Nuklearna elektrana: razlika između inačica

Izbrisani sadržaj Dodani sadržaj
Nema sažetka uređivanja
sređivanje, osvježenje podataka
Redak 1:
[[Datoteka:Nuclear Power Plant Cattenom.jpg|250px|mini|Nuklearna elektrana s rashladnim tornjevima]]
'''Nuklearna elektrana''' je vrsta [[termoelektrana|termoelektrane]] kojakojoj kaoje izvor energije koristi [[toplina|toplinu]] dobivenudobijena fisijama nuklearnog goriva u, (barem jednom), [[nuklearni reaktor|nuklearnom reaktoru]]. Kao i u većini ostalih termoelektrana, dobivenadobijena se toplina koristi za proizvodnju pare koja pokreće [[parna turbina|parnu turbinu]] spojenu na [[električni generator]]. TrenutnoGodine pomoću[[2013.]] nuklearnese energijeu nuklearnim generiramoelektranama okoproizvelo 1619% ukupno proizvedene električne energije u svijetu. Jaki<ref probojname="Tablica_1.">[http://www.iaea.org/About/Policy/GC/GC57/GC57InfDocuments/English/gc57inf-2_en.pdf [[IAEA]] Nuclear Technology Review 2013., str. 9. pristupljeno 29. siječnja 2014.] {{eng oznaka}}</ref> Visok udio nuklearne energije možeu seukupnoj proizvedenoj električnoj energiji je zahvalitiposljedica njezinojvisoke čistoćitehnologije i gotovo nikakvimnikakvih ispuštanjemispušta stakleničnih plinova. Dobro konstruirane nuklearne elektrane pokazale su se pouzdanima, sigurnima, ekonomski prihvatljivim i ekološki dobroćudnimprihvatljivim. Do sada se u svijetu nakupilo više od 900015.000 reaktor-godina rada, pa se skupilo i potrebno iskustvo u iskorištavanju nuklear nenuklearne energije.<ref name="Tablica_1."/>
 
Krajem 20112013. godine u svijetu su u komercijalnom pogonu 434436 nuklearnanuklearnih reaktora u elektranama, a još ih je 6467 u izgradnji.<ref>[http://iaea name="Tablica_1.org"/pris IAEA Power Reactor Information System]</ref>
 
== Princip rada nuklearne elektrane ==
Nuklearne elektrane kao gorivo koriste izotop uranauranija U-235 koji je vrlo pogodan za fisiju. U prirodi se može naći uranuranij sas više od 99% U-238 i svega oko 0.,7% U-235. Dok U-238 apsorbira brze neutrone, U-235 se u sudarima sa sporim neutronima raspada na vrlovisoko radioaktivne, fisijskefisibilne produkte, a pri tom se oslobađa još brzih neutrona. Brzi neutroni se tijekom sudara sas molekulama teške vode usporavaju, što dovodi do zagrijavanjapovećane imogućnosti lančanenjihova reakcijesudara s drugim atomima goriva. Na taj se način seodržava nuklearna reakcija i oslobađa toplina koja je ustvari potrebna energijaza kojuproizvodnju dobivamo u nuklearnim elektranamapare. Navedeni proces se odvija u strogo kontroliranim uvjetima. Atomska bomba rezultat je namjerno izazvane prevelike koncentracije slobodnih neutrona koji se tada sudaraju sas fisijski osjetljivim atomima i na taj način ostvaruju nekontroliranu eksploziju energije. Iako uranauranija u prirodi ima puno, čak oko sto puta više od srebra, izotopa U-235 ima malo. Zbog toga se provodi postupak obogaćivanja uranauranija. U konačnoj upotrebljivoj fazi, nuklearno gorivo biti ćeje u formiobliku tableta dugih oko dva i pol centimetra. Jedna takva tableta može dati otprilike istu količinu energije kao i jedna tona ugljena.<ref>[http://www.nek.si/hr/o_nuklearnoj_tehnologiji/nuklearni_reaktor/cijepanje_jezgre_i_lancana_reakcija/kalorijska_vrijednost_tablete_goriva/ [[Nuklearna elektrana Krško]] Kalorijska vrijednost tablete goriva], pristupljeno 29. siječnja 2014.</ref> Energija koja se oslobađa sudaranjem neutrona sas uranomuranijem koristi se za zagrijavanje vode. TaTako vodastvorena (para) tada pokrečepokreće generator,. aPara se nakon togaprolaska trebakroz jeturbinu rashladitihladi i ponovo vratitivraća u reaktor. Za tohlađenje je potreban stalan i veliki protok vode oko jezgre reaktora. Da bi se oslobodila dovoljna količina energije nužno je koristiti moderatore nuklearne reakcije. U nuklearnim elektranama kao [[Usporivač neutrona|moderator]] se najčešće koristi teškaobična voda. koja je dobila takav naziv iz razloga što je teža odOsim obične vode zakao otprilike 10%, ali jošmoderator se može koristitikoristite i obična voda,grafit, itd. To je zbog toga što teška voda sadrži veću koncentraciju deuterija, izotopagrafit atomaili vodika.neki Uotpljeni trenutku sudara slobodnog neutrona i atoma urana U-235 dolazi do cijepanja atoma U-235 na dva manja atoma i nekoliko slobodnih česticametali. Pri toj reakciji energijom jednog termičkog neutrona, koja iznosi oko 0,03 eV oslobađa se ogromna količina energije od 200 eV, uz emisiju brzih neutrona. Teška voda koja se nalazi unutar reaktora skuplja tu energiju u obliku topline i prenosi je do rezervoara koji sadrži običnu vodu. Obična voda tom se prilikom pretvara u paru koja pokreće turbine rotora generatora električne energije.
==Dijelovi nuklearne elektrane==
Konverzija energije iz nuklearne u električnu u nuklearnoj se elektrani obavlja posredno, u nekoliko koraka.
 
== Dijelovi nuklearne elektrane ==
Prvi je korak izvlačenje nuklearne energije, pohranjene u jezgrama atoma nuklearnog goriva. Nuklearna se energija pretvara u toplinsku u nuklearnom reaktoru, pomoću lančane reakcije [[nuklearna fisija|nuklearne fisije]]. Dobivena toplinska energija se zatim treba odvesti iz reaktora. Mehanizam odvođenja topline ovisi o vrsti nuklearnog reaktora. Najveći broj reaktora koji su danas u pogonu su [[PWR|reaktori s vodom pod tlakom]] (PWR - ''Pressurized water reactor''). U takvoj vrsti reaktora tekuća voda oplakuje nuklearno gorivo i zagrijava se, te teče prema parogeneratoru. [[Parogenerator]] je izmjenjivač topline koji odvaja primarni krug od sekundarnog. Voda potekla iz reaktora (voda primarnog kruga) ulazi u parogenerator i grije vodu sekundarnog kruga, a zatim se pomoću primarnih pumpi vraća u reaktor.
Pretvorba energije iz nuklearne u električnu u nuklearnoj se elektrani obavlja posredno, u nekoliko koraka.
 
Prvi je korak izvlačenje nuklearne energije, pohranjene u jezgrama atoma nuklearnog goriva. Nuklearna se energija pretvara u toplinsku u nuklearnom reaktoru, pomoću lančane reakcije [[nuklearna fisija|nuklearne fisije]]. Dobijena toplinska energija se zatim odvodi iz reaktora. Mehanizam odvođenja topline ovisi o vrsti nuklearnog reaktora. Najveći broj reaktora koji su danas u pogonu su [[PWR|reaktori s vodom pod tlakom]] (PWR - ''Pressurized water reactor''). U takvoj vrsti reaktora tekuća voda oplakuje nuklearno gorivo i zagrijava se, te teče prema parogeneratoru. [[Parogenerator]] je izmjenjivač topline koji odvaja primarni krug od sekundarnog. Voda iz reaktora, voda primarnog kruga, ulazi u parogenerator i grije vodu sekundarnog kruga, a zatim se pomoću primarnih pumpi vraća u reaktor.
Voda sekundarnog kruga, koja se s primarnom vodom ne miješa, preuzima njenu toplinu kroz stijenke cijevi parogeneratora i vrije. Nastala para se privodi parnoj turbini, gdje predaje svoju energiju rotoru turbine (pretvorba toplinske u mehaničku energiju). Rotor turbine je na istoj osovini kao i rotor električnog generatora, čime se ostvaruje konačna pretvorba energije u električnu. Para izašla iz turbine se odvodi u kondenzator, gdje se hladi i kondenzira, te se pomoću sekundarnih pumpi vraća u parogenerator, zatvarajući tako sekundarni krug.<ref name="NE">Feretić, D., Čavlina, N., Debrecin, N., Govedarica, V. ''Nuklearne elektrane'', Školska knjiga, Zagreb, 1995.</ref>
 
