Jaderná elektrárna je průmyslové zařízení, které vyrábí elektřinu využitím jaderné energie, která se uvolňuje jako tepelná energie během řetězové reakce jaderného štěpení v reaktorové nádobě. Mnoho lidí neví, jak funguje jaderná elektrárna.
Z tohoto důvodu vám to povíme podrobně jak funguje jaderná elektrárna zevnitř.
Hlavní prvky jaderné elektrárny
Jaderný reaktor je hlavním prvkem elektrárny, protože obsahuje jaderné palivo (obvykle uran) a je vybaven systémy, které umožňují spouštění, udržování a řízené zastavení jaderné reakce. Provoz jaderné elektrárny je podobný jako u klasické tepelné elektrárny, ve které tepelná energie vzniká spalováním fosilních paliv. Naproti tomu jaderný reaktor získává tepelnou energii z řetězových reakcí jaderného štěpení, ke kterým dochází v atomech uranu přítomných v jaderném palivu.
Vzniklá tepelná energie se používá k ohřevu vody, dokud nedosáhne bodu odpaření a stane se párou při vysokém tlaku a teplotě. Tato pára Pohání turbínu spojenou s generátorem, který přeměňuje mechanickou energii produkovanou rotací turbíny na energii elektrickou.
Přestože existuje několik typů jaderných reaktorů, vynikají dvě konkrétní konstrukce, které dohromady představují více než 80 % z téměř 450 provozovaných bloků po celém světě: tlakovodní reaktor (PWR) a tlakovodní reaktor s bodem varu (BWR).
Provoz tlakovodního reaktoru (PWR)
Je nezbytné poznamenat, že během jaderného štěpení se jádra těžkých atomů, která jsou zasažena neutrony, rozpadají na menší, lehčí jádra. Tento proces uvolňuje energii, která váže protony a neutrony a vede k emisi dvou nebo tří neutronů. Tyto neutrony emitovaly Jsou schopny vyvolat další štěpení interakcí s jinými těžkými jádry, která zase uvolní více neutronů a udrží cyklus. Tento kaskádový efekt je známý jako řetězová reakce jaderného štěpení.
Provoz jaderné elektrárny lze shrnout do následujících fází:
- V jaderném reaktoru, Uran podléhá štěpení, které vytváří značné množství energie, která ohřívá vysokotlakou chladicí vodu cirkulující systémem. Tato ohřátá voda je pak transportována primárním okruhem do výměníku tepla, známého jako parogenerátor, kde usnadňuje produkci vodní páry.
- Soustava turbína-generátor přijímá páru přes sekundární okruh. Po příchodu pára roztáčí lopatky turbíny. Toto otáčení hřídele turbíny následně pohání alternátor a přeměňuje mechanickou energii na elektřinu.
- Jakmile vodní pára projde turbínou, jde do kondenzátoru, kde se ochladí a přemění se zpět na kapalnou vodu.
- Voda se poté vrací do parogenerátoru, aby znovu vytvářela páru v uzavřené smyčce.
Klíčové komponenty jaderné elektrárny
Již dříve jsme řekli, že jaderný reaktor je zařízení určené k zahájení, udržování a ukončení řetězových štěpných reakcí kontrolovaným způsobem, vybavené nezbytnými mechanismy pro extrakci vyrobeného tepla. Reaktor je hlavním prvkem elektrárny a funguje jako místo, kde se skladuje jaderné palivo.
Hlavní prvky jaderné elektrárny jsou:
- Pohonné hmoty: Je to materiál, ve kterém dochází ke štěpným reakcím, které obvykle využívají obohacený oxid uraničitý. Tato látka má dvojí funkci: působí jako zdroj energie a jako dodavatel neutronů nezbytných pro udržení řetězové reakce. Dodává se v pevné formě, skládající se z válcových tablet zabalených do kovových tyčí o délce přibližně čtyři metry.
- Moderátor: Látka, která snižuje rychlost rychlých neutronů produkovaných během štěpení, čímž usnadňuje další štěpení a udržuje řetězovou reakci.
- Chladící médium: Je to stejná voda, která funguje jako moderátor a používá se k odstranění tepla produkovaného štěpnou reakcí, ke které dochází v uranovém palivu.
- Ovládací lišty: Jsou řídicími součástmi reaktoru a fungují jako absorbéry neutronů. Tyto tyče složené z karbidu boru nebo india-kadmia umožňují nepřetržité řízení populace neutronů, zajišťují stabilitu reaktoru a v případě potřeby usnadňují jeho odstavení.
- Zbroj: Slouží k zabránění úniku záření a neutronů z reaktoru do vnějšího prostředí. Obvykle se pro tento účel používají materiály jako beton, ocel nebo olovo.
- Bezpečnostní prvky: Každé jaderné zařízení je vybaveno řadou bezpečnostních systémů určených k zamezení úniku radioaktivity do životního prostředí, včetně konstrukce kontejnmentu.
- Regulátor tlaku: Je kritickou součástí primárního chladicího okruhu. Tento regulátor udržuje rovnováhu mezi kapalnou a parní fází za podmínek nasycení, aby účinně řídil tlak uvnitř reaktoru.
- Nádoba reaktoru: Obklopuje jaderný reaktor, kde probíhá řetězová štěpná reakce. Jádro této nádoby je tvořeno palivovými články.
- Parní generátory: Fungují jako výměníky tepla, ve kterých chladící voda primárního okruhu proudí trubkami ve tvaru obráceného U a předává svou tepelnou energii vodě sekundárního okruhu, čímž ji přeměňuje na vodní páru.
- Budova kontejnmentu: Jedná se o kryt, který obsahuje systém chlazení reaktoru spolu s několika pomocnými systémy a působí jako ochranná bariéra při běžném provozu účinně zabraňující úniku znečišťujících látek do vnějšího prostředí. Ve spojení s dalšími bezpečnostními systémy má zásadní odpovědnost za zabránění možnému úniku štěpných produktů do atmosféry v případě nehody.
- Turbína: Zařízení je navrženo tak, aby zachycovalo vodní páru z parogenerátorů a přeměňovalo její energii na rotační mechanickou energii prostřednictvím lopatek. Několik sekcí je určeno pro expanzi páry. Hřídel je bezpečně připevněna k hřídeli alternátoru.
- Alternátor: Zařízení, které vyrábí elektřinu přeměnou rotační mechanické energie turbíny na elektrickou energii středního napětí a vysoké intenzity.
- Transformátor: Zařízení určené ke zvýšení napětí elektrické energie generované alternátorem za účelem snížení ztrát při jejím přenosu do odběrných míst.
- Chladicí voda: Voda z řeky, nádrže nebo moře slouží ke kondenzaci vodní páry uvnitř kondenzátoru. Tato voda může být vrácena přímo do svého původního zdroje, známého jako otevřená smyčka, nebo recyklována přes chladicí věž v systému s uzavřenou smyčkou.
- Chladicí věže: Usnadňují odvod části zbytkového tepla vzniklého při výrobě elektřiny do atmosféry, sloužící jako zdroj chladu. Tento systém se používá k chlazení vody cirkulující přes kondenzátor, který je nedílnou součástí pomocného chladicího okruhu závodu.
- Kondenzátor: Výměník tepla se skládá ze série trubek, které usnadňují cirkulaci chladicí vody. Odpařená voda, která vstupuje do kondenzátoru z turbíny, prochází procesem zkapalňování a přechází do kapalné fáze. Tento proces vytváří podtlak, který zlepšuje provozní účinnost turbíny.
Doufám, že s těmito informacemi se dozvíte více o tom, jak funguje jaderná elektrárna zevnitř.