Elektrownie jądrowe to instalacje jądrowe, które wytwarzają energię z zachowaniem określonych reżimów pod pewnymi warunkami. Do tych celów wykorzystywany jest obszar określony w projekcie, gdzie reaktory jądrowe są wykorzystywane w połączeniu z niezbędnymi systemami, urządzeniami, sprzętem i strukturami do realizacji przydzielonych zadań. Do realizacji docelowych zadań zaangażowany jest wyspecjalizowany personel.

Wszystkie elektrownie jądrowe w Rosji

Historia energetyki jądrowej w naszym kraju i za granicą

Druga połowa lat 40. to początek prac nad stworzeniem pierwszego projektu polegającego na wykorzystaniu spokojnego atomu do generowania elektryczności. W 1948 r. I.V. Kurczatow, kierując się instrukcjami partii i rządu sowieckiego, złożył propozycję rozpoczęcia prac nad praktycznym wykorzystaniem energii atomowej do wytwarzania energii elektrycznej.

Dwa lata później, w 1950 roku, niedaleko wsi Obninskoye, położonej w regionie Kaługi, rozpoczęto budowę pierwszej elektrowni jądrowej na świecie. Uruchomienie pierwszej na świecie przemysłowej elektrowni jądrowej o mocy 5 MW nastąpiło 27 czerwca 1954 roku. Związek Radziecki stał się pierwszą potęgą na świecie, która zdołała wykorzystać atom do celów pokojowych. Stacja została otwarta w Obnińsku, który do tego czasu uzyskał status miasta.

Ale radzieccy naukowcy nie poprzestali na tym, kontynuowali prace w tym kierunku, w szczególności dopiero cztery lata później, w 1958 roku, rozpoczęła się eksploatacja pierwszego etapu syberyjskiej elektrowni jądrowej. Jej moc była kilkakrotnie wyższa od stacji w Obnińsku i wyniosła 100 MW. Ale dla krajowych naukowców nie był to limit, po zakończeniu wszystkich prac projektowa moc stacji wynosiła 600 MW.

Na rozległym terenie Związku Radzieckiego budowa elektrowni jądrowej nabrała wówczas skali masowej. W tym samym roku rozpoczęto budowę elektrowni jądrowej w Biełojarsku, której pierwszy etap już w kwietniu 1964 r. zaopatrywał pierwszych odbiorców. Geografia budowy elektrowni jądrowych obejmowała swoją siecią cały kraj, w tym samym roku uruchomiono pierwszy blok elektrowni jądrowej w Woroneżu o mocy 210 MW, drugi blok, uruchomiony pięć lat później w 1969 roku , mógł pochwalić się mocą 365 MW. boom na budowę elektrowni jądrowych nie osłabł przez całą epokę sowiecką. Nowe stacje lub dodatkowe bloki już wybudowanych były uruchamiane w kilkuletnich odstępach. Tak więc już w 1973 r. Leningrad otrzymał własną elektrownię jądrową.

Jednak państwo sowieckie nie było jedynym na świecie, które potrafiło opanować takie projekty. W Wielkiej Brytanii też nie spali i zdając sobie sprawę z perspektyw tego kierunku, aktywnie badali ten problem. Już po dwóch latach, po otwarciu stacji w Obnińsku, Brytyjczycy uruchomili własny projekt budowy pokojowego atomu. W 1956 roku w miejscowości Calder Hall Brytyjczycy uruchomili własną stację, której moc przewyższała sowiecką analogię i wynosiła 46 MW. Nie pozostali w tyle po drugiej stronie Atlantyku, rok później Amerykanie uroczyście uruchomili stację w Porcie Żeglugowym. Moc obiektu wynosiła 60 MW.

Jednak rozwój pokojowego atomu skrywał ukryte zagrożenia, o których wkrótce dowiedział się cały świat. Pierwszym znakiem był poważny wypadek na Three Mile Island, który miał miejsce w 1979 roku, no cóż, po którym katastrofa dotknęła cały świat, w Związku Radzieckim, w małym miasteczku Czarnobyl, wydarzyła się katastrofa na dużą skalę, wydarzyła się w 1986 roku . Konsekwencje tragedii były nieodwracalne, ale poza tym fakt ten sprawił, że cały świat pomyślał o celowości wykorzystania energii jądrowej w celach pokojowych.

Światowi luminarze z tej branży poważnie myślą o poprawie bezpieczeństwa obiektów jądrowych. W rezultacie odbyło się zgromadzenie założycielskie, które zorganizowano 15.05.1989 r. w stolicy ZSRR. Zgromadzenie zdecydowało o utworzeniu Stowarzyszenia Światowego, w skład którego powinni wchodzić wszyscy operatorzy elektrowni jądrowych, jego powszechnie uznanym skrótem jest WANO. W trakcie realizacji swoich programów organizacja na bieżąco monitoruje wzrost poziomu bezpieczeństwa elektrowni jądrowych na świecie. Jednak pomimo wszelkich starań, nawet najnowocześniejsze i pozornie bezpieczne obiekty nie są w stanie wytrzymać naporu żywiołów. To z powodu katastrofy endogenicznej, która objawiła się w postaci trzęsienia ziemi i następującego po nim tsunami w 2011 roku, doszło do wypadku na stacji Fukushima-1.

Zaciemnienie atomowe

Klasyfikacja elektrowni jądrowych

Elektrownie jądrowe są klasyfikowane według dwóch kryteriów: rodzaju wytwarzanej energii oraz rodzaju reaktorów. W zależności od typu reaktora określa się ilość wytwarzanej energii, poziom bezpieczeństwa, a także rodzaj surowców stosowanych na stacji.

W zależności od rodzaju energii wytwarzanej przez stacje dzielą się na dwa rodzaje:

Ich główną funkcją jest wytwarzanie energii elektrycznej.

