutroni rapizi, a căror energie este mare. În uraniul natural sau slab îmbogățit, unde conținutul de 235 U este mic, nu se dezvoltă o reacție în lanț pe neutroni rapizi. Prin urmare, neutronii rapizi sunt încetiniți la neutroni termici (lenti). Substanțe care conțin elemente cu masă atomică scăzută și capacitate de absorbție scăzută față de neutroni pot fi utilizate ca moderatori. Moderatorii principali sunt apa, apa grea, grafitul.

Reactoarele termice sunt în prezent cele mai dezvoltate. Astfel de reactoare sunt structural mai simple și mai ușor de controlat în comparație cu reactoarele rapide cu neutroni. Cu toate acestea, o direcție promițătoare este utilizarea reactoarelor cu neutroni rapizi cu creșterea extinsă a combustibilului nuclear - plutoniu; în acest fel pot fi folosite majoritatea celor 238 U.

La centralele nucleare din Rusia se folosesc reactoare nucleare de următoarele tipuri principale:

RBMK(reactor de mare putere, canal) - reactor de neutroni termici, apă-grafit;

VVER(reactor de putere cu apă sub presiune) - reactor cu neutroni termici, tip vas;

BN- reactor de neutroni rapid cu lichid de răcire cu sodiu metalic.

Capacitatea unitară a centralelor nucleare a ajuns la 1.500 MW. În prezent se crede că capacitatea unitară a unității de putere CNE este limitată nu atât de considerente tehnice, cât de condițiile de siguranță în caz de accidente cu reactoare.

Funcționează în prezent CNE conform cerințelor tehnologice, acestea funcționează în principal în partea de bază a programului de încărcare a sistemului de alimentare cu durata de utilizare a capacității instalate 6500 ... 7000 h / an

Scheme centrale nucleare. Sistem tehnologic CNE depinde de tipul de reactor, de tipul de lichid de răcire și de moderator, precum și de o serie de alți factori. Schema poate fi cu un singur circuit, cu dublu și cu trei circuite. Figura 1 prezintă ca exemplu (1 - reactor; 2 - generator de abur; 3 - turbină; 4 - transformator; 5 - generator; 6 - condensator turbină; 7 - pompă de condens (de alimentare); 8 - pompă circulară principală.)

dublu circuit CNE pentru centrala electrica cu tip reactor VVER. Se poate observa că această schemă este aproape de schemă CES, cu toate acestea, în locul unui generator de abur pe combustibil fosil, aici se folosește o instalație nucleară.

Centralele nucleare precum și CES, sunt construite dupa principiul blocului atat in partea termomecanica cat si in cea electrica.

Combustibilul nuclear are o putere calorică foarte mare (1kg 235 U înlocuiește 2.900 tone de cărbune), prin urmare CNE deosebit de eficient în zonele sărace în resurse de combustibil, de exemplu în partea europeană a Rusiei.

Este avantajoasă echiparea centralelor nucleare cu unități de putere de mare putere. Apoi, în ceea ce privește indicatorii lor tehnici și economici, ei nu sunt inferiori CES,și în unele cazuri chiar le depășesc. În prezent, reactoare cu o putere electrică de 440 și 1000 MW de acest tip VVER, precum și de tip 1000 și 1500 MW RBMK.În acest caz, unitatea de putere este formată după cum urmează: reactorul este combinat cu două unități de turbină (reactor VVER-440și două turbine de 220 MW fiecare; reactor VVER-1000și două turbine de 500 MW fiecare; reactor RBMK-1500și două unități turbină de 750 MW fiecare) sau cu o unitate turbină de aceeași putere (reactor 1000 MW și unitate turbină 1000 MW capacitate unitară).

Centralele nucleare cu reactoare cu neutroni rapizi, care pot fi folosite pentru a genera căldură și electricitate, precum și pentru a reproduce combustibilul nuclear, sunt promițătoare. Tip reactor BN are o zonă activă (Figura 2, a),

Diagrama miezului reactorului

unde are loc o reacție nucleară cu eliberarea unui flux de neutroni rapizi. Acești neutroni acționează asupra elementelor din 238 U, care de obicei nu este folosit în reacții nucleare, și îl transformă în plutoniu 239 Pu, care poate fi folosit ulterior pe CNE ca combustibil nuclear. Căldura unei reacții nucleare este îndepărtată de sodiu lichid și utilizată pentru a genera electricitate.

Sistem CNE cu tip reactor BN(Figura 2, b-) Sistem tehnologic - ( 1 - reactor; 2 - schimbător de căldură circuit primar; 3 - schimbător de căldură (tambur) al celui de-al doilea circuit; 4 - turbină cu abur; 5 - transformator step-up; 6 - generator; 7 - condensator; 8,9,10 - pompe)

trei circuite, două dintre ele folosesc sodiu lichid (în circuitul reactorului și intermediar). Sodiul lichid reacționează violent cu apa și vaporii de apă. Așadar, pentru a evita contactul sodiului radioactiv al primului circuit cu apa sau vaporii de apă în caz de accidente, se realizează un al doilea circuit (intermediar), lichidul de răcire în care este sodiu neradioactiv. Mediul de lucru al celui de-al treilea circuit este apa și aburul.

Un număr de unități de putere de acest tip sunt în prezent în funcțiune. BN, dintre care cea mai mare BN-600.

Centralele nucleare nu au emisii de gaze arse și nu au deșeuri de cenușă și zgură. Cu toate acestea, eliberarea de căldură specifică în apa de răcire la CNE mai mult decât TEC, datorita consumului specific mai mare de abur si, in consecinta, consumului specific ridicat de apa de racire. Prin urmare, pe cele mai noi CNE se are in vedere instalarea de turnuri de racire in care caldura din apa de racire este evacuata in atmosfera.

Caracteristică CNE este nevoia de eliminare a deșeurilor radioactive. Acest lucru se face în cimitire speciale, care exclud posibilitatea expunerii oamenilor la radiații.

