Получение и использование электрической энергии
стоятельство, что не все ядра
«разваливаются» сразу. Те осколки, что «разваливаются» за время меньшее 10-
3 секунды, производят так называемые «мгновенные» нейтроны. Однако часть
продуктов распада ядер урана в свою очередь распадаются с испусканием
нейтронов после 10-3 секунд. При этих распадах появляется всего около 0,7
% «запаздывающих» нейтронов от общего количества. Именно наличие этих
«запаздывающих» нейтронов и дает возможность регулировать скорость цепной
реакции. Важную роль в этом регулировании играет поглощение нейтронов
ядрами некоторых атомов. Рядом с урановыми стержнями помещают стержни из
материала, содержащего атомы кадмия, поглощающие нейтроны в сотни раз
эффективнее, чем уран. Стержни можно механически перемещать и, таким
образом, регулировать скорость течения цепной реакции.
В ядерных реакторах энергия распада ядер урана преобразуется в
электрическую энергию. После распада ядра кинетическая энергия осколков
ядер переходит в тепловую энергию материала, загруженного в реактор.
Плотность тепловыделения в энергетических ядерных реакторах достигает сотен
кВт на литр объема активной зоны. Эта энергия с помощью жидкости,
протекающей по трубам внутри рабочей зоны реактора, переносится в
теплообменники. Здесь она используется для того, чтобы нагреть и превратить
в пар воду. Водяной пар направляют в турбину. Расширяясь и совершая работу
по вращению турбины пар охлаждается. Турбина, в свою очередь, двигает ротор-
магнит. Электрический же ток производится благодаря явлению
электромагнитной индукции — возникновению электродвижущей силы в замкнутом
контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. При
вращении ротора-магнита в витках окружающего его статора появляется
электрический ток. Далее остается только “снять” напряжение с обмоток и
передать его в линию для снабжения внешних потребителей. Обеспечивается
этот процесс большим количеством производящих, контролирующих, управляющих
установок, приборов, механизмов, которые жестко, продуманно и эффективно
связаны в единую технологическую цепочку. Чтобы циклически использовать
одну и ту же воду, отработавший пар охлаждают в теплообменниках второго
контура циркуляции и вновь направляют к теплообменникам первого контура.
Таким образом, ядерный реактор представляет собой тепловую машину, в
которой нагревателем служит уран в рабочей зоне, а холодильником обычно
служит вода протекающей мимо электростанции реки. Горячая вода частично
направляется на обогрев домов и производственных помещений в городках при
АЭС. Коэффициент полезного действия такой тепловой машины, преобразующей
тепловую энергию в электрическую, обычно не превышает 30%. По этому
показателю атомные электростанции ничем не отличаются от обычных тепловых
электростанций.
Многие АЭС похожи по конструкции здания. Главным сооружением АЭС является
энергоблок. Именно внутри него размещается "сердце" атомной станции -
реактор вместе с необходимым для его работы оборудованием. Поэтому
строительные конструкции удовлетворяют строжайшим требованиям надежности. В
частности, оборудование и корпус здания рассчитаны и построены так, чтобы
безопасно выдержать землетрясения в несколько баллов. Энергоблок
проектируется и строится как самостоятельный объект, отвечающий всем
требованиям обеспечения надежной, безотказной и безопасной работы
смонтированного в нем энергетического и вспомогательного оборудования. В
его состав входят:
. Реакторное отделение;
. Машинный зал;
. Деаэраторная этажерка (предназначена для удаления газов из
теплоносителя);
. помещения электротехнических устройств.
Реактор размещается в герметичной цилиндрической оболочке. Этот герметичный
цилиндр находится внутри обстройки. С обстройкой, окружающей оболочку
реактора, соединяется здание машинного зала.
Существует два типа реакторов корпусный и канальный. Корпусной реактор
- это реактор активная зона, которого заключена в прочный корпус.
Теплоноситель в корпусном реакторе чаще всего выполняет функции замедлителя
(обычная или тяжёлая вода, органические жидкости). Конструктивно корпусной
реактор обычно представляют собой цилиндрический сосуд с крышкой, внутри
которого размещена выемная конструкция с активной зоной. Теплоноситель
поступает снизу в активную зону, которая состоит из тепловыделяющих кассет.
