Схема аэс с ядерным реактором. Атомные электростанции

Чтобы понять принцип работы и устройство ядерного реактора, нужно совершить небольшой экскурс в прошлое. Атомный реактор – это многовековая воплощенная, пусть и не до конца, мечта человечества о неисчерпаемом источнике энергии. Его древний «прародитель» — костер из сухих веток, однажды озаривший и согревший своды пещеры, где находили спасение от холода наши далекие предки. Позже люди освоили углеводороды – уголь, сланцы, нефть и природный газ.

Наступила бурная, но недолгая эпоха пара, которую сменила еще более фантастическая эпоха электричества. Города наполнялись светом, а цеха – гулом невиданных доселе машин, приводимых в движение электродвигателями. Тогда казалось, что прогресс достиг своего апогея.

Все изменилось в конце XIX века, когда французский химик Антуан Анри Беккерель совершенно случайно обнаружил, что соли урана обладают радиоактивностью. Спустя 2 года, его соотечественники Пьер Кюри и его супруга Мария Склодовская-Кюри получили из них радий и полоний, причем уровень их радиоактивности в миллионы раз превосходил показатели тория и урана.

Эстафету подхватил Эрнест Резерфорд, детально изучивший природу радиоактивных лучей. Так начинался век атома, явивший на свет свое любимое дитя – атомный реактор.

Первый ядерный реактор

«Первенец» родом из США. В декабре 1942 года дал первый ток реактор, которому досталось имя его создателя — одного из величайших физиков столетия Э. Ферми. Три года спустя в Канаде обрела жизнь ядерная установка ZEEP. «Бронза» досталась первому советскому реактору Ф-1, запущенному в конце 1946 года. Руководителем отечественного ядерного проекта стал И. В. Курчатов. Сегодня в мире успешно трудятся более 400 ядерных энергоблоков.

Типы ядерных реакторов

Их основное назначение – поддерживать контролируемую ядерную реакцию, производящую электроэнергию. На некоторых реакторах производятся изотопы. Если кратко, то они представляют собой устройства, в недрах которых одни вещества превращаются в другие с выделением большого количества тепловой энергии. Это своеобразная «печь», где вместо традиционных видов топлива «сгорают» изотопы урана – U-235, U-238 и плутоний (Pu).

В отличии, к примеру, от автомобиля, рассчитанного на несколько видов бензина, каждому виду радиоактивного топлива соответствует свой тип реактора. Их два – на медленных (с U-235) и быстрых (c U-238 и Pu) нейтронах. На большинстве АЭС установлены реакторы на медленных нейтронах. Помимо АЭС, установки «трудятся» в исследовательских центрах, на атомных субмаринах и .

Как устроен реактор

У всех реакторов примерна одна схема. Его «сердце» — активная зона. Ее можно условно сравнить с топкой обычной печки. Только вместо дров там находится ядерное топливо в виде тепловыделяющих элементов с замедлителем – ТВЭЛов. Активная зона находится внутри своеобразной капсулы — отражателе нейтронов. ТВЭЛы «омываются» теплоносителем – водой. Поскольку в «сердце» очень высокий уровень радиоактивности, его окружает надежная радиационная защита.

Операторы контролируют работу установки с помощью двух важнейших систем – регулирования цепной реакции и дистанционной системы управления. Если возникает нештатная ситуация, мгновенно срабатывает аварийная защита.

Как работает реактор

Атомное «пламя» невидимо, так как процессы происходят на уровне деления ядер. В ходе цепной реакции тяжелые ядра распадаются на более мелкие фрагменты, которые, будучи в возбужденном состоянии, становятся источниками нейтронов и прочих субатомных частиц. Но на этом процесс не заканчивается. Нейтроны продолжают «дробиться», в результате чего высвобождается большая энергия, то есть, происходит то, ради чего и строятся АЭС.

Основная задача персонала – поддержание цепной реакции с помощью управляющих стержней на постоянном, регулируемом уровне. В этом его главное отличие от атомной бомбы, где процесс ядерного распада неуправляем и протекает стремительно, в виде мощнейшего взрыва.

Что произошло на Чернобыльской АЭС

Одна из основных причин катастрофы на Чернобыльской АЭС в апреле 1986 года – грубейшее нарушение эксплуатационных правил безопасности в процессе проведения регламентных работ на 4-м энергоблоке. Тогда из активной зоны было одновременно выведено 203 графитовых стержня вместо 15, разрешенных регламентом. В итоге, начавшаяся неуправляемая цепная реакция завершилась тепловым взрывом и полным разрушением энергоблока.

Реакторы нового поколения

За последнее десятилетие Россия стала одним из лидеров мировой ядерной энергетики. На данный момент госкорпорация «Росатом» ведет строительство АЭС в 12 странах, где возводятся 34 энергоблока. Столь высокий спрос – свидетельство высокого уровня современной российской ядерной техники. На очереди — реакторы нового 4-го поколения.

«Брест»

Один из них – «Брест», разработка которого ведется в рамках проекта «Прорыв». Ныне действующие системы разомкнутого цикла работают на низкообогащенном уране, после чего остается большое количество отработанного топлива, подлежащего захоронению, что требует огромных затрат. «Брест» — реактор на быстрых нейтронах уникален замкнутым циклом.

В нем отработанное топливо после соответствующей обработки в реакторе на быстрых нейтронах опять становится полноценным топливом, которое можно загружать обратно в ту же установку.

«Брест» отличает высокий уровень безопасности. Он никогда не «рванет» даже при самой серьезной аварии, очень экономичен и экологически безопасен, поскольку повторно пользуется своим «обновленным» ураном. Его также невозможно использовать для наработки оружейного плутония, что открывает широчайшие перспективы по его экспорту.

ВВЭР-1200

ВВЭР-1200 – инновационный реактор поколения «3+» мощностью 1150 МВт. Благодаря своим уникальным техническим возможностям, он обладает практически абсолютной эксплуатационной безопасностью. Реактор в изобилии оснащен системами пассивной безопасности, которые сработают даже в отсутствии электроснабжения в автоматическом режиме.

Одна из них – система пассивного отведения тепла, которая автоматически активируется при полном обесточивании реактора. На этот случай предусмотрены аварийные гидроемкости. При аномальном падении давления в первом контуре в реактор начинается подача большого количества воды, содержащей бор, которая гасит ядерную реакцию и поглощает нейтроны.

Еще одно ноу-хау находится в нижней части защитной оболочки – «ловушка» расплава. Если все же в результате аварии активная зона «потечет», «ловушка» не позволит разрушиться защитной оболочке и предотвратит попадание радиоактивных продуктов в грунт.

Атомная электростанция – предприятие, представляющее собой совокупность оборудования и сооружений для выработки электрической энергии. Специфика данной установки заключается в способе получения тепла. Необходимая для выработки электроэнергии температура возникает в процесса распада атомов.

Роль топлива для АЭС выполняет чаще всего уран с массовым числом 235 (235U). Именно потому, что этот радиоактивный элемент способен поддерживать цепную ядерную реакцию, он используется на атомных электрических станциях, а также применяется в ядерном оружии.

Страны с наибольшим количеством АЭС

На сегодняшний день в 31 стране мира функционируют 192 атомные электростанции, использующие 451 энергетический ядерный реактор общей мощностью 394 ГВт . Подавляющее большинство АЭС находится в странах Европы, Северной Америки, Дальневосточной Азии и на территории бывшего СССР, в то время как в Африке их почти нет, а в Австралии и Океании их нет вообще. Еще 41 реактор не производил электричества от 1,5 до 20 лет, причём 40 из них находятся в Японии .

