Stručná charakteristika jaderných elektráren. Jaderné elektrárny

Jak funguje například vodní elektrárna? Všechno je zde jednoduché. Staví se přehrada, vzniká velká nádrž, proudy vody pod tlakem roztáčí hřídel generátoru, který vyrábí elektřinu. Jak se staví větrné elektrárny? Všechno je zde mnohem jednodušší! Vítr otáčí velké lopatky, které otáčejí hřídelem generátoru a vyrábí elektřinu. Jaký je princip fungování jaderné elektrárny? Ukazuje se, že většina lidí vůbec nechápe, jak získávají elektřinu pomocí jaderných reaktorů. Pro mnohé je to jako nějaké kouzlo, něco takového se děje v jaderném reaktoru, odkud se vyrábí elektrický proud.

Myslím si, že je to nespravedlivé, lidé by měli vědět, jak fungují jaderné elektrárny, protože vše je mnohem jednodušší a přehlednější, než by se mohlo zdát. Řeknu vám o principech fungování jaderné energie na příkladu JE Novovoroněž.

Takže zvenčí jaderná elektrárna vypadá jako mnoho průmyslových podniků s technickými budovami, kohoutky a potrubím. Nápadným rozdílem jsou velké chladicí věže, které produkují velká oblaka páry. V běžných tepelných elektrárnách jsou sice chladicí věže, takže jaderné elektrárny nelze snadno identifikovat.

Přejděme k nejznámější části jaderné elektrárny z filmů a fotografií – ovládacímu panelu.
Jedná se o ovládací panel 4. energetického bloku Novovoroněžské jaderné elektrárny, spuštěné v roce 1972. Využívá reaktor VVER-440 o výkonu 400 MW.

Novovoroněžská JE je jednou z prvních jaderných elektráren v SSSR a první jadernou elektrárnou na světě s tlakovodním energetickým reaktorem. Jaderná elektrárna zásobuje asi 20 podniků a více než 2 miliony obyvatel regionu Central Black Earth a také zásobuje oblast Voroněže 85 % elektřiny.

Známá „kulatá věc s diamanty“ je průřez aktivní zónou reaktoru. Ovládací tyče jsou zobrazeny červeně, palivové soubory jsou zobrazeny bíle. Zkrátka a zhruba, jaderný reaktor je velký vertikální válec, uvnitř kterého jsou tyče jaderného paliva a regulační tyče.

Pohonné jednotky 3 a 4 byly postaveny na počátku 70. let a měly být dokončeny na počátku 20. století, ale jejich životnost byla později prodloužena. Od loňského roku probíhá aktivní modernizace.

Celkem bylo v historii stanice Novovoroněž 6 energetických jednotek, z nichž první byla spuštěna v roce 1964 a šestá v roce 2016. V současné době je ve výstavbě sedmý blok elektrárny, první a druhý blok jsou již odstaveny z provozu.

Nejvyšší část reaktoru, víko připomíná velký zvon, a samotné tyče jsou umístěny hluboko pod ním. Jedná se o reaktorový prostor 3. a 4. energetického bloku a podobná pozorovací plošina existuje pouze v Novovoroněžské JE. Ano, přesně tak vypadá jaderný reaktor zvenčí.
Kousek za víkem se nachází zařízení na výměnu tyčí, které se při otevření víka najíždí shora a vykonává práci uvnitř.

Blokový ovládací panel 5. energetické jednotky, postavený v roce 1980. Využívá reaktor VVER-1000 o výkonu 1000 MW.

Pohonná jednotka měla být vyřazena z provozu v roce 2010, později byl termín prodloužen.
Novovoroněžská JE od roku 1995 modernizuje energetické bloky tak, aby byly v souladu s moderními bezpečnostními standardy.

Vzhledem k tomu, že energetický blok a ovládací panel jsou novější, průřez aktivní zóny reaktoru se také nezobrazuje v analogové podobě, ale na monitoru počítače v reálném čase. Můžete sledovat teplotu a mnoho dalších parametrů.

Nejdůležitější tlačítko, které úplně vypne reaktor v případě nejhroznějších nouzových situací. Přejeme zaměstnancům JE, aby k takovým nehodám nikdy nedocházelo a toto tlačítko zůstalo vždy zapečetěno.

Na mnoha místech a místnostech stanice jsou speciální přístroje, které měří úroveň radiace – Geigerovy počítače nebo dozimetry.

Pátá pohonná jednotka novovoroněžské JE zvenčí vypadá jako válec. Uvnitř neobvyklé budovy je samotný jaderný reaktor, obklopený speciálním ochranným válcovým pláštěm ze železobetonu. Po opravách a modernizaci byl v roce 2011 opět uveden do provozu, s výkonem 1000 MW.

A teď hlavní otázka: proč vůbec potřebujeme reaktor, jak z toho všeho pochází elektřina?
Ve skutečnosti se ukáže, že vše není tak „magické“, jak bychom si pravděpodobně přáli. Jaderný reaktor je vlastně velký kotel, který ohřívá vodu.

Po zahřátí se voda posílá do dalšího uzavřeného okruhu s vodou, která je již přeměněna na páru. Tato pára roztáčí velkou turbínu, která pohání generátor vyrábějící elektřinu.

Obecně je vše jednoduché: reaktor se zahřeje, voda/pára roztáčí generátor a vyrábí se elektřina.
Strojovna 5. energetického bloku.

Ohřátou vodu je potřeba poslat někam dál a zchladit, k tomu byly vynalezeny celé chladicí věže - chladicí věže. Voda je pumpována nahoru pomocí čerpadla a poté padá dolů a rozpadá se na malé kapičky v postřikovači. Zespodu je přiváděn proud vzduchu, který část vody odpaří a část se jednoduše ochladí a spadne dolů.
Jedná se o chladicí věže 3. a 4. energetického bloku o výšce 95 metrů.

Kompletní rozváděč je navržen pro příjem, distribuci a přenos elektřiny. Zhruba řečeno, velký transformátor. Uvnitř speciálních trubek jsou elektrické vedení, vše je spolehlivé a bezpečné.
Jedná se o rozváděčové rozváděče šestého energetického bloku Novovoroněžské JE.

Centrální ovládací panel 6. energetického bloku, který je v současnosti nejvýkonnější jadernou elektrárnou v Rusku - 1200 MW. Postaven pomocí bezpečnostních technologií, které se staly relevantními po havárii ve Fukušimě. Typ jaderného reaktoru VVER-1200.

Šestá pohonná jednotka z ulice nevypadá tak pekelně jako válec páté, ale poznáte ji podle vrchní části s trubkami. V srpnu 2016 byla elektrárna připojena k síti a dodala do elektrické sítě prvních 240 MW. V současnosti se jedná o nejmodernější pohonnou jednotku v Rusku, splňující nejmodernější požadavky na spolehlivost a bezpečnost.

Sprchové bazény 6. bloku, které jsou potřebné pro chlazení systémů spotřeby reaktoru. V pozadí je budova šestého energetického bloku, budovaná chladicí věž 6. a 7. energetického bloku a samotné staveniště.

Sedmý energetický blok bude dvojčetem šestého bloku, dokončení výstavby je naplánováno na rok 2018. Pohonná jednotka bude odolná proti zemětřesení, hurikánům, záplavám, výbuchům, dokonce i pádům letadel. Typ reaktoru VVER-1200.

Turbínová hala 6. energetického bloku.

Životnost hlavního zařízení bloku je nyní spíše 60 let než 30 let, jak tomu bylo u starších pohonných jednotek.

Chladicí věže 6. a 7. energetického bloku jsou mnohem větší a vyšší než ty staré, jejich výška je 171 metrů.

Nyní se místo dvou chladicích věží na pohonnou jednotku používá jedna, ale větší velikosti. To umožnilo zmenšit plochu samotné jaderné elektrárny, snížit náklady na materiál a finanční prostředky.

Velín 6. energetického bloku. Uvedení pohonné jednotky do plného komerčního provozu je naplánováno na konec roku 2016 po provedení různých testů.

Osobně moc děkuji

V polovině dvacátého století nejlepší mozky lidstva tvrdě pracovaly na dvou úkolech najednou: na vytvoření atomové bomby a také na tom, jak využít energii atomu pro mírové účely. Tak se objevily první na světě Jaký je princip fungování jaderných elektráren? A kde na světě se nacházejí největší z těchto elektráren?

Historie a rysy jaderné energetiky

„Energie je hlavou všeho“ – tak lze parafrázovat slavné přísloví s přihlédnutím k objektivní realitě 21. století. S každým dalším kolem technologického pokroku toho lidstvo potřebuje víc a víc. Dnes se energie „mírového atomu“ aktivně využívá v ekonomice a výrobě, a to nejen v energetickém sektoru.

Elektřina vyrobená v tzv. jaderných elektrárnách (jejichž princip fungování je velmi jednoduchý) má široké využití v průmyslu, vesmírném průzkumu, medicíně a zemědělství.

Jaderná energie je odvětví těžkého průmyslu, které získává teplo a elektřinu z kinetické energie atomu.

Kdy se objevily první jaderné elektrárny? Sovětští vědci zkoumali princip fungování takových elektráren již ve 40. letech. Mimochodem, ve stejné době vynalezli první atomovou bombu. Atom byl tedy „mírový“ i smrtící.

V roce 1948 I.V.Kurčatov navrhl, aby sovětská vláda začala provádět přímé práce na získávání atomové energie. O dva roky později v Sovětském svazu (ve městě Obninsk v oblasti Kaluga) začíná výstavba vůbec první jaderné elektrárny na planetě.

Princip fungování všech je podobný a není vůbec těžké jej pochopit. O tom se bude dále diskutovat.

Jaderná elektrárna: princip činnosti (foto a popis)

Základem práce každého je silná reakce, ke které dochází, když se jádro atomu rozdělí. Tento proces nejčastěji zahrnuje atomy uranu-235 nebo plutonia. Jádra atomů jsou rozdělena neutronem, který do nich vstupuje zvenčí. V tomto případě se objevují nové neutrony a také štěpné fragmenty, které mají obrovskou kinetickou energii. Právě tato energie je hlavním a klíčovým produktem činnosti každé jaderné elektrárny.

Tak lze popsat princip fungování reaktoru jaderné elektrárny. Na další fotce můžete vidět, jak to vypadá zevnitř.

Existují tři hlavní typy jaderných reaktorů:

• vysokovýkonný kanálový reaktor (zkráceně RBMK);
• tlakovodní reaktor (VVER);
• rychlý neutronový reaktor (BN).

Samostatně stojí za to popsat princip fungování jaderné elektrárny jako celku. Jak to funguje, bude probráno v dalším článku.

Princip fungování jaderné elektrárny (schéma)

Funguje za určitých podmínek a v přesně specifikovaných režimech. Kromě (jednoho nebo více) struktura jaderné elektrárny zahrnuje také další systémy, speciální struktury a vysoce kvalifikovaný personál. Jaký je princip fungování jaderné elektrárny? Stručně to lze popsat následovně.

Hlavním prvkem každé jaderné elektrárny je jaderný reaktor, ve kterém probíhají všechny hlavní procesy. O tom, co se děje v reaktoru, jsme psali v předchozí části. Do tohoto obrovského kotle je přiváděn (obvykle nejčastěji uran) ve formě malých černých tablet.

Energie uvolněná při reakcích probíhajících v jaderném reaktoru se přemění na teplo a předá chladivu (obvykle vodě). Stojí za zmínku, že chladicí kapalina během tohoto procesu také dostává určitou dávku záření.

