NPP: van vroeger tot nu
Een kerncentrale is een onderneming die een combinatie is van apparatuur en voorzieningen voor het genereren van elektrische energie. De specificiteit van deze installatie ligt in de methode om warmte te verkrijgen. De temperatuur die nodig is om elektriciteit op te wekken, ontstaat in het proces van het verval van atomen.
De rol van brandstof voor kerncentrales wordt het vaakst uitgevoerd door uranium met een massagetal van 235 (235U). Juist omdat dit radioactieve element in staat is om een nucleaire kettingreactie te ondersteunen, wordt het gebruikt in kerncentrales en wordt het ook gebruikt in kernwapens.
Landen met het grootste aantal kerncentrales
Momenteel zijn er 192 kerncentrales in 31 landen van de wereld actief met 451 kernreactoren met een totale capaciteit van 394 GW. De overgrote meerderheid van de kerncentrales bevindt zich in Europa, Noord-Amerika, het Verre Oosten en het grondgebied van de voormalige USSR, terwijl er in Afrika vrijwel geen kerncentrales zijn en in Australië en Oceanië helemaal niets. Nog eens 41 reactoren produceerden geen elektriciteit van 1,5 tot 20 jaar en 40 van hen waren in Japan.
In de afgelopen 10 jaar zijn er wereldwijd 47 energie-eenheden in gebruik genomen, bijna allemaal zijn ze gevestigd in Azië (26 in China) of in Oost-Europa. Tweederde van de reactoren die momenteel in aanbouw zijn, bevinden zich in China, India en Rusland. China voert het meest ambitieuze programma voor de bouw van nieuwe kerncentrales uit, ongeveer twaalf andere landen over de hele wereld bouwen kerncentrales of ontwikkelen projecten voor hun bouw.
Naast de Verenigde Staten omvat de lijst van de meest geavanceerde landen op het gebied van kernenergie:
- Frankrijk;
- Japan;
- Rusland;
- Zuid-Korea.
In 2007 begon Rusland met de bouw van 's werelds eerste drijvende kerncentrale, waarmee het het probleem van energietekorten in afgelegen kustgebieden van het land oplost.[12]. Constructie liep vertraging op. Volgens verschillende schattingen werkt de eerste drijvende kerncentrale in 2018-2019.
Verschillende landen, waaronder de Verenigde Staten, Japan, Zuid-Korea, Rusland en Argentinië, ontwikkelen mini-kerncentrales met een capaciteit van ongeveer 10-20 MW voor de levering van warmte en elektriciteit van individuele industrieën, wooncomplexen en in de toekomst - individuele huizen. Er wordt aangenomen dat kleine reactoren (zie bijvoorbeeld Hyperion NPP) kunnen worden gemaakt met behulp van veilige technologieën die herhaaldelijk de mogelijkheid van lekkage van kernmateriaal verminderen[13]. De bouw van een kleine CAREM25-reactor is aan de gang in Argentinië. De eerste ervaring met het gebruik van mini-kerncentrales werd gewonnen door de USSR (Bilibino NPP).
Het principe van de werking van kerncentrales
Het principe van de werking van een kerncentrale is gebaseerd op de werking van een nucleaire (soms atomaire) reactor - een speciaal bulkontwerp waarin het splijten van atomen plaatsvindt met het vrijkomen van energie.
Er zijn verschillende soorten kernreactoren:
- PHWR (ook bekend als "hogedrukreactor onder druk") wordt voornamelijk in Canada en in Indiase steden gebruikt. Het is gebaseerd op water, waarvan de formule D2O is. Het vervult de functie van zowel koelmiddel- als neutronenmoderator. Het rendement is bijna 29%;
- VVER (watergekoelde energiereactor). Op dit moment worden WWER's alleen in het GOS gebruikt, met name het VVER-100-model. De reactor heeft een efficiëntie van 33%;
- GCR, AGR (grafietwater). De vloeistof in zo'n reactor werkt als een koelmiddel. In dit ontwerp is de neutronenmoderator grafiet, vandaar de naam. Efficiëntie is ongeveer 40%.
Volgens het principe van het apparaat zijn de reactoren ook onderverdeeld in:
- PWR (drukwaterreactor) - is zo ontworpen dat water onder een bepaalde druk de reactie vertraagt en warmte afgeeft;
- BWR (zo ontworpen dat water en stoom zich in het grootste deel van het apparaat bevinden zonder een watercircuit);
- RBMK (kanaalreactor met een bijzonder grote capaciteit);
- BN (het systeem werkt vanwege de snelle uitwisseling van neutronen).
De structuur en structuur van een kerncentrale. Hoe werkt een kerncentrale?
Een typische kerncentrale bestaat uit blokken, binnen elk daarvan zijn verschillende technische apparaten geplaatst. De belangrijkste van deze units is het complex met een reactorhal, waardoor de hele kerncentrale operationeel is. Het bestaat uit de volgende apparaten:
- reactor;
- bekken (het is opgeslagen in het nucleaire brandstof);
- brandstoflaadmachines;
- Controlekamer (bedieningspaneel in blokken, met behulp daarvan kunnen de operatoren het proces van kernsplitsing observeren).
Dit gebouw wordt gevolgd door een hal. Het is uitgerust met stoomgeneratoren en is de hoofdturbine. Direct achter hen bevinden zich de condensatoren, evenals transmissielijnen van elektriciteit die de grenzen van het territorium overschrijden.
Er is onder andere een eenheid met zwembaden voor verbruikte splijtstof en speciale eenheden die zijn ontworpen voor koeling (ze worden koeltorens genoemd). Bovendien worden sproeinatten en natuurlijke reservoirs gebruikt voor koeling.
Het principe van de werking van kerncentrales
Op alle NPP's zonder uitzondering zijn er 3 stadia van elektrische energieconversie:
- nucleair met de overgang naar warmte;
- thermisch, mechanisch worden;
- mechanisch, omgezet in elektrisch.
Uranium geeft neutronen op, wat resulteert in het vrijkomen van warmte in grote hoeveelheden. Heet water uit de reactor wordt door pompen gepompt door een stoomgenerator, waar het wat warmte afgeeft, en keert terug naar de reactor. Omdat dit water onder hoge druk staat, blijft het in vloeibare toestand (in moderne VVER-reactoren ongeveer 160 atmosfeer bij een temperatuur van ~ 330 ° C[7]). In de stoomgenerator wordt deze warmte overgedragen naar het water van het secundaire circuit, dat onder veel lagere druk staat (de helft van de druk van het primaire circuit en minder), daarom kookt het. De resulterende stoom komt de stoomturbine binnen, die de generator draait, en vervolgens in de condensor, waar de stoom wordt afgekoeld, condenseert en opnieuw de stoomgenerator binnengaat. De condensor wordt gekoeld met water uit een externe open waterbron (bijvoorbeeld een koelvijver).
Zowel het eerste als het tweede circuit zijn gesloten, waardoor de kans op stralingslekkage kleiner is. De afmetingen van de primaire circuitstructuren worden geminimaliseerd, wat ook stralingsrisico's vermindert. De stoomturbine en de condensor hebben geen wisselwerking met het water van het primaire circuit, wat reparaties vergemakkelijkt en de hoeveelheid radioactief afval tijdens de ontmanteling van het station vermindert.
NPP beschermende mechanismen
Alle kerncentrales zijn noodzakelijkerwijs uitgerust met geïntegreerde beveiligingssystemen, bijvoorbeeld:
- lokaliseren - beperking van de verspreiding van schadelijke stoffen bij een ongeval met stralingsbelasting tot gevolg;
- voorzien - dient een bepaalde hoeveelheid energie voor de stabiele werking van de systemen;
- managers - zorgen ervoor dat alle beveiligingssystemen normaal functioneren.
Bovendien kan de reactor in een noodgeval crashen. In dit geval onderbreekt automatische beveiliging kettingreacties als de temperatuur in de reactor blijft stijgen. Deze maatregel vereist vervolgens serieuze restauratiewerkzaamheden om de reactor weer in gebruik te nemen.
Nadat het gevaarlijke ongeval bij de kerncentrale van Tsjernobyl plaatsvond, waarvan de oorzaak een imperfect reactorontwerp bleek te zijn, begonnen ze meer aandacht te besteden aan beschermende maatregelen en ook aan ontwerpwerkzaamheden om de betrouwbaarheid van de reactoren te vergroten.
XXI -eeuwse catastrofe en de gevolgen ervan
In maart 2011 werd het noordoosten van Japan getroffen door een aardbeving die een tsunami veroorzaakte, die uiteindelijk 4 van de 6 reactoren van de kerncentrale Fukushima-1 beschadigde.
Minder dan twee jaar na de tragedie bedroeg het officiële dodental bij de crash meer dan 1.500, terwijl er nog steeds 20.000 vermist zijn en nog eens 300.000 inwoners werden gedwongen hun huizen te verlaten.
Er waren slachtoffers die niet in staat waren om het toneel te verlaten vanwege de enorme hoeveelheid straling. Er werd een onmiddellijke evacuatie voor hen georganiseerd, die 2 dagen duurde.
Desalniettemin verbeteren de methoden om ongevallen in kerncentrales te voorkomen en de neutralisatie van noodsituaties elk jaar, de wetenschap gestaag. Desalniettemin zal de toekomst duidelijk de bloeitijd worden van alternatieve manieren om elektriciteit te genereren - in het bijzonder is het logisch om de opkomst van gigantische orbitale zonnecellen in de komende 10 jaar te verwachten, wat vrij haalbaar is in gewichtloze omstandigheden, evenals andere technologieën, waaronder revolutionaire energietechnologieën.
