Elektrownia jądrowa

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
(Przekierowano z Elektrownia atomowa)
Skocz do: nawigacja, szukaj
Współczesna elektrownia jądrowa (wydobywające się z chłodni kominowej obłoki to skondensowana para wodna; Na zdjęciu bloki po 1300 MW elektrowni jądrowej w Cattenom, Francja)
Schemat cieplny elektrowni jądrowej z reaktorem wodnym ciśnieniowym: 1. Blok reaktora; 2. Komin chłodzący; 3. Reaktor; 4. Pręty kontrolne; 5. Zbiornik wyrównawczy ciśnienia; 6. Generator pary; 7. Zbiornik paliwa; 8. Turbina; 9. Prądnica; 10. Transformator; 11. Skraplacz; 12. Stan gazowy; 13. Stan ciekły; 14. Powietrze; 15. Wilgotne powietrze; 16. Rzeka; 17. Układ chłodzenia; 18. I obieg; 19. II obieg; 20. Para wodna; 21. Pompa
Animowany schemat elektrowni z reaktorem wodnym wrzącym (Boiling Water Reactor)

Elektrownia jądrowa – obiekt przemysłowo-energetyczny (elektrownia cieplna), wytwarzający energię elektryczną poprzez wykorzystanie energii pochodzącej z rozszczepienia jąder atomów, najczęściej uranu (uranu naturalnego lub nieco wzbogaconego w izotop 235U), w której ciepło konieczne do uzyskania pary wodnej, jest otrzymywane z reaktora jądrowego.

Historia[edytuj | edytuj kod]

Początek energetyki jądrowej przypada na lata 50. XX wieku. Pierwsza elektrownia jądrowa, o mocy 5 MW powstała w 1954 r. w Obnińsku (ZSRR). W Wielkiej Brytanii pierwszy reaktor energetyczny (grafitowo-gazowy) powstał w 1956 roku. Rok później w USA zaczął pracę pierwszy prototypowy reaktor PWR (z ang. Pressurized Water Reactor), w elektrowni jądrowej Shippingport[1].

Produkcja prądu nie była jednak w latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych głównym zadaniem elektrowni jądrowych. Pierwszoplanowym celem ich budowy była produkcja wzbogaconego materiału rozszczepialnego do produkcji broni jądrowej. W latach siedemdziesiątych zaczęło gwałtownie przybywać bloków energetycznych z reaktorami jądrowymi. Na świecie uruchamiano kilkanaście reaktorów rocznie (dla porównania w latach 1980-1989 średnio 22, a 1990-2004 – 5). Obecnie przeciętne elektrownie mają moc ok. 1000-2000 MW[2].

Te zmiany były spowodowane prawie bezawaryjną pracą pierwszych elektrowni w tamtym czasie, co doprowadziło do zwiększenia zainteresowania tym rozwiązaniem, natomiast w późniejszym okresie na jego spadek wpływ miały dwie poważne awarie: w Three Mile Island w 1979 r. i w Czarnobylu w 1986 r. oraz wzrost wymagań dotyczących bezpieczeństwa bloków jądrowych. Cykl projektowania i budowy elektrowni jądrowej trwa około 10 lat, na liczbę uruchamianych w latach 80. reaktorów wpływ miały więc decyzje podjęte najczęściej jeszcze przed awarią w elektrowni Three Mile Island.

W latach 80. i 90. XX wieku, wiele krajów wstrzymało się z podejmowaniem decyzji o budowie kolejnych bloków jądrowych. Obywatele Szwecji w referendum[3] w 1980 roku zdecydowali o zupełnym wycofaniu się z energetyki jądrowej, później jednak z tego zrezygnowano. Wycofanie się planowały także: Holandia, Niemcy, Słowenia, a Włochy zrealizowały już te plany w 1990 r.[potrzebne źródło] Buduje się natomiast nowe reaktory w Azji (Chiny, Indie, Japonia, Korea Południowa i Korea Północna, Iran, Pakistan), a także w Rosji i Kanadzie. Po roku 2000 wiele krajów zaczęło ponownie rozpatrywać możliwość budowy elektrowni jądrowych. Jest to spowodowane głównie zobowiązaniami dotyczącymi ograniczenia emisji dwutlenku węgla, prognozami wzrostu cen paliw kopalnych, ciągłego wzrostu zużycia energii elektrycznej oraz chęcią dywersyfikacji jej źródeł. Energia jądrowa jest najbardziej skondensowanym źródłem energii z jakiego obecnie korzysta człowiek. Uważa się, że przy rozsądnym gospodarowaniu jest to także jedna z najczystszych obecnie znanych form produkcji energii, znacząco pod tym względem przewyższająca np. technologie oparte na paliwach kopalnych. Szacuje się, że występujące na Ziemi zasoby uranu wystarczą na pokrycie zapotrzebowania energetycznego ludzkości na wiele tysięcy lat. Natomiast, przy obecnym poziomie wykorzystania, paliwa kopalne wyczerpią się prawdopodobnie już za kilkadziesiąt lat.

Budowa nowych reaktorów trwa w Finlandii (Olkiluoto-3), Francji (Flamanville-3) i Armenii (w celu zastąpienia starej elektