Jedrska elektrarna

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Jump to navigation Jump to search
Jedrska elektrarna Cattenom v Franciji

Jedrska elektrarna ali nuklearna elektrarna je elektrarna podobna termoelektrarni, kjer je vir toplote jedrski reaktor. Toplota se uporablja za proizvodnjo pare, ki poganja parne turbine, te pa električni generator.

Stroški izgradnje nove elektrarne so zelo visoki, vendar pa so stroški proizvodnje energije zelo nizki, ko je elektrarna enkrat zgrajena, ker cena goriva predstavlja le majhen delež obratovalnih stroškov. Npr. podvojitev cen urana na svetovnem trgu poviša ceno proizvodnje samo za 5 %. Najbolj ekonomično je obratovati reaktor pri nazivni moči, da se proizvede največ elektrike. Zaradi stabilnosti proizvodnje se jedrske elektrarne uporablja predvsem za pokrivanje osnovnih potreb po električni energiji – t.i. »obratovanje v pasu«. Sodobni reaktorji potrebujejo menjavo goriva vsakih 18 mesecev. Postopek remonta traja nekaj tednov. Kazalec izkoriščenosti je približno 90 %. Npr. za primerjavo vetrne elektrarne imajo kazalec izkoriščenosti približno 30 %, elektrarne na sončne celice pa 10-20 %.

Marca 2019 je bilo po svetu aktivnih 454 jedrskih elektrarn, 54 pa jih je v izgradnji[1].

Zgodovina[uredi | uredi kodo]

Električna energija je bila prvič proizvedena z uporabo jedrskega reaktorja X-10 Graphite Reactor, 3. septembra 1948, v mestu Oak Ridge v ZDA. To je bila prva jedrska elektrarna, ki je napajala žarnico. Prva jedrska elektrarna, ki je napajala električno omrežje, je bila zagnana 27. junija 1954 v mesto Obninsk v takratni Sovjetski zvezi. Prva komercialna jedrska elektrarna je bila zagnana 17. oktobra 1956 v mestu Calder Hall v Veliki Britaniji. Prva komercialna jedrska elektrarna, ki je bila namenjena izključno proizvodnje električni energije (elektrarna v Calder Hallu je proizvajala tudi plutonij) pa je bila v elektrarna Shippingport v ZDA, ki je bila priključena v omrežje 18. decembra 1957.

Sestavni deli[uredi | uredi kodo]

Glavne komponente današnjih jedrskih elektrarn so:

·        Reaktorska zgradba

o  Jedrsko gorivo

o  Sredica jedrskega reaktorja

o  Moderator nevtronov

o  Hladilo (običajno je moderator istočasno hladilo - voda)

o  Regulacijske palice

o  Reaktorska posoda

·        Proizvodnja pare

o  Črpalka

o  Uparjalniki

·        Proizvodnja električne energije

o  Parna turbina

o  Električni generator (polinkaj)

o  Kondenzator

o  Hladilni stolp

o  Sistem za ravnanje z gorivom in bazen za izrabljeno jedrsko gorivo

·        Varnostni sistemi

o  Varovalni sistem reaktorja

o  Zasilni dizelski generatorji

o  Sistem za zasilno hlajenje sredice (ECCS)

o  Zadrževalni hram

·        Upravljanje

o  Komandna soba


Sistemi[uredi | uredi kodo]

Pretvorba toplotne energije v električno poteka podobno kot v termoelektrarni. Toplota, ki se sprošča ob cepitvi v jedrskem reaktorju greje hladilo. Odvisno od tipa reaktorja je to lahko voda, plin ali celo tekoča kovina. Hladilo v uparjalniku segreva in uparja vodo. Visokotlačna odteče v večstopenjsko parno turbino, v kateri se razpenja, tako da se del njene toplotne notranje energije pretvori v delo za pogon rotorja turbine, ki poganja električni generator. Para iz turbine odteče v kondenzator. Kondenzator je prenosnik toplote, ki ga običajno hladi voda iz reke ali hladilnega stolpa. Para v njem kondenzira, kondenzat teče nazaj v uparjalnik. Opisani ciklus imenujemo Rankinov krožni proces.

Jedrski reaktor[uredi | uredi kodo]

Jedrski reaktor je srce elektrarne. V sredici reaktorja se sprošča toplota jedrske cepitve, ki jo prejme hladilo in na ta način odvaja energijo iz reaktorja.