За последние 10 лет в мире в эксплуатацию было введено 47 энергоблоков, почти все из них находятся либо в Азии (26 - в Китае), либо в Восточной Европе. Две трети строящихся на данный момент реакторов приходятся на Китай , Индию и Россию . КНР осуществляет самую масштабную программу строительства новых АЭС, ещё около полутора десятка стран мира строят АЭС или развивают проекты их строительства.

Помимо США, к списку наиболее продвинутых в области ядерной энергетики стран относят:

• Францию;
• Японию;
• Россию;
• Южную Корею.

В 2007 году Россия приступила к строительству первой в мире плавучей АЭС , позволяющей решить проблему нехватки энергии в отдалённых прибрежных районах страны . Строительство столкнулось с задержками. По разным оценкам, первая плавающая АЭС заработает в 2019-2019 годах.

Несколько стран, включая США, Японию, Южную Корею, Россию, Аргентину, ведут разработки мини-АЭС с мощностью порядка 10-20 МВт для целей тепло- и электроснабжения отдельных производств, жилых комплексов, а в перспективе - и индивидуальных домов. Предполагается, что малогабаритные реакторы (см., например, Hyperion АЭС) могут создаваться с использованием безопасных технологий, многократно уменьшающих возможность утечки ядерного вещества . Строительство одного малогабаритного реактора CAREM25 ведётся в Аргентине. Первый опыт использования мини-АЭС получил СССР (Билибинская АЭС).

Принцип работы АЭС

Принцип работы атомной электростанции основан на действии ядерного (иногда называемого атомным) реактора – специальной объёмной конструкции, в которой происходит реакция расщепления атомов с выделением энергии.

Существуют различные виды ядерных реакторов:

1. PHWR (также имеет название «pressurised heavy water reactor» — «тяжеловодный ядерный реактор»), используемый преимущественно на территории Канады и в городах Индии. В его основе используется вода, формула которой — D2O. Она выполняет функцию как теплоносителя, так и замедлителя нейтронов. Коэффициент полезного действия близится к 29%;
2. ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор). В настоящее время ВВЭР эксплуатируют только в СНГ, в частности, модель ВВЭР-100. Реактор имеет КПД равный 33%;
3. GCR, AGR (графитоводный). Жидкость, содержащаяся в таком реакторе, выступает в роли теплоносителя. В данной конструкции замедлитель нейтронов — графит, отсюда и название. КПД составляет около 40%.

По принципу устройства реакторы также делят на:

• PWR (pressurised water reactor) – устроен так, что вода, находящаяся под определенным давлением, замедляет реакции и подает тепло;
• BWR (сконструирован таким образом, что пар и вода находятся в главной части устройства, не имея водяного контура);
• РБМК (канальный реактор, имеющий особенно большую мощность);
• БН (система работает за счет быстрого обмена нейтронами).

Устройство и структура атомной электростанции. Как работает АЭС?

Типичная атомная электростанция состоит из блоков, внутри каждого из которых размещены различные технические приспособления. Самый значимый из таких блоков – комплекс с реакторным залом, обеспечивающий работоспособность всей АЭС. Он состоит из следующих устройств:

• реактора;
• бассейна (именно в нем хранят ядерное топливо);
• машины, перегружающие топливо;
• БЩУ (щит управления в блоках, с помощью него за процессом деления ядра могут наблюдать операторы).

За данным корпусом следует зал. В нем обустроены парогенераторы и находится основная турбина. Сразу же за ними располагаются конденсаторы, а также линии передачи электричества, выходящие за границы территории.

Помимо прочего, имеется блок с бассейнами для отработанного топлива и специальные блоки, предназначенные для охлаждения (они называются градирнями). Кроме того, для охлаждения применяются распылительные бассейны и природные водоемы.

Принцип работы АЭС

На всех без исключения АЭС существует 3 этапа преобразования электрической энергии:

• ядерная с переходом в тепловую;
• тепловая, переходящая в механическую;
• механическая, преобразовывающаяся в электрическую.

Уран отдает нейтроны, вследствие чего происходит выделение тепла в огромных количествах. Горячая вода из реактора прокачивается насосами через парогенератор, где отдает часть тепла, и снова возвращается в реактор. Поскольку эта вода находится под большим давлением, она остается в жидком состоянии(в современных реакторах типа ВВЭР около 160 атмосфер при температуре ~330 °C ). В парогенераторе это тепло передается воде второго контура, которая находится под гораздо меньшим давлением (половина давления первого контура и менее), поэтому закипает. Образовавшийся пар поступает на паровую турбину, вращающую электрогенератор, а затем в конденсатор, где пар охлаждают, он конденсируется и снова поступает в парогенератор. Конденсатор охлаждают водой из внешнего открытого источника воды (например, пруда-охладителя).

И первый и второй контур замкнуты, что снижает вероятность утечки радиации. Размеры конструкций первого контура минимизированы, что также снижает радиационные риски. Паровая турбина и конденсатор не взаимодействуют с водой первого контура, что облегчает ремонт и уменьшает количество радиоактивных отходов при демонтаже станции.

Защитные механизмы АЭС

Все атомные электростанции в обязательном порядке оснащаются комплексными системами безопасности, например:

• локализующие – ограничивают распространение вредоносных веществ в случае аварии, повлекшей выброс радиации;
• обеспечивающие – подают определённое количество энергии для стабильной работы систем;
• управляющие – служат для того, чтобы все защитные системы функционировали нормально.

Кроме того, реактор может аварийно остановиться в случае чрезвычайной ситуации. В этом случае автоматическая защита прервет цепные реакции, если температура в реакторе продолжит подниматься. Эта мера впоследствии потребует серьезных восстановительных работ для возвращения реактора в строй.

После того как в Чернобыльской АЭС произошла опасная авария , причиной которой оказалось несовершенство конструкции реактора, стали больше внимания уделять защитным мерам, а также провели конструкторские работы для обеспечения большей надежности реакторов.

Катастрофа ХХІ века и её последствия

В марте 2011 года северо-восток Японии поразило землетрясение, вызвавшее цунами, которая в итоге повредила 4 из 6 реакторов АЭС «Фукусима-1».

Менее чем через два года после трагедии официальное количество погибших в катастрофе превышало 1500 человек, в то время как 20 000 человек до сих пор считаются пропавшими без вести, а еще 300 000 жителей были вынуждены оставить свои дома.

Были и пострадавшие, которые оказались не способны покинуть место происшествия из-за огромной дозы излучения. Для них была организована незамедлительная эвакуация, продолжавшаяся 2 дня.

Тем не менее, с каждым годом методы предотвращения аварий на АЭС, а также нейтрализации ЧП совершенствуются – наука неуклонно идёт вперёд. Тем не менее, будущее явно станет временем расцвета альтернативных способов получения электроэнергии — в частности, логично ожидать появления в ближайшие 10 лет орбитальных солнечных батарей гигантского размера, что вполне достижимо в условиях невесомости, а также прочих, в том числе революционных технологий в энергетике.

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

Многие ли из вас видели атомную электростанцию хотя бы издалека? С учетом того, что в России действующих АЭС всего десять и охраняются они будь здоров, думаю, ответ в большинстве случаев отрицательный. Впрочем, в ЖЖ народ, как известно, бывалый. Окей, а многие ли тогда видели АЭС изнутри? Ну, например, щупали собственной рукой корпус ядерного реактора? Никто. Я угадал?

Ну что же, сегодня у всех подписчиков этого фотоблога есть возможность увидеть все эти высокие технологии максимально близко. Понимаю, в живую это интереснее в разы, но давайте начинать с малого. В будущем, возможно, я смогу несколько человек взять с собой, а пока изучаем матчасть!

02 . Итак, мы в сорока пяти километрах от неподалёку от строительной площадки 4 очереди Нововоронежской АЭС. Неподалёку от действующей АЭС (первый энергоблок был запущен ещё в шестидесятых годах прошлого века) ведётся сооружение двух современных энергоблоков общей мощностью 2400 МВт. Строительство ведётся по новому проекту "АЭС-2006", который предусматривает использование реакторов ВВЭР-1200. Но о самих реакторах чуть позже.

03 . Именно тот факт, что строительство еще не завершено, и дает нам редкий шанс увидеть всё своими глазами. Даже реакторный зал, которой в будущем будет герметично закрыт и открываться для обслуживания только один раз в год.

04 . Как видно на предыдущем фото, купол наружной защитной оболочки седьмого энергоблока еще на стадии бетонирования, а вот здание реактора энергоблока №6 выглядит уже интереснее (смотрим фото ниже). В общей сложности на бетонирование этого купола потребовалось более 2000 кубометров бетона. Диаметр купола в основании составляет 44 м, толщина – 1,2 м. Обратите внимание на зеленые трубы и объемный металлический цилиндр (вес – 180 т, диаметр – около 25 м, высота – 13 м) – это элементы системы пассивного отвода тепла (СПОТ). На российской АЭС они монтируются впервые. В случае полного обесточивания всех систем АЭС (как это случилось на "Фукусиме"), СПОТ способна обеспечить длительный отвод тепла от активной зоны реактора.

05 . Безусловно самым масштабным элементом АЭС являются башенные градирни. Кроме того, это одно из наиболее эффективных устройств для охлаждения воды в системах оборотного водоснабжения. Высокая башня создает ту самую тягу воздуха, которая необходима для эффективного охлаждения циркулирующей воды. Благодаря высокой башне одна часть испарений возвращается в цикл, а другая уносится ветром.

06 . Высота оболочки башенной градирни энергоблока №6 – 171 метр. Это около 60 этажей. Сейчас это сооружение является самым высоким среди аналогичных, когда либо возводимых в России. Её предшественники не превышали 150 м высоты (на Калининской АЭС). На возведение конструкции ушло более 10 тысяч кубометров бетона.

07 . В основании градирни (диаметр составляет 134 м) расположена так называемыя чаша бассейна. Его верхняя часть "вымощена" оросительными блоками. Ороситель – это основной конструктивный элемент градирни такого типа, предназначенный для того, чтобы раздробить стекающий по нему поток воды и обеспечить ему длительное время и максимальную площадь контакта с охлаждающим воздухом. По сути своей, это решётчатые модули из современных полимерных материалов.

08 . Естественно, мне захотелось сделать эпичный кадр верх, но уже смонтированный ороситель помешал мне это сделать. Поэтому перемещаемся в градирню энергоблока №7. Увы, ночью был морозец и с поездкой на лифте на самый верх мы обломались. Он замёрз.

09 . Ладно, может еще довёдется как-нибудь прокатиться на такую верхотуру, а пока кадр монтируемой системы орошения.

10 . Подумал тут... А может нас просто не пустили на верх из соображений безопасности?

11 . Вся территория стройплощадки пестрит предупреждающими, запрещающими и просто агитационными плакатами и табличками.

12 . Ладно. Телепортируемся в здание центрального щита управления (ЦЩУ).
Ну, естественно, в наше время всё управление ведётся с помощью компьютеров.

13 . Огромная комната, залитая светом, буквально напичкана стройными рядами шкафов с автоматическими системами релейной защиты.

14 . Релейная защита осуществляет непрерывный контроль состояния всех элементов электроэнергетической системы и реагирует на возникновение повреждений и/или ненормальных режимов. При возникновении повреждений система защиты должна выявить конкретный повреждённый участок и отключить его, воздействуя на специальные силовые выключатели, предназначенные для размыкания токов повреждения (короткого замыкания или замыкания на землю).

15 . Вдоль каждой стены расставлены огнетушители. Автоматические, конечно.

16 . Далее перемещаемся в здание комплектного распределительного устройства на 220 кВ (КРУЭ-220). Одно из самых фотогеничных мест на всей АЭС, на мой взгляд. Есть еще КРУЭ-500, но его нам не показали. КРУЭ-220 входит в состав общестанционного электротехнического оборудования и предназначено для приема мощности с внешних линий электропередачи и распределения его на площадке строящейся станции. То есть пока энергоблоки строятся, с помощью КРУЭ-220 электроэнергией обеспечиваются непосредственно строящиеся объекты.

17 . В проекте "АЭС-2006", по которому сооружаются шестой и седьмой энергоблоки, в схеме выдачи мощности на распределительных подстанциях впервые применены комплектные распредустройства 220/500кВ закрытого типа с элегазовой изоляцией. По сравнению с открытыми распредустройствами, которые до сих пор применялись в атомной энергетике, площадь закрытого - в несколько раз меньше. Для понимания масштаба здания, рекомендую вернуться к титульному фото.

18 . Естественно, после ввода новых энергоблоков в эксплуатацию оборудование КРУЭ-220 будет задействовано для передачи в Единую энергосистему электроэнергии, произведенной на Нововоронежской АЭС. Обратите внимание на ящики возле опор ЛЭП. Большинство электрооборудования, применяемого в строительстве, произведено компанией Siemens.

19 . Но не только. Вот, к примеру, автотрансформатор Hyundai.
Вес этого агрегата 350 тонн, а предназначен он для преобразования электроэнергии с 500 кВ до 220 кВ.

20 . Есть (что приятно) и наши решения. Вот, например, повышающий транформатор производства ОАО "Электрозавод". Созданный в 1928 году первый отечественный трансформаторный завод сыграл колоссальную роль в индустриализации страны и в развитии отечественной энергетики. Оборудование с маркой "Электрозавод" работает более чем в 60 странах мира.

21 . На всякий случай, поясню немного по трансформаторам. В общем, схема выдачи мощности (после завершения строительства и запуска в эсплуатацию, естественно) предусматривает производство электроэнергии напряжением двух классов – 220 кВ и 500 кВ. При этом, турбина (о ней позже), вырабатывает всего 24 кВ, которые по токопроводу поступают на блочный трансформатор, где и повышаются уже до 500 кВ. После чего часть энергомощности через КРУЭ-500 передается в Единую энергосистему. Другая часть – на автотрансформаторы (те самые "хюндаи"), где понижается с 500 кВ до 220 кВ и через КРУЭ-220 (смотрим выше) также поступает в энергосистему. Дык вот в качестве упомянутого блочного трансформатора используется три однофазных повышающих "электрозаводских" трансформатора (мощность каждого – 533 МВт, вес – 340 тонн).

22 . Если понятно, переходим к паротурбинной установке энергоблока №6. Вы уж простите, повествование моё идёт как бы от конца к началу (если исходить из процесса производства электроэнергии), но примерно в такой последовательности мы и гуляли по стройплощадке. Так что прошу пардона.

23 . Итак, турбина и генератор спрятаны под кожухом. Поэтому поясняю. Собственно, турбина – это агрегат, в котором тепловая энергия пара (температурой около 300 градусов и давлением 6,8 МПа) преобразуется в механическую энергию вращения ротора, и уже на генераторе – в нужную нам электрическую энергию. Вес машины в собранном состоянии – более 2600 тонн, длина – 52 метра, состоит она из более чем 500 комплектующих. Для транспортировки данного оборудования на строительную площадку было задействовано порядка 200 грузовых машин. Данная турбина К-1200–7-3000 была изготовлена на Ленинградском металлическом заводе и это первая в России быстроходная (3000 оборотов в минуту) турбина мощностью 1200 МВт. Данная инновационная разработка создана специально для атомных энергоблоков нового поколения, которые сооружаются по проекту "АЭС-2006". На фото общий вид турбинного цеха. Или машзала, если хотите. Турбину олдскульные атомщики называют машиной.