Elektrociepłownie jądrowe. Dzięki zainstalowanym tam instalacjom grzewczym, wykorzystującym straty ciepła nieuniknione na stacji, możliwe staje się podgrzewanie wody sieciowej. Tym samym stacje te oprócz energii elektrycznej wytwarzają energię cieplną.

Po zbadaniu wielu opcji naukowcy doszli do wniosku, że najbardziej racjonalne są ich trzy odmiany, które są obecnie używane na całym świecie. Różnią się one na kilka sposobów:

1. Zużyte paliwo;
2. Stosowane nośniki ciepła;
3. Strefy aktywne obsługiwane w celu utrzymania wymaganej temperatury;
4. Rodzaj moderatora, który determinuje zmniejszenie prędkości neutronów, które są uwalniane podczas rozpadu i są tak niezbędne do wspomagania reakcji łańcuchowej.

Najpopularniejszym typem jest reaktor, w którym jako paliwo wykorzystuje się wzbogacony uran. Jako nośnik ciepła i moderator stosuje się tutaj zwykłą lub lekką wodę. Takie reaktory nazywane są reaktorami lekkowodnymi, są ich dwa rodzaje. W pierwszym para wykorzystywana do obracania turbin jest generowana w rdzeniu zwanym reaktorem temperatury wrzenia. W drugim, tworzenie się pary następuje w obwodzie zewnętrznym, który jest połączony z pierwszym obwodem za pomocą wymienników ciepła i wytwornic pary. Reaktor ten zaczął się rozwijać w latach pięćdziesiątych ubiegłego wieku, podstawą dla nich były programy armii amerykańskiej. Równolegle, mniej więcej w tym samym czasie, w Unii powstał reaktor z wrzącą wodą, w którym pręt grafitowy pełnił rolę moderatora.

Jest to rodzaj moderowanego reaktora tego typu, który znalazł praktyczne zastosowanie. To jest reaktor chłodzony gazem. Jego historia rozpoczęła się pod koniec lat czterdziestych, na początku lat pięćdziesiątych XX wieku, początkowo tego typu opracowania wykorzystywano do produkcji broni jądrowej. W związku z tym nadają się do tego dwa rodzaje paliwa, są to pluton broni i naturalny uran.

Ostatnim projektem, któremu towarzyszył sukces komercyjny, był reaktor, w którym jako chłodziwo wykorzystywana jest ciężka woda, a jako paliwo wykorzystywany jest znany już naturalny uran. Początkowo takie reaktory projektowało kilka krajów, ale ostatecznie ich produkcja skoncentrowała się w Kanadzie, co wynika z obecności w tym kraju ogromnych złóż uranu.

Elektrownie jądrowe z torem – energia przyszłości?

Historia ulepszania typów reaktorów jądrowych

Reaktor, pierwsza elektrownia jądrowa na świecie, był bardzo rozsądną i wykonalną konstrukcją, co udowodniła wieloletnia i bezbłędna eksploatacja stacji. Wśród jego elementów składowych wyróżniono:

1. boczna ochrona przed wodą;
2. obudowa murowana;
3. ostatnie piętro;
4. prefabrykowany kolektor;
5. kanał paliwowy;
6. Górna płyta;
7. mur grafitowy;
8. Płyta dolna;
9. kolektor dystrybucyjny.

Głównym materiałem konstrukcyjnym okładziny elementu paliwowego i kanałów technologicznych była stal nierdzewna, nie było wówczas jeszcze wiadomo o stopach cyrkonu, które mogłyby nadawać się pod względem właściwości do pracy w temperaturze 300°C. Chłodzenie takiego reaktora prowadzono wodą, a ciśnienie, pod jakim był dostarczany, wynosiło 100 at. W tym samym czasie wypuszczana była para o temperaturze 280°C, co jest dość umiarkowanym parametrem.

Kanały reaktora jądrowego zostały zaprojektowane w taki sposób, aby można je było całkowicie wymienić. Wynika to z ograniczenia zasobu, co wynika z czasu spędzonego przez paliwo w strefie działania. Projektanci nie znaleźli powodu, by oczekiwać, że materiały konstrukcyjne znajdujące się w napromieniowanej strefie działania będą w stanie wykorzystać cały ich zasób, czyli około 30 lat.

Jeśli chodzi o konstrukcję TVEL, zdecydowano się na wersję rurową z jednokierunkowym mechanizmem chłodzenia.

Zmniejszyło to prawdopodobieństwo, że produkty rozszczepienia dostaną się do obwodu w przypadku uszkodzenia pręta paliwowego. Do regulacji temperatury płaszcza elementu paliwowego zastosowano kompozycję paliwową ze stopu uranowo-molibdenowego, która miała postać ziaren rozproszonych za pomocą ciepłowodnej matrycy. Przetworzone w ten sposób paliwo jądrowe umożliwiło uzyskanie wysoce niezawodnych prętów paliwowych. które były w stanie pracować przy wysokich obciążeniach termicznych.

Niesławna elektrownia atomowa w Czarnobylu może służyć jako przykład kolejnej rundy rozwoju pokojowych technologii jądrowych. W tamtym czasie technologie zastosowane przy jego budowie uważano za najbardziej zaawansowane, a typ reaktora najnowocześniejszy na świecie. Mówimy o reaktorze RBMK-1000.

Moc cieplna jednego takiego reaktora osiągnęła 3200 MW, natomiast posiada on dwa turbogeneratory, których moc elektryczna dochodzi do 500 MW, a więc jeden blok energetyczny ma moc elektryczną 1000 MW. Wzbogacony dwutlenek uranu był używany jako paliwo dla RBMK. W stanie początkowym, przed rozpoczęciem procesu, jedna tona takiego paliwa zawiera około 20 kg paliwa, a mianowicie uran - 235. Przy stacjonarnym załadunku dwutlenku uranu do reaktora masa substancji wynosi 180 ton.