Dále se teplo z chladicí kapaliny přenáší do běžné vody (prostřednictvím speciálních zařízení - výměníků tepla), která v důsledku toho vře. Vzniklá vodní pára roztáčí turbínu. K té je připojen generátor, který vyrábí elektrickou energii.

Jaderná elektrárna je tedy podle principu fungování stejnou tepelnou elektrárnou. Jediný rozdíl je v tom, jak pára vzniká.

Geografie jaderné energetiky

Prvních pět zemí ve výrobě jaderné energie je následujících:

1. Francie.
2. Japonsko.
3. Rusko.
4. Jižní Korea.

Ve stejné době, Spojené státy americké, vyrábějící asi 864 miliard kWh ročně, produkují až 20 % celkové elektřiny na planetě.

Celkem 31 států světa provozuje jaderné elektrárny. Ze všech kontinentů na planetě jsou pouze dva (Antarktida a Austrálie) zcela bez jaderné energie.

Dnes je na světě v provozu 388 jaderných reaktorů. Pravda, 45 z nich už rok a půl nevyrábí elektřinu. Většina jaderných reaktorů se nachází v Japonsku a USA. Jejich úplná geografie je uvedena na následující mapě. Zeleně jsou označeny země s provozovanými jadernými reaktory a jejich celkový počet v konkrétním stavu.

Rozvoj jaderné energetiky v různých zemích

Celkově od roku 2014 došlo k obecnému poklesu rozvoje jaderné energetiky. Lídry ve výstavbě nových jaderných reaktorů jsou tři země: Rusko, Indie a Čína. Řada států, které jaderné elektrárny nemají, navíc plánuje jejich výstavbu v blízké budoucnosti. Patří mezi ně Kazachstán, Mongolsko, Indonésie, Saúdská Arábie a řada severoafrických zemí.

Na druhé straně se řada států vydala směrem k postupnému snižování počtu jaderných elektráren. Patří mezi ně Německo, Belgie a Švýcarsko. A v některých zemích (Itálie, Rakousko, Dánsko, Uruguay) je jaderná energie zákonem zakázána.

Hlavní problémy jaderné energetiky

S rozvojem jaderné energetiky souvisí jeden významný ekologický problém. Jedná se o tzv. prostředí. Jaderné elektrárny tak podle mnoha odborníků vydávají více tepla než tepelné elektrárny stejného výkonu. Zvláště nebezpečné je znečištění termální vody, které narušuje život biologických organismů a vede k úhynu mnoha druhů ryb.

Další naléhavý problém spojený s jadernou energetikou se týká jaderné bezpečnosti obecně. Poprvé se lidstvo vážně zamyslelo nad tímto problémem po černobylské katastrofě v roce 1986. Princip fungování jaderné elektrárny v Černobylu se příliš nelišil od principu jiných jaderných elektráren. To ji však nezachránilo od velké a vážné nehody, která měla velmi vážné následky pro celou východní Evropu.

Nebezpečí jaderné energie se navíc neomezuje na možné havárie způsobené člověkem. Velké problémy tak vznikají s likvidací jaderného odpadu.

Výhody jaderné energetiky

Přesto zastánci rozvoje jaderné energetiky uvádějí i jasné výhody provozu jaderných elektráren. Tak zejména Světová jaderná asociace nedávno zveřejnila svou zprávu s velmi zajímavými údaji. Počet lidských obětí doprovázejících výrobu jednoho gigawattu elektřiny v jaderných elektrárnách je podle ní 43krát menší než v tradičních tepelných elektrárnách.

Existují i ​​další, neméně důležité, výhody. A to:

• nízké náklady na výrobu elektřiny;
• ekologická čistota jaderné energetiky (s výjimkou znečištění termální vodou);
• nedostatek přísného geografického napojení jaderných elektráren na velké zdroje paliva.

Místo závěru

V roce 1950 byla postavena první jaderná elektrárna na světě. Principem fungování jaderných elektráren je štěpení atomu pomocí neutronu. V důsledku tohoto procesu se uvolňuje obrovské množství energie.

Zdálo by se, že jaderná energie je pro lidstvo výjimečným přínosem. Historie však dokázala opak. Zejména dvě velké tragédie – havárie v sovětské jaderné elektrárně Černobyl v roce 1986 a havárie v japonské elektrárně Fukušima-1 v roce 2011 – ukázaly nebezpečí, které představuje „mírový“ atom. A mnoho zemí světa dnes začalo uvažovat o částečném nebo dokonce úplném opuštění jaderné energetiky.

JADERNÁ ELEKTRÁRNA(NPP), elektrárna, která využívá teplo uvolněné v jaderném reaktoru v důsledku řízené řetězové reakce štěpení jader těžkých prvků (především. $\ce(^(233)U, ^(235)U, ^(239)Pu)$). Teplo vznikající v jádro jaderného reaktoru, se přenáší (přímo nebo přes meziprodukt chladicí kapalina) pracovní kapalina (především vodní pára), která pohání parní turbíny s turbogenerátory.

