Přečtěte si:  Světloemitující diody (LED) ve veřejném osvětlení – ano či ne?






Pozvánky na akce


Stalo se












Nápověda k článkům 1

Víte, jak funguje jaderná elektrárna?

15.2.2013 Pro porozumění základnímu principu fungování jaderné elektrárny si nejprve stručně ukážeme, jak probíhá výroba elektřiny v uhelné elektrárně:

Spalováním rozdrceného uhlí v kotli vzniká teplo, které ohřívá vodu a ta se mění na páru o teplotě až 500 stupňů Celsia. Tato pára roztáčí lopatky turbíny. Turbína pohání generátor vyrábějící elektrickou energii, která je dodávána do přenosové sítě. Pára z turbíny prochází přes kondenzátor, kde se vysráží; část putuje zpět a část do chladicích věží, kde se odpaří.

Nahraďme nyní teplo spalovaného uhlí jiným teplem – teplem ze štěpné jaderné reakce.

Při této reakci na radioaktivním prvku – uranu – pronikne volný neutron do atomového jádra jiného atomu, které se rozpadne na dvě přibližně stejně těžké části. Při tom dojde k uvolnění 2 až 3 volných neutronů, které mohou dále štěpit další atomy uranu. Jaderná energie se při této reakci uvolňuje jako teplo, které vzniká zabrzděním rozštěpených jader. Toto teplo lze – stejně jako při spalování uhlí – využít k výrobě páry pro pohon turbíny s generátorem. Část energie se však uvolňuje jako jaderné záření (hlavně tok neutronů), které je životu nebezpečné a je nutno před ním chránit okolí.

Reakce probíhá v reaktoru – velké zavřené kovové nádobě. Reaktor je umístěn v reaktorové hale, uzavřené v nepropustné betonové stavbě – kontainmentu (též kontejnmentu, z anglického containment).

Jaderné palivo, na němž probíhá jaderná reakce, má formu palivových tyčí, kazet, případně koulí, a obsahuje zpravidla přírodní uran uměle obohacený o větší množství radioaktivního izotopu (tj. látky s odlišným počten neutronů v atomovém jádru). Palivo je ponořeno nebo zasunuto v moderátoru – látky, která zpomaluje rychlost volných neutronů. Moderátorem může být voda, různé roztoky nebo například grafit.

Reakci lze řídit, tj. brzdit nebo naopak zesilovat, pomocí zasouvání nebo vysouvání řídicích tyčí z prvku, který pohlcuje volné neutrony, nejčastěji kadmia nebo hafnia.

Teplo vzniklé při reakci ohřívá kapalinu nebo plyn zvané chladivo. Chladivo buď přímo pohání turbínu (jednookruhová elektrárna) nebo předává svoje teplo ve výměníku – parogenerátoru – vodě, která se tak mění na páru a pohání turbínu s generátorem (dvouokruhová elektrárna). Dvouokruhová elektrárna tedy obsahuje primární okruh (radioaktivní) a sekundární okruh (neradioaktivní).

Existuje více typů jaderných elektráren. Rozpoznávají se zejména podle druhů chladiva a moderátoru použitých v reaktoru a podle toho, zda jsou jedno- nebo dvouokruhové. Z popisu je zřejmé, že dvouokruhová elektrárna bude mít v porovnání s jednookruhovým menší účinnost, ale bude bezpečnější.

Kromě jaderných elektráren se lze s jadernými reaktory setkat například na jaderných ponorkách nebo lodích. Parní turbína zde kromě generátoru pohání přes převody také lodní šroub.

Nejběžnějším typem jaderné elektrárny je elektrárna s tlakovodním reaktorem. Tento typ se používá i u dvou českých jaderných elektráren, Dukovany a Temelín. Tlakovodní elektrárna je dvouokruhová. Chladivem v primárním okruhu je stlačená voda zahřátá na cca 300 °C. Protože je stlačená, nemění se ani při této teplotě v páru, a může tak ve výměníku předat své teplo vodě v sekundárním okruhu. Ta se přemění na páru pohánějící turbínu s generátorem. Voda v tomto typu reaktoru slouží také jako moderátor.

Schéma tlakovodní jaderné elektrárny ukazuje obrázek zde.

Po jisté době, obvykle několika let, je již palivo „otráveno“ produkty štěpení, neboli je vyhořelé. Přitom je stále velmi radioaktivní. Nemůže tedy být v této podobě již použito, může však být chemicky přepracováno na jiné palivo nebo trvale uloženo na bezpečné místo, kde jeho záření neškodí. Dokud vyhořelé palivo nevyzáří pronikanou a velmi nebezpečnou radiaci (řádově měsíce nebo roky), je uloženo v radioaktivní zóně elektrárny pod ochrannou vrstvou vody. Odtud je poté převezeno do meziskladu, kde zůstává do přepracování nebo trvalého uložení.

Životnost celé jaderné elektrárny rovněž není neomezená. Po uplynutí plánované délky života (řádově desítky let) je elektrárna buďto postupně vyřazena z provozu a zlikvidována, nebo je její životnost po rekonstrukcích a důkladném prověření prodloužena.