Ale proces załadunku to nie hałda, w reaktorze umieszczane są elementy paliwowe, dobrze nam już znane elementy paliwowe. W rzeczywistości są to rurki wykonane ze stopu cyrkonu. Jako zawartość zawierają tabletki dwutlenku uranu, które mają kształt cylindryczny. W strefie działania reaktora umieszcza się je w zespołach paliwowych, z których każdy składa się z 18 prętów paliwowych.

W takim reaktorze znajduje się do 1700 takich zespołów i są one umieszczane w stosie grafitowym, w którym specjalnie do tego celu zaprojektowane są pionowe kanały technologiczne. To w nich zachodzi obieg chłodziwa, którego rolę w RMBK odgrywa woda. Wir wody powstaje pod wpływem pomp obiegowych, których jest osiem. Reaktor znajduje się wewnątrz szybu, a grafikę murowaną w cylindrycznym korpusie o grubości 30mm. Podporą całej aparatury jest betonowa podstawa, pod którą znajduje się basen - bełkotka, służący do lokalizacji wypadku.

Trzecia generacja reaktorów wykorzystuje ciężką wodę

Głównym elementem którego jest deuter. Najpopularniejszy projekt nazywa się CANDU, został opracowany w Kanadzie i jest szeroko stosowany na całym świecie. Rdzeń takich reaktorów znajduje się w pozycji poziomej, a cylindryczne zbiorniki pełnią rolę komory grzewczej. Kanał paliwowy przebiega przez całą komorę grzewczą, każdy z tych kanałów ma dwie koncentryczne rurki. Istnieją dętki i dętki.

W dętce paliwo znajduje się pod ciśnieniem chłodziwa, co umożliwia dodatkowe zatankowanie reaktora podczas pracy. Jako opóźniacz stosowana jest ciężka woda D20. W obiegu zamkniętym woda pompowana jest rurami reaktora, w których znajdują się wiązki paliwowe. W wyniku rozszczepienia jądrowego powstaje ciepło.

Cykl chłodzenia przy użyciu ciężkiej wody polega na przejściu przez wytwornice pary, gdzie z ciepła wytworzonego przez ciężką wodę wrze zwykła woda, w wyniku czego powstaje para, która uchodzi pod wysokim ciśnieniem. Jest rozprowadzany z powrotem do reaktora, co skutkuje zamkniętym cyklem chłodzenia.

To właśnie na tej ścieżce następowało stopniowe ulepszanie typów reaktorów jądrowych, które były używane i są używane w różnych krajach świata.

2.2. Klasyfikacja elektrowni jądrowych

Najważniejszą klasyfikacją elektrowni jądrowych jest ich klasyfikacja według liczby obwodów. Wyróżnij elektrownię jądrową jednotorowy, dwutorowy oraz trójtorowy... W każdym razie turbiny parowe są wykorzystywane jako silniki w nowoczesnych elektrowniach jądrowych.

System elektrowni jądrowych wyróżnia płyn chłodzący oraz ciało robocze... Czynnikiem roboczym, czyli wykonującym pracę, przy zamianie energii cieplnej na mechaniczną, jest para wodna. Wymagania dotyczące czystości pary dostarczanej do turbiny są tak wysokie, że można je spełnić ekonomicznie akceptowalnymi wskaźnikami jedynie poprzez kondensację całej pary i zawrócenie kondensatu do obiegu. Dlatego obieg płynu roboczego w elektrowni jądrowej, jak również w każdej nowoczesnej elektrociepłowni, jest zawsze zamknięty i tylko w niewielkich ilościach wpływa do niego dodatkowa woda w celu uzupełnienia nieszczelności i innych strat kondensatu.

Celem chłodziwa w elektrowni jądrowej jest usuwanie ciepła uwalnianego w reaktorze. Aby zapobiec odkładaniu się osadów na elementach paliwowych, wymagana jest wysoka czystość płynu chłodzącego. Dlatego wymaga również zamkniętej pętli, a zwłaszcza, że ​​chłodziwo reaktora jest zawsze radioaktywne. Rozproszenie rezonansowe to zupełnie inna sprawa. To nie jest rozpraszanie nieelastyczne. Jest rozpraszanie potencjalne, jest rozpraszanie rezonansowe - to oddziaływanie jest już na poziomie falowym neutronów. Rozważamy teraz rozpraszanie sprężyste jako klasyczny proces zderzenia dwóch kul

Jeśli obwody chłodziwa i płynu roboczego nie są rozdzielone, nazywa się NPP jednoobwodowy(rys. 2.2 a). Wytwarzanie pary następuje w reaktorze, para jest przesyłana do turbiny, gdzie pracuje, która w generatorze zamieniana jest na energię elektryczną. Po skropleniu całej pary w skraplaczu kondensat

a- jednotorowy; b- podwójny obwód; v- trzytorowy;
1 - reaktor; 2 - turbina parowa; 3 - generator elektryczny; 4 - kondensator; 5 - pompa zasilająca; 6 - pompa obiegowa; 7 - kompensator objętości; 8 - generator pary; 9 - pośredni wymiennik ciepła

pompa jest podawana z powrotem do reaktora. Takie reaktory działają z wymuszonym obiegiem chłodziwa, dla którego zainstalowana jest główna pompa obiegowa.

W schemacie z jedną pętlą wszystkie urządzenia działają w warunkach promieniowania, co komplikuje jego działanie. Ogromną zaletą takich schematów jest ich prostota i wysoka wydajność. Parametry pary przed turbiną iw reaktorze różnią się jedynie wartością strat w przewodach parowych. EJ Leningrad, Kursk i Smoleńsk działają w systemie jednopętlowym.