24 . Этажом ниже расположены конденсаторы турбины. Конденсаторная группа относится к основному технологическому оборудованию машинного зала и, как все уже догадались, предназначена для превращения в жидкость отработанного в турбине пара. Образовавшийся конденсат после необходимой регенерации вновь возвращается в парогенератор. Вес оборудования конденсационной установки, куда входят 4 конденсатора и система трубопроводов, составляет более 2000 тонн. Внутри конденсаторов располагается порядка 80 тысяч титановых трубок, которые образуют теплопередающую поверхность общей площадью 100 тысяч квадратных метров.

25 . Разобрались? Вот вам здание машзала практически в разрезе и идем дальше. На самом верху мостовой кран.

26 . Перемещаемся в блочный пульт управления энергоблоком №6.
Предназначение, думаю, понятно без пояснений. Выражаясь фигурально, это мозг атомной электростанции.

27 . Элементы БПУ.

28 . Ну и наконец-то, мы отправляемся посмотреть помещения реакторного отделения! Собственно, это место, где расположен ядерный реактор, первый контур и их вспомогательное оборудование. Естественно, в обозримом будущем оно станет герметичным и недоступным.

29 . И самым естественным образом, при попадании внутрь, первым делом задираешь голову и поражаешься размерам купола гермооболочки. Ну и полярным краном заодно. Мостовой кран кругового действия (полярный кран) грузоподъемностью 360 тонн предназначен для монтажа крупногабаритного и тяжеловесного оборудования гермозоны (корпуса реактора, парогенераторов, компенсатора давления и др.). После ввода атомной станции в эксплуатацию кран будет испольоваться при проведении ремонтных работ и транспортировке ядерного топлива.

30 . Далее, конечно, я устремляюсь к реактору и зачарованно наблюдаю его верхнюю часть, еще не подозревая, что ситуация обстоит аналогичная с айсбергами. Так вот ты какой, северный олень. Выражаясь фигурально, это сердце атомной электростанции.

31 . Фланец корпуса реактора. Позже на него убудет установлен верхний блок с приводами СУЗ (система управления и защиты реактора), обеспечивающий уплотнение главного разъема.

32 . Неподалёку наблюдаем бассейн выдержки. Его внутренняя поверхность представляет собой сварную конструкцию из листовой нержавеющей стали. Он предназначен для временного хранения отработавшего ядерного топлива, выгружаемого из реактора. После снижения остаточного тепловыделения использованное топливо вывозится из бассейна выдержки на предприятие атомной отрасли, занимающейся переработкой и регенерацией топлива (хранением, захоронением или переработкой).

33 . А это вдоль стеночки стоят гидроёмкости системы пассивного залива активной зоны. Они относятся к пассивным системам безопасности, то есть функционирует без привлечения персонала и использования внешних источников энергоснабжения. Упрощая, это гигантские бочки, заполненные водным раствором борной кислоты. В случае возникновения чрезвычайной ситуации, когда давление в первом контуре падает ниже определенного уровня, происходит подача жидкости в реактор и охлаждение активной зоны. Таким образом ядерная реакция гасится большим количеством борсодержащей воды, поглощающей нейтроны. Стоит отметить, что в проекте "АЭС-2006", по которому сооружается четвертая очередь Нововоронежской АЭС, впервые предусмотрена дополнительная, вторая, ступень защиты – гидроемкости пассивного залива активной зоны (8 из 12 емкостей), каждая - объемом 120 кубометров.

34 . При проведении будущих планово-предупредительных ремонтов и замены ядерного топлива попасть внутрь реакторного отделения можно будет через транспортный шлюз. Он представляет собой 14-ти метровую цилиндрическую камеру диаметром свыше 9 метров, герметично запираемую с двух сторон полотнами ворот, которые открываются поочередно. Общий вес шлюза составляет порядка 230 тонн.

35 . С наружней стороны шлюза открывается обзорный вид на всю стройплощадку в целом и энергоблок №7 в частности.

36 . Ну, а мы глотнув свежего воздуха, спускаемся ниже, чтобы увидеть, собственно, цилиндрический корпус реактора. Но покуда нам попадаются только технологические трубопроводы. Большая зелёная труба - это один из контуров, так что мы уже совсем близко.

37 . А вот и он. Водо-водяной корпусной энергетический ядерный реактор с водой под давлением модели ВВЭР-1200. Не буду углубляться в дебри деления ядра и цепной ядерной реакции (поди уже и так читаете по диагонали), добавлю только, что внутри реактора расположено множество тепловыделяющих элементов (т.н. твэлы) в виде набора герметичных трубок из специальных сплавов диаметром 9,1–13,5 мм и длиной несколько метров, заполненных таблетками ядерного топлива, а так же управляющие стержни, которые дистанционно с пульта управления можно перемещать по всей высоте активной зоны. Эти стержни изготавливаются из веществ, поглощающих нейтроны – например, из бора или кадмия. При глубоком введении стержней цепная реакция становится невозможной, поскольку нейтроны сильно поглощаются и выводятся из зоны реакции. Таким способом регулируется мощность реактора. Теперь понятно для чего в верхней части реактора столько отверстий?

38 . Да, чуть не забыл про главный циркуляционный насос (ГЦН). Он тоже относится к основному технологическому оборудованию здания реактора и предназначен для создания циркуляции теплоносителя в первом контуре. В течение часа агрегат перекачивает более 25 тысяч кубометров воды. Также ГЦН обеспечивает охлаждение активной зоны во всех режимах работы реакторной установки. В состав установки входит четыре ГЦН.

39 . Ну и для закрепления пройденного материала, смотрим на самую простую схему работы АЭС. Всё же просто, разве нет? В особо запущенных случаях перечитываем пост еще раз, хе-хе))

40 . Вот в целом как-то так. Но для тех, кому тема близка, подкину еще несколько карточек с людьми. Согласитесь, в репортаже их не так и много, а между тем, с 2006 года здесь потрудились многие тысячи специалистов различного профиля.

41 . Кто-то внизу...

42 . А кто-то вверху... Хоть вы их и не видите, но они есть.

43 . А это один из самых заслуженных строителей Нововоронежской АЭС – гусеничный самоходный кран DEMAG. Именно он поднимал и устанавливал эти многотонные элементы реакторного и машинного залов (грузоподъемность – 1250 тонн). Дядька-монтажник и грузовик для понимания масштаба, а во весь рост (115 метров) смотрите красавца на фото 03 и 04.

И в качестве заключения. С марта этого года, по неведомым мне причинам, действующую Нововоронежскую АЭС и строящуюся Нововоронежскую АЭС-2 объединили. То, что мы с вами посетили и то, что привыкли называть НВАЭС-2, теперь называется четвертой очередью НВАЭС, а строящиеся энергоблоки из первого и второго превратились, соответственно, в шестой и седьмой. Инфа 110%. Желающие могут сразу же отправиться переписывать статьи в википедии, а я благодарю сотрудников отдела по связям со строящимися энергоблоками НВАЭС и особенно Татьяну, без которой бы эта экскурсия, скорее всего, не состоялась. Так же мои благодарности за ликбез по устройству атомных станций начальнику смены Роману Владимировичу Гридневу, а так же Владимиру

Что такое атомная электростанция?

Атомная электростанция или ядерная электростанция является тепловой электростанцией, в которой источником тепла является ядерный реактор. Обычно во всех традиционных тепловых электростанциях тепло используется для получения пара, который приводит в действие паровую турбину, соединенную с электрогенератором, который вырабатывает электричество. По состоянию на 23 апреля 2014 года МАГАТЭ отчиталось об эксплуатации 435 энергетических ядерных реакторов в 31 стране мира. Атомные электростанции, как правило, считаются станциями базисной нагрузки, так как стоимость топлива составляет небольшую часть себестоимости продукции. Затраты на их эксплуатацию, техническое обслуживание и топливо, наряду с гидроэлектростанциями, находятся на нижней границе диапазона, что делает их пригодными для роли поставщиков электроэнергии базовой нагрузки. Однако, довольно неустойчивыми являются затраты на утилизацию отработанного топлива.

История атомной промышленности

Впервые в истории с помощью ядерного реактора выработали электроэнергию 3 сентября 1948 года в Графитовом Реакторе X-10 в г. Ок-Ридж, штат Теннесси, Соединенные Штаты Америки. Этот реактор был прототипом первой атомной электростанции и произвел достаточно электроэнергии для питания лампы накаливания. Второй более крупный эксперимент был проведен 20 декабря 1951 года на опытной станции EBR-I вблизи г. Арко, штат Айдахо в Соединенных Штатах Америки. 27 июня 1954 года в советском городе Обнинск начала свою работу первая в мире атомная электростанция для выработки электроэнергии для энергосистемы. Первая в мире полномасштабная электростанция Колдер-Холл была запущена в Англии 17 октября 1956 года. Первая в мире полномасштабная электростанция Шиппингпорт, предназначенная исключительно для производства электроэнергии (Колдер Холл была также предназначена для производства плутония), была подключена к сети 18 декабря 1957 года в Соединенных Штатах Америки.

Как работает атомная электростанция

Преобразование в электрическую энергию происходит косвенно, как в обычных тепловых электростанциях. Деление ядра атома в ядерном реакторе нагревает теплоноситель реактора. Теплоносителем может быть вода или газ, или даже жидкий металл в зависимости от типа реактора. Теплоноситель реактора затем переходит в парогенератор и нагревает воду для получения пара. Пар под давлением затем, как правило, подают в многоступенчатую паровую турбину. После того, как паровая турбина расширилась и частично конденсировала пар оставшийся пар конденсируется в конденсаторе. Конденсатор представляет собой теплообменник, который соединен со вторичным контуром охлаждения таким, как река или градирня. Вода затем закачивается обратно в парогенератор и цикл начинается снова. Пароводяной цикл соответствует циклу Рэнкина.

Ядерный реактор АЭС

Ядерный реактор является сердцем станции. В ее центральной части в активной зоне реактора в результате управляемого деления атомного ядра генерируется тепло. Это тепло нагревает теплоноситель, когда он прокачивается через реактор и, таким образом, выводит энергию из реактора. Тепло от ядерного деления используется для производства пара, который проходит через турбины, которые в свою очередь питают электрические генераторы.

В ядерных реакторах в качестве топлива цепной реакции обычно используют уран. Уран - это очень тяжелый металл, залежи которого в изобилии находится в морской воде в большинстве скальных пород на Земле. Встречающиеся в природе уран встречается в виде двух различных изотопов: уран-238 (U-238), который составляет 99,3% природного урана, и уран-235 (U-235), на который приходится около 0,7% урана в природе. Изотопы представляют собой атомы одного и того же элемента с разным количеством нейтронов. Таким образом, U-238 имеет 146 нейтронов, а U-235 имеет 143 нейтрона. Различные изотопы имеют разные модели поведения. Например, U-235 является делящимся - это означает, что он легко расщепляется и выделяет много энергии, что делает его идеальным для ядерной энергетики. С другой стороны, U-238 не имеет такого свойства, несмотря на то, что это тот же элемент. Различные изотопы также имеют различные периоды полураспада. Период полураспада - это количество времени, необходимое для разложения половины образца радиоактивного элемента. U-238 имеет более длительный период полураспада, чем U-235, поэтому для его разложения требуется больше времени. Это также означает, что U-238 менее радиоактивен, чем U-235.

Так как ядерное деление создает радиоактивность, активная зона реактора окружена защитным экраном. Эта оболочка поглощает излучение и предотвращает выброс радиоактивного материала в окружающую среду. Кроме того, многие реакторы оборудованы бетонным куполом для защиты реактора как от внутренних аварий, так и от внешних воздействий.

Паровая турбина АЭС

Целью паровой турбины является преобразование тепла, содержащегося в паре в механическую энергию. Машинный зал с паровой турбиной, как правило, конструктивно отделен от здания главного ядерного реактора. Здания машинного зала и ядерного реактора расположены так, чтобы при взрыве турбины во время эксплуатации железные обломки не долетели до реактора.

В случае ядерного реактора, охлаждаемого водой под давлением, паровая турбина отделена от ядерной системы. Для обнаружения утечки в парогенераторе и таким образом попадания радиоактивной воды в первый контур устанавливают радиометр, который отслеживает пар на выходе из парогенератора. В отличие от этого, в реакторах с кипящей водой радиоактивная вода проходит через паровую турбину, так что турбина является частью рентгенологически контролируемой зоны АЭС.

Генератор АЭС

Генератор преобразует механическую энергию турбины в электрическую энергию. Используются низковольтные синхронные генераторы переменного тока высокой номинальной мощности.

Система охлаждения АЭС

Система охлаждения отводит тепло от активной зоны реактора и транспортирует его в другой район станции, где тепловая энергия может быть использована для производства электроэнергии или выполнения другой полезной работы. Как правило, горячий теплоноситель используется в качестве источника тепла для котла, а пар под давлением из котла приводит в движение одну или несколько паровых турбин электрических генераторов.

Предохранительные клапаны АЭС

В случае возникновения аварийной ситуации, могут быть использованы предохранительные клапаны для предотвращения разрыва труб или взрыва реактора. Клапаны спроектированы таким образом, чтобы они могли определить малейшее увеличение давления всех подаваемых энергоносителей. В случае реактора с кипящей водой, пар направляется в камеру понижения давления и конденсируется там. Камеры в теплообменнике соединены с промежуточным контуром охлаждения.

Насос питательной воды АЭС

Уровень воды в парогенераторе и ядерном реакторе контролируется с помощью системы питательной воды. Насос питательной воды имеет задачу забора воды из системы очистки конденсата, увеличивая давление и направляя ее в парогенераторы (в случае реактора с водой под давлением) либо непосредственно в реактор (для реакторов с кипящей водой).

Аварийный источник питания АЭС

Большинство атомных электростанций нуждаются в двух различных источниках питания, а именно во внеплощадочных трансформаторах собственных нужд питающих станций, которые достаточно отделены в распределительной подстанции и могут получать питание от нескольких линий электропередач. Кроме того, на некоторых атомных электростанциях турбогенератор может питать собственные нужды электростанции во время работы станции с помощью трансформаторов собственных нужд, которые отпускают электроэнергию с шин генератора до того, как она достигнет повышающего трансформатора (на таких электростанциях также есть трансформаторы собственных нужд электростанции, которые получают электроэнергию от внешних источников питания непосредственно из распределительной подстанции). Даже с двумя источниками резервного питания возможна полная электроснабжения от внешних источников. Атомные электростанции оснащены аварийным источником питания.

Специалисты на атомной электростанции

• Инженеры-ядерщики

• Операторы ядерного реактора

• Работники службы дозиметрии

• Персонал группы аварийного реагирования

• Постоянные инспекторы Комиссии по ядерному регулированию

В Соединенных Штатах Америки и ​​Канаде работники электростанции, за исключением руководства, квалифицированного персонала (например, инженеров) и сотрудников службы безопасности, могут быть членами либо Международного Профсоюза Работников Электротехнической Промышленности (IBEW) или Профсоюза Подсобных Рабочих Америки (UWUA), или одного из различных профсоюзов или организаций работников, представляющих интересы машинистов, рабочих, котельщиков, монтажников, металлистов и т.д.