Jaderné elektrárny jsou z energetického hlediska vhodné především pro výrobu elektrické energie v režimu základního zatížení (je vhodné, aby vyráběly energii pokud možno nepřetržitě, neboť regulace jejich výkonu je poměrně omezená.

Rozeznáváme následující generace jaderných reaktorů:

Reaktory I. generace byly budovány hlavně v 50. a 60. letech minulého století, především jako experimentální. Chladivem byl plyn nebo voda, používaly se i jiné druhy chladiva. Tam, kde byly tyto reaktory použity v jaderných elektrárnách, jsou dnes již téměř bez výjimky vyvedeny z provozu.

Tlakovodní reaktory, používané například u českých elektráren Dukovany a Temelín, patří k tzv. reaktorům II. generace. U této generace se používají i další druhy chladiva, například tzv. těžká voda (D2O neboli oxid deuteria). Oproti první generaci se reaktory této generace soustředily především na lepší ekonomickou stránku jejich výroby a provozu. Elektrická účinnost se u této generace pohybuje mezi 30 a 40 %.

III. generace jaderných reaktorů směřuje ke zvýšení účinnosti výroby elektrické energie, a to až na úroveň těsně přesahující 40 %, k prodloužení doby provozu reaktoru až na 60 let a ke snížení náročnosti budování elektrárny. Velký důraz je kladen na zvýšení bezpečnosti, a to zejména v oblasti pasivní bezpečnosti – jinými slovy, konstrukce těchto reaktorů je řešena tak, aby jaderné havárie byly vyloučeny již z fyzikální podstaty procesů, které v ní probíhají. Tyto bezpečnostní prvky jsou založeny na jevech, jako je gravitace nebo přirozená cirkulace chladiva. Snahou je především redukovat možnost nehody s roztavením paliva v aktivní zóně. Dalším rysem je prodloužení intervalu mezi výměnou paliva. Generace III+ je pak vlastně odnož třetí generace, u níž se vývoj zaměřil na další zdokonalení III. generace zejména co do bezpečnosti proti lidským chybám. Rozlišení generace III a III+ přitom nemá pevnou hranici.

Reaktory IV. generace se od druhé a třetí generace liší zásadním způsobem – na rozdíl od předchozích generací tedy nejde o další evoluční stupeň. Jejich cílem je dosáhnout ekologicky a ekonomicky udržitelného vývoje jaderné energetiky a vysoké úrovně bezpečnosti včetně ochrany před zneužitím používaných jaderných materiálů k výrobě jaderných zbraní. Zahrnují různé typy jaderných reaktorů, kdy chladivem je například sodík, směsi roztavených solí nebo roztavených kovů, a nyní jsou stále spíše ve fázi vývoje. Společné pro ně je, že pracují při velmi vysokých teplotách, tzn. kolem 800 °C a jejich elektrická účinnost přesahuje 40 %, mohou využít vyhořelé palivo ze současných reaktorů, významně snižují obsah zbytkové radioaktivity a dále posilují pasivní bezpečnost.

Celkový instalovaný výkon jaderných elektráren ve světě činil na počátku roku 2013 celkem 373,7 tisíc MW a podílelo se na něm celkem 435 reaktorů. Nejvíce jaderných zdrojů stojí v USA (104), ve Francii (58), Japonsku (50), Rusku (33), Jižní Koreji (23), Indii (20), Kanadě (18) a Velké Británii (16). V EU z jaderných elektráren pochází přibližně jedna třetina vyrobené elektřiny (podobně je tomu i v ČR), například ve Francii je to ale téměř 85 %.

Jadernou bezpečnost hlídají národní i mezinárodní instituce. V ČR je to Státní úřad pro jadernou bezpečnost (SÚJB) a na mezinárodní úrovni Mezinárodní agentura pro atomovou energii (IAAE nebo též česky MAAE). Sledují přitom technické i organizační otázky provozování jaderných elektráren. Nejzávažnější havárii jaderné elektrárny, jíž byla v roce 1986 katastrofa v Černobylu na Ukrajině (bývalý Sovětský svaz), způsobila série lidských chyb a vědomého porušování bezpečnostních pravidel.

Jaderné palivo nelze v pravém smyslu považovat za obnovitelný zdroj energie, protože zásoby uranu jsou konečné. Podle odborných odhadů ovšem vydrží známé a předpokládané zásoby uranu ještě téměř 300 let. Mezi tím jsou vyvíjeny technologie, jak pro potřebu jaderných elektráren zužitkovat již vyhořelé palivo. Při svém fungování nicméně jaderné elektrárny neprodukují skleníkové plyny. Jadernou energii lze tedy stručně označit za neobnovitelný, ale ekologický zdroj elektrické energie.