Jeśli kontury chłodziwa i płynu roboczego zostaną rozdzielone, wówczas wywoływana jest elektrownia jądrowa dwuobwodowy(rys. 2.2 b). W związku z tym nazywa się obwód płynu chłodzącego pierwszy, a kontur płynu roboczego to druga... W takim schemacie reaktor jest chłodzony przez pompowany przez niego chłodziwo i przez wytwornicę pary przez główną pompę obiegową. Utworzony w ten sposób obwód chłodziwa jest radioaktywny, nie obejmuje całego wyposażenia stacji, a jedynie jego część. System obwodu pierwotnego obejmuje kompensator objętości, ponieważ objętość chłodziwa zmienia się w zależności od temperatury.

Para z wytwornicy pary dwuobwodowej EJ wchodzi do turbiny, następnie do skraplacza, a kondensat z niej jest pompowany z powrotem do wytwornicy pary. Utworzony w ten sposób obwód wtórny obejmuje sprzęt działający przy braku promieniowania; upraszcza to obsługę stacji. W elektrowni jądrowej z podwójnym obiegiem jest to obowiązkowe wytwornica pary - urządzenie oddzielając oba kontury, dlatego należy w równym stopniu zarówno do pierwszego, jak i drugiego. Przenoszenie ciepła przez powierzchnię grzewczą wymaga różnicy temperatur między chłodziwem a wrzącą wodą w wytwornicy pary. W przypadku wodnego nośnika ciepła oznacza to utrzymanie w pierwszym

obwód o wyższym ciśnieniu niż ciśnienie pary dostarczanej do turbiny. Chęć uniknięcia wrzenia chłodziwa w rdzeniu reaktora prowadzi do konieczności posiadania ciśnienia w pierwszej pętli, które jest znacznie wyższe niż ciśnienie w drugiej pętli. EJ Novovovoronezh, Kola, Balakovskaya i Kalinin działają zgodnie ze schematem dwuobwodowym.

Jako chłodziwo w schemacie elektrowni jądrowej pokazanym na ryc. 2,2 b, można również stosować gazy. Chłodziwo gazowe jest pompowane przez reaktor i wytwornicę pary dmuchawa gazowa, który pełni taką samą rolę jak główna pompa obiegowa, ale w przeciwieństwie do wody do gazowego nośnika ciepła, ciśnienie w pierwszym obwodzie może być nie tylko wyższe, ale także niższe niż w drugim.

Każdy z opisanych dwóch typów elektrowni jądrowych z chłodziwem wodnym ma swoje zalety i wady, dlatego opracowywane są elektrownie jądrowe obu typów. Łączy ich wiele cech, w tym: praca turbin na parze nasyconej średniego ciśnienia... Najbardziej rozpowszechnione są elektrownie jądrowe jednoobwodowe i dwuobwodowe z chłodziwem wodnym, a na świecie na ogół preferowane są elektrownie jądrowe dwuobwodowe.

Podczas pracy mogą wystąpić nieszczelności w niektórych odcinkach wytwornicy pary, zwłaszcza na styku rur wytwornicy pary z kolektorem lub w wyniku korozji samych rur. Jeżeli ciśnienie w pierwszym obwodzie jest wyższe niż w drugim, może wystąpić przelanie chłodziwa, prowadzące do skażenia radioaktywnego drugiego obwodu. W pewnych granicach taki przelew nie zakłóca normalnej pracy elektrowni jądrowej, ale istnieją chłodziwa, które intensywnie oddziałują z parą i wodą. Może to stwarzać niebezpieczeństwo uwolnienia substancji radioaktywnych do pomieszczeń załogowych. Takim nośnikiem ciepła jest na przykład płynny sód. Dlatego tworzą dodatkowe, mediator obwodu, aby nawet w sytuacjach awaryjnych uniknąć kontaktu radioaktywnego sodu z wodą lub parą wodną. Ta elektrownia jądrowa nazywa się trójtorowy(rys. 2.2 v).

Radioaktywne chłodziwo typu ciekły metal jest pompowane przez reaktor i pośredni wymiennik ciepła, w którym oddaje ciepło do nieradioaktywnego chłodziwa typu ciekły metal. Ten ostatni jest pompowany przez wytwornicę pary przez układ tworzący obwód pośredni. Ciśnienie w obwodzie pośrednim jest utrzymywane na wyższym poziomie niż w pierwszym. Dlatego przelew radioaktywnego sodu z obwodu pierwotnego do obwodu pośredniego jest niemożliwy. W związku z tym, jeśli wystąpi nieszczelność między obwodami pośrednim i wtórnym, kontakt wody lub pary nastąpi tylko z nieradioaktywnym sodem. Drugi system

obwód dla schematu z trzema obwodami jest podobny do obwodu z dwoma obwodami. Najdroższe są trójtorowe elektrownie jądrowe ze względu na dużą ilość wyposażenia.

EJ Szewczenko i trzeci blok EJ Biełojarsk działają według schematu trójobwodowego.

Oprócz klasyfikacji elektrowni jądrowych według liczby obwodów można wyróżnić poszczególne typy elektrowni jądrowych w zależności od:

- rodzaj reaktora - neutrony termiczne lub prędkie;

- parametry i rodzaj turbin parowych, np. elektrownie jądrowe z turbinami wykorzystującymi parę nasyconą lub przegrzaną;

- parametry i rodzaj nośnika ciepła - z gazowym nośnikiem ciepła, nośnikiem ciepła „woda pod ciśnieniem”, ciekły metal itp .;

- cechy konstrukcyjne reaktora, na przykład z reaktorami kanałowymi lub zbiornikowymi, wrzącymi z obiegiem naturalnym lub wymuszonym itp .;

- rodzaj moderatora reaktora, na przykład moderator grafitowy lub ciężka woda itp.