Затраты на АЭС

Экономика новых атомных электростанций является спорным вопросом, и многомиллиардные инвестиции зависят от выбора источника энергии. Атомные электростанции, как правило, имеют высокие капитальные затраты, но низкие прямые затраты на топливо, связанные с затратами на добычу, обработку, использование топлива и интернализированными затратами на хранение отработанного топлива. Таким образом, сравнение с другими методами выработки электроэнергии сильно зависит от предположений о сроках строительства и финансировании капитальных вложений для атомных станций. В соответствии с Законом Прайса-Андерсона в США смета затрат учитывает расходы на вывод электростанции из эксплуатации и хранение или переработку ядерных отходов. В настоящее время разрабатываются реакторы четвертого поколения с перспективой того, что все отработанное ядерное топливо ("ядерные отходы") потенциально может быть переработано с использованием будущих реакторов, чтобы полностью закрыть ядерный топливный цикл. В настоящее время, однако, не существует никакой эффективной объемной утилизации отходов от АЭС, и метод внутриплощадочного временного хранения все еще применяется почти на всех электростанциях из-за проблем со строительством постоянных хранилищ отходов. Только Финляндия имеет планы по строительству постоянных хранилищ, поэтому в мировом масштабе долгосрочные затраты на хранение отходов являются неопределенными.

С другой стороны, затраты на строительство или капитальные затраты в сторону мер по смягчению глобального потепления, таких как налог на выбросы углерода или торговля выбросами углекислого газа, все более благоприятствуют экономике ядерной энергетики. Есть надежда на достижение большей эффективности за счет более усовершенствованных конструкций реакторов. Обещают, что расход топлива Реакторов Третьего Поколения будет по крайней мере на 17% меньше и они будут иметь более низкие капитальные затраты, в то время как футуристические Реакторы Четвертого Поколения обещают на 10000-30000% большую эффективность использования топлива и ликвидацию ядерных отходов.

В Восточной Европе ряд давних проектов пытается найти финансирование, в частности Белене в Болгарии и дополнительные реакторы на Чернаводэ в Румынии, а некоторые потенциальные спонсоры "сошли со станции". Доступность дешевого газа и относительная надежность его будущих поставок также представляет собой серьезную проблему для ядерных проектов.

Анализируя экономику ядерной энергетики необходимо принимать во внимание, кто понесет риски, связанные неопределенностью будущего. На сегодняшний день все действующие атомные электростанции были построены государственными или регулируемыми государством коммунальными монополиями, где многие из рисков, связанных со строительными затратами, эксплуатационными характеристиками, ценами на топливо и другими факторами, несли потребители, а не поставщики. Многие страны уже либерализовали рынок электроэнергии, где эти риски, а также риск появления более дешевых конкурентов до момента окупаемости капитальных расходов, ложатся на плечи поставщиков и операторов станций, а не на потребителей, что приводит к существенному изменению оценки экономики новых атомных электростанций.

В связи с аварией на АЭС Фукусима I в 2011 году, вероятно, возрастут расходы для уже работающих и новых атомных станций из-за повышенных требований к хранению отработанного топлива на территории АЭС и повышенных проектных угроз. Однако многие проекты такие, как строящаяся в настоящее время AP1000, используют пассивные системы охлаждения для ядерной безопасности, в отличие от Фукусима I, которая нуждается активной системе охлаждения, а это в значительной степени уменьшает необходимость тратить больше средств на избыточное резервное оборудование для обеспечения безопасности.

Безопасность АЭС

В своей книге "Нормальные аварии" Чарльз Перроу говорит, что многочисленные и неожиданные сбои встроены в сложные и плотно связанные системы ядерных реакторов. Такие аварии неизбежны и их нельзя предотвратить. Междисциплинарная команда из Массачусетского технологического института (MIT) подсчитала, что с учетом ожидаемого роста ядерной энергетики в период с 2005 по 2055 годы можно ожидать, по крайней мере, четыре серьезные ядерные аварии. Однако исследование MIT не принимает во внимание улучшения в безопасности с 1970 года. С 1970 года до настоящего времени в мире произошло пять серьезных аварий (повреждения активной зоны): одна на АЭС Три-Майл-Айленд в 1979 году, одна на Чернобыльской АЭС в 1986 году и три на АЭС Фукусима-1 в 2011 году, что соответствует началу эксплуатации Реакторов Второго Поколения. В среднем во всем мире каждые восемь лет происходит одна серьезная авария.

Современные конструкции ядерных реакторов были многократно усовершенствованы с точки зрения безопасности со времени использования ядерных реакторов первого поколения. Атомные электростанции не могут взорваться как ядерная бомба, так как топливо для урановых реакторов не обогащается достаточно, а для ядерного оружия требуется прецизионное взрывчатое вещество, чтобы заставить топливо в достаточно малом объеме дойти до сверхкритического состояния. Большинство реакторов требуют непрерывного контроля температуры, чтобы предотвратить расплавление ядра, что и происходило несколько раз из-за аварии или стихийного бедствия, высвобождая радиацию и делая окружающую среду непригодной для жизни. Электростанции должны быть защищены от кражи ядерного материала (например, для изготовления "грязной" ядерной бомбы) и от нападения военных самолетов (что имело место) или ракет противника, или захваченных террористами самолетов.

Споры вокруг атомной энергетики

Дискуссии о ядерной энергетике ведутся по поводу спорного вопроса, который возник при внедрении и использовании реакторов ядерного деления для выработки электроэнергии из ядерного топлива для гражданских целей. Дискуссия о ядерной энергетике достигла своего пика в 1970-х и 1980-х годах, когда она "достигла беспрецедентной интенсивности в истории технологических противоречий» в некоторых странах.

Сторонники утверждают, что ядерная энергетика является устойчивым источником энергии, который уменьшает выбросы углекислого газа и может повысить энергетическую безопасность, если его использование вытесняет зависимость от импортного топлива. Сторонники продвигают идею, что ядерная энергетика практически почти не загрязняет воздух, в отличие от главной жизнеспособной альтернативы - ископаемого топлива. Сторонники также полагают, что ядерная энергетика является единственным реальным выходом для достижения энергетической независимости большинства Западных стран. Они подчеркивают, что риски хранения отходов невелики и могут быть дополнительно снижены за счет использования новейших технологий в новых реакторах, а также отчеты по эксплуатационной безопасности в Западном мире свидетельствуют об отличном состоянии АЭС по сравнению с другими основными видами электростанцций.

Противники утверждают, что ядерная энергетика создает много угроз для людей и окружающей среды, а также, что затраты не оправдывают выгоды. Угрозы включают в себя риски для здоровья и экологический ущерб от добычи, переработки и транспортировки урана, риск распространения ядерного оружия или саботажа, а также нерешенная проблема радиоактивных ядерных отходов. Другой экологической проблемой является сброс горячей воды в море. Горячая вода изменяет условия окружающей среды для морской флоры и фауны. Они также утверждают, что сами реакторы чрезвычайно сложные машины, где многие процессы могут и происходят не по плану, что уже приводило к многим серьезным ядерным авариям. Критики не верят, что эти риски могут быть снижены за счет новых технологий. Они утверждают, что, если рассматривать все энергоемкие этапы цепочки использования ядерного топлива, от добычи урана до вывода из эксплуатации ядерных объектов, то ядерная энергетика не является источником электроэнергии с низким содержанием углерода. Те страны, которые не имеют урановых рудников, не могут добиться энергетической независимости посредством существующих ядерно-энергетических технологий. Фактические затраты на строительство часто превышают смету и расходы на хранение отработанного топлива не имеют четких временных рамок.

Переработка ядерного топлива АЭС

Технология переработки ядерного топлива была разработана для химического разделения и восстановления делящегося плутония из облученного ядерного топлива. Переработка служит нескольким целям, относительное значение которых изменилось с течением времени. Первоначально переработка выполнялась исключительно для извлечения плутония для производства ядерного оружия. С коммерциализацией атомной энергетики отработанный плутоний перерабатывают обратно в смешанный оксид ядерного топлива для тепловых реакторов. Переработанный уран, который составляет большую часть отработанного топливного материала, в принципе, может также быть повторно использован в качестве топлива, но это экономически оправданно, только когда цены на уран высоки или его утилизация является дорогостоящей. И, наконец, реактор-размножитель может использовать не только переработанный плутоний и уран в отработанном топливе, но все актиниды, завершая ядерный топливный цикл и потенциально умножая энергию, извлеченную из природного урана более чем в 60 раз.

