ТЕМА №3: Атомная электростанция

Это по существу тепловые эл.ст., которые используют тепловую энергию ядерных реакций. Ядерное топливо применяется в реакторах в виде металлических блоков, обладающих хорошей теплопроводностью.

Ядерными реакторами называются устройства, в которых осуществляются управляемые ядерные цепные реакции, сопровождающиеся выделением теплоты.

Основными элементами ядерного реактора являются:

– активная зона (где находится ядерное топливо и протекает цепная реакция); замедлитель и отражатель нейтронов;

– теплоноситель для отвода теплоты, образующейся в реакторе;

– регуляторы скорости развития цепной реакции;

– радиационная защита.

Ядерное топливо используют в твердом виде. Его заключают в предохранительную оболочку. Такого рода тепловыделяющие элементы называют твелами, их устанавливают в рабочих каналах активной зоны реактора. Возможность использования ядерного топлива, в основном урана, в качестве источника теплоты связана с осуществлением цепной реакции деления вещества и выделением при этом огромного количества энергии. 1 кг урана заменяет 2900 т угля.

Могут быть построены в любом географическом районе, в том числе труднодоступном, но при наличии источника водоснабжения. КПД - 35÷38 %.

Франция – 75%; Бельгия – 65%; Россия – 15% (120 млрд. кВт·ч в год) эл.эн. вырабатывается на АЭС.

 

Тепловая энергия, выделяющаяся при реакции деления, отводится из реактора с помощью теплоносителя – воды (подлежит тщательной очистки), которую прокачивают под давлением через каждый рабочий канал реактора главным циркулирующим насосом. Пар получается непосредственно в реакторе.

Схема напоминает КЭС, с той разницей, что вместо камеры сгорания, работающей на органическом топливе, имеется реактор.

гл.н – главный циркулирующий насос; пит.н – насос для перекачки питательной воды (идёт на турбину); в.н. – насос для перекачки охлаждающей воды.

Рисунок – АЭС с водяным режимом.

 

Мощность АЭС очень велика, но она ограничивается не столько техническими соображениями, сколько условиями безопасности при авариях с реакторами. Уроки Чернобыльской АЭС (апрель 1986 г.) потребовали во много раз повысить безопасность АЭС и отказаться их строительства в густонаселённых и сейсмоактивных районах.

Тем не менее, с учетом экологической ситуации атомную энергетику можно рассматривать как перспективную:

1) – нет выбросов дымовых газов в атмосферу – нет загрязнений, снижается парниковый эффект;

2) – нет отходов в виде золы и шлака;

3) – сохраняются ресурсы органического топлива, разгружается транспорт, занятый на перевозке этого топлива.

Также существуют и свои недостатки:

1) – тепловыделения в охлаждающую воду больше, чем у ТЭС, поэтому новые АЭС имеют специальные сооружения – градирни (нем)– в которых теплота от отработавшей воды или пара отводится в атмосферу (предварительное охлаждение);

2) – т.к. пара получается больше, то и охлаждающей воды требуется больше, чем у ТЭС;

3) – необходимо такое захоронение радиоактивных отходов, которое бы исключало воздействие отходов на людей.

4) – очистка теплоносителя – воды.

 

Наиболее распространенным устройством для охлаждения циркуляционной воды являются градирни.

Для теплосиловых установок малой мощности ввиду простоты и дешевизны применяют открытые градирни, состоящие из системы деревянных стоек и горизонтальных планок, омываемых со всех сторон воздухом. Вода, поступая сверху, проходит по планкам, разбрызгивается и охлаждается воздухом. Иногда вверху градирни устанавливаются разбрызгивающие сопла.

Для крупных теплосиловых установок применяются закрытые градирни, называемые также башенными охладителями. Они строятся с естественной и принудительной циркуляцией воздуха. Схема градирни с естественной циркуляцией воздуха представлена на рисунке.

Рисунок – Схема градирни с естественной циркуляцией воздуха:

1 – башня; 2 – оросительное устройство; 3 – дополнительный насос для подачи воды; 4 – бассейн с охлажденной водой; 5 – циркуляционный насос; 6 – конденсатор.

 

Охлаждаемая вода, прошедшая конденсатор, стекает на оросительное устройство 2, представляющее собой систему деревянных, горизонтальных брусков с малыми зазорами между ними. Проходя оросительное устройство, вода разбрызгивается на мелкие капли, охлаждаемые движущимся навстречу воздухом, поступающим через жалюзи в нижней части градирни.

При пленочной конструкции оросительного устройства вода стекает в виде пленки по вертикальным щиткам оросителя.

Охлажденная вода собирается в бассейне 4, расположенном внизу градирни, и отсюда циркуляционным насосом 5 подается в конденсатор.

Движение воздуха вверх (тяга) обеспечивается высокой башней 1, действующей по принципу дымовой трубы.

Для восполнения потерь в бассейн насосом 3 подается вода из близлежащего источника.

В градирнях с принудительной циркуляцией, воздух подается вентилятором через специальные отверстия в нижней части градирни. В остальном, эти градирни подобны предыдущим.

Расход энергии на вентилятор составляет 1... 2% от энергии, вырабатываемой на станции. Поэтому такие градирни применяются в тех случаях, когда атмосферные условия делают работу градирен с естественной циркуляцией ненадежной.

Иногда строятся градирни, в которых кестественной циркуляции добавляется принудительная (включение вентилятора), когда естественная тяга оказывается недостаточной.