Najbardziej kompletna charakterystyka elektrowni jądrowej łączy wszystkie klasyfikacje, na przykład:

Nowoworoneż dwutorową elektrownię jądrową z reaktorem cieplnym typu zbiornikowego z chłodziwem „woda pod ciśnieniem” i turbinami na parę nasyconą;

Leningradzkaja elektrownia jądrowa jednoprzewodowa z reaktorem cieplnym kanałowym z moderatorem grafitowym i turbinami parowymi nasyconymi;

Szewczenkiwska trójprzewodowa elektrownia jądrowa z reaktorem prędkim chłodzonym sodem i turbinami z parą przegrzaną.

Techniczne problemy nieproliferacji materiałów jądrowych. Ekonomiczne aspekty wykorzystania energii jądrowej. Składniki kosztów wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach jądrowych. Likwidacja elektrowni jądrowej. Ekonomiczne konsekwencje ciężkich wypadków. Społeczne aspekty rozwoju energetyki jądrowej.

Zasadniczo obecnie stosowany jest podział elektrowni na IES, CHPP, CCGT, GTES, NPP, HPP. Aby uzyskać pełniejszy opis, elektrownie można sklasyfikować według szeregu głównych cech:

Według rodzaju pierwotnych zasobów energii;

procesy konwersji energii;

Według liczby i rodzaju nośników energii;

Według rodzajów dostarczanej energii;

Przez krąg konsumentów objętych;

Zgodnie z trybem działania.

1. Ze względu na rodzaje wykorzystywanych zasobów energii pierwotnej wyróżnia się elektrownie wykorzystujące: paliwo kopalne (TPP); paliwo jądrowe (EJ); energia wodna (HPP, PSPP i TPP); energia słoneczna (SES); energia wiatru (WPP); ciepło podziemne (geotermalne GEOES).

2. Ze względu na zastosowane procesy konwersji energii wyróżnia się elektrownie, w których: otrzymana energia cieplna zamieniana jest na energię mechaniczną, a następnie na energię elektryczną (TPP. NPP); uzyskana energia cieplna jest bezpośrednio zamieniana na energię elektryczną (elektrownie z generatorami MHD, MHD-ES, SES z fotokomórkami itp.); energia wody i powietrza zamieniana jest na energię mechaniczną rotacji, a następnie na energię elektryczną (elektrownia wodna, elektrownia szczytowo-pompowa, elektrownia pływowa, elektrownie wiatrowe, elektrownie wiatrowe z powietrzno-magazynowymi turbinami gazowymi).

3. Pod względem liczby i rodzaju stosowanych nośników energii elektrownie różnią się: jednym nośnikiem energii (IES i CHPP, jądrowe IES i CHPP na parze, EJ z gazowym nośnikiem energii, GTPP); z dwoma nośnikami energii o różnych stanach fazowych (elektrownie kombinowane, w tym PG-KES i PG-CHP); z dwoma różnymi nośnikami energii o tym samym stanie fazowym (elektrownie binarne).

4. W zależności od rodzaju dostarczanej energii, elektrownie różnią się: dostarczają tylko lub głównie energię elektryczną (HPP, PSPP, IES, jądrowe IES, GTES, PG-IES itp.); dostarczanie energii elektrycznej i cieplnej (CHP, jądrowa, GT-CHP itp.). W ostatnim czasie IES i elektrownie jądrowe coraz częściej zwiększają podaż energii cieplnej. Elektrociepłownie (CHP) oprócz energii elektrycznej wytwarzają ciepło; Wykorzystanie ciepła odpadowego w kogeneracji zapewnia znaczne oszczędności paliwa. Jeżeli do procesów technologicznych, ogrzewania i wentylacji przedsiębiorstw przemysłowych wykorzystywana jest para odlotowa lub gorąca woda, to elektrociepłownie nazywane są przemysłowymi. Gdy ciepło jest wykorzystywane do ogrzewania i zaopatrzenia w ciepłą wodę budynków mieszkalnych i publicznych w miastach, elektrociepłownie nazywane są zakładami komunalnymi (ciepłowniami). Przemysłowe elektrociepłownie dostarczają ciepło zarówno do przedsiębiorstw przemysłowych, jak i ludności. W elektrociepłowniach ciepłowniczych, obok turbin ciepłowniczych, znajdują się kotły wodne, które dostarczają ciepło w okresach szczytowych obciążeń cieplnych.

5. W zależności od zasięgu odbiorców, wyróżnia się: elektrownie regionalne (GRES – państwowa elektrownia regionalna); lokalne elektrownie do zasilania poszczególnych osiedli; stacje blokowe do zasilania odbiorców indywidualnych.

6. Elektrownie różnią się trybem pracy w SWW: podstawowy; zwrotny lub półszczytowy; szczyt.

Pierwsza grupa to duże, najbardziej ekonomiczne SIE, jądrowe SIE, elektrociepłownie pracujące w trybie ogrzewania i częściowo hydroelektrownie, druga grupa to elastyczne elektrownie kondensacyjne, SG-IES i elektrociepłownie, a trzecia grupa to szczytowe elektrownie wodne elektrownie wodne, elektrownie wodne i elektrownie z turbinami gazowymi. Elektrownie cieplne i mniej ekonomiczne IES działają częściowo w trybie szczytowym.

Oprócz powyższych ogólnych podstawowych cech klasyfikacji elektrowni, każdy typ ma swoje własne wewnętrzne cechy klasyfikacyjne. Na przykład IES i CHPP różnią się parametrami początkowymi, schematem technologicznym (blok i z usieciowaniem), jednostkową wydajnością bloków itp. EJ są klasyfikowane według rodzaju reaktorów (neutrony termiczne i prędkie), konstrukcji reaktorów itp.