Jaderná elektrárna je v principu obdobou konvenční tepelná elektrárna(TPP), ve kterém je místo pece parního kotle použit jaderný reaktor. I když jsou základní termodynamická schémata jaderných a tepelných elektráren podobná, existují mezi nimi také značné rozdíly. Mezi hlavní patří ekologické a ekonomické výhody jaderných elektráren oproti tepelným elektrárnám: jaderné elektrárny nepotřebují ke spalování paliva kyslík; prakticky neznečišťují životní prostředí oxidem siřičitým a jinými plyny; jaderné palivo má výrazně vyšší výhřevnost (štěpením 1g izotopů U nebo Pu se uvolní 22 500 kWh, což odpovídá energii obsažené ve 3000 kg uhlí), což prudce snižuje jeho objem a náklady na dopravu a manipulaci; Světové energetické zdroje jaderného paliva výrazně převyšují přírodní zásoby uhlovodíkového paliva. Využití jaderných reaktorů (jakéhokoli typu) jako zdroje energie navíc vyžaduje změny v tepelných okruzích přijatých v klasických tepelných elektrárnách a zavádění nových prvků například do struktury jaderných elektráren. biologický ochrana (viz Radiační bezpečnost), systémy překládky vyhořelého paliva, záchytný bazén paliva apod. Přenos tepelné energie z jaderného reaktoru do parních turbín se provádí pomocí chladiva cirkulujícího utěsněným potrubím, v kombinaci s oběhovými čerpadly, tvořícími tzv. okruhu nebo smyčky reaktoru. Jako chladiva se používá běžná a těžká voda, vodní pára, tekuté kovy, organické kapaliny a některé plyny (například helium, oxid uhličitý). Okruhy, kterými chladivo cirkuluje, jsou vždy uzavřeny, aby nedocházelo k úniku radioaktivity, jejich počet je dán především typem jaderného reaktoru a také vlastnostmi pracovní tekutiny a chladiva.

U jaderných elektráren s jednookruhovým okruhem (obr. A) chladivo je také pracovní kapalina, celý okruh je radioaktivní a tudíž obklopený biologickou ochranou. Při použití inertního plynu, jako je helium, jako chladiva, které se neaktivuje v neutronovém poli aktivní zóny, je biologické stínění nutné pouze kolem jaderného reaktoru, protože chladivo není radioaktivní. Chladivo - pracovní tekutina se ohřívá v aktivní zóně reaktoru, poté vstupuje do turbíny, kde se jeho tepelná energie přeměňuje na mechanickou energii a následně na elektrickou energii v elektrickém generátoru. Nejběžnější jsou jednookruhové jaderné elektrárny s jadernými reaktory, ve kterých je chladicí kapalina a moderátor neutronů voda slouží. Pracovní tekutina vzniká přímo v aktivní zóně, když se chladicí kapalina zahřívá k varu. Takové reaktory se nazývají varné reaktory, v globálním jaderném energetickém průmyslu jsou označovány jako BWR (Boiling Water Reactor). V Rusku se rozšířily varné reaktory s vodním chladivem a grafitovým moderátorem – RBMK (high-power channel reaktor). Za perspektivní se považuje použití vysokoteplotních plynem chlazených reaktorů (s chladivem heliem) - HTGR - v jaderných elektrárnách. Účinnost jednookruhových jaderných elektráren pracujících v uzavřeném cyklu plynové turbíny může přesáhnout 45–50 %.

S dvouokruhovým obvodem (obr. b) chladivo primárního okruhu ohřáté v AZ je převedeno do parogenerátoru ( výměník tepla) tepelná energie pracovní kapalině ve druhém okruhu, po které je cirkulačním čerpadlem vrácena do aktivní zóny. Primárním chladivem může být voda, tekutý kov nebo plyn a pracovní tekutinou je voda, která se v parogenerátoru mění na vodní páru. Primární okruh je radioaktivní a je obklopen biologickým stíněním (kromě případů, kdy je jako chladivo použit inertní plyn). Druhý okruh je obvykle bezpečný pro záření, protože pracovní kapalina a chladivo prvního okruhu nepřicházejí do styku. Nejrozšířenější jsou dvouokruhové jaderné elektrárny s reaktory, ve kterých je primárním chladivem a moderátorem voda a pracovní tekutinou vodní pára. Tento typ reaktoru je označen jako VVER - vodou chlazený energetický reaktor. reaktor (PWR - Power Water Reactor). Účinnost JE s VVER dosahuje 40 %. Z hlediska termodynamické účinnosti jsou takové jaderné elektrárny horší než jednookruhové jaderné elektrárny s HTGR, pokud teplota chladiva plynu na výstupu z aktivní zóny přesáhne 700 °C.

Tříokruhové tepelné okruhy (obr. PROTI) se používají pouze v případech, kdy je nutné zcela vyloučit kontakt chladiva primárního (radioaktivního) okruhu s pracovní kapalinou; například když je jádro chlazeno kapalným sodíkem, jeho kontakt s pracovní tekutinou (vodní párou) může vést k velké havárii. Kapalný sodík jako chladivo se používá pouze v rychlých neutronových jaderných reaktorech (FBR - Fast Breeder Reactor). Zvláštností jaderných elektráren s rychlým neutronovým reaktorem je, že současně s výrobou elektrické a tepelné energie reprodukují štěpné izotopy vhodné pro použití v tepelných jaderných reaktorech (viz. Chovatelský reaktor).

Turbíny jaderných elektráren obvykle pracují na sytou nebo mírně přehřátou páru. Při použití turbín pracujících na přehřátou páru prochází sytá pára aktivním zónem reaktoru (speciálními kanály) nebo speciálním výměníkem tepla - přehřívačem páry pracujícím na uhlovodíkové palivo - pro zvýšení teploty a tlaku. Termodynamická účinnost cyklu jaderné elektrárny je tím vyšší, čím vyšší jsou parametry chladiva a pracovní kapaliny, které jsou dány technologickými možnostmi a vlastnostmi konstrukčních materiálů používaných v chladicích okruzích jaderné elektrárny.

V jaderných elektrárnách je věnována velká pozornost čištění chladicí kapaliny, protože přírodní nečistoty v ní přítomné, stejně jako korozní produkty, které se hromadí během provozu zařízení a potrubí, jsou zdrojem radioaktivity. Stupeň čistoty chladiva do značné míry určuje úroveň radiačních podmínek v areálu jaderné elektrárny.