Pentru a evita influența unor posibile degajări radioactive CNE asupra oamenilor în caz de accidente, luați măsuri speciale pentru îmbunătățirea fiabilității echipamentelor (duplicarea sistemului de securitate etc.) și creați o zonă de protecție sanitară în jurul stației.

Utilizarea energiei nucleare face posibilă extinderea resurselor energetice, contribuind astfel la conservarea resurselor de combustibili fosili și la reducerea costurilor energie electrica, care este deosebit de important pentru zonele specifice surselor de combustibil, pentru a reduce poluarea aerului, a descărca vehiculele implicate în transportul combustibilului, a ajuta la furnizarea de energie electrică și căldură industriilor care utilizează noi tehnologii (de exemplu, cele angajate în desalinizarea apei de mare și extinderea resurse de apă dulce).

În ceea ce privește poluarea, la utilizare CNE dispare problema lipsei de oxigen din mediul înconjurător, tipică unei centrale termice, datorită utilizării acesteia pentru arderea combustibililor fosili. Nu există emisii de cenușă cu gazele de ardere. În legătură cu problema combaterii poluării aerului, este important de remarcat oportunitatea introducerii nucleare CHP, deoarece CHP situate de obicei în apropierea consumatorilor de căldură, a centrelor industriale și a așezărilor mari, unde este necesar în special un mediu curat.

La locul de muncă CNE, neconsumând combustibil fosil(cărbune, petrol, gaz), oxizi de sulf, azot, dioxid de carbon nu sunt emiși în atmosferă. Acest lucru ajută la reducerea efectului de seră care duce la schimbările climatice globale.

În multe țări, centralele nucleare generează deja mai mult de jumătate din energie electrică (în Franța - aproximativ 75%, în Belgia - aproximativ 65%), în Rusia doar 15%.

Lecții din accidentul de la Cernobîl CNE(în aprilie 1986) a cerut o creștere semnificativă (de multe ori) a siguranței CNEși forțat să abandoneze construcția CNEîn zone dens populate și active seismic. Cu toate acestea, ținând cont de situația de mediu, energia nucleară ar trebui privită ca promițătoare.

În Rusia pe CNE aproximativ 120 de miliarde de kWh de electricitate pe an au fost generate în mod constant.

Potrivit Rosenergoatom, dezvoltarea ulterioară a energiei nucleare va fi observată atât în ceea ce privește capacitatea CNE, și cantitatea de energie electrică generată de CNE Rusia.

Centrale nucleare Prevederi generale. Centralele nucleare (CNP) sunt în esență centrale termice care utilizează energia termică a reacțiilor nucleare. Posibilitatea de a utiliza combustibil nuclear, în principal uraniu 235U, în

Centrală nucleară

Centrală nucleară (CNP)- un complex de structuri tehnice concepute pentru a genera energie electrică prin utilizarea energiei eliberate în timpul unei reacții nucleare controlate.

În a doua jumătate a anilor '40, chiar înainte de încheierea lucrărilor la crearea primei bombe atomice (testarea acesteia, după cum știți, a avut loc la 29 august 1949), oamenii de știință sovietici au început să dezvolte primele proiecte pentru pașnici. utilizarea energiei atomice, a cărei direcție generală a devenit imediat industria energiei electrice.

În 1948, la propunerea lui I.V. Kurchatov, și în conformitate cu instrucțiunile partidului și guvernului, au început primele lucrări privind aplicarea practică a energiei atomice pentru a genera electricitate.

În mai 1950, lângă satul Obninskoye, regiunea Kaluga, au început lucrările la construcția primei centrale nucleare din lume.

Prima centrală nucleară din lume cu o capacitate de 5 MW a fost lansată pe 27 iunie 1954 în URSS, în orașul Obninsk, situat în regiunea Kaluga. În 1958, a fost pusă în funcțiune prima etapă a CNE din Siberia cu o capacitate de 100 MW (capacitate totală de proiectare de 600 MW). În același an, a început construcția centralei nucleare industriale Beloyarsk, iar la 26 aprilie 1964, generatorul din prima etapă a dat curent consumatorilor. În septembrie 1964, a fost lansată Unitatea 1 a CNE Novovoronezh cu o capacitate de 210 MW. A doua unitate cu o capacitate de 350 MW a fost lansată în decembrie 1969. În 1973, a fost lansată CNE Leningrad.

În afara URSS, prima centrală nucleară industrială cu o capacitate de 46 MW a fost pusă în funcțiune în 1956 la Calder Hall (Marea Britanie).Un an mai târziu, a fost pusă în funcțiune o centrală nucleară cu o capacitate de 60 MW în Shippingport (SUA).

Liderii mondiali în producția de energie electrică nucleară sunt: Statele Unite (788,6 miliarde kWh/an), Franța (426,8 miliarde kWh/an), Japonia (273,8 miliarde kWh/an), Germania (158 , 4 miliarde kWh/an) și Rusia (154,7 miliarde kWh/an).

La începutul anului 2004, în lume funcționau 441 de reactoare nucleare, OJSC TTEL rusă furnizează combustibil pentru 75 dintre ele.

Cea mai mare centrală nucleară din Europa este centrala nucleară Zaporojie de lângă Energodar (regiunea Zaporojie, Ucraina), a cărei construcție a început în 1980 și la jumătatea anului 2008 funcționează 6 reactoare nucleare cu o capacitate totală de 6 Gigawați.

Cea mai mare centrală nucleară din lume, Kashiwazaki-Kariva, în ceea ce privește capacitatea instalată (din 2008) este situată în orașul japonez Kashiwazaki, prefectura Niigata - există cinci reactoare nucleare de fierbere-fierbere (BWR) și două de fierbere avansată. -reactoare cu apă (ABWR) în funcțiune, a căror capacitate totală este de 8.212 GigWatt.