Переработка ядерного топлива уменьшает объем высокорадиоактивных отходов, но сама по себе не уменьшает радиоактивность или выделение тепла и, следовательно, не устраняет необходимость в хранении отходов в геологических формациях. Переработка вызывает политические споры из-за возможности способствовать распространению ядерного оружия, потенциальной уязвимости к ядерному терроризму, политических проблем выбора площадки для хранилища (проблема, которая в равной степени относится к прямой утилизации отработавшего ядерного топлива), а также из-за ее высокой стоимости по сравнению с однократным топливным циклом. В Соединенных Штатах Америки администрация Обамы отступила от планов президента Буша на переработку в промышленных масштабах и вернулась к программе, ориентированной на переработку, связанную с научными исследованиями.

Аварии на атомных электростанциях

Венская Конвенция о Гражданской Ответственности за Ядерный Ущерб установила международные рамки ядерной ответственности. Однако государства с большинством атомных электростанций в мире, в том числе США, Россия, Китай и Япония, не являются участниками международных конвенций по ядерной ответственности.

В США страхование ядерных или радиационных инцидентов покрывается (для объектов, имеющих лицензию до 2025 года) в соответствии с Законом Прайса-Андерсона о Гарантиях Ядерной Промышленности.

В соответствии с Энергетической политикой Соединенного Королевства посредством Закона о Ядерных Установках 1965 года регулируется ответственность за ядерный ущерб, за который несет ответственность британский владелец лицензии на ядерную энергетику. Закон требует, чтобы ответственный оператор выплатил компенсацию ущерба в пределах 150 миллионов фунтов стерлингов в течение десяти лет после инцидента. Через десять лет в течение последующих двадцати лет правительство несет ответственность за данное обязательство. Правительство также несет ответственность за дополнительное ограниченное межгосударственное обязательство (около 300 миллионов фунтов стерлингов) в рамках международных конвенций (Парижской Конвенции об Ответственности Перед Третьей Стороной в Области Ядерной Энергетики и Брюссельской Конвенции дополнительно к Парижской Конвенции).

Вывод АЭС из эксплуатации

Вывод из эксплуатации ядерных объектов представляет собой демонтаж атомной электростанции и дезактивацию участка до состояния, не представляющего радиационную опасность для гражданского населения. Основным отличием от демонтажа других видов электростанций является наличие радиоактивного материала, вывоз и перемещение которого в хранилище отходов требует соблюдения специальных мер предосторожности.

Вообще говоря, атомные станции были спроектированы с учетом срока службы около 30 лет. Новые станции спроектированы с эксплуатационным ресурсом от 40 до 60 лет. Одним из факторов износа является ухудшение состояния экрана реакторов под действием нейтронного облучения.

Вывод из эксплуатации включает в себя множество административных и технических мер. Он включает в себя полную очистку радиоактивности и абсолютный снос станции. После того как объект выведен из эксплуатации он не должен больше представлять никакой опасности радиоактивной аварии или быть опасным для здоровья его посетителей. После полного выведения объекта из эксплуатации он освобождается от регулирующего контроля, а лицензиат станции больше не несет ответственность за ее ядерную безопасность.

Исторические происшествия на АЭС

Атомная промышленность утверждает, что новые технологии и контроль сделали атомные станции ​​гораздо безопаснее, но после катастрофы на Чернобыльской АЭС в 1986 году и до 2008 года произошли 57 небольших аварий, две трети из которых произошли в США. Французское Агентство по Атомной Энергии (CEA) пришло к выводу, что технические инновации не могут полностью исключить риск человеческого фактора в работе атомной станции.

По словам Бенджамина Совакоола в 2003 году междисциплинарная команда Массачусетского технологического института (MIT) подсчитала, что с учетом ожидаемого роста ядерной энергетики в период с 2005 по 2055 годы можно ожидать, по крайней мере, четыре серьезные ядерные аварии. Однако исследование MIT не учитывает улучшения безопасности с 1970 года.

Преимущества атомной энергетики

Атомные станции используются в основном для базовой нагрузки из-за экономических соображений. Стоимость топлива для работы атомной электростанции меньше, чем стоимость топлива для эксплуатации угольных или газовых электростанций. Работа атомной станция не на полную мощность не является экономически оправданной.

Тем не менее, во Франции атомные станции работают преимущественно в режиме следования за нагрузкой, хотя "принято считать, что это не является идеальной экономической ситуацией для атомных станций." Блок A на АЭС Библис в Германии спроектирован с возможностью увеличения и уменьшения выработки электроэнергии на 15% в минуту от 40% до 100% его номинальной мощности. Реакторы с кипящей водой обычно имеют возможность следования за нагрузкой, осуществляемую за счет изменения потока рециркулируемой воды.

Проекты будущих электростанций

Новое поколение конструкций для атомных электростанций, известное как реакторы IV Поколения, является предметом активных исследований. Многие из этих новых проектов специально пытаются сделать реакторы ядерного деления чище, безопаснее и / или представляющими меньше рисков для распространения ядерного оружия. Могут быть построены пассивно безопасные станции (например, экономичный упрощённый ядерный реактор с кипящей водой), в то время как целью исследований является разработка реакторов почти с полным исключением влияния на них человеческого фактора. В термоядерных реакторах, которые еще находятся на ранних стадиях развития, уменьшены или устранены некоторые из рисков, связанные с ядерным делением.

Два Европейских реактора с водой под давлением (EPR) суммарной мощностью 1600 MВт строятся в Европе, и два строятся в Китае. Реакторы являются совместным проектом французской корпорации AREVA и немецкой Siemens AG и будут крупнейшими реакторами в мире. Один EPR находится в г. Олкилуото в Финляндии и является частью Олкилуото АЭС. Первоначально было запланировано запустить реактор в 2009 году, но запуск неоднократно откладывался, и по состоянию на сентябрь 2014 года был перенесен на 2018 год. Подготовительные работы для EPR на Фламанвильской АЭС в г. Фламанвиль, Манш во Франции были начаты в 2006 году с запланированной датой завершения в 2012 году. Запуск французского реактора также был задержан, и согласно прогнозам 2013 года его планировали запустить в 2016 году. Два китайских EPR являются частью Тайшанской АЭС в г. Тайшан, Гуандун. Запуск реакторов Тайшанской АЭС был запланирован на 2014 и 2015 годы, но был отложен до 2017 года.

По состоянию на март 2007 года семь атомных электростанций в Индии и пять в Китае находятся на стадии строительства.

В ноябре 2011 года компания Gulf Power заявила, что к концу 2012 года она надеется закончить покупку 4000 акров земли к северу от г. Пенсакола в штате Флорида, чтобы построить возможную атомную электростанцию.

В 2010 году Россия ввела в эксплуатацию плавучую атомную электростанцию. Судно Академик Ломоносова стоимостью 100 миллионов фунтов стерлингов является первой из семи станций, которые обеспечат отдаленные регионы России жизненно важными энергетическими ресурсами.

Не имея ни одной АЭС в 2011 году, к 2025 году страны Юго-Восточной Азии будут иметь в общей сложности 29 атомных электростанций: Индонезия будет иметь 4 атомные электростанции, Малайзия - 4, Таиланд - 5, а Вьетнам - 16.

В 2013 году в Китае на стадии строительства было 32 атомных реактора - наибольшее число в мире.

