Опишите, как деление производит электричество на атомных электростанциях.
Уран используется в качестве топлива для нагрева воды на атомных электростанциях. Метод, используемый для производства электроэнергии, такой же, как и на угольной электростанции или биоэнергетической электростанции. Только топливо отличает силовую установку.
Изображение
Почти половина электроэнергии в Швеции вырабатывается атомной энергетикой. Это означает, что почти каждая вторая лампочка питается от ядерной энергии! Несмотря на то, что завод в Барсебеке был выведен из эксплуатации, мы будем рады рассказать вам о процессе и других аспектах, связанных с эксплуатацией атомной электростанции.
Что такое энергия
Энергия – это движение или способность двигаться. Следовательно, энергия не может быть ни создана, ни использована, а только преобразована в другие формы. Тем не менее, для простоты используются такие термины, как источник энергии, производство энергии и потребление энергии.
Разница между энергией и мощностью
Энергия и мощность — это два термина, которые часто используются взаимозаменяемо, но вот их определение: количество энергии в единицу времени, необходимое для выполнения задачи, измеряется как мощность.
Энергия = мощность х время
Энергия измеряется в джоулях (Дж), что соответствует ватт-секунде (Вт), а мощность выражается в ваттах (Вт).Чем больше энергии что-то использует, тем больше потребление энергии в секунду (минуту, час. ). Пример: Лампочка мощностью 60 Вт потребляет 60 Дж в секунду.
Для электрической энергии (электроэнергии) используется единица киловатт-час (кВтч). 1 кВтч соответствует 3 600 000 джоулей.
Атомная энергетика в Швеции
Атомные электростанции в настоящее время производят 40% электроэнергии в стране. Вместе с гидроэнергетикой и ветровой энергией ядерная энергетика способствует производству электроэнергии практически без выбросов.
В Швеции крупномасштабное развитие ядерной энергетики произошло в 1970-х и 1980-х годах. Оскарсхамн-1 находится в эксплуатации дольше всех и был введен в эксплуатацию в 1972 году. Форсмарк-3 — самый молодой реактор Швеции, он был введен в эксплуатацию в 1985 году. Сегодня восемь действующих реакторов расположены в трех местах:
Ядерное деление
Технология ядерной энергетики основана на выработке тепла за счет расщепления атомов урана. Расщепление атомов, известное как деление. Попадание нейтрона в атом урана расщепляет атомное ядро и высвобождает новые нейтроны. Они, в свою очередь, могут расщепить другие атомы и вызвать цепную реакцию. При делении выделяется тепло, которое используется для выработки электроэнергии на атомной электростанции.
Производство электроэнергии с кипящим реактором
Атомную электростанцию можно сравнить с огромным водогрейным котлом. Уран, который в данном случае является топливом, нагревает воду, превращая ее в пар, который сжимается и течет через турбины. Вращающийся вал турбины приводит в действие большой электрогенератор, который вырабатывает электроэнергию.
Принцип такой же для электростанций, которые используют другие виды топлива, такие как уголь, газ или нефть. Преимущество атомных электростанций заключается в том, что их производственные операции свободны от выбросов углерода. В целом воздействие на окружающую среду и климат практически отсутствует.
Изображение
1. При делении в реакторе выделяется тепло, которое используется для кипячения воды.Реактор можно сравнить с огромным водогрейным котлом, в котором 1000 литров воды закипают за одну секунду, образуя пар.
2. Пар направляется в турбины. Под высоким давлением пар ударяется о лопасти, установленные на валу турбины, что заставляет вал вращаться со скоростью 3000 оборотов в минуту.
3. Вал турбины, в свою очередь, соединен с генератором, вырабатывающим электричество. Электроэнергия передается от генератора к потребителям по линиям электропередач.
4. Пар от турбины всасывается в конденсатор, где он соединяется с холодной морской водой, которая по многочисленным трубным пучкам закачивается в конденсатор. Пар соприкасается с поверхностями труб, охлаждается и снова превращается в воду. Морская вода откачивается обратно в море, на 10–12°C горячее, чем при закачке.
5. Вода из конденсатора перекачивается обратно в реактор для повторного кипячения. Минимальной капле воды — одной молекуле воды — требуется около 10 минут, чтобы совершить полный цикл в процессе.
Таким образом, технологическая вода удерживается в замкнутом контуре, и теплоноситель из морской воды никогда не контактирует с паром реактора.
Насосы и регулирующие стержни регулируют производительность
Существует два основных метода регулирования мощности реактора. Также можно использовать бор.
Главные циркуляционные насосы
Главные циркуляционные насосы устанавливаются внутри или снаружи корпуса реактора. Увеличение мощности насосов позволяет циркулировать в корпусе реактора большим объемам воды, тем самым увеличивая производительность реактора. Снижение мощности насосов уменьшает количество воды, циркулирующей через корпус реактора, что снижает производительность реактора. Это также верно, если насосы перестанут работать. Это означает, что шведские реакторы являются подкритическими, и поэтому их мощность не может привести к неконтролируемому расплавлению.
Стержни управления
Стержни управления содержат такие вещества, как бор, которые поглощают нейтроны, чтобы уменьшить ядерное деление или полностью остановить его.Результаты зависят от того, как долго управляющие стержни вставлены в активную зону реактора. В целях аварийного отключения реактора они вставляются полностью, чтобы немедленно остановить ядерное деление.
Бор
Бор — это элемент, который притягивает нейтроны. Изменяя количество бора в технологической воде, реактор можно увеличивать или уменьшать (расщепление ядер увеличивается или уменьшается).