Jaderné elektrárny jsou téměř vždy stavěny v blízkosti spotřebitelů energie, protože náklady na dopravu jaderného paliva do jaderných elektráren mají na rozdíl od uhlovodíkového paliva pro tepelné elektrárny malý vliv na cenu vyrobené energie (obvykle se jaderné palivo v energetických reaktorech nahrazuje s novou jednou za několik let).let), a přenos elektrické i tepelné energie na velké vzdálenosti výrazně zvyšuje jejich cenu. Jaderná elektrárna je postavena na návětrné straně nejbližší obydlené oblasti, kolem ní je vytvořena zóna hygienické ochrany a pozorovací zóna, kde není dovoleno obyvatelům žít. V pozorovací zóně je umístěno kontrolní a měřící zařízení pro nepřetržité monitorování prostředí.

Jaderná elektrárna je základ jaderná energie. Jejich hlavním účelem je výroba elektřiny (jaderné elektrárny kondenzačního typu) nebo kombinovaná výroba elektřiny a tepla (jaderné elektrárny - NCHPP). Na ATPP je část páry odsávané v turbínách odváděna do tzv. síťové výměníky tepla pro topnou vodu cirkulující v uzavřených topných sítích. V některých případech lze tepelnou energii jaderných reaktorů využít pouze pro potřeby dálkového vytápění (závody jaderného zásobování teplem - AST). V tomto případě ohřátá voda z výměníků tepla prvního a druhého okruhu vstupuje do síťového výměníku tepla, kde předává teplo síťové vodě a poté se vrací zpět do okruhu.

Jednou z výhod jaderných elektráren oproti klasickým tepelným elektrárnám je jejich vysoká ekologičnost, která je při kvalifikaci zachována. provoz jaderných reaktorů. Stávající radiační bezpečnostní bariéry pro jaderné elektrárny (palivový plášť, nádoba jaderného reaktoru atd.) zabraňují kontaminaci chladiva radioaktivními štěpnými produkty. Nad reaktorovým sálem jaderné elektrárny je vztyčen ochranný plášť (kontejnment), který zabrání vniknutí radioaktivních látek do životního prostředí v případě nejtěžší havárie - odtlakování primárního okruhu, roztavení aktivní zóny. Výcvik personálu JE zahrnuje výcvik na speciálních simulátorech (simulátorech JE) pro nácvik činností v normálních i havarijních situacích. V jaderné elektrárně existuje řada služeb, které zajišťují normální fungování elektrárny a bezpečnost jejího personálu (například radiační monitorování, zajištění hygienických a hygienických požadavků atd.). Na území jaderné elektrárny jsou vytvořena dočasná úložiště čerstvého a vyhořelého jaderného paliva, kapalných a pevných radioaktivních odpadů vznikajících při jejím provozu. To vše vede k tomu, že náklady na instalovaný kilowatt výkonu v jaderné elektrárně jsou o více než 30 % vyšší než náklady na kilowatt v tepelné elektrárně. Náklady na energii vyrobenou v jaderné elektrárně dodávané spotřebiteli jsou však nižší než v tepelných elektrárnách, a to z důvodu velmi malého podílu palivové složky na těchto nákladech. Vzhledem ke své vysoké účinnosti a vlastnostem regulace výkonu jsou jaderné elektrárny obvykle využívány v základních režimech, přičemž faktor využití instalovaného výkonu jaderných elektráren může přesáhnout 80 %. S narůstajícím podílem jaderných elektráren na celkové energetické bilanci kraje mohou fungovat i ve flexibilním režimu (pro pokrytí zátěžových nerovností místní energetické soustavy). Schopnost jaderných elektráren pracovat po dlouhou dobu bez výměny paliva umožňuje jejich použití v odlehlých regionech. Byly vyvinuty jaderné elektrárny, jejichž uspořádání zařízení je založeno na principech implementovaných v lodních jaderných elektrárnách. zařízení (viz ledoborec s jaderným pohonem). Takové jaderné elektrárny lze umístit například na člun. Perspektivní jaderné elektrárny s HTGR jsou ty, které vyrábějí tepelnou energii pro provádění technologických procesů v metalurgické, chemické a ropné výrobě, při zplyňování uhlí a břidlic a při výrobě syntetických uhlovodíkových paliv. Provozní životnost jaderné elektrárny je 25–30 let. Vyřazení jaderné elektrárny z provozu, demontáž reaktoru a rekultivace jeho areálu do stavu „zeleného trávníku“ je složitá a nákladná organizačně i technická akce, prováděná podle plánů vypracovaných pro každý konkrétní případ.

První provozovaná jaderná elektrárna na světě o výkonu 5000 kW byla spuštěna v Rusku v roce 1954 v Obninsku. V roce 1956 byla uvedena do provozu jaderná elektrárna Calder Hall ve Velké Británii (46 MW) a v roce 1957 jaderná elektrárna Shippingport v USA (60 MW). V roce 1974 byla spuštěna první jaderná elektrárna na světě Bilibinskaja (autonomní oblast Čukotka). Masová výstavba velkých, úsporných jaderných elektráren začala ve 2. pol. 60. léta 20. století Po havárii (1986) v jaderné elektrárně v Černobylu se však atraktivita jaderné energetiky znatelně snížila a v řadě zemí, které mají dostatek vlastních nebo přístupných tradičních palivových a energetických zdrojů, začala výstavba nových jaderných elektrárny skutečně zastavily (Rusko, USA, Velká Británie, Německo). Na počátku 21. století, 11.3.2011 v Tichém oceánu u východního pobřeží Japonska v důsledku silného zemětřesení o síle 9,0 až 9,1 a následného tsunami(výška vlny dosáhla 40,5 m) v jaderné elektrárně Fukušima1 (vesnice Okuma, prefektura Fukušima) největšítechnologická katastrofa– radiační nehoda maximálního stupně 7 na mezinárodní stupnici jaderných událostí. Náraz tsunami vyřadil z provozu externí zdroje energie a záložní dieselové generátory, což způsobilo nefunkčnost všech běžných i nouzových chladicích systémů a vedlo k roztavení aktivní zóny reaktoru na blocích 1, 2 a 3 v prvních dnech havárie. V prosinci 2013 byla jaderná elektrárna oficiálně uzavřena. Vysoká úroveň radiace od první poloviny roku 2016 znemožňuje nejen lidem pracovat v reaktorových budovách, ale také robotům, kteří kvůli vysoké radiaci selhávají. Předpokládá se, že odstranění vrstev půdy do speciálních skladovacích zařízení a její zničení bude trvat 30 let.

Jaderné elektrárny využívá 31 zemí světa. Platí pro rok 2015 cca. 440 jaderných energetických reaktorů (elektrárenských bloků) o celkovém výkonu více než 381 tisíc MW (381 GW). OK. Ve výstavbě je 70 jaderných reaktorů. Světovým lídrem z hlediska podílu na celkové výrobě elektřiny je Francie (druhé místo z hlediska instalovaného výkonu), kde se jaderná energetika podílí 76,9 %.

Největší jaderná elektrárna na světě v roce 2015 (podle instalovaného výkonu) je Kashiwazaki-Kariwa (Kashiwazaki, prefektura Niigata, Japonsko). V provozu je 5 varných reaktorů (BWR) a 2 pokročilé varné reaktory (ABWR) s celkovým výkonem 8 212 MW (8,212 GW).

Největší jadernou elektrárnou v Evropě je Záporožská JE (Energodar, Záporožská oblast, Ukrajina). Od roku 1996 je v provozu 6 energetických bloků s reaktory typu VVER-1000 o celkovém výkonu 6000 MW (6 GW).

USA a Japonsko vyvíjejí minijaderné elektrárny o výkonu cca 10–20 MW pro zásobování teplem a elektřinou pro jednotlivá průmyslová odvětví, obytné komplexy a v budoucnu i jednotlivé domy. Reaktory malých rozměrů jsou vytvářeny pomocí bezpečných technologií, které výrazně snižují možnost jaderného úniku.

V Rusku je k roku 2015 10 jaderných elektráren provozujících 34 bloků o celkovém výkonu 24 643 MW (24 643 GW), z toho 18 bloků s reaktory typu VVER (z toho 11 bloků VVER-1000 resp. 6 pohonných jednotek je VVER-440 různých modifikací); 15 energetických bloků s kanálovými reaktory (11 energetických bloků s reaktory typu RBMK-1000 a 4 energetické bloky s reaktory typu EGP-6 - Energetický heterogenní smyčkový reaktor se 6 cirkulačními smyčkami chladiva, elektrický výkon 12 MW); 1 energetický blok se sodíkem chlazeným rychlým neutronovým reaktorem BN-600 (1 energetický blok BN-800 je v procesu uvádění do komerčního provozu). Podle Federálního cílového programu „Rozvoj jaderného energetického průmyslového komplexu Ruska“ by se do roku 2025 měl podíl elektřiny vyrobené v jaderných elektrárnách v Ruské federaci zvýšit ze 17 na 25 % a dosáhnout cca. 30,5 GW. Plánuje se výstavba 26 nových elektráren, 6 nových jaderných elektráren, z nichž dvě jsou plovoucí (tabulka 2).

Navrhované jaderné elektrárny v Ruské federaci

Od roku 2008 je podle nového projektu AES-2006 (projekt ruské jaderné elektrárny nové generace „3+“ se zlepšenými technickými a ekonomickými ukazateli) Novovoroněžská JE-2 (u Novovoroněžské JE), který zajišťuje využití reaktorů VVER-1200. Probíhá výstavba 2 energetických bloků o celkovém výkonu 2400 MW, v budoucnu je plánována výstavba dalších 2. Spuštění prvního bloku (blok č. 6) Novovoroněžské JE-2 proběhlo v roce 2016 , na rok 2018 je plánován druhý blok č. 7.

Baltská JE počítá s využitím reaktorového bloku VVER-1200 o výkonu 1200 MW; energetické jednotky – 2. Celkový instalovaný výkon 2300 MW. Uvedení prvního bloku do provozu je plánováno na rok 2020. Federální agentura pro atomovou energii Ruska provádí projekt na vytvoření plovoucích jaderných elektráren s nízkým výkonem. JE Akademik Lomonosov, která se staví, se stane první plovoucí jadernou elektrárnou na světě. Plovoucí stanici lze použít k výrobě elektrické a tepelné energie a také k odsolování mořské vody. Za den dokáže vyrobit od 40 do 240 tisíc m2 sladké vody. Instalovaný elektrický výkon každého reaktoru je 35 MW. Uvedení stanice do provozu je plánováno na rok 2018.

Mezinárodní projekty Ruska v jaderné energetice

23.9.2013 Rusko předalo k provozu jadernou elektrárnu Búšehr (Bušír) Íránu , poblíž města Bushir (zastávka Bušír); počet energetických jednotek – 3 (1 postavená, 2 – ve výstavbě); typ reaktoru – VVER-1000. JE Kudankulam poblíž Kudankulam (Tamil Nadu, Indie); počet energetických jednotek – 4 (1 – v provozu, 3 – ve výstavbě); typ reaktoru – VVER-1000. JE Akkuyu, poblíž Mersinu (il Mersin, Türkiye); počet pohonných jednotek – 4 (ve výstavbě); typ reaktoru – VVER-1200; Běloruská JE (Ostrovec, oblast Grodno, Bělorusko); počet pohonných jednotek – 2 (ve výstavbě); typ reaktoru – VVER-1200. JE „Hanhikivi 1“ (mys Hanhikivi, region Pohjois-Pohjanmaa, Finsko); počet pohonných jednotek – 1 (ve výstavbě); typ reaktoru – VVER-1200.

Výroba elektřiny pomocí jaderné řetězové reakce se v Sovětském svazu poprvé objevila v jaderné elektrárně Obninsk. Ve srovnání s dnešními giganty měla první jaderná elektrárna výkon pouhých 5 MW a největší dnes fungující jaderná elektrárna na světě Kashiwazaki-Kariwa (Japonsko) měla 8212 MW.

JE Obninsk: od spuštění po muzeum

Sovětští vědci vedení I. V. Kurčatovem po dokončení vojenských programů okamžitě začali vytvářet jaderný reaktor s cílem využít tepelnou energii k její přeměně na elektřinu. V co nejkratším čase vyvinuli první jadernou elektrárnu a v roce 1954 došlo ke spuštění průmyslového jaderného reaktoru.

Uvolnění potenciálu, průmyslového i profesionálního, po vytvoření a testování jaderných zbraní umožnilo I. V. Kurčatovovi řešit problém, který mu byl svěřen, výroby elektřiny zvládnutím tepla generovaného během řízené jaderné reakce. Technická řešení pro vytvoření jaderného reaktoru byla zvládnuta při spuštění vůbec prvního experimentálního uran-grafitového reaktoru F-1 v roce 1946. Byla na něm provedena první jaderná řetězová reakce a potvrdil se téměř veškerý nedávný teoretický vývoj.

Pro průmyslový reaktor bylo nutné najít konstrukční řešení související s nepřetržitým provozem zařízení, odvodem tepla a přívodem do generátoru, cirkulací chladiva a jeho ochranou před radioaktivní kontaminací.

Tým laboratoře č. 2 v čele s I.V. Kurchatovem spolu s NIIkhimmash pod vedením N.A. Dollezhala vypracovali všechny nuance struktury. Teoretickým vývojem procesu byl pověřen fyzik E.L.Feinberg.

Reaktor byl spuštěn (dosaženo kritických parametrů) 9. května 1954, 26. června téhož roku byla jaderná elektrárna připojena k síti a v prosinci dosáhla projektové kapacity.

Poté, co fungovala jako průmyslová elektrárna téměř 48 let bez incidentů, byla Obninská JE v dubnu 2002 odstavena. V září téhož roku byla dokončena vykládka jaderného paliva.

I během práce v jaderné elektrárně přicházelo mnoho exkurzí, stanice fungovala jako učebna pro budoucí jaderné vědce. Dnes je na jeho základně zřízeno pamětní muzeum jaderné energetiky.

První zahraniční jaderná elektrárna

Jaderné elektrárny po vzoru Obninska nezačaly hned vznikat v zahraničí. Ve Spojených státech padlo rozhodnutí o výstavbě vlastní jaderné elektrárny až v září 1954 a teprve v roce 1958 byla spuštěna jaderná elektrárna Shippingport v Pensylvánii. Kapacita jaderné elektrárny Shippingport byla 68 MW. Zahraniční experti ji nazývají první komerční jadernou elektrárnou. Výstavba jaderných elektráren je poměrně nákladná, jaderná elektrárna stála americkou státní pokladnu 72,5 milionu dolarů.

Po 24 letech, v roce 1982, byla stanice zastavena, do roku 1985 bylo vyloženo palivo a byla zahájena demontáž této obrovské stavby vážící 956 tun k následné likvidaci.

Předpoklady pro vytvoření mírumilovného atomu

Po objevu jaderného štěpení uranu německými vědci Otto Hahnem a Fritzem Strassmannem v roce 1938 začal výzkum řetězových reakcí.

I.V. Kurčatov, na popud A.B. Ioffe, spolu s Yu.B. Kharitonem, napsali poznámku prezídiu Akademie věd o jaderných otázkách a důležitosti práce v tomto směru. I.V. Kurčatov v té době pracoval na Leningradském institutu fyziky a technologie (Leningrad Institute of Physics and Technology), který vedl A.B. Ioffe, na problémech jaderné fyziky.

V listopadu 1938 byla na základě výsledků studia problému a po vystoupení I.V.Kurčatova na Plénu Akademie věd (Akademie věd) vypracována nóta prezidiu Akademie věd o organizaci práce v r. SSSR o fyzice atomového jádra. Sleduje zdůvodnění pro zobecnění všech nesourodých laboratoří a ústavů v SSSR, náležejících různým ministerstvům a oddělením, které se v podstatě zabývají stejnými problémy.

Pozastavení prací na jaderné fyzice

Některé z těchto organizačních prací byly provedeny již před druhou světovou válkou, ale k velkému pokroku došlo až v roce 1943, kdy byl I. V. Kurčatov požádán, aby vedl atomový projekt.

Po 1. září 1939 se kolem SSSR začalo postupně vytvářet jakési vakuum. Vědci to okamžitě nepocítili, ačkoli sovětskí zpravodajští agenti okamžitě začali varovat před utajením urychlení prací na studiu jaderných reakcí v Německu a Velké Británii.

Velká vlastenecká válka okamžitě upravila práci všech vědců v zemi, včetně jaderných fyziků. Již v červenci 1941 byla LFTI evakuována do Kazaně. I.V.Kurčatov se začal zabývat problémem odminování námořních plavidel (ochrana před mořskými minami). Za svou práci na tomto tématu ve válečných podmínkách (tři měsíce na lodích v Sevastopolu až do listopadu 1941, kdy bylo město téměř zcela obklíčeno), mu byla udělena Stalinova cena za organizaci demagnetizační služby v Poti (Gruzie).

Po silném nachlazení po příjezdu do Kazaně se I. V. Kurčatov mohl vrátit k tématu jaderné reakce teprve koncem roku 1942.

Atomový projekt pod vedením I. V. Kurčatova

V září 1942 bylo I. V. Kurčatovovi pouhých 39 let, podle věkových standardů vědy byl vedle Ioffe a Kapitsy mladým vědcem. Právě v této době byl Igor Vasiljevič jmenován do funkce projektového manažera. Všechny jaderné elektrárny v Rusku a plutoniové reaktory tohoto období byly vytvořeny v rámci jaderného projektu, který do roku 1960 vedl Kurčatov.

Z pohledu dneška si nelze představit, že právě když bylo na okupovaných územích zničeno 60 % průmyslu, kdy hlavní obyvatelstvo země pracovalo na frontě, učinilo vedení SSSR rozhodnutí, které předem určilo rozvoj jaderné energetiky v budoucnosti.

Po vyhodnocení zpravodajských zpráv o stavu práce na atomové jaderné fyzice v Německu, Velké Británii a USA byl Kurčatovovi jasný rozsah zpoždění. Začal shromažďovat vědce po celé zemi a aktivních frontách, kteří by se mohli podílet na vytváření jaderného potenciálu.

Nedostatek uranu, grafitu, těžké vody a chybějící cyklotron vědce nezastavily. Práce, jak teoretické, tak praktické, pokračovaly v Moskvě. Vysoký stupeň utajení stanovil GKO (Výbor obrany státu). Pro výrobu plutonia pro zbraně byl postaven reaktor („kotel“ v Kurchatovově vlastní terminologii). Probíhaly práce na obohacování uranu.

Zaostávání za Spojenými státy od roku 1942 do roku 1949

2. září 1942 byla ve Spojených státech v prvním jaderném reaktoru na světě provedena řízená jaderná reakce. Do této doby v SSSR kromě teoretického vývoje vědců a zpravodajských dat nebylo prakticky nic.

Bylo jasné, že země nebude schopna v krátké době dohnat Spojené státy. Připravit (zachránit) personál, vytvořit předpoklady pro rychlý rozvoj procesů obohacování uranu, vytvoření jaderného reaktoru na výrobu zbrojního plutonia a obnovení provozu továren na výrobu čistého grafitu – tyto byly úkoly, které bylo nutné splnit během války a poválečné doby.

Výskyt jaderné reakce je spojen s uvolněním obrovského množství tepelné energie. Američtí vědci - první tvůrci atomové bomby - to použili jako další škodlivý účinek během exploze.

Jaderné elektrárny světa

Dnes je jaderná energie, přestože vyrábí obrovské množství elektřiny, rozšířena v omezeném počtu zemí. Je to dáno obrovskými kapitálovými investicemi do výstavby jaderných elektráren, od geologického průzkumu, výstavby, vytváření ochrany a konče školením zaměstnanců. Návratnost může nastat v řádu desítek let za předpokladu nepřetržitého provozu stanice.

O proveditelnosti výstavby jaderné elektrárny rozhodují zpravidla národní vlády (samozřejmě po zvážení různých možností). V souvislosti s rozvojem průmyslového potenciálu, při absenci vlastních vnitřních zásob energetických zdrojů ve velkém množství nebo jejich vysoké ceně, je upřednostňována výstavba jaderných elektráren.

Do konce roku 2014 byly jaderné reaktory v provozu v 31 zemích světa. Výstavba jaderných elektráren začala v Bělorusku a Spojených arabských emirátech.

Jaderné elektrárny v Rusku

Dnes v Ruské federaci funguje deset jaderných elektráren.

Dnes jsou ruské jaderné elektrárny součástí státní korporace Rosatom, která sdružuje všechny strukturální divize průmyslu od těžby a obohacování uranu a výroby jaderného paliva až po provoz a výstavbu jaderných elektráren. Co se týče elektřiny vyrobené v jaderných elektrárnách, Rusko je na druhém místě v Evropě po Francii.

Jaderná energetika na Ukrajině

Ukrajinské jaderné elektrárny byly postaveny během Sovětského svazu. Celkový instalovaný výkon ukrajinských jaderných elektráren je srovnatelný s ruskými.

Před rozpadem SSSR byla jaderná energetika na Ukrajině integrována do jednoho odvětví. V postsovětském období, před událostmi roku 2014, existovaly na Ukrajině průmyslové podniky, které vyráběly komponenty pro ruské jaderné elektrárny. Kvůli rozpadu průmyslových vztahů mezi Ruskou federací a Ukrajinou došlo ke zpoždění spouštění elektráren stavěných v Rusku, plánované na roky 2014 a 2015.

Jaderné elektrárny na Ukrajině fungují na palivových tyčích (palivové články s jaderným palivem, kde dochází k jaderné štěpné reakci), vyrobených v Ruské federaci. Ukrajinská touha přejít na americké palivo málem vedla k havárii v jihoukrajinské jaderné elektrárně v roce 2012.

Do roku 2015 státní koncern „Jaderné palivo“, jehož součástí je Východní těžební a zpracovatelský závod (těžba uranové rudy), nebyl ještě schopen zorganizovat řešení otázky výroby vlastních palivových tyčí.

Perspektivy jaderné energetiky

Po roce 1986, kdy došlo k havárii v Černobylu, byly jaderné elektrárny v mnoha zemích odstaveny. Zvyšování úrovně bezpečnosti vyvedlo jadernou energetiku ze stagnace. Až do roku 2011, kdy došlo k havárii v japonské jaderné elektrárně Fukušima-1 v důsledku tsunami, se jaderná energetika neustále rozvíjela.

Dnes neustálé (menší i větší) havárie v jaderných elektrárnách zpomalí rozhodování o výstavbě či reaktivaci zařízení. Postoj obyvatel Země k problému výroby elektřiny jadernou reakcí lze definovat jako opatrně pesimistický.