Voda sekundarnog kruga, koja se s primarnom vodom ne miješa, preuzima njenu toplinu kroz stijenke cijevi parogeneratora i vrije. Nastala para se privodi parnoj turbini, gdje predaje svoju energiju rotoru turbine, tj. toplinska energija se pretvara u mehaničku energiju. Rotor turbine je na istoj osovini kao i rotor električnog generatora, čime se ostvaruje konačna pretvorba energije u električnu. Para izašla iz turbine se odvodi u kondenzator, gdje se hladi i kondenzira, te se pomoću sekundarnih pumpi vraća u parogenerator, zatvarajući tako sekundarni krug.<ref name="NE">Feretić, D., Čavlina, N., Debrecin, N., Govedarica, V. ''Nuklearne elektrane'', Školska knjiga, Zagreb, 1995.</ref>
===Nuklearni reaktor===
 
=== Nuklearni reaktor ===
{{glavni|Nuklearni reaktor}}
Nuklearni reaktor u nuklearnim elektranama je naprava u kojoj se odvija kontrolirana lančana reakcija nuklearne fisije. Postoji nekoliko podjela energetskih nuklearnih reaktora prema tipu fisije koja se koristi, vrsti goriva, hladioca i moderatora.
 
Fisijom atoma goriva nastaju brzi [[neutron|neutroni]], odnosno atomivisoko velikeenergetski energijeatomi. Ukoliko jese reaktorza takavnastavak dalančane nastavljareakcije lančanuu reakcijureaktoru koristećikoriste brzebrzi neutroneneutroni, radi se o '''brzom reaktoru'''. Međutim, gotovo svi reaktori danas u upotrebi su '''termički reaktori''' -u onikojima usporavajumoderator usporava neutrone pomoćuna moderatora.niže, Usporavanje neutrona se još zove ''termalizacija''termičke, a usporeni neutroni ''termički''energije.
 
'''Gorivo''' je najčešće prirodni ili obogaćeni [[uranij]] u formiobliku metalauranij-oksida ili oksidaUO<sub>2</sub>. U nekim se elektranama koristi [[MOX]] (''mixed-oxide'') gorivo, mješavina oksidaviše [[plutonij|plutonija]]vrsta fisibilnih metala i uranakisika.
 
'''Hladioc''', odnosno rashladni fluid, je medij koji odvodi toplinu nastalu fisijama iz nuklearnog reaktora. Često je hladioc [[voda]] (obična ili [[teška voda|teška]]), a može biti i [[ugljikov dioksid]] ili [[helij]]. Kod brzih reaktora hladioc je rastaljeni metal.
 
'''[[Usporivač neutrona|Moderator]]''' je tvar koja usporava brze neutrone nastale fisijama do termičkih brzina, odnosno energija (manje od jednog [[elektronvolt|elektronvolta]]. Ovisno o tipu reaktora, može biti voda (u tom slučaju je voda ujedno i moderator i hladioc) ili [[grafit]]. Brzi reaktori nemaju moderatora.
 
