Атомна електростанція (АЕС) – це електростанція, що використовує ядерну енергію для виробництва електроенергії.
Найчастіше на АЕС використовують чотири типи реакторів на теплових нейтронах:
- водо-водяні зі звичайною водою як сповільнювачем і теплоносієм;
- графіто-водні з водяним теплоносієм і графітовим сповільнювачем;
- важководні з водяним теплоносієм і важкою водою як сповільнювачем;
- графіто-газові з газовим теплоносієм і графітовим сповільнювачем.
ПРИНЦИП РОБОТИ АЕС
Основний принцип роботи АЕС полягає в тому, що в ядерному реакторі з використанням спеціальних паливних елементів, які містять ядерні палива (зазвичай це уран або плутоній), відбувається розщеплення ядер атомів цих елементів, яке супроводжується великим виділенням енергії.
Отримана енергія використовується для нагрівання води, яка перетворюється в пар і потім приводить турбіну в рух, яка в свою чергу генерує електричну енергію.
РЕАКТОР
В активній зоні реактора знаходяться стрижні з паливом (найчастіше це оксид урану). При пуску реактора створюються умови, за яких із ядер урану вилітають нейтрони. У них досить висока швидкість, і частина врізається в сусідні ядра. Ці ядра розколюються на приблизно дві рівні частини, при цьому з’являються 2-3 нових нейтрона. Процес повторюється. Це і є ланцюгова реакція.
Осколки поділу, що утворилися, мають велику кінетичну енергію, яка переходить у тепло при їх гальмуванні. Воно поглинається теплоносієм, який подається до активної зони циркуляційними насосами. Як теплоносій зазвичай використовується очищена вода. Для ефективності вода знаходиться під високим тиском (до 160 атмосфер) та нагрівається до 324 градусів. Теплоносій, безпосередньо стикаючись з паливними зборками, стає радіоактивним. Тому він замкнутий у першому герметичному контурі і не залишає меж енергоблоку (на схемі червоно-жовтогаряча циркуляція).
ПАРОГЕНЕРАТОР
Усередині парогенератора також вода, але вже меншого тиску (60 атмосфер). Вона «знімає» тепло з першого контуру, але не стикається з водою всередині нього. Цього тепла достатньо, щоб утворилася пара. Пара надходить на турбіну, де змушує обертатися лопаті (це обертання і стає електрикою в генераторі). Далі пара надходить у конденсатор, де остигає і знову надходить у парогенератор. Це другий контур. Він також замкнутий, але на відміну першого контуру вода/пар у ньому не радіоактивні.
КОНДЕНСАТОР
За своїм пристроєм він нагадує парогенератор. Але другий контур (пар з парогенератора) охолоджується за рахунок води ззовні. Ця вода надходить із ставка-охолоджувача. Іноді ставка мало, і доводиться будувати величезні споруди — градирні. Їх часто називають трубами, але правильніше охолоджувальними вежами. З конденсатора нагріта вода подається всередину градирні, де вода частково випаровується. За рахунок випаровування та конденсації на стінках вежі в цілому вода остигає і знову потрапляє в конденсатор. З градирень в атмосферу потрапляє лише чиста пара, жодних шкідливих викидів немає.
ІСТОРІЯ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ
Історія атомних електростанцій починається з першого ядерного реактора, який був запущений у 1942 році в Сполучених Штатах в рамках проекту “Мангеттен”. Цей реактор був створений для отримання плутонію для ядерної зброї.
У 1951 році в США була запущена перша атомна електростанція ЕБР-1 (Експериментальний блок реактора №1) в штаті Айдахо. Вона виробляла електроенергію і воду для зрошення земель.
У 1954 році в США була запущена перша комерційна атомна електростанція, що виробляла електроенергію – АЕС “Орегон”. Вона мала потужність 60 МВт і використовувала графітовий модератор.
У наступні десятиліття були розроблені нові типи реакторів, які дозволили збільшувати ефективність використання палива і зменшувати відходи. Зокрема, були створені реактори з термоядерними процесами, реактори з високотемпературним гелієвим охолодженням, реактори на швидких нейтронах та інші.
НАЙБІЛЬШІ АЕС СВІТУ
Найбільші АЕС (атомні електростанції) світу за показником встановленої електричної потужності (в мегаватах) на 2021 рік:
- Хайян-1, Китай – 5,870 МВт
- Тяньвань, Китай – 4,995 МВт
- Калінін, Росія – 4,195 МВт
- Коубер, Франція – 3,936 МВт
- Браунс-Феррі, США – 3,858 МВт
- Кушіу, Японія – 3,650 МВт
- Фукусіма, Японія – 3,628 МВт
- Белоярська, Росія – 3,200 МВт
- Браунсвілль, США – 2,504 МВт
- Остравець, Білорусь – 2,400 МВт
Атомна електростанція має свої переваги та недоліки. До переваг належать висока ефективність виробництва електроенергії, низька вартість виробництва електроенергії, відносно малий рівень викидів парникових газів. До недоліків належать складність управління АЕС, висока вартість будівництва та розбудови, великий ризик аварій із серйозними наслідками для довкілля та людей, складність зберігання та утилізації радіоактивних відходів.