Clasificare

După tipul de reactoare

Centralele nucleare sunt clasificate în funcție de reactoarele instalate pe ele:

Reactoarele termice care folosesc moderatori speciali pentru a crește probabilitatea de absorbție a neutronilor de către nucleele atomilor de combustibil

Reactoare cu apă ușoară

Reactoare cu apă grea

Reactoare rapide

Reactoare subcritice care utilizează surse externe de neutroni

Reactoare de fuziune

După tipul de energie furnizată

În funcție de tipul de energie furnizată, centralele nucleare pot fi împărțite în:

Centrale nucleare (CNE) concepute doar pentru a produce energie electrică

Centrale nucleare combinate de căldură și energie (CHPP) care generează atât energie electrică, cât și energie termică

Cu toate acestea, la toate centralele nucleare din Rusia există instalații de încălzire concepute pentru încălzirea apei din rețea.

Principiul de funcționare

Figura prezintă o diagramă a funcționării unei centrale nucleare cu un reactor de putere cu apă sub presiune cu dublu circuit. Energia eliberată în miezul reactorului este transferată la agentul de răcire primar. Mai mult, lichidul de răcire intră în schimbătorul de căldură (generatorul de abur), unde încălzește apa din al doilea circuit până la fierbere. Aburul rezultat intră în turbinele care rotesc generatoarele electrice. La ieșirea din turbine, aburul intră în condensator, unde este răcit de o cantitate mare de apă care vine din rezervor.

Pe lângă apă, sodiul topit sau gazul poate fi folosit și ca purtător de căldură în diferite reactoare. Utilizarea sodiului face posibilă simplificarea designului carcasei miezului reactorului (spre deosebire de circuitul de apă, presiunea din circuitul de sodiu nu depășește valoarea atmosferică), pentru a scăpa de compensatorul de presiune, dar își creează propriile dificultăți asociat cu activitatea chimică crescută a acestui metal.

Numărul total de circuite poate varia pentru diferite reactoare, diagrama din figură este prezentată pentru reactoare de tip VVER (Water-to-Water Power Reactor). Reactoarele de tip RBMK (Reactor de tip canal de mare putere) folosesc o buclă de apă, iar reactoarele BN (Reactor cu neutroni rapid) utilizează două bucle de sodiu și una de apă.

Avantaje și dezavantaje

Avantajele centralelor nucleare:

Lipsa emisiilor nocive;

Emisiile de substanțe radioactive sunt de câteva ori mai mici decât cărbunele e. instalații de capacitate similară (cenusa din TPP-urile pe cărbune conține un procent de uraniu și toriu suficient pentru extracția lor rentabilă);

O cantitate mică de combustibil utilizat și posibilitatea reutilizarii acestuia după procesare;

Putere mare: 1000-1600 MW per unitate de putere;

Cost redus de energie, în special de căldură.

Dezavantajele centralelor nucleare:

Combustibilul iradiat este periculos și necesită măsuri complexe și costisitoare de reprocesare și depozitare;

Funcționarea cu putere variabilă este nedorită pentru reactoarele termice;

Consecințele unui posibil incident sunt extrem de grave, deși probabilitatea acestuia este destul de scăzută;

Investiții mari de capital, atât specifice, la 1 MW de capacitate instalată pentru unitățile cu o capacitate mai mică de 700-800 MW, cât și generale, necesare construcției stației, infrastructurii acesteia, precum și în eventualitatea lichidării. .

Siguranța centralei nucleare

Rostechnadzor supraveghează siguranța centralelor nucleare rusești.

Securitatea nucleară este reglementată de următoarele documente:

Prevederi generale pentru asigurarea securitatii centralelor nucleare. OPB-88/97 (PNAE G-01-011-97)

Reguli de securitate nucleară pentru instalațiile de reactoare ale centralelor nucleare. PBYA RU AS-89 (PNAE G - 1 - 024 - 90)

Securitatea radiațiilor este reglementată de următoarele documente:

Reguli sanitare pentru centralele nucleare. SP AS-99

Reguli de bază pentru asigurarea securității radiațiilor. OSPORB-02

Perspective

În ciuda dezavantajelor indicate, energia atomică pare a fi cea mai promițătoare. Metodele alternative de obtinere a energiei, datorita energiei mareelor, vantului, Soarelui, surselor geotermale etc. se disting in momentul de fata printr-un nivel scazut de energie produsa si concentratia sa redusa. În plus, aceste tipuri de producție de energie prezintă propriile riscuri pentru mediu și turism (producția „murdară” de celule fotovoltaice, pericolul parcurilor eoliene pentru păsări, modificări ale dinamicii valurilor.

Academicianul Anatoli Alexandrov: „Puterea nucleară la scară largă va fi cea mai mare binecuvântare pentru omenire și va rezolva o serie de probleme acute”.

În prezent, sunt în curs de dezvoltare proiecte internaționale de reactoare nucleare de nouă generație, de exemplu GT-MGR, care vor îmbunătăți siguranța și creșterea eficienței centralelor nucleare.

Rusia a început construcția primei centrale nucleare plutitoare din lume pentru a aborda penuria de energie din regiunile de coastă îndepărtate ale țării. [Sursa?]

SUA și Japonia dezvoltă minicentrale nucleare cu o capacitate de aproximativ 10-20 MW în scopul alimentării cu energie termică și electrică a industriilor individuale, ansamblurilor rezidențiale și, în viitor, caselor individuale. Odată cu scăderea capacității fabricii, scara așteptată a producției crește. Reactoarele de dimensiuni mici (a se vedea, de exemplu, Hyperion NPP) sunt create folosind tehnologii sigure care reduc foarte mult posibilitatea scurgerii de material nuclear.

Producția de hidrogen

Guvernul SUA a adoptat Inițiativa privind hidrogenul atomic. Se lucrează (în comun cu Coreea de Sud) pentru a crea reactoare nucleare o nouă generație capabilă să producă cantități mari de hidrogen. INEEL (Idaho National Engineering Environmental Laboratory) prezice că o unitate a unei centrale nucleare de ultimă generație va produce echivalentul a 750.000 de litri de benzină pe zi.

