Εγκατάσταση πυρηνικής ενέργειας: συσκευή και περιβαλλοντικές επιπτώσεις

NPP: από το παρελθόν στο παρόν

Ένας πυρηνικός σταθμός είναι μια επιχείρηση που είναι ένας συνδυασμός εξοπλισμού και εγκαταστάσεων για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η ιδιαιτερότητα αυτής της εγκατάστασης έγκειται στη μέθοδο απόκτησης θερμότητας. Η θερμοκρασία που απαιτείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας προκύπτει στη διαδικασία της αποσύνθεσης των ατόμων.

Ο ρόλος του καυσίμου για πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής εκτελείται πιο συχνά από ουράνιο με αριθμό μαζών 235 (235 U). Ακριβώς επειδή αυτό το ραδιενεργό στοιχείο είναι ικανό να υποστηρίξει μια πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση, χρησιμοποιείται σε πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής και χρησιμοποιείται επίσης σε πυρηνικά όπλα.

Χώρες με τον μεγαλύτερο αριθμό πυρηνικών σταθμών

Τα μεγαλύτερα πυρηνικά εργοστάσια στον κόσμο

Σήμερα υπάρχουν 192 πυρηνικοί σταθμοί που λειτουργούν σε 31 χώρες του κόσμου, χρησιμοποιώντας 451 αντιδραστήρες πυρηνικής ενέργειας συνολικής ισχύος 394 GW. Η συντριπτική πλειοψηφία των πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής βρίσκεται στην Ευρώπη, τη Βόρεια Αμερική, την Άπω Ανατολή της Ασίας και την επικράτεια της πρώην ΕΣΣΔ, ενώ στην Αφρική δεν υπάρχουν σχεδόν καθόλου, και στην Αυστραλία και την Ωκεανία δεν υπάρχουν καθόλου. Άλλοι 41 αντιδραστήρες δεν παράγουν ηλεκτρική ενέργεια από 1,5 έως 20 έτη, ενώ 40 από αυτούς βρίσκονται στην Ιαπωνία.

Τα τελευταία 10 χρόνια, έχουν ανατεθεί στον κόσμο 47 μονάδες ισχύος, σχεδόν όλες βρίσκονται στην Ασία (26 στην Κίνα) ή στην Ανατολική Ευρώπη. Τα δύο τρίτα των αντιδραστήρων που βρίσκονται σήμερα υπό κατασκευή βρίσκονται στην Κίνα, την Ινδία και τη Ρωσία. Η Κίνα εφαρμόζει το πιο φιλόδοξο πρόγραμμα για την κατασκευή νέων πυρηνικών σταθμών, περίπου δώδεκα περισσότερες χώρες σε όλο τον κόσμο κατασκευάζουν πυρηνικούς σταθμούς ή αναπτύσσουν έργα για την κατασκευή τους.

Εκτός από τις Ηνωμένες Πολιτείες, ο κατάλογος των πλέον προηγμένων χωρών στον τομέα της πυρηνικής ενέργειας περιλαμβάνει:

• Γαλλία.
• Ιαπωνία.
• Ρωσία.
• Νότια Κορέα.

Το 2007, η Ρωσία άρχισε να κατασκευάζει τον πρώτο πλωτό πυρηνικό σταθμό στον κόσμο, επιτρέποντάς της να λύσει το πρόβλημα της έλλειψης ενέργειας σε απομακρυσμένες παράκτιες περιοχές της χώρας.^[12]. Η κατασκευή αντιμετώπισε καθυστερήσεις. Σύμφωνα με διάφορες εκτιμήσεις, ο πρώτος πλωτός πυρηνικός σταθμός θα λειτουργήσει το 2018-2019.

Πολλές χώρες, συμπεριλαμβανομένων των Ηνωμένων Πολιτειών, της Ιαπωνίας, της Νότιας Κορέας, της Ρωσίας και της Αργεντινής, αναπτύσσουν μίνι πυρηνικούς σταθμούς ισχύος περίπου 10-20 MW για την παροχή θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας σε επιμέρους βιομηχανίες, οικιστικά συγκροτήματα και στο μέλλον με ατομικές κατοικίες. Θεωρείται ότι οι αντιδραστήρες μικρού μεγέθους (βλ., Για παράδειγμα, το NPP Hyperion) μπορούν να δημιουργηθούν χρησιμοποιώντας ασφαλείς τεχνολογίες που μειώνουν επανειλημμένα τη δυνατότητα διαρροής πυρηνικών υλικών^[13]. Η κατασκευή ενός μικρού μεγέθους αντιδραστήρα CAREM25 βρίσκεται σε εξέλιξη στην Αργεντινή. Η πρώτη εμπειρία στη χρήση μίνι πυρηνικών σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας αποκτήθηκε από την ΕΣΣΔ (Bilibino NPP).