Oprócz omówionych powyżej głównych typów elektrowni, w Rosji rozwijane są również elektrownie o cyklu skojarzonym i czysto gazowe. Elektrownie parowe (PGPP) stosowane są w dwóch wersjach: z wytwornicą pary wysokociśnieniowej oraz z odprowadzeniem spalin do konwencjonalnych kotłowni. W pierwszym wariancie produkty spalania z komory spalania pod ciśnieniem przesyłane są do wysokociśnieniowej kompaktowej wytwornicy pary, gdzie wytwarzana jest para wysokociśnieniowa, a produkty spalania są schładzane do temperatury 750-800 °C, po czym są przesyłane do turbiny gazowej, a para pod wysokim ciśnieniem jest dostarczana do turbiny parowej.

W drugim wariancie produkty spalania z komory spalania z dodatkiem wymaganej ilości powietrza w celu obniżenia temperatury do 750-800 °C kierowane są do turbiny gazowej, a stamtąd spaliny o temperaturze około 350- 400 ° C o wysokiej zawartości tlenu są podawane do konwencjonalnych kotłów TPP turbin parowych, gdzie pełnią funkcję utleniacza i oddają swoje ciepło.

A pierwszy schemat powinien spalać gaz ziemny lub specjalne paliwo płynne turbiny gazowej, w drugim schemacie takie paliwo powinno być spalane tylko w komorze spalania turbiny gazowej, a w kotłach - olej opałowy lub paliwo stałe, co jest zdecydowaną zaletą . Połączenie tych dwóch cykli zwiększy ogólną sprawność elektrociepłowni o około 5-6% w porównaniu z turbiną parową IES. Moc turbin gazowych elektrociepłowni wynosi ok. 20-25% mocy bloku gazowo-parowego. Ze względu na to, że jednostkowe nakłady kapitałowe w sekcji turbin gazowych są mniejsze niż w sekcji turbin parowych, SGPP osiąga zmniejszenie jednostkowych nakładów kapitałowych o 10-12%. Agregaty o cyklu kombinowanym są bardziej zwrotne niż konwencjonalne agregaty skraplające i mogą być używane do pracy w strefie półszczytowej, ponieważ są bardziej ekonomiczne niż zwrotne agregaty IES.

Reaktory są klasyfikowane według poziomu energii neutronów biorących udział w reakcji rozszczepienia, zgodnie z zasadą umieszczenia paliwa i moderatora, przeznaczeniem, rodzajem moderatora i chłodziwa oraz ich stanem fizycznym.

Reaktory jądrowe dzielą się na kilka grup:

1) W zależności od średniej energii widma neutronowego - na szybkie, pośrednie i termiczne;

2) Zgodnie z cechami konstrukcyjnymi rdzenia - w kadłubie i kanale;

3) Według rodzaju nośnika ciepła - woda, ciężka woda, sód;

4) Według rodzaju moderatora - dla wody, grafitu, ciężkiej wody itp.

Do celów energetycznych, do produkcji energii elektrycznej wykorzystuje się:

1) Reaktory chłodzone wodą z wodą niewrzącą lub wrzącą pod ciśnieniem,

2) reaktory uranowo-grafitowe z wrzącą wodą lub chłodzone dwutlenkiem węgla,

3) Reaktory kanałowe na ciężką wodę itp.

W przyszłości szeroko stosowane będą reaktory na neutrony prędkie chłodzone ciekłymi metalami (sodem itp.); w którym zasadniczo realizujemy tryb reprodukcji paliwa, tj. tworzenie liczby izotopów rozszczepialnych plutonu Pu-239 przekraczającej liczbę zużytych izotopów uranu U-235. Parametrem charakteryzującym hodowlę paliwa jest stosunek plutonu. Pokazuje, ile aktów atomów Pu-239 powstaje podczas reakcji wychwytywania neutronów w U-238 na atom U-235, który wychwytuje neutron i ulega rozszczepieniu.

V reaktor termiczny większość rozszczepienia jąder zachodzi, gdy jądra absorbują neutrony termiczne z izotopów rozszczepialnych. Reaktory, w których rozszczepienie jądrowe jest przeprowadzane głównie przez neutrony o energii powyżej 0,5 MeV, nazywane są reaktorami prędkich neutronów. Reaktory, w których większość rozszczepienia zachodzi w wyniku absorpcji neutronów pośrednich przez jądra izotopów rozszczepialnych, nazywane są pośrednimi (rezonansowymi) reaktorami neutronowymi.

Obecnie najszerzej stosowane są reaktory termiczne. Reaktory termiczne charakteryzują się stężeniem 235 U paliwa jądrowego w rdzeniu od 1 do 100 kg/m 3 oraz obecnością dużych mas moderatora. Reaktor neutronów prędkich charakteryzuje się stężeniem paliwa jądrowego 235 U lub 239 U rzędu 1000 kg/m3 oraz brakiem moderatora w rdzeniu.

W reaktorach na neutronach pośrednich w strefie aktywnej moderatora jest bardzo małe, a stężenie w nim paliwa jądrowego 235 U wynosi od 100 do 1000 kg / m3.

W reaktorach termicznych do rozszczepienia jąder paliwowych dochodzi również, gdy prędkie neutrony są wychwytywane przez jądro, ale prawdopodobieństwo tego procesu jest znikome (1 - 3%). Potrzeba moderatora neutronów wynika z faktu, że efektywne przekroje poprzeczne rozszczepienia jąder paliwa są znacznie większe przy niskich energiach neutronów niż przy dużych.

W rdzeniu reaktora termicznego musi znajdować się moderator - substancja, której jądra mają niewielką liczbę masową. Jako moderatory stosuje się grafit, ciężką lub lekką wodę, beryl, płyny organiczne. Reaktor termiczny może nawet działać na naturalnym uranie, jeśli jako moderator zostanie użyta ciężka woda lub grafit. W przypadku innych moderatorów należy użyć wzbogaconego uranu. Wymagane wymiary krytyczne reaktora zależą od stopnia wzbogacenia paliwa, wraz ze wzrostem stopnia wzbogacenia są one mniejsze. Istotną wadą reaktorów termicznych jest utrata wolnych neutronów w wyniku ich wychwytywania przez moderator, chłodziwo, materiały konstrukcyjne i produkty rozszczepienia. Dlatego w takich reaktorach konieczne jest stosowanie substancji o małych przekrojach wychwytu dla wolnych neutronów jako moderatora, chłodziwa i materiałów konstrukcyjnych.

Trzy podstawowe elementy reaktorów termicznych to wydzielanie ciepła, moderator i chłodziwo. Ten rysunek przedstawia typowy układ rdzenia.

Płyn chłodzący jest przepompowywany przez reaktor za pomocą pomp (tzw. pompy obiegowe), który następnie przepływa albo do turbiny (w RBMK) albo do wymiennika ciepła (w innych typach reaktorów). Podgrzany czynnik chłodzący wymiennika ciepła wchodzi do turbiny, gdzie traci część swojej energii na wytwarzanie energii elektrycznej. Z turbiny chłodziwo wpływa do skraplacza pary, dzięki czemu do reaktora podawany jest chłodziwo o parametrach wymaganych do optymalnej pracy. Reaktor posiada również układ sterowania, który składa się z zestawu prętów o średnicy kilku centymetrów i długości porównywalnej z wysokością rdzenia, składającego się z materiału silnie pochłaniającego neutrony, zazwyczaj związków boru. Pręty znajdują się w specjalnych kanałach i można je podnosić lub opuszczać do reaktora. W stanie podniesionym przyczyniają się do przyspieszenia reaktora, w stanie opuszczonym topią go. Napędy prętów są niezależnie regulowane, dzięki czemu można je wykorzystać do skonfigurowania aktywności reakcji w różnych częściach rdzenia.

Osobliwością reaktora jądrowego jest to, że 94% energii rozszczepienia jest natychmiast przekształcane w ciepło, tj. w czasie, w którym moc reaktora lub gęstość materiałów w nim nie ma czasu na zauważalną zmianę. Dlatego, gdy zmienia się moc reaktora, wydzielanie ciepła następuje bez opóźnień w procesie rozszczepienia paliwa.

Jednak po wyłączeniu reaktora, gdy szybkość rozszczepienia spada kilkadziesiąt razy, pozostają w nim źródła opóźnionego uwalniania ciepła (promieniowanie gamma i beta z produktów rozszczepienia), które stają się dominujące. Uwolnienie ciepła resztkowego po zakończeniu reakcji rozszczepienia wymaga odprowadzania ciepła przez długi czas po wyłączeniu reaktora. Chociaż moc wydzielania ciepła resztkowego jest znacznie mniejsza niż nominalna, obieg chłodziwa przez reaktor musi być zapewniony bardzo niezawodnie, ponieważ nie można kontrolować wydzielania ciepła resztkowego. Usuwanie płynu chłodzącego z reaktora pracującego od jakiegoś czasu jest surowo zabronione w celu uniknięcia przegrzania i uszkodzenia elementów paliwowych.

V pośrednie reaktory neutronowe, w którym większość zdarzeń rozszczepienia jest powodowana przez neutrony o energiach wyższych niż termiczne (od 1 eV do 100 keV), masa moderatora jest mniejsza niż w reaktorach termicznych. Specyfiką pracy takiego reaktora jest to, że przekrój rozszczepienia paliwa wraz ze wzrostem rozszczepienia neutronów w obszarze pośrednim zmniejsza się słabiej niż przekrój absorpcji materiałów konstrukcyjnych i produktów rozszczepienia. W ten sposób prawdopodobieństwo aktów rozszczepienia wzrasta w porównaniu z aktami przejęcia. Wymagania dotyczące charakterystyk neutronowych materiałów konstrukcyjnych są mniej rygorystyczne, ich zakres jest szerszy. Dzięki temu rdzeń pośredniego reaktora neutronowego może być wykonany z trwalszych materiałów, co pozwala na zwiększenie właściwego odprowadzania ciepła z powierzchni grzewczej reaktora. Wzbogacenie paliwa izotopem rozszczepialnym w reaktorach pośrednich ze względu na zmniejszenie przekroju powinno być większe niż w reaktorach termicznych. Reprodukcja paliwa jądrowego w reaktorach wykorzystujących neutrony pośrednie jest większa niż w reaktorze wykorzystującym neutrony termiczne.

Jako chłodziwo w reaktorach pośrednich stosuje się substancję, która słabo moderuje neutrony. Na przykład ciekłe metale. Moderatorem jest grafit, beryl itp.

Elementy paliwowe z wysoko wzbogaconym paliwem umieszczane są w rdzeniu reaktora na neutrony prędkie. Rdzeń otoczony jest strefą lęgową składającą się z elementów paliwowych zawierających wsad paliwowy (zubożony uran, tor). Neutrony uciekające z jądra są wychwytywane w strefie lęgowej przez jądra surowca paliwowego, w wyniku czego powstaje nowe paliwo jądrowe. Szczególną zaletą reaktorów prędkich jest możliwość zorganizowania w nich rozszerzonej hodowli paliwa jądrowego tj. jednocześnie z wytwarzaniem energii, aby produkować nowe zamiast wypalonego paliwa jądrowego. Reaktory prędkie nie wymagają moderatora, a chłodziwo nie może spowalniać neutronów.

Reaktory dzielimy na jednorodne i niejednorodne w zależności od sposobu umieszczenia paliwa w rdzeniu.