Najzastupljenija vrsta energetskog nuklearnog reaktora danas je reaktor s vodom pod tlakom. To je termički reaktor u kojemu je gorivo slabo obogaćeni uranuranij, najčešće u formiobliku oksida, a obična voda je ujedno i moderator i rashladno sredstvo.<ref name="UNE">Feretić, D. ''Uvod u nuklearnu energetiku'' Školska knjiga, Zagreb, 1992.</ref>
 
=== Tlačnik ===
Tlačnik je naprava kojom se osigurava konstantan tlak primarnog kruga. U osnovi, to je posuda volumena 40-60 m^<sup>3</sup> opremljena grijačem snage 1 - 2 MW. Zagrijavanjem u tlačniku može se ispariti određena količina vode, čime se podiže tlak i sprječava isparavanje u reaktoru.
 
=== Parogenerator ===
{{glavni|Parogenerator}}
Parogenerator je naprava koja se nalazi u nuklearnim elektranama s tlakovodnim reaktorima. Pošto se u takvim elektranama vodi ne dopušta ključanjeisparavanje u reaktoru, a svejednopotrebno je potrebno proizvesti paru za korištenje parnih turbina, tok vode se dijeli u dva kruga, primarni i sekundarni. Primarnim krugom teče voda koja toplinu proizvedenu fisijama odvodi iz reaktora i predaje je sekundarnoj vodi u parogeneratoru. Naje predaje sekundarnoj se strani vodi. dozvoljavaZbog isparavanjenižeg (totlaka sena postižesekundarnoj nižimstrani tlakomparogeneratora sekundarnognastaje kruga)para, te nastala para vrti rotore parnih turbina.
 
Parogenerator je komponenta nuklearne elektrane u kojoj se odvija predaja topline iz primarnog u sekundarni krug i isparavanje sekundarne vode. U donjem dijelu se nalazi nekoliko tisuća U-cijevi kroz koje teče primarna voda. Oko U-cijevi teče voda sekundarnog kruga, koja s njih uzima toplinu. Para nastala vrenjem sekundarne vode odlazi prema gornjem dijelu parogeneratora, gdje se nalaze separatori vlage, koji osiguravaju da u pari koja odlazi prema turbinama nema kapljica tekuće vode koje bi oštetile lopatice turbine.
 
Parogeneratori su velike komponente, mase preko stotinu tona, i visine dvadesetak metara. Ovisno o snazi, nuklearna elektrana će imati određen broj reaktora. Može se reći da naNa svakih tristotinjak megavata električne snage elektrane dolazi po jedan parogenerator. Pošto su nuklearne elektrane redovito velike snage, a i zbog sigurnijeg pogona elektrane, u pravilu će imati barem dva parogeneratora.
 
=== Parne turbine ===
{{glavni|Parna turbina}}
Parne turbine koje se koriste u nuklearnim elektranama su vrlo slične onima u klasičnim termoelektranama na ugljen. Razlika postojiTurbine u elektranama s tlakovodnim reaktorima, gdje su turbine nešto većih dimenzijaveće zbog manjeg tlaka pare.
 
U svim termoelektranama snage iznad stotinjak MW postojat ćeradi više od jedne parne turbine. Turbine se nalaze na zajedničkoj osovini, a razlikuju se po tlaku pare. Para iz parogeneratora, tlaka oko 60 [[Bar (jedinica)|bar]] kod tlakovodnih, odnosno oko 150 bar kod reaktora s vodom koja ključa, ulaze u visokotlačnu turbinu. Nakon prolaska kroz visokotlačnu turbinu, tlak pare je znatno niži. Iz pare se prije ulaska u niskotlačnu turbinu dodatno separiraodaja vlaga, da bi se spriječila oštećenja lopatica turbine. Niskotlačne turbine su dimenzijama veće od visokotlačnih, a ovisno o snazi elektrane postojat će više niskotlačnih turbina (može se uvesti i "srednja" razina tlaka sa srednjotlačnim turbinama).
 
=== Električni generator ===
{{glavni|Sinkroni stroj}}
Električni generatori u upotrebi u nuklearnim elektranama su najčešće 4-polni sinkroni generatori. Električna snaga današnjih nuklearnih elektrana iznosi od 500 do 1500 MW po reaktoru. Na lokaciji nuklearne elektrane se može nalaziti više reaktora, ali na svaki reaktor dolazi po jedan generator.
 