В активной зоне перемещаются управляющие стержни, приводы которых имеют
герметичный вывод в крышке или днище корпуса. Отвод нагретого теплоносителя
осуществляется через патрубки в верхней части корпуса. Канальный реактор
состоит из системы отдельных каналов, пространство между которыми заполнено
замедлителем нейтронов. Тепловыделяющие элементы с ядерным топливом
размещаются внутри каждого канала и охлаждаются индивидуальным потоком
теплоносителя. Подвод и отвод теплоносителя в канале осуществляется по
трубопроводам. Канальные реакторы из-за конструктивных особенностей
принципиально не имеют ограничений размеров активной зоны, что при
намечающейся тенденции увеличения единичных мощностей реакторов выгодно
отличает их от корпусных реакторов, для которых увеличение мощности и
соответственно размеров активной зоны сопряжено с трудностями в
изготовлении, транспортировке и монтаже больших корпусов. Разделение
теплоносителя и замедлителя в канальном реакторе обеспечивает хороший
баланс нейтронов и эффективный теплосъём в активной зоне. Это достигается
соответствующим подбором вещества замедлителя и теплоносителя. В канальных
реакторах с помощью специальных машин возможна перегрузка топлива на ходу,
т. е. без остановки и охлаждения реактора, что улучшает экономические
показатели энергетической установки и обеспечивает бесперебойное снабжение
потребителей электроэнергией. Наличие активной зоны, состоящей из отдельных
каналов, позволяет организовать индивидуальный контроль за состоянием
каждой топливной сборки и в случае повреждения произвести её немедленную
замену. Однако, ввиду значительных размеров активной зоны канального
реактора, её удельная нагрузка в несколько раз ниже, чем, например, в
корпусных реакторах, и обычно не превышает в среднем 15 кВт на 1 л активной
зоны. Наличие разветвленной сети трубопроводов, подводящих и отводящих
теплоноситель к каналам реактора, усложняет его компоновку и обслуживание и
увеличивает вероятность возникновения неплотностей и течей, а
соответственно и аварийной ситуации.
С экономической точки зрения атомные электростанции очень выгодны.
Чтобы обеспечить работу одного энергоблока мощностью в тысячу мегаватт
нужно, чтобы в рабочей зоне за год распалось примерно 1200 кг ядер урана.
Если АЭС должна работать около 30 лет, то всего за время ее эксплуатации
«сгорит» около 36 тонн урана – 235. В один такой энергоблок загружается
около 180 тонн обогащенного уранового горючего. Обогащение составляет 1,8%,
то есть от всего количества урана только 1,8% составляет уран – 235. Итак,
в реакторе находится около 3 тонн урана – 235, а всего сгорает 36 тонн.
Значит, на АЭС регулярно происходит частичная перезагрузка топлива,
тепловыделяющие элементы заменяют. Используется, однако, только около 1,5%
всего урана, то есть даже не весь уран – 235 «сгорает». Стоимость 1 кг
чистого урана в 1985 году была около $ 40. Обогащение стоит еще около $100.
Изготовление тепловыделяющих элементов обходится примерно в $ 300.
Стоимость одного энергоблока на 1000 МВт составляла в те же годы около 2
миллиардов долларов. Стоимость самого урана при начальной загрузке
составляла только 4% от общей стоимости блока. Десятикратная замена
тепловыделяющих элементов увеличивает расходы до 2,8 миллиарда долларов.
Если стоимость 1 киловатт часа электроэнергии равнялась $0,1, то за время
своей эксплуатации энергоблок АЭС должен был произвести электроэнергии на
30 миллиардов долларов. Таким образом, АЭС окупает себя десятикратно.
В конечном итоге можно сделать следующие выводы:
Факторы "За" атомные станции:
1. Атомная энергетика является на сегодняшний день лучшим видом получения
энергии. Экономичность, большая мощность, экологичность при правильном
использовании.
2. Атомные станции по сравнению с традиционными тепловыми электростанциями
обладают преимуществом в расходах на топливо, что особо ярко проявляется в
тех регионах, где имеются трудности в обеспечении топливно-энергетическими
ресурсами, а также устойчивой тенденцией роста затрат на добычу
органического топлива.
3. Атомным станциям не свойственны также загрязнения природной среды золой,
дымовыми газами с CO2, NOх, SOх, сбросными водами, содержащими
нефтепродукты.
4.Возможность размещения в необеспеченных энергоресурсами районах страны.
Факторы "Против" атомных станций:
1. Ужасные последствия аварий на АЭС.
2. Локальное механическое воздействие на рельеф - при строительстве.
3. Повреждение особей в технологических системах - при эксплуатации.
4. Сток поверхностных и грунтовых вод, содержащих химические и
радиоактивные компоненты.
5. Изменение характера землепользования и обменных процессов в
непосредственной близости от АЭС.
6. Изменение микроклиматических характеристик прилежащих районов.
| |  скачать работу |
Получение и использование электрической энергии |