Nezávisle na tom se jaderné elektrárny stávají předmětem politických bojů, jejichž terčem nejčastěji bývá jaderná bezpečnost nebo otázka úložišť vyhořelého jaderného paliva. Tyto politické boje pracují s lidskými emocemi spíše než s prokázanými skutečnostmi; s technickým a organizačním řešením bezpečné a trvale udržitelné energetiky obvykle souvisejí pouze okrajově.

redakce Proelektrotechniky.cz

Bonus: Vtip o jaderné elektrárně

Přečtěte si také:

Malý reaktor NuScale získal americkou certifikaci své konstrukce

7.9.2020 Jedním z úspěšně postupujících projektů tzv. malých reaktorů je americký projekt NuScale. Na konci srpna 2020 tento projekt dosáhl významného milníku: Americký úřad pro jadernou bezpečnost US Nuclear Regulatory Commission (NRC) vydal závěrečnou zprávu o vyhodnocení bezpečnosti – final safety evaluation report (FSER). Tím je završena technická revize projektu a vydáno povolení k jeho zkonstruování. 


Mikromodulární reaktor (MMR) na cestě ke zkušebnímu provozu

28.8.2020 Micro Modular Reactor (MMR), tedy „mikromodulární reaktor“ z dílny společnosti Ultra Safe Nuclear Corporation (USFC) učinil v srpnu 2020 další významný krok ke svému zkušebnímu provozu: Byla objednána konstrukce zařízení na cirkulaci helia u britské firmy Howden, specializované na rozmanité komponenty jaderných elektráren. 


Dron otestoval laserový detekční systém chránící jaderné elektrárny

19.8.2020 Jaderné elektrárny jsou kritickou součástí energetiky z hlediska ochrany jejich bezpečnosti. Tomu odpovídá i několikanásobné jištění proti případným útokům ze vzduchu. Jedním z nich je laserový detekční systém, který chrání střechy vybraných budov. Tento systém otestovala na začátku srpna 2020 Policie ČR a společnost ČEZ v Jaderné elektrárně Temelín. 


Alloy 617 – slitina pro vysokoteplotní reaktory, která vydrží 950 °C

18.5.2020 Alloy 617 neboli Slitina 617 je jednoduché technické označení pro kov, který může znamenat významný pokrok v oblasti komercializace jaderných reaktorů IV. generace. Tento kov, vyvinutý v Idaho National Laboratory (INL) v USA byl schválen Americkou společností strojních inženýrů (ASME) pro zahrnutí do amerického Boiler and Pressure Vessel Code, tedy kodexu kotlů a tlakových nádob. Je to poprvé po 30 letech, kdy je do tohoto kodexu přidáván nový materiál. Odborná veřejnost o tom byla informována začátkem května 2020. 


Projekt Energy Well: také Česko vyvíjí vlastní malý modulární reaktor

11.3.2020 Zatímco skupina ČEZ jedná se světovými dodavateli již vyvinutých malých modulárních reaktorů, její dceřiná (či „vnukovská“) společnost – Centrum výzkumu Řež, dceřiná společnost ÚJV Řež ze skupiny ČEZ – pracuje na vývoji své vlastní koncepce takovéhoto reaktoru, označené jako Energy Well, tedy v překladu „energetická studna“. Na konci ledna 2020 získal jeho projektový tým patent od Úřadu průmyslového vlastnictví a zahájil přípravu nejaderné experimentální jednotky reaktoru. 


Malý reaktor ARC-100 bude instalován ve stávající elektrárně Point Lepreau

19.12.2019 Malé reaktory jsou spolu s reaktory IV. generace klíčovým směrem v rozvoji jaderné energetiky. Jedním z typů, jehož příprava k realizaci je v současné době na postupu, je ARC-100 od dodavatele ARC Nuclear Canada. Důležitým milníkem v jeho realizaci je potvrzení ministra kanadské provincie New Brunswick pro národní zdroje a rozvoj energie z prosince 2019 ohledně podpory jeho vybudování pro komerční demonstraci ve stávající jaderné elektrárně Point Lepreau. 


Jaderná elektrárna Temelín umí pomoci rovnováze v přenosové síti a kompenzovat nestálost obnovitelných zdrojů

18.10.2019 Úkolem jaderných elektráren je pracovat v takzvaném základním zatížení. V případě regulace, tedy snižování výkonu, přichází na řadu až poslední. Přesto ale musí být schopné pomoci ve chvíli, kdy je elektřiny v síti nárazově víc, než odpovídá spotřebě. Platí to i o výrobě elektřiny v jaderné elektrárně Temelín, jak byla v říjnu 2019 informována odborná veřejnost. 


WHO: Zdravotní rizika z Fukushimy jsou minimální

6.3.2013 Světová zdravotnická organizace (WHO) zveřejnila koncem února 2013 závěry k radiačním rizikům nehody v jaderné elektrárně Fukushima v březnu 2011. Podle ní je japonské obyvatelstvo vystaveno jen malému riziku z radiace. Ve vztahu k veškerému japonskému obyvatelstvu se nepředpokládá dopad v takové míře, aby jej bylo vůbec možno objektivně vysledovat. 


Naše tipy
















Copyright © 2012 – 2021 Ing. Jakub Slavík, MBA – Consulting Services