Sunt finanțate cercetări privind posibilitatea producerii hidrogenului la centralele nucleare existente.

Energia de fuziune

În prezent, cu participarea Rusiei în sudul Franței, este în derulare construcția reactorului termonuclear experimental internațional ITER.

Construcția CNE

Selectarea site-ului

Una dintre principalele cerințe în evaluarea fezabilității construirii unei centrale nucleare este asigurarea siguranței funcționării acesteia pentru populația din jur, care este reglementată de standardele de siguranță împotriva radiațiilor. Una dintre măsurile de protejare a mediului - teritoriul și populația de efectele nocive în timpul funcționării unei centrale nucleare - este organizarea unei zone de protecție sanitară în jurul acesteia. Populației i se interzice locuirea în zona de protecție sanitară. O atenție deosebită ar trebui acordată studiului regimurilor eoliene în zona construcției CNE pentru a localiza centrala nucleară pe partea sub vânt în raport cu așezările. Pe baza posibilității unei scurgeri de urgență a fluidelor active, se preferă locurile cu o adâncime a apei subterane.

Atunci când alegeți un loc pentru construcția unei centrale nucleare, alimentarea tehnică cu apă este de mare importanță. O centrală nucleară este un mare utilizator de apă. Consumul de apă al centralei nucleare este nesemnificativ, iar consumul de apă este mare, adică apa este returnată în principal la sursa de alimentare cu apă. CNE, precum și toate structurile industriale în construcție, sunt supuse cerințelor de conservare a mediului. Atunci când alegeți un amplasament pentru construcția unei centrale nucleare, trebuie respectate următoarele cerințe:

terenul alocat pentru construirea unei centrale nucleare este impropriu sau impropriu producției agricole;

șantierul este situat în apropierea lacurilor de acumulare și a râurilor, în zonele de coastă neinundate de apele de inundații;

solurile șantierului permit construirea de clădiri și structuri fără măsuri suplimentare costisitoare;

nivelul apei subterane este sub adâncimea subsolurilor clădirilor și utilităților subterane și nu sunt necesare costuri suplimentare pentru deshidratare în timpul construcției unei centrale nucleare;

Situl are o suprafață relativ plană, cu o pantă care asigură drenajul de suprafață, în timp ce excavarea este redusă la minimum.

De regulă, șantierele CNE nu au voie să fie amplasate:

în zonele carstice active;

în zonele cu alunecări abundente (masive) de teren și curgeri de noroi;

în zonele de posibilă acțiune a avalanșelor de zăpadă;

în zonele mlăștinoase și pline de apă, cu un flux constant de apă subterană sub presiune,

în zonele cu adâncituri mari ca urmare a lucrărilor miniere;

în zonele predispuse la evenimente catastrofale precum tsunami-urile etc.

în zonele de apariție a mineralelor;

Pentru a determina fezabilitatea construirii unei centrale nucleare în zonele desemnate și pentru a compara opțiunile pentru condițiile geologice, topografice și hidrometeorologice, în etapa de selecție a amplasamentului se efectuează sondaje specifice pentru fiecare opțiune pentru amplasarea centralei.

Studiile tehnice și geologice sunt efectuate în două etape. În prima etapă, materialele sunt colectate pe sondaje efectuate anterior în zona luată în considerare și se determină gradul de cunoaștere a șantierului propus. În a doua etapă, dacă este necesar, se efectuează studii inginerești și geologice speciale cu forarea puțurilor și prelevarea de probe de sol, precum și o cercetare geologică de recunoaștere a sitului. Pe baza rezultatelor prelucrării de birou a datelor colectate și a cercetărilor suplimentare, ar trebui să se obțină caracteristicile geotehnice ale zonei de construcție, care determină:

relieful și geomorfologia teritoriului;

stratigrafia, grosimea și compoziția litologică a rocii de bază și a sedimentelor cuaternare, distribuite în zonă la o adâncime de 50-100 m;

numărul, natura, cota și condițiile de distribuție ale acviferelor individuale în adâncimea totală;

natura și intensitatea proceselor și fenomenelor fizice și geologice.

Atunci când se efectuează studii geotehnice în etapa de selecție a amplasamentului, se colectează informații cu privire la disponibilitatea materialelor de construcție locale - cariere minate și depozite de piatră, nisip, pietriș și alte materiale de construcție. În aceeași perioadă au fost determinate și posibilitățile de utilizare a apelor subterane pentru alimentarea cu apă potabilă tehnologică și de utilități. La proiectarea centralelor nucleare, precum și a altor complexe industriale mari, planuri de construcție situaționale, planuri generale și planuri generale amplasamentul industrial al centralei nucleare.

Soluții de planificare volumetrică pentru clădiri

Scopul proiectării centralelor nucleare este de a crea cel mai rațional proiectare. Cerințe de bază care trebuie îndeplinite de clădirile CNE:

comoditate pentru efectuarea principalului proces tehnologic pentru care sunt destinate (fezabilitatea funcțională a clădirii);

fiabilitatea atunci când este expus la mediu, rezistența și durabilitatea (fezabilitatea tehnică a clădirii);

rentabilitatea, dar nu în detrimentul durabilității (fezabilitate economică).

estetică (fezabilitate arhitecturală și artistică);

Dispunerea centralei nucleare este creată de o echipă de designeri de diferite specialități.

Construcții de clădiri și structuri

Structura unei centrale nucleare include clădiri și structuri pentru diverse scopuri și, în consecință, de diferite modele. Aceasta este o clădire cu mai multe etaje și mai multe trave a clădirii principale cu structuri masive din beton armat care înconjoară circuitul radioactiv; cladiri decomandate ale sistemelor auxiliare, de exemplu, tratare chimica a apei, generator diesel, statie de azot, realizate de obicei in structuri standard prefabricate din beton armat; canale și tuneluri subterane, circulabile și netrecătoare pentru amplasarea fluxurilor de cabluri și conducte pentru comunicarea între sisteme; rampe aeriene care fac legătura între clădirea principală și clădirile și structurile auxiliare, precum și clădirile clădirii administrative sanitare. Cea mai complexă și responsabilă clădire a unei centrale nucleare este clădirea principală, care este un sistem de structuri format în caz general structuri de construcție a cadrului și rețele ale compartimentului reactorului.

