|
|
|
|
      |
Nápověda k článkům 1Víte, jak funguje jaderná elektrárna?
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. 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
|
|
Naše tipy |
|
Copyright © 2012 – 2023 Ing. Jakub Slavík, MBA – Consulting Services |
| |
Přečtěte si také:
