Атомная электростанция — это промышленное предприятие, которое производит электроэнергию, используя ядерную энергию, которая выделяется в виде тепловой энергии во время цепной реакции ядерного деления внутри корпуса реактора. Многие люди не знают, как работает атомная электростанция.
По этому поводу мы вам подробно расскажем как работает атомная электростанция изнутри.
Основные элементы атомной электростанции
Ядерный реактор является основным элементом электростанции, поскольку содержит ядерное топливо (обычно уран) и оснащен системами, позволяющими запускать, поддерживать и контролируемо прекращать ядерную реакцию. Работа атомной электростанции аналогична работе традиционной тепловой электростанции, в которой тепловая энергия вырабатывается за счет сжигания ископаемого топлива. Напротив, ядерный реактор получает тепловую энергию в результате цепных реакций ядерного деления, которые происходят внутри атомов урана, присутствующего в ядерном топливе.
Вырабатываемая тепловая энергия используется для нагрева воды до тех пор, пока она не достигнет точки испарения, превращаясь в пар при высоком давлении и температуре. Этот пар приводит в движение турбину, соединенную с генератором, который преобразует механическую энергию, вырабатываемую вращением турбины, в электрическую энергию.
Хотя существует несколько типов ядерных реакторов, выделяются две конкретные конструкции, которые вместе составляют более 80% из почти 450 действующих энергоблоков во всем мире: реактор с водой под давлением (PWR) и реактор с водой под давлением (BWR).
Эксплуатация реактора с водой под давлением (PWR)
Важно отметить, что при делении ядер ядра тяжелых атомов, поражаемые нейтронами, распадаются на более мелкие и более легкие ядра. Этот процесс высвобождает энергию, которая связывает протоны и нейтроны и приводит к испусканию двух или трех нейтронов. Эти нейтроны испускаются Они способны вызывать дополнительные деления путем взаимодействия с другими тяжелыми ядрами, которые, в свою очередь, высвобождают больше нейтронов, поддерживая цикл. Этот каскадный эффект известен как цепная реакция ядерного деления.
Работу атомной электростанции можно разделить на следующие этапы:
- В ядерном реакторе, Уран подвергается делению, в результате которого выделяется значительное количество энергии, нагревающей охлаждающую воду под высоким давлением, циркулирующую по системе. Эта нагретая вода затем транспортируется через первичный контур в теплообменник, известный как парогенератор, где способствует производству водяного пара.
- В турбогенераторную установку пар поступает по вторичному контуру. По прибытии пар вращает лопатки турбины. Это вращение вала турбины впоследствии приводит в движение генератор переменного тока, преобразуя механическую энергию в электричество.
- Пройдя через турбину, водяной пар поступает в конденсатор, где охлаждается и снова превращается в жидкую воду.
- Затем вода возвращается в парогенератор для повторной генерации пара, работающего по замкнутому контуру.
Ключевые компоненты атомной электростанции
Ранее мы говорили, что ядерный реактор – это установка, предназначенная для контролируемого инициирования, поддержания и прекращения цепных реакций деления, оснащенная необходимыми механизмами для отвода выделяемого тепла. Реактор является основным элементом электростанции и выполняет функцию места хранения ядерного топлива.
Основными элементами атомной электростанции являются:
- топливо: Это материал, в котором происходят реакции деления, в которых обычно используется обогащенный диоксид урана. Это вещество выполняет двойную функцию: оно выступает источником энергии и поставщиком нейтронов, необходимых для поддержания цепной реакции. Он поставляется в твердой форме, состоящей из цилиндрических таблеток, завернутых в металлические стержни длиной около четырех метров.
- Модератор: Вещество, которое снижает скорость быстрых нейтронов, образующихся при делении, тем самым способствуя дополнительным делениям и поддерживая цепную реакцию.
- Холодильник: Это та же самая вода, которая действует как замедлитель и используется для отвода тепла, выделяемого в результате реакции деления, происходящей в урановом топливе.
- Панель управления: Они являются компонентами управления реактором и выполняют функцию поглотителей нейтронов. Эти стержни, состоящие из карбида бора или индия-кадмия, позволяют непрерывно управлять нейтронной популяцией, обеспечивая стабильность реактора и облегчая его остановку в случае необходимости.
- Блиндаже: Он служит для сдерживания выхода радиации и нейтронов из реактора во внешнюю среду. Обычно для этой цели используются такие материалы, как бетон, сталь или свинец.
- Функции безопасности: Каждый ядерный объект оснащен многочисленными системами безопасности, предназначенными для предотвращения выброса радиоактивности в окружающую среду, в том числе в защитную конструкцию.
- Регулятор давления: Это важнейший компонент первичного контура охлаждения. Этот регулятор поддерживает баланс между жидкой и паровой фазами в условиях насыщения, чтобы эффективно управлять давлением внутри реактора.
- Корпус реактора: Он окружает ядерный реактор, в котором происходит цепная реакция деления. Ядро этого судна состоит из топливных элементов.
- Парогенераторы: Они функционируют как теплообменники, в которых охлаждающая вода первого контура протекает по перевернутым U-образным трубкам и передает свою тепловую энергию воде вторичного контура, превращая ее, таким образом, в водяной пар.
- Здание содержания: Именно оболочка содержит систему охлаждения реактора и несколько вспомогательных систем и действует как защитный барьер при нормальной работе, эффективно предотвращая утечку загрязняющих веществ во внешнюю среду. В сочетании с другими системами безопасности он несет важнейшую ответственность за предотвращение возможного выброса продуктов деления в атмосферу в случае аварии.
- турбина: Установка предназначена для улавливания водяного пара из парогенераторов, преобразования его энергии во вращательную механическую энергию через лопасти. Несколько секций предназначены для расширения пара. Вал надежно прикреплен к валу генератора.
- генератор переменного тока: Устройство, вырабатывающее электроэнергию путем преобразования механической энергии вращения турбины в электрическую энергию среднего напряжения и высокой интенсивности.
- Трансформатор: Устройство предназначено для повышения напряжения электроэнергии, вырабатываемой генератором, с целью снижения потерь при ее передаче к точкам потребления.
- Охлаждающая вода: Вода из реки, водохранилища или моря служит для конденсации водяного пара внутри конденсатора. Эту воду можно вернуть непосредственно в первоначальный источник, известный как открытый контур, или переработать через градирню в системе с замкнутым контуром.
- Градирни: Они способствуют рассеиванию части остаточного тепла, образующегося при производстве электроэнергии, в атмосферу, служа источником холода. Эта система используется для охлаждения воды, циркулирующей через конденсатор, который является неотъемлемой частью вспомогательного контура охлаждения установки.
- Конденсатор: Теплообменник состоит из ряда трубок, обеспечивающих циркуляцию охлаждающей воды. Испаренная вода, поступающая в конденсатор из турбины, подвергается процессу сжижения, переходя в жидкую фазу. Этот процесс создает вакуум, который повышает эффективность работы турбины.
Надеюсь, что с помощью этой информации вы сможете больше узнать о том, как работает атомная электростанция изнутри.