=== Ostali dijelovi sekundarnog kruga ===
[[Parni kondenzator|Kondenzator]] je izmjenjivač topline u kojem se para koja je prošla kroz turbine kondenzira, kako bi se mogla vratiti u parogenerator i zatvoriti sekundarni krug. Sastoji se od dva dijela, od kojih jedan pripada sekundarnom, a drugi tercijarnom krugu. Nakon što svoju energiju preda u turbini, para je već djelomično kondenzirana, a tlak joj je redovito manji od atmosferskog. Na taj se način iz pare izvlači maksimalna količina energije, odnosno povećava se faktor iskorištenja elektrane. Takva mokra para ulazi u sekundarni dio kondenzatora. Tercijarnim dijelom teče voda iz obližnje rijeke ili mora, koja preuzima preostalu, neiskoristivuneiskorištenu toplinu i odvodi je iz elektrane.
 
U primarnom krugu postoji nekoliko rashladnih [[sisaljka|pumpi]], ovisno o broju rashladnih petlji. Primarne pumpe su [[centrifugalna sisaljka|centrifugalnog]] tipa, pogonjene asinkronim motorom snage oko 6 MW, te se njima voda ohlađena u parogeneratoru vraća nazad u reaktor.
Line 55 ⟶ 56:
Sekundarne pumpe imaju ulogu jednaku onima u termoelektranama na ugljen ili naftu: pumpanje vode iz kondenzatora u isparivač, što je u ovom slučaju sekundarni dio parogeneratora.
 
Manje se pumpe koriste na više mjesta za cirkuliranje rashladnih fluida koji odvode toplinu nastalu radom razne opreme, najčešće motora. Te pumpe su pomoćne, odnosno ne sudjeluju direktnoizravno u ciklusu kojim se proizvodi električna energija.
 
== Iskorištavanje nuklearne energije po državama ==
{| {{prettytable}}
Država koja proizvodi najveći udio svoje električne energije u nuklearnim elektranama je Francuska sa 75% proizvedene električne energije u nuklearnim elektranama. Slijede je Litva sa 73%, Belgija sa 58%, Bugarska, Slovačka i Švedska sa 47%, Ukrajina sa 44% i Republika Koreja sa 43%. U još deset država iz nuklearne energije proizvodi se po više od 25% električne energije. SAD proizvode 19.8% svoje električne energije u nuklearnim elektranama, ali zbog velikog opsega proizvodnje zauzimaju najveći udio u ukupno proizvedenoj energiji u nuklearnim elektranama sa 28%. Slijedi ih Francuska sa 18% i Japan sa 12%.
! align=center bgcolor="lightsteelblue" | Država
! bgcolor="lightsteelblue" | Udio NE u ukupno proizvedenoj </br>električnoj energiji [[2013.]] %<ref name="Tablica_1."/>
|-
| [[Francuska]]
| align=center | 74,8
|-
| [[Slovačka]]
| align=center | 53,8
|-
| [[Belgija]]
| align=center | 51,0
|-
| [[Ukrajina]]
| align=center | 46,2
|-
| [[Mađarska]]
| align=center | 45,9
|-
| [[Švedska]]
| align=center | 38,1
|-
| [[Slovenija]]
| align=center | 36,0
|-
| [[Švicarska]]
| align=center | 35,9
|-
| [[Češka]]
| align=center | 35,3
|-
| [[Finska]]
| align=center | 32,6
|-
| [[Bugarska]]
| align=center | 31,6
|-
| [[Južna Koreja|Republika Koreja]]
| align=center | 30,4
|-
| [[Armenija]]
| align=center | 26,6
|-
| [[Španjolska]]
| align=center | 20,5
|-
| [[SAD]]
| align=center | 19,0
|}
 