V jednorodny reaktor paliwo jądrowe, chłodziwo i moderator (jeśli występuje) są dokładnie wymieszane i znajdują się w tym samym stanie fizycznym, tj. rdzeń całkowicie jednorodnego reaktora jest ciekłą, stałą lub gazową jednorodną mieszaniną paliwa jądrowego, chłodziwa lub moderatora. Reaktory jednorodne mogą być zarówno neutronami termicznymi, jak i prędkimi. W takim reaktorze cały rdzeń znajduje się wewnątrz stalowego kulistego naczynia i jest ciekłą jednorodną mieszaniną paliwa i moderatora w postaci roztworu lub ciekłego stopu (na przykład roztwór siarczanu uranylu w wodzie, roztwór uranu w ciekłym bizmucie), który służy również jako chłodziwo.

Reakcja rozszczepienia jądrowego zachodzi w roztworze paliwa wewnątrz kulistego zbiornika reaktora, w wyniku czego temperatura roztworu wzrasta. Palny roztwór z reaktora dostaje się do wymiennika ciepła, gdzie oddaje ciepło do wody w obiegu wtórnym, jest schładzany i za pomocą pompy obiegowej oddawany z powrotem do reaktora. Aby zapobiec wystąpieniu reakcji jądrowej poza reaktorem, objętości rurociągów pętli, wymiennika ciepła i pompy dobiera się tak, aby objętość paliwa w każdej sekcji pętli była znacznie mniejsza od krytycznej. Reaktory jednorodne mają kilka zalet w porównaniu z reaktorami heterogenicznymi. Jest to prosta konstrukcja rdzenia i jego minimalne wymiary, możliwość ciągłego usuwania produktów rozszczepienia i dodawania świeżego paliwa jądrowego podczas pracy bez zatrzymywania reaktora, prostota przygotowania paliwa, a także możliwość sterowania reaktorem poprzez zmianę stężenie paliwa jądrowego.

Jednak reaktory homogeniczne mają również poważne wady. Krążąca wokół pętli jednorodna mieszanina emituje silne promieniowanie radioaktywne, które wymaga dodatkowej ochrony i komplikuje sterowanie reaktorem. Tylko część paliwa znajduje się w reaktorze i służy do wytwarzania energii, natomiast druga część znajduje się w rurociągach zewnętrznych, wymiennikach ciepła i pompach. Krążąca mieszanina powoduje poważną korozję i erozję systemów i urządzeń reaktora i obwodu. Powstanie wybuchowej mieszaniny wybuchowej w jednorodnym reaktorze w wyniku radiolizy wody wymaga urządzeń do jej dopalania. Wszystko to doprowadziło do tego, że reaktory homogeniczne nie były powszechnie stosowane.

V reaktor heterogeniczny paliwo w postaci bloków umieszczane jest w moderatorze, tj. paliwo i moderator są rozdzielone przestrzennie.

Obecnie do celów energetycznych projektowane są tylko reaktory heterogeniczne. Paliwo jądrowe w takim reaktorze może być stosowane w stanie gazowym, ciekłym i stałym. Jednak obecnie reaktory heterogeniczne działają tylko na paliwa stałe.

W zależności od środka moderującego reaktory heterogeniczne dzielą się na grafitowe, lekkowodne, ciężkowodne i organiczne. Ze względu na rodzaj chłodziwa reaktory heterogeniczne to lekka woda, ciężka woda, gaz i ciekły metal. Płynne chłodziwa wewnątrz reaktora mogą być w stanach jednofazowych i dwufazowych. W pierwszym przypadku chłodziwo wewnątrz reaktora nie gotuje się, aw drugim wrze.

Reaktory w rdzeniu, w których temperatura chłodziwa jest niższa niż temperatura wrzenia, nazywane są reaktorami wodnymi pod ciśnieniem, a reaktory, w których wrze chłodziwo, nazywane są reaktorami wrzącymi.

W zależności od zastosowanego moderatora i chłodziwa reaktory heterogeniczne są projektowane według różnych schematów. W Rosji główne typy reaktorów jądrowych to woda pod ciśnieniem i grafit wodny.

Z założenia reaktory są podzielone na zbiorniki ciśnieniowe i reaktory kanałowe. V reaktory ciśnieniowe ciśnienie chłodziwa jest przenoszone przez ciało. Ogólny przepływ chłodziwa przepływa wewnątrz zbiornika reaktora. V reaktory kanałowe płyn chłodzący jest dostarczany do każdego kanału osobno z zespołem paliwowym. Zbiornik reaktora nie jest obciążony ciśnieniem chłodziwa, ciśnienie to jest przenoszone przez każdy oddzielny kanał.

W zależności od przeznaczenia reaktory jądrowe to energetyka, przekształtniki i reaktory rozrodcze, badawcze i wielofunkcyjne, transportowe i przemysłowe.

Reaktory jądrowe są wykorzystywane do wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach jądrowych, w elektrowniach okrętowych, w elektrociepłowniach jądrowych (ATEC) oraz w elektrowniach jądrowych (AST).

Reaktory przeznaczone do produkcji wtórnego paliwa jądrowego z naturalnego uranu i toru nazywane są konwertery lub hodowcy... W reaktorze - konwertorze wtórnego paliwa jądrowego powstaje mniej wstępnie zużytego paliwa. W reaktorze podawczym prowadzona jest rozszerzona hodowla paliwa jądrowego, tj. okazuje się, że wydano więcej.

Reaktory badawcze służą do badania procesów oddziaływania neutronów z materią, badania zachowania materiałów reaktora w intensywnych polach promieniowania neutronowego i gamma, badań radiochemicznych i biologicznych, produkcji izotopów, badań eksperymentalnych fizyki reaktorów jądrowych. Reaktory mają różne pojemności, pracują stacjonarnie lub impulsowo. Najbardziej rozpowszechnione są reaktory badawcze ciśnieniowo-wodne wykorzystujące wzbogacony uran. Moc cieplna reaktorów badawczych waha się w szerokim zakresie i sięga kilku tysięcy kilowatów.

Różnego przeznaczenia nazywa się reaktory, które służą do kilku celów, na przykład do wytwarzania energii i pozyskiwania paliwa jądrowego.