В период с 2016 по 2019 год планируется завершить расширение двух атомных электростанций в Соединенных Штатах Америки, а именно: АЭС Вогтль в Джорджии и АЭС Ви-Си Саммер в Южной Каролине. Два новых реактора на АЭС Вогтль и два новых реактора на АЭС Ви-Си Саммер являются первыми проектами строительства атомной электростанции в Соединенных Штатах Америки с момента аварии на АЭС Три-Майл-Айленд в 1979 году.

Правительство Великобритании одобрило строительство АЭС Хинкли-Пойнт C.

Несколько стран приступили к реализации ториевой ядерной программы. Торий встречается в природе в четыре раза чаще урана. Более 60% залежей руды тория - монацита - в находится в пяти странах: Австралии, США, Индии, Бразилии и Норвегии. Этих ториевых ресурсов достаточно для обеспечения текущих энергетических потребностей в течение тысяч лет. Ториевый топливный цикл способен генерировать атомную энергию с более низким выходом радиотоксичных отходов, чем урановый топливный цикл.

Несмотря на то, что долгие годы не утихают споры вокруг атомных электростанций, большинство людей мало представляют себе, как АЭС вырабатывает электроэнергию, хотя наверняка знают какую-нибудь легенду про АЭС. В статье будет рассказано в общих чертах как работает атомная электростанция. Каких-то тайн и разоблачений ждать не стоит, но кто-нибудь узнает для себя что-то новенькое.
В статье будет описываются атомные реакторы типа ВВЭР (водо-водяные энергетические реакторы), как самые распространенные.

Видео о том как работает атомная электростанция

Принцип работы атомной электростанции - анимация

В активную зону реактора загружены тепловыделяющие сборки, состоящие из пучка циркониевых тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), заполненных таблетками двуокиси урана.

Тепловыделяющая сборка реактора АЭС в натуральную величину

Деление ядер урана внутри атомного реактора

Ядра урана делятся с образованием нейтронов (2 или 3 нейтрона), которые, попадая в другие ядра, также могут вызывать их деление. Так возникает цепная ядерная реакция. При этом отношение числа образовавшихся нейтронов к числу нейтронов на предыдущем шаге деления называется коэффициентом размножения нейтронов k. Если k<1, реакция затухает. При к=1 идёт самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция. Когда k>1, реакция ускоряется, вплоть до ядерного взрыва. В ядерных реакторах поддерживается управляемая цепная ядерная реакция, удерживая k близкой к единице.

Реактор атомной электростанции с загруженными тепловыделяющими сборками

Как вырабатывается электроэнергия на АЭС

В ходе протекания цепной реакции выделяется большое количество энергии в виде тепла, которое нагревает теплоноситель первого контура - воду. Вода подается снизу в активную зону реактора с помощью главных циркуляционных насосов (ГЦН). Нагреваясь до температуры 322 °С вода поступает в парогенератор (теплообменник), где, пройдя по тысячам теплообменных трубок и отдав часть тепла воде второго контура, вновь поступает в активную зону.

Так как давление второго контура ниже, вода в парогенераторе вскипает, образуя пар с температурой 274°С, который поступает на турбину. Поступая в цилиндр высокого давления, а затем в три цилиндра низкого давления, пар раскручивает турбину, которая, в свою очередь, вращает генератор, вырабатывая электричество. Отработанный пар поступает в конденсатор, в котором он конденсируется с помощью холодной воды из пруда-охладителя или градирни и вновь возвращается в парогенератор с помощью питательных насосов.

Турбинное отделение АЭС и сама турбина

Такая сложная двухконтурная система создана для того, чтобы оградить оборудование АЭС (турбина, конденсатор), а также окружающую среду от попадания радиоактивных частиц из первого контура, появление которых возможно из-за коррозии оборудования, наведенной радиоактивности, а также разгерметизации оболочек ТВЭЛов.

Откуда и как управляют атомной электростанцией

Управление блоками АЭС осуществляется из блочного щита управления, который обычно сводит простого обывателя обилием «лампочек, крутилочек и кнопочек».

Щит управления расположен в реакторном отделении, но в «чистой зоне» и на нем постоянно находятся:

• ведущий инженер по управлению реактором
• ведущий инженер по управлению турбинами
• ведущий инженер по управлению блоком
• начальник смены блока

Территория АЭС

Вокруг атомной станции организуется зона наблюдения (та самая тридцатикилометровая зона), в которой ведется постоянный мониторинг радиационной обстановки. Также существует санитарно-защитная зона радиусом 3 км (зависит от проектной мощности АЭС), в которой запрещено проживание людей, а также ограничена сельскохозяйственная деятельность.

Зоны доступа атомной электростанции

Внутренняя территория АЭС разделена на две зоны: зона свободного доступа (чистая зона), где воздействие радиационных факторов на персонал практически исключено, и зону контролируемого доступа (ЗКД), где возможно воздействие радиации на персонал.

Доступ в ЗКД разрешен далеко не всем и возможен только через помещение санпропускника, после процедуры переодевания в спец. одежду и получения индивидуального дозиметра. Доступ в гермооболочку, в которой расположены сам реактор и оборудование первого контура, при работе реактора на мощности вообще запрещен и возможен лишь в исключительных случаях. Получаемые дозы работников АЭС строго фиксируются и нормируются, хотя фактическое облучение при нормальной работе реактора в сотни раз меньше предельных доз.

Дозиметрический контроль на выходе из ЗКД атомной электростанции

Наверное, самое большое число слухов и домыслов ходят вокруг выбросов атомных станций. Выбросы действительно есть и происходят они, в основном, через вентиляционные трубы - это те самые трубы, которые стоят возле каждого энергоблока и никогда не дымят. По большей части, в атмосферу попадают инертные радиоактивные газы - ксенон, криптон и аргон.
Но перед сбросом в атмосферу воздух из помещений АЭС проходит систему сложных фильтров, где удаляется большая часть радионуклидов. Короткоживущие изотопы распадаются еще до того, как газы достигнут верха трубы, еще больше снижая радиоактивность. В итоге, вклад в естественный радиационный фон газоаэрозольных выбросов АЭС в атмосферу незначителен и им вообще можно пренебречь. Поэтому атомная энергия является одной из самых чистых, в сравнении с другими электростанциями. В любом случае, все радиоактивные выбросы атомных станций строго контролируются экологами и разрабатываются способы дальнейшего их снижения.

Безопасность атомной электростанции

Все системы атомной станции проектируются и работают с учетом многочисленных принципов безопасности. Например, концепция глубоко эшелонированной защиты подразумевает наличие нескольких барьеров на пути распространения ионизирующего излучения и радиоактивных веществ в окружающую среду. Очень похоже на принцип Кащея Бессмертного: топливо сгруппировано в таблетки, которые находятся в циркониевых ТВЭЛах, которые помещены в стальной корпус реактора, который помещен в железобетонную гермооболочку. Таким образом, разрушение одного из барьеров компенсируется следующим. Делается все, чтобы при любой аварии радиоактивные вещества не вышли за пределы зоны контролируемого доступа.

Также, все системы имеют двух- и трехкратное резервирование, в соответствии с принципом единичного отказа, по которому система должна бесперебойно выполнять свои функции даже при отказе любого ее элемента. Вместе с этим применяется принцип разнообразия, то есть использования систем, имеющих разные принципы работы. Например, при срабатывании аварийной защиты в активную зону реактора падают стержни-поглотители и в теплоноситель первого контура дополнительно впрыскивается борная кислота.

Как ремонтируют атомные электростанции?

Энергоблоки регулярно выводятся в планово-предупредительные ремонты (ППР), в периоды которых происходит перегрузка топлива, а также производится диагностика, ремонт и замена оборудования, модернизация оборудования. дин раз в четыре года работающий энергоблок выводится в капитальный ППР с полной выгрузкой ядерного топлива из активной зоны реактора, обследованием и испытанием внутрикорпусных устройств, а также испытания корпуса реактора на прочность.