 
{| {{prettytable}}
! align=center bgcolor="lightsteelblue" | Država
! bgcolor="lightsteelblue" | Broj djelatnih</br>nuklearnih reaktora [[2013.]]<ref name="Tablica_1."/>
|-
| [[SAD]]
| align=center | 104
|-
| [[Francuska]]
| align=center | 58
|-
| [[Japan]]
| align=center | 50
|-
| [[Rusija|Ruska Federacija]]
| align=center | 33
|-
| [[Južna Koreja|Republika Koreja]]
| align=center | 23
|-
| [[Indija]]
| align=center | 20
|-
| [[Kanada]]
| align=center | 19
|-
| [[Kina]]
| align=center | 17
|}
 
Povećanjem broja država koje imaju nuklearne elektrane, povećao se i rizik da gorivo iz nuklearnih elektrana dođe do pojedinaca koji ga žele upotrijebiti za svrhe koje nisu mirnodopske. U zadnje vrijeme je aktualan terorizam, a teroristi bi s nuklearnom tehnologijom mogli prouzročiti ogromnu nuklearnu katastrofu. Kod zaštite od zlonamjernog korištenja nuklearne energije i političari i znanstvenici poduzimaju određene mjere. Zbog tog problema međunarodne organizacije nametnule su pravila o sigurnosti za 140 država diljem svijeta. Problem čuvanja nuklearnog goriva, ali i radioaktivnog otpada, trenutno je najizraženiji u siromašnim državama koje su nastale raspadom [[Sovjetski savez|Sovjetskog Saveza]].
 
== Radioaktivni otpad ==
Gledajući broj nuklearnih reaktora po državama, tu daleko prednjače SAD sa 104 nuklearna reaktora u normalnom radu. Odma iza njih je Francuska sa 58, a dalje ih slijede Japan sa 54, Rusija sa 31, Južna Koreja 20, Velika Britanija sa 19, te Kanada i Indija sa 18.
{{glavni|Radioaktivni otpad}}
Odlaganje radioaktivnog otpada jedan je od najvećih izazova kod korištenja nuklearnih elektrana. Samo Sjedinjene Američke Države u svojim nuklearnim elektranama godišnje proizvedu oko 2000 tona radioaktivnog otpada. S obzirom da nuklearne elektrane moraju zadovoljavati najveće sigurnosne uvjete incidenti su jako rijetki. Radioaktivni otpad ostaje radioaktivan više stotina, pa i tisuća godina, te su iz toga razumljivi postavljeni visoki sigurnosni uvjeti. Za to vrijeme potrebno je osigurati mjesto za čuvanje od istjecanja radijacije.
 
== Vidi još ==
Sa povećanjem broja država koje imaju nuklearne elektrane, povećao se i rizik da gorivo iz nuklearnih elektrana dođe do pojedinaca koji ga žele upotrijebiti za svrhe koje nisu mirnodopske. U zadnje vrijeme je aktualan terorizam, a teroristi bi s nuklearnom tehnologijom mogli prouzročiti ogromnu nuklearnu katastrofu. Kod zaštite od zlonamjernog korištenja nuklearne energije i političari i znanstvenici moraju poduzeti određene mjere. Zbog tog problema međunarodne organizacije nametnule su pravila o sigurnosti za 140 država diljem svijeta. Problem sa čuvanjem nuklearnog goriva (a i radioaktivnog otpada) trenutno je najizraženiji u siromašnim državama koje su nastale raspadom Sovjetskog Saveza.
== Nuklearni otpad ==
Treba napomenti kako je odlaganje nuklearnog otpada jedan od najvećih izazova kod korištenja nuklearnih elektrana.  Samo Sjedinjene Američke Države proizvedu oko 2000 tona nuklearnog otpada godišnje u svojim nuklearnim elektranama. S obzirom da nuklearne elektrane moraju zadovoljavati najveće sigurnosne uvjete incidenti su jako rijetki. Nuklearni otpad ostaje radioaktivan više stotina, pa i tisuća godina, te su iz toga razumljivi postavljeni visoki sigurnosni uvjeti. Za to vrijeme potrebno je osigurati mjesto za čuvanje od istjecanja radijacije.
==Vidi još==
* [[Utjecaj nuklearne energije na okoliš]]
* [[Nuklearne elektrane po državama]]
 
== Izvori ==
{{izvori}}
<references>
 
[[Kategorija:Nuklearne elektrane| ]]