Как электричество пробивается к вам
Электроэнергия транспортируется от атомных электростанций к обществу через сеть передачи, а также региональные и местные сети. Чем выше напряжение, тем дальше можно передавать электроэнергию без чрезмерных потерь энергии.
Сеть передачи
Сеть передачи принадлежит правительству и охватывает всю Швецию с севера на юг. Напряжение в ЛЭП 400 000 или 220 000 вольт. Сеть передачи проходит между основными электростанциями и трансформаторами, расположенными на открытом воздухе в сельской местности. Важна эксплуатационная надежность – если какая-то электростанция перестанет работать, всегда есть резервы на других электростанциях.
Региональная сетка
Когда электроэнергия достигает региона, где она будет использоваться, она передается в региональную сеть. Там трансформаторы используются для поэтапного понижения напряжения до 40 000–75 000 вольт, а затем электричество передается в промышленность и муниципалитеты.
Локальная сетка
Чтобы достичь уровня домохозяйств, используются локальные сети. Здесь напряжение снижено до 4000–20 000 вольт. Линии электропередач можно увидеть в сельской местности, но в городах кабели обычно проложены под землей. Напряжение снижается до 230–400 вольт, прежде чем оно достигнет шведских домовладений.
Уран как топливо
Уран — один из элементов, из которых состоит Земля. Он встречается в природе в коренных породах и представлен тремя различными изотопами (различными формами одного и того же элемента): ураном-234, ураном-235 и ураном-238.
Уран-235 легче всего охлаждать, поэтому он используется в качестве ядерного топлива.
Уран является энергетически богатым элементом. Один килограмм урана содержит столько же энергии, сколько 90 тонн угля!
Производство ядерного топлива требует большой работы. Уран сначала измельчается, а затем обрабатывается в несколько этапов, прежде чем будут созданы настоящие ядерные топливные элементы.
Опасен ли уран?
До того, как топливо будет использовано в реакторе, оно излучает очень низкий уровень радиации, и с ним можно обращаться без использования каких-либо специальных средств защиты. Однако после использования в реакторе он сильно радиоактивный.
Может ли топливо взорваться?
Уран в ядерном реакторе не может взорваться, потому что в нем слишком мало делящегося материала — всего около 3% (попробуйте запустить автомобильный двигатель с одной ложкой бензина на литр воды, и вы поймете). С другой стороны, атомная бомба должна содержать почти 100% делящегося урана.
От руды до окатышей
1. Уран измельчается
Урановая руда измельчается в шахтах или открытых шахтах над землей. В Швеции содержание урана слишком низкое, чтобы дробление могло окупиться. Следовательно, мы импортируем необходимый нам уран – примерно 1500 тонн в год. Урановая руда в основном дробится в Канаде и Австралии, а также в Намибии, ЮАР, Казахстане, Узбекистане и России.
Природный уран, предназначенный для шведских реакторов, импортируется из таких стран, как Австралия, Канада, Намибия и в некоторой степени из России. Шведские АЭС предъявляют экологические требования к поставщикам и производителям ядерного топлива. Дробление урана в шахтах часто полностью автоматизировано из-за высокого уровня радиации от радона в земле.
2. Желтый порошок
После дробления урановая руда транспортируется на завод по переработке урана, где ее измельчают в порошок. Содержание урана увеличивается с помощью различных процессов, и в результате получается концентрат урана в виде желтого порошка. Заводы по переработке урана часто располагаются недалеко от рудника.
3. Уран конвертируется и обогащается
Урановый концентрат должен пройти дальнейшую обработку, прежде чем он сможет использоваться в качестве ядерного топлива. В процессе, известном как конверсия, он превращается в гексафторид урана — вещество, похожее на парафин.
Гексафторид урана нагревают и обогащают, что влечет за собой процесс увеличения содержания делящегося урана-235 примерно до 3%, как это требуется для ядерного топлива. Природный уран содержит всего 0,7% урана-235. Из пяти килограммов природного урана получается 1 килограмм обогащенного урана.
Уран обогащают в таких странах, как Франция и Нидерланды. Уран транспортируется из рудника морским, автомобильным или железнодорожным транспортом.
4. Маленькие черные гранулы
После обогащения гексафторида урана его охлаждают до тех пор, пока он не вернется в твердую форму и не превратится в диоксид урана. Наконец, диоксид урана используется для производства ядерного топлива в виде небольших цилиндров, известных как таблетки. Ядерный энергетический реактор содержит примерно 15 миллионов гранул. Каждая гранула дает столько же энергии, сколько 800 литров дизельного топлива!
5. Производство твэлов
Таблетки укладываются в длинные трубы, которые соединяются вместе в топливный элемент. В Швеции топливные элементы производятся на заводе Westinghouse в Вестеросе.
Количество топливных элементов в реакторе зависит от типа и размера реактора. Например, Оскарсхамн 3 содержит 700 топливных элементов по сравнению с Барсебеком 2, который содержит 444 топливных элемента.
Заправка летом
Летом реакторы останавливают на короткое время, так называемую ревизию. Это когда техническое обслуживание и улучшения осуществляются одновременно с добавлением нового топлива. Топливные элементы используются в реакторе около 5 лет, прежде чем их заменяют.
В кипящих реакторах каждое лето заменяется примерно пятая часть топлива. С точки зрения веса это соответствовало примерно 15 тоннам в год для Barsebäck 2, когда завод работал.