V jedrskih reaktorjih poteka verižna reakcija, običajno v uranovem gorivu. Uran je zelo gosta kovina, precej razširjena na Zemlji. Prisoten je v mnogih kamninah kot tudi v morski vodi. V naravi se uran pojavlja v dveh izotopih: kot uran-238 (U-238), ki ga je 99,3 % in uran-235 (U-235), ki ga je 0,7 %. Izotopi so atomi istega elementa z različnim številom nevtronov. Različni izotopi istega elementa imajo različne fizikalne lastnosti. Na primer, jedro U-235 se cepi in pri tem odda veliko energije. Izotop U-238 nima te lastnosti, kljub temu da gre za isti element. Različni izotopi imajo tudi različne razpolovne dobe. Razpolovna doba je čas v katerem razpade polovica radioaktivnih jeder. U-238 ima razpolovno dobo 4,5 milijarde let, U-235 pa 0,70 milijarde let. Zato je U-238 tudi manj radioaktiven.

Jedrski reaktorji so vir radioaktivnega sevanja in morajo biti obdani s zaščitno zgradbo, ki absorbira sevanje in preprečuje izpuste radioaktivnih snovi v okolje.

Parna turbina[uredi | uredi kodo]

Namen parne turbine je pretvorba notranje toplotne energije pare v mehansko energijo. Turbina je navadno nameščena v zgradbi, ki je gradbeniško ločena od reaktorske zgradbe. Os turbine je običajno orientirana tako, da v primeru, da jo raznese, njeni deli ne morejo zleteti proti reaktorski zgradbi.

V primeru tlačnovodnega jedrskega reaktorja (kot je npr. Jedrska elektrarna Krško), je parna turbina del sekundarnega kroga in ločena od primarnega kroga, ki vsebuje reaktor. Morebitno puščanje uparjalnikov je mogoče zaznati z nadzorom radioaktivnosti pare. Za razliko od tega v vrelnih jedrskih reaktorjih radioaktivno hladilo teče direktno skozi parne turbine. Turbina zato spada v radiološko nadzorovano področje elektrarne.

Električni generator[uredi | uredi kodo]

Električni generator pretvarja mehansko energijo iz turbin v električno energijo.

Varnostni ventili[uredi | uredi kodo]

Varnostni ventili preprečujejo nesreče (eksplozijo cevi ali reaktorske posode), ki bi nastale zaradi previsokega tlaka. V primeru nesreče se odprejo in so sposobni prenašati maksimalni pretok tekočin ob zelo majhnem povečanju tlaka.

Glavni kondenzator[uredi | uredi kodo]

Glavni kondenzator je velik prenosnik toplote, ki paro, po izstopu iz turbine kondenzira nazaj v vodo, to pa črpalke prečrpajo nazaj v uparjalnik (pri tlačnovodnih reaktorjih) ali v reaktor (pri vrelnih reaktorjih). V glavnem kondenzatorju pride para v stik s tisočimi cevmi, znotraj katerih se pretaka hladna voda iz okolja (npr. reke, morja ali hladilnega stolpa). Jedrska elektrarna Krško (polinkaj) uporablja za hlajenje kondenzatorja vodo iz reke Save.

Napajalne črpalke[uredi | uredi kodo]

Napajalne črpalke imajo nalogo, da povišajo tlak vode (kondenzata) in jo vrnejo v uparjalnike (pri tlačnovodnih reaktorjih) ali v reaktorski sistem (pri vrelnih reaktorjih).

Oskrba z zasilno električno energijo[uredi | uredi kodo]

Jedrske elektrarne imajo za primer nesreče več virov zasilne električne energije izven lokacije. Razen tega imajo na lokaciji tudi lastne dizelske agregate, ki lahko v primeru nesreče napajajo varnostne sisteme. Jedrska elektrarna Krško lahko npr. dobi zasilno električno energijo iz sledečih virov: visokonapetostno omrežje, po rezerviranem daljnovodu iz plinske elektrarne Brestanice ali iz treh lastnih dizelskih agregatov.

Ekonomičnost[uredi | uredi kodo]

Ekonomičnost novih jedrskih elektrarn v primerjavi z drugimi tipi elektrarn je predmet debat, v katerih nastopajo tudi politični kriteriji. Tipično so za jedrske elektrarne značilni visoki kapitalski stroški izgradnji in nizki obratovalni stroški (gorivo ter vzdrževanje). Znaten strošek jedrskih elektrarn predstavlja tudi razgradnja elektrarne po koncu njene življenjske dobe, odlaganje izrabljenega goriva in radioaktivnih odpadkov.

Jedrske elektrarne ne prispevajo k emisijam ogljikovega dioksida, ki je eden izmed razlogov za globalno segrevanje. Zato jedrske prihranijo pri obdavčitvah na račun izpustov CO2.

  1. "Number of nuclear reactors operable and under construction". World Nuclear Association. Pridobljeno dne 14. 3. 2019.