Caracteristicile echipamentelor de inginerie

O caracteristică a centralelor nucleare, ca orice clădire a instalațiilor nucleare, este prezența radiațiilor ionizante în timpul funcționării. Acesta este principalul factor de diferențiere care trebuie luat în considerare în proiectare. Principala sursă de radiație la o centrală nucleară este un reactor nuclear, în care are loc reacția de fisiune a nucleelor de combustibil. Această reacție este însoțită de toate tipurile cunoscute de radiații.

Ciclul combustibilului nuclear. Energia nucleară este o industrie complexă care include multe procese industriale care formează împreună ciclul combustibilului. Există diferite tipuri de cicluri de combustibil, în funcție de tipul de reactor și de modul în care se desfășoară etapa finală a ciclului.

De obicei, ciclul combustibilului constă din următoarele procese. Minereul de uraniu este extras în mine. Minereul este zdrobit pentru a separa dioxidul de uraniu, iar deșeurile radioactive merg la haldă. Oxidul de uraniu rezultat (turta galbenă) este transformat în hexafluorură de uraniu - un compus gazos. Pentru a crește concentrația de uraniu-235, hexafluorura de uraniu este îmbogățită la instalațiile de separare a izotopilor. Apoi, uraniul îmbogățit este din nou transformat în dioxid de uraniu solid, din care se obțin pelete de combustibil. Elementele de combustibil (barele de combustibil) sunt colectate din peleți, care sunt combinate în ansambluri pentru a fi introduse în miezul reactorului nuclear al unei centrale nucleare. Combustibilul uzat extras din reactor are un nivel ridicat de radiație și, după răcire pe teritoriul centralei, este trimis la o unitate specială de depozitare. De asemenea, se prevede eliminarea deșeurilor cu un nivel scăzut de radiații care se acumulează în timpul funcționării și întreținerii stației. La sfârșitul duratei sale de viață, reactorul în sine trebuie scos din funcțiune (cu decontaminarea și eliminarea unităților de reactor ca deșeu). Fiecare etapă a ciclului combustibilului este reglementată pentru a asigura siguranța oamenilor și protecția mediului.

Centrale electrice din Bulgaria Atomic centrale electriceÎn interiorul carcasei, presiunea ajunge la 160... va concura serios cu hidrocentrale, putere și atomic centrale electrice pentru că sunt mai ecologice...

CENTRALĂ NUCLEARĂ(NPP), o centrală electrică care utilizează căldura eliberată într-un reactor nuclear ca urmare a unei reacții controlate în lanț de fisiune a nucleelor de elemente grele (în principal. $ \ ce (^ (233) U, ^ (235) U, ^ (239) Pu) $). Căldura generată în zona activă reactor nuclear, se transmite (direct sau printr-un intermediar lichid de răcire) fluid de lucru (în principal vapori de apă), care antrenează turbinele cu abur cu turbine generatoare.

AES, în principiu, este analog cu cel convențional centrala termica(TPP), care folosește un reactor nuclear în loc de un cazan cu abur. Cu toate acestea, în ciuda asemănării schemelor termodinamice fundamentale ale centralelor nucleare și termice, există diferențe semnificative între ele. Principalele sunt avantajele de mediu și economice ale centralelor nucleare față de centralele termice: centralele nucleare nu au nevoie de oxigen pentru a arde combustibil; practic nu poluează mediul cu sulf și alte gaze; combustibilul nuclear are o putere calorică semnificativ mai mare (fisiunea a 1 g izotopi U sau Pu eliberează 22.500 kWh, ceea ce echivalează cu energia conținută în 3.000 kg cărbune), care își reduce drastic volumul și costurile de transport și manipulare; resursele energetice mondiale de combustibil nuclear depășesc semnificativ rezervele naturale de combustibil de hidrocarburi. În plus, utilizarea reactoarelor nucleare (de orice tip) ca sursă de energie necesită o modificare a schemelor termice adoptate la centralele termice convenționale, precum și introducerea de noi elemente în structura unei centrale nucleare, de exemplu. biologic protectie (vezi. Siguranța la radiații), un sistem de reîncărcare a combustibilului uzat, un bazin de stocare a combustibilului etc. Transferul energiei termice de la un reactor nuclear la turbinele cu abur se realizează prin intermediul unui lichid de răcire care circulă prin conducte sigilate, în combinație cu pompe de circulație care formează așa- numit. circuitul reactorului sau bucla. Apa obișnuită și grea, vaporii de apă, metalele lichide, lichidele organice și unele gaze (de exemplu, heliu, dioxid de carbon) sunt folosite ca purtători de căldură. Circuitele de-a lungul cărora circulă lichidul de răcire sunt întotdeauna închise pentru a evita scurgerile de radioactivitate, numărul lor este determinat în principal de tipul de reactor nuclear, precum și de proprietățile fluidului de lucru și ale lichidului de răcire.

La centralele nucleare cu un circuit cu o singură buclă (Fig., A) lichidul de răcire este și un fluid de lucru, întregul circuit este radioactiv și deci înconjurat de protecție biologică. Când se utilizează un gaz inert ca agent de răcire, de exemplu heliu, care nu este activat în câmpul de neutroni al miezului, ecranarea biologică este necesară numai în jurul reactorului nuclear, deoarece lichidul de răcire nu este radioactiv. Lichidul de răcire - fluidul de lucru, fiind încălzit în miezul reactorului, intră apoi în turbină, unde energia sa termică este transformată în energie mecanică și apoi în generatorul electric - în energie electrică. Cele mai comune centrale nucleare cu un singur circuit cu reactoare nucleare, în care lichidul de răcire și moderator de neutroni serveste apa. Fluidul de lucru se formează direct în miez atunci când lichidul de răcire este încălzit până la fierbere. Astfel de reactoare sunt numite fierbere, în energia nucleară mondială ele sunt denumite BWR (Reactor cu apă în fierbere). În Rusia, reactoarele răcite cu apă fierbinte cu un moderator de grafit - RBMK (reactor cu canale de mare putere) - au devenit larg răspândite. Utilizarea reactoarelor răcite cu gaz la temperatură înaltă (cu lichid de răcire cu heliu) - HTGR (HTGR) - este considerată promițătoare. Eficiența centralelor nucleare cu un singur circuit care funcționează într-un ciclu închis de turbină cu gaz poate depăși 45–50%.