Η αρχή της λειτουργίας των πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής

Η αρχή λειτουργίας ενός πυρηνικού σταθμού βασίζεται στη λειτουργία ενός πυρηνικού (μερικές φορές αποκαλούμενου ατομικού) αντιδραστήρα - ενός ειδικού σχεδιασμού χύδην στον οποίο λαμβάνει χώρα η διάσπαση των ατόμων με την απελευθέρωση ενέργειας.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι πυρηνικών αντιδραστήρων:

1. Το PHWR (γνωστό και ως "αντιδραστήρας βαρέως ύδατος υπό πίεση") χρησιμοποιείται κυρίως στον Καναδά και στις πόλεις της Ινδίας. Βασίζεται στο νερό, ο τύπος του οποίου είναι D2O. Εκτελεί τη λειτουργία τόσο του ψυκτικού μέσου όσο και του συντονιστή νετρονίων. Η αποτελεσματικότητα πλησιάζει το 29%.
2. VVER (υδρόψυκτος αντιδραστήρας). Προς το παρόν, τα συστήματα WWER λειτουργούν μόνο στο CIS, και συγκεκριμένα στο μοντέλο VVER-100. Ο αντιδραστήρας έχει απόδοση 33%.
3. GCR, AGR (νερό γραφίτη). Το υγρό που περιέχεται σε έναν τέτοιο αντιδραστήρα δρα ως ψυκτικό μέσο. Σε αυτό το σχέδιο, ο συντονιστής νετρονίων είναι ο γραφίτης, εξ ου και το όνομα. Η απόδοση είναι περίπου 40%.

Σύμφωνα με την αρχή της συσκευής, οι αντιδραστήρες χωρίζονται επίσης σε:

• PWR (αντιδραστήρας πεπιεσμένου νερού) - έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε το νερό κάτω από μια ορισμένη πίεση να επιβραδύνει την αντίδραση και να τροφοδοτεί θερμότητα.
• BWR (σχεδιασμένο με τέτοιο τρόπο ώστε ο ατμός και το νερό να βρίσκονται στο κύριο μέρος της συσκευής χωρίς κύκλωμα νερού).
• RBMK (αντιδραστήρας καναλιών με ιδιαίτερα μεγάλη χωρητικότητα).
• BN (το σύστημα λειτουργεί λόγω της ταχείας ανταλλαγής νετρονίων).

Η δομή και η δομή ενός πυρηνικού σταθμού. Πώς λειτουργεί ένα πυρηνικό εργοστάσιο;

Συσκευή NPP

Ένας τυπικός πυρηνικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής αποτελείται από μπλοκ, στο εσωτερικό των οποίων τοποθετούνται διάφορες τεχνικές συσκευές. Η πιο σημαντική από αυτές τις μονάδες είναι το συγκρότημα με αίθουσα αντιδραστήρων, εξασφαλίζοντας τη λειτουργικότητα ολόκληρου του πυρηνικού σταθμού. Αποτελείται από τις ακόλουθες συσκευές:

• αντιδραστήρα ·
• λεκάνη απορροής (αποθηκεύεται σε αυτό πυρηνικό καύσιμο) ·
• μηχανές φόρτωσης καυσίμων ·
• Αίθουσα ελέγχου (πίνακας ελέγχου σε μπλοκ, με τη βοήθεια των οποίων οι χειριστές μπορούν να παρατηρήσουν τη διαδικασία της πυρηνικής σχάσης).

Αυτό το κτίριο ακολουθείται από αίθουσα. Είναι εξοπλισμένο με γεννήτριες ατμού και είναι η κύρια τουρμπίνα. Αμέσως πίσω τους είναι οι πυκνωτές, καθώς και οι γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας που εκτείνονται πέρα ​​από τα όρια της επικράτειας.

Μεταξύ άλλων, υπάρχει μια μονάδα με πισίνες για αναλωμένα καύσιμα και ειδικές μονάδες σχεδιασμένες για ψύξη (καλούνται πύργοι ψύξης). Επιπλέον, οι ψεκασμοί και οι φυσικές δεξαμενές χρησιμοποιούνται για ψύξη.

Η αρχή της λειτουργίας των πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής

Σε όλους τους πυρηνικούς σταθμούς χωρίς εξαίρεση, υπάρχουν 3 στάδια μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας:

• πυρηνική ενέργεια με τη μετάβαση στη θερμότητα.
• θερμική, μετατρέποντας σε μηχανική?
• μηχανικό, μετατρέπεται σε ηλεκτρικό.

Το ουράνιο παρασύρει νετρόνια, με αποτέλεσμα την απελευθέρωση θερμότητας σε μεγάλες ποσότητες. Το ζεστό νερό από τον αντιδραστήρα αντλείται μέσω των αντλιών μέσω μιας γεννήτριας ατμού, όπου εκπέμπει κάποια θερμότητα και επιστρέφει ξανά στον αντιδραστήρα. Δεδομένου ότι το νερό αυτό είναι υπό υψηλή πίεση, παραμένει σε υγρή κατάσταση (σε σύγχρονους αντιδραστήρες VVER περίπου 160 ατμόσφαιρες σε θερμοκρασία ~ 330 ° C^[7]). Στη γεννήτρια ατμού, αυτή η θερμότητα μεταφέρεται στο νερό του δευτερεύοντος κυκλώματος, το οποίο βρίσκεται κάτω από πολύ χαμηλότερη πίεση (το ήμισυ της πίεσης του πρωτεύοντος κυκλώματος και λιγότερο) και επομένως βράζει. Ο ατμός που προκύπτει εισέρχεται στον ατμοστρόβιλο, ο οποίος περιστρέφει τη γεννήτρια και στη συνέχεια στον ψυκτήρα, όπου ψύχεται ο ατμός, συμπυκνώνει και εισέρχεται και πάλι στη γεννήτρια ατμού. Ο συμπυκνωτής ψύχεται με νερό από μια εξωτερική ανοικτή πηγή νερού (για παράδειγμα, μια λίμνη ψύξης).

Τόσο το πρώτο όσο και το δεύτερο κύκλωμα είναι κλειστά, πράγμα που μειώνει την πιθανότητα διαρροής ακτινοβολίας. Οι διαστάσεις των δομών πρωτογενούς κυκλώματος ελαχιστοποιούνται, γεγονός που μειώνει επίσης τους κινδύνους ακτινοβολίας. Ο ατμοστρόβιλος και ο συμπυκνωτής δεν αλληλεπιδρούν με το νερό του πρωτεύοντος κυκλώματος, πράγμα που διευκολύνει τις επισκευές και μειώνει την ποσότητα των ραδιενεργών αποβλήτων κατά την αποσυναρμολόγηση του σταθμού.

Μηχανισμοί προστασίας NPP

Όλοι οι πυρηνικοί σταθμοί διαθέτουν κατ 'ανάγκην ολοκληρωμένα συστήματα ασφαλείας, για παράδειγμα:

• εντοπισμός - περιορισμός της εξάπλωσης επιβλαβών ουσιών σε περίπτωση ατυχήματος με αποτέλεσμα την απελευθέρωση της ακτινοβολίας.
• παροχή - εξυπηρετεί μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας για τη σταθερή λειτουργία των συστημάτων.
• διευθυντές - να διασφαλιστεί ότι όλα τα προστατευτικά συστήματα λειτουργούν κανονικά.

Επιπλέον, ο αντιδραστήρας μπορεί να καταρρεύσει σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης. Στην περίπτωση αυτή, η αυτόματη προστασία θα διακόψει τις αλυσιδωτές αντιδράσεις εάν η θερμοκρασία στον αντιδραστήρα συνεχίσει να αυξάνεται. Το μέτρο αυτό θα απαιτήσει στη συνέχεια σοβαρές εργασίες αποκατάστασης για να τεθεί σε λειτουργία ο αντιδραστήρας.

Μετά το επικίνδυνο ατύχημα που σημειώθηκε στον πυρηνικό σταθμό του Τσερνομπίλ, η αιτία του οποίου αποδείχθηκε ατελής σχεδιασμός αντιδραστήρα, άρχισαν να δίνουν μεγαλύτερη προσοχή στα προστατευτικά μέτρα και πραγματοποίησαν εργασίες σχεδιασμού για να εξασφαλίσουν μεγαλύτερη αξιοπιστία των αντιδραστήρων.

Καταστροφή XXI αιώνα και τις συνέπειές της

Φουκουσίμα-1

Τον Μάρτιο του 2011, η βορειοανατολική Ιαπωνία χτυπήθηκε από σεισμό που προκάλεσε τσουνάμι, το οποίο έπληξε τελικά 4 από τους 6 αντιδραστήρες του πυρηνικού σταθμού Fukushima-1.

Λιγότερο από δύο χρόνια μετά την τραγωδία, οι επίσημοι αριθμοί θανάτου σε σύγκρουση ξεπέρασαν τα 1.500, ενώ 20.000 παραμένουν αδιευκρίνιστοι και άλλοι 300.000 κάτοικοι αναγκάστηκαν να εγκαταλείψουν τα σπίτια τους.

Υπήρχαν θύματα που δεν μπόρεσαν να εγκαταλείψουν τη σκηνή λόγω της τεράστιας δόσης ακτινοβολίας. Μια άμεση εκκένωση οργανώθηκε για αυτούς, διάρκειας 2 ημερών.

Παρόλα αυτά, κάθε χρόνο βελτιώνονται οι μέθοδοι πρόληψης ατυχημάτων σε πυρηνικούς σταθμούς, καθώς και η εξουδετέρωση καταστάσεων έκτακτης ανάγκης - η επιστήμη προχωρεί σταθερά. Παρ 'όλα αυτά, το μέλλον θα γίνει σαφώς η ακμή των εναλλακτικών τρόπων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Ειδικότερα, είναι λογικό να αναμένεται η εμφάνιση τεράστιων ηλιακών κυψελίδων μεγάλου μεγέθους τα επόμενα 10 χρόνια, κάτι που είναι αρκετά εφικτό σε συνθήκες βαρύτητας, καθώς και άλλες τεχνολογίες, συμπεριλαμβανομένων επαναστατικών ενεργειακών τεχνολογιών.