Cu o schemă cu dublu circuit (Fig., b) lichidul de răcire primar încălzit în miez este transferat la generatorul de abur ( schimbător de căldură) energie termică către fluidul de lucru din al doilea circuit, după care revine în zona activă printr-o pompă de circulație. Purtătorul de căldură primar poate fi apă, metal lichid sau gaz, iar fluidul de lucru este apa, care se transformă în vapori de apă în generatorul de abur. Primul circuit este radioactiv și înconjurat de ecranare biologică (cu excepția cazului în care un gaz inert este utilizat ca lichid de răcire). Al doilea circuit este de obicei sigur pentru radiații, deoarece fluidul de lucru și lichidul de răcire din circuitul primar nu intră în contact. Cele mai răspândite sunt centralele nucleare cu dublu circuit cu reactoare în care apa este principalul agent de răcire și moderator, iar vaporii de apă sunt mediul de lucru. Acest tip de reactoare este denumit VVER - puterea apei sub presiune. reactor (PWR - Power Water Reactor). Eficiența CNE cu VVER ajunge la 40%. În ceea ce privește eficiența termodinamică, astfel de CNE sunt inferioare CNE cu un singur circuit cu HTGR dacă temperatura lichidului de răcire la ieșirea din miez depășește 700 ° C.

Circuite termice cu trei circuite (Fig., v) sunt utilizate numai în cazurile în care este necesar să se excludă complet contactul lichidului de răcire al primului circuit (radioactiv) cu fluidul de lucru; De exemplu, atunci când miezul este răcit cu sodiu lichid, contactul acestuia cu fluidul de lucru (vaporii de apă) poate duce la un accident major. Sodiul lichid ca agent de răcire este utilizat numai în reactoarele de reproducere rapidă (FBR - Fast Breeder Reactor). O caracteristică a centralelor nucleare cu reactor cu neutroni rapidi este că, simultan cu generarea de energie electrică și termică, reproduc izotopi fisionali adecvați pentru utilizarea în reactoare nucleare termice (vezi. Reactor reproductor).

Turbinele centralelor nucleare funcționează de obicei cu abur saturat sau ușor supraîncălzit. La utilizarea turbinelor care funcționează cu abur supraîncălzit, aburul saturat este trecut prin miezul reactorului (prin canale speciale) pentru a crește temperatura și presiunea sau printr-un schimbător de căldură special - un supraîncălzitor care funcționează pe combustibil de hidrocarburi. Eficiența termodinamică a ciclului CNE este cu atât mai mare, cu atât parametrii lichidului de răcire, fluidului de lucru sunt mai mari, care sunt determinați de capacitățile și proprietățile tehnologice ale materialelor structurale utilizate în circuitele de răcire ale CNE.

La centralele nucleare se acordă o mare atenție curățării lichidului de răcire, deoarece impuritățile naturale prezente în acesta, precum și produsele de coroziune care se acumulează în timpul funcționării echipamentelor și conductelor, sunt surse de radioactivitate. Gradul de curățenie al lichidului de răcire determină în mare măsură nivelul mediului de radiații din incinta centralei nucleare.

Centralele nucleare sunt construite aproape întotdeauna în apropierea consumatorilor de energie, deoarece costul transportului combustibilului nuclear la centralele nucleare, spre deosebire de combustibilul cu hidrocarburi pentru centralele termice, are un efect redus asupra costului energiei generate (de obicei, combustibilul nuclear din reactoarele de putere este înlocuit cu unul nou o dată de câteva ori).ani), iar transmiterea atât a energiei electrice, cât și a energiei termice pe distanțe lungi crește semnificativ costul acestora. Pe partea sub vânt a celei mai apropiate așezări se construiește o centrală nucleară, în jurul acesteia se creează o zonă de protecție sanitară și o zonă de observare, unde populația este inacceptabilă. Echipamentele de control și măsurare sunt amplasate în zona de observare pentru monitorizarea continuă a mediului.

CNE - baza energie nucleara... Scopul lor principal este producerea de energie electrică (centrale nucleare de tip în condensare) sau producția combinată de energie electrică și căldură (centrale nucleare combinate de căldură și energie - ATEC). La CNE, o parte din aburul cheltuit în turbine este evacuat în așa-numitul. schimbătoare de căldură de rețea pentru încălzirea apei care circulă în rețele închise de alimentare cu căldură. În unele cazuri, energia termică a reactoarelor nucleare poate fi utilizată numai pentru nevoile de termoficare (stații de alimentare cu căldură nucleară - AST). În acest caz, apa încălzită de la schimbătoarele de căldură ale circuitelor de prima secundă intră în schimbătorul de căldură din rețea, unde eliberează căldură apei din rețea și apoi se întoarce în circuit.

Unul dintre avantajele centralelor nucleare față de centralele termice convenționale este gradul ridicat de compatibilitate cu mediul, care este păstrat cu calificare. exploatarea reactoarelor nucleare. Barierele existente în calea siguranței radiologice a centralelor nucleare (placarea elementelor de combustibil, vasul reactorului nuclear etc.) împiedică contaminarea lichidului de răcire cu produse de fisiune radioactive. Peste sala reactorului centralei nucleare se ridică o carcasă de protecție (reținere) pentru a preveni pătrunderea materialelor radioactive în mediu în timpul celui mai grav accident - depresurizarea circuitului primar, topirea miezului. Pregătirea personalului CNE prevede instruirea pe simulatoare speciale (simulatoare CNE) pentru a practica acțiuni atât în situații normale, cât și în situații de urgență. CNE dispune de o serie de servicii care asigură funcționarea normală a centralei, siguranța personalului acesteia (de exemplu, controlul dozimetric, asigurarea cerințelor sanitare și igienice etc.). Pe teritoriul centralei nucleare se creează depozite temporare de combustibil nuclear proaspăt și uzat, pentru deșeurile radioactive lichide și solide care apar în timpul funcționării acestuia. Toate acestea duc la faptul că costul unui kilowatt de putere instalat la o centrală nucleară este cu peste 30% mai mare decât costul unui kilowatt la o centrală termică. Costul energiei furnizate consumatorului, generată la o centrală nucleară, este însă mai mic decât la o centrală termică, datorită unei ponderi foarte mici a componentului combustibil în acest cost. Datorită eficienței ridicate și caracteristicilor de reglare a puterii, centralele nu sunt utilizate de obicei în moduri de bază, în timp ce factorul de utilizare a capacității instalate a centralei nu poate depăși 80%. Pe măsură ce ponderea centralelor nucleare în bilanțul energetic total al regiunii crește, acestea pot funcționa și într-un mod manevrabil (pentru a acoperi neregulile de sarcină din sistemul energetic local). Capacitatea centralelor nucleare de a funcționa pentru o perioadă lungă de timp fără schimbarea combustibilului le permite să fie utilizate în regiuni îndepărtate. Au fost dezvoltate centrale nucleare, a căror configurație a echipamentelor se bazează pe principiile implementate în centralele nucleare de nave. instalaţii (vezi. Alimentate cu energie atomică). Astfel de centrale nucleare pot fi amplasate, de exemplu, pe o barjă. CNE cu HTGR sunt promițătoare, generând energie termică pentru implementarea proceselor tehnologice în industria metalurgică, chimică și petrolieră, în gazeificarea cărbunelui și șisturilor, în producția de combustibil de hidrocarburi sintetice. CNE are o durată de viață de 25-30 de ani. Dezafectarea unei centrale nucleare, demontarea reactorului și refacerea amplasamentului acestuia la starea de „gazon verde” este o măsură organizatorică și tehnică complexă și costisitoare, realizată conform planurilor elaborate în fiecare caz concret.

Prima centrală nucleară din lume care funcționează cu o capacitate de 5000 kW a fost lansată în Rusia în 1954 la Obninsk. În 1956 a fost pusă în funcțiune centrala nucleară din Calder Hall din Marea Britanie (46 MW), în 1957 - centrala nucleară din Shippingport din SUA (60 MW). În 1974, a fost lansată prima centrală nucleară din lume - Bilibinskaya (Chukotka Autonomous Okrug). Construcția masivă de mari centrale nucleare economice a început în a doua jumătate. anii 1960 Cu toate acestea, după accidentul (1986) de la centrala nucleară de la Cernobîl, atractivitatea energiei nucleare a scăzut considerabil, iar într-o serie de țări care au suficiente resurse tradiționale de combustibil și energie sau acces la acestea, construcția de noi energie nucleară. plantele a încetat efectiv (Rusia, SUA, Marea Britanie, Germania). La începutul secolului al XXI-lea, 03/11/2011 în Oceanul Pacific, în largul coastei de est a Japoniei, ca urmare a unui cutremur puternic cu magnitudinea de 9,0 până la 9,1 și următorul tsunami(înălțimea valurilor a atins 40,5 m) la CNE Fukushima 1 (Okuma Township, Prefectura Fukushima) cel mai maredezastru tehnologic- accident de radiații de nivelul maxim al 7-lea la Scara Internațională a Evenimentelor Nucleare. Tsunami-ul a lovit sursele de alimentare externe și generatoarele diesel de rezervă dezactivate, ceea ce a cauzat defecțiunea tuturor sistemelor de răcire normale și de urgență și a dus la topirea miezului reactorului de la unitățile de putere 1, 2 și 3 în primele zile ale accidentului. În decembrie 2013, centrala nucleară a fost închisă oficial. Începând cu prima jumătate a anului 2016, nivelul ridicat de radiații face imposibil nu numai ca oamenii să lucreze în clădirile reactoarelor, ci și roboților, care eșuează din cauza nivelurilor ridicate de radiații. Este planificat ca îndepărtarea straturilor de sol în spații speciale de depozitare și distrugerea acestuia să dureze 30 de ani.

31 de țări ale lumii folosesc centrale nucleare. Pentru anul 2015, aprox. 440 de reactoare nucleare (unități de putere) cu o capacitate totală de peste 381 mii MW (381 GW). BINE. 70 de reactoare nucleare sunt în construcție. Liderul mondial în ceea ce privește ponderea în producția totală de energie electrică este Franța (a doua ca putere instalată), în care energia nucleară reprezintă 76,9%.

Cea mai mare centrală nuclearăîn lume pentru 2015 (după capacitatea instalată) - Kashiwazaki-Kariva (Kashiwazaki, Prefectura Niigata, Japonia). Sunt în funcțiune 5 reactoare nucleare de fierbere-fierbere (BWR) și 2 reactoare nucleare avansate de fierbere-fierbere (ABWR), cu o capacitate totală de 8.212 MW (8.212 GW).

Cea mai mare centrală nucleară din Europa este centrala nucleară Zaporojie (Energodar, regiunea Zaporojie, Ucraina). Din 1996, au fost în funcțiune 6 unități de putere cu reactoare VVER-1000 cu o capacitate totală de 6.000 MW (6 GW).

Tabelul 1. Cei mai mari consumatori de energie nucleară din lume
Stat	Numărul de unități de putere	Putere totală (MW)	Total generat energie electrică (miliard kWh/an)
Statele Unite ale Americii	104	101 456	863,63
Franţa	58	63 130	439,74
Japonia	48	42 388	263,83
Rusia	34	24 643	177,39
Coreea de Sud	23	20 717	149,2
China	23	19 907	123,81
Canada	19	13 500	98,59
Ucraina	15	13 107	83,13
Germania	9	12 074	91,78
Regatul Unit	16	9373	57,92

SUA și Japonia dezvoltă minicentrale nucleare cu o capacitate de aproximativ 10–20 MW pentru alimentarea cu energie termică și electrică a industriilor individuale, ansamblurilor rezidențiale și, în viitor, caselor individuale. Reactoarele de dimensiuni mici sunt create folosind tehnologii sigure care reduc foarte mult posibilitatea scurgerii de material nuclear.

În 2015, în Rusia funcționează 10 centrale nucleare, care operează 34 de unități de putere cu o capacitate totală de 24.643 MW (24.643 GW), dintre care 18 centrale cu reactoare de tip VVER (dintre care 11 unități de putere VVER-1000 și 6 unități de putere VVER-440 cu diverse modificări); 15 unități de putere cu reactoare de canal (11 unități de putere cu reactoare RBMK-1000 și 4 unități de putere cu reactoare EGP-6 - Power Heterogeneous Loop Reactor cu 6 bucle de circulație a lichidului de răcire, putere electrică 12 MW); 1 unitate de putere cu un reactor rapid răcit cu sodiu BN-600 (1 unitate de putere BN-800 este în proces de punere în funcțiune comercială). Potrivit Federalului programul țintă„Dezvoltarea complexului industrial și energetic nuclear al Rusiei”, până în 2025, ponderea energiei electrice generate de centralele nucleare din Federația Rusă ar trebui să crească de la 17 la 25% și să se ridice la cca. 30,5 GW. Este planificată construirea a 26 de noi unități de energie, 6 noi centrale nucleare, dintre care două sunt plutitoare (Tabelul 2).

Tabelul 2. CNE care funcționează pe teritoriul Federației Ruse
Numele CNE	Numărul de unități de putere	Ani de punere în funcțiune a unităților de putere	Capacitate totală instalată (MW)	Tip reactor
CNE Balakovo (lângă Balakovo)	4	1985, 1987, 1988, 1993	4000	VVER-1000
CNE Kalinin [125 km de Tver pe malul râului Udomlya (regiunea Tver)]	4	1984, 1986, 2004, 2011	4000	VVER-1000
CNE Kursk (lângă orașul Kurchatov de pe malul stâng al râului Seim)	4	1976, 1979, 1983, 1985	4000	RBMK-1000
CNE Leningrad (lângă orașul Sosnovy Bor)	4 în construcție - 4	1973, 1975, 1979, 1981	4000	RBMK-1000 (prima stație din țară cu reactoare de acest tip)
CNE Rostov (situat pe malul lacului de acumulare Tsimlyansk, la 13,5 km de Volgodonsk)	3	2001, 2010, 2015	3100	VVER-1000
CNE Smolensk (la 3 km de orașul satelit Desnogorsk)	3	1982, 1985, 1990	3000	RBMK-1000
CNE Novovoronezh (lângă Novovoronezh)	5; (2 - eliminat), în construcție - 2.	1964 și 1969 (retras), 1971, 1972, 1980	1800	VVER-440; VVER-1000
Kola NPP (200 km sud de Murmansk, pe malul lacului Imandra)	4	1973, 1974, 1981, 1984	1760	VVER-440
CNE Beloyarsk (lângă orașul Zarechny)	2	1980, 2015	600 800	BN-600 BN-800
CNE Bilibino	4	1974 (2), 1975, 1976	48	EGP-6

CNE proiectate în Federația Rusă

Din 2008, Novovoronezh NPP-2 (lângă Novovoronezh NPP) este construită conform noului proiect NPP-2006 (proiectul centralei nucleare rusești de noua generație „3+” cu indicatori tehnici și economici îmbunătățiți), care oferă pentru utilizarea reactoarelor VVER-1200. Construcția a 2 unități de putere cu o capacitate totală de 2.400 MW este în curs de desfășurare, în viitor fiind planificată construirea altor 2.

CNE Baltic prevede utilizarea unui reactor VVER-1200 cu o capacitate de 1200 MW; unități de putere - 2. Capacitatea totală instalată este de 2300 MW. Punerea în funcțiune a primului bloc este planificată pentru 2020. Agenția Federală pentru energia nucleară a Rusiei, este în curs de desfășurare un proiect de creare a centralelor nucleare plutitoare de putere mică. CNE „Akademik Lomonosov” în construcție va deveni prima centrală nucleară plutitoare din lume. Stația plutitoare poate fi folosită pentru a genera energie electrică și căldură, precum și pentru desalinizarea apei de mare. Poate produce de la 40 la 240 mii m 2 de apă dulce pe zi. Puterea electrică instalată a fiecărui reactor este de 35 MW. Punerea în funcțiune a stației este planificată pentru 2018.

Proiecte internaționale de energie nucleară din Rusia

23.9.2013 Rusia a predat CNE Bushehr (Bușehr) Iranului pentru exploatare , lângă orașul Bushehr (Ostab Bushehr); numărul de unități de putere - 3 (1 construit, 2 - în construcție); tip reactor - VVER-1000. CNE „Kudankulam”, lângă orașul Kudankulam (statul Tamil Nadu, India); numărul de unități de putere - 4 (1 - în funcțiune, 3 - în construcție); tip reactor - VVER-1000. CNE Akkuyu, lângă Mersin (il Mersin, Turcia); numărul de unități de putere - 4 (în construcție); tip reactor - VVER-1200; CNE din Belarus (Ostrovets, regiunea Grodno, Belarus); numărul de unități de putere - 2 (în construcție); tip reactor - VVER-1200. CNE „Hanhikivi 1” (Capul Hanhikivi, regiunea Pohjois-Pohyanmaa, Finlanda); numărul de unități de putere - 1 (în construcție); tip reactor - VVER-1200.

Ar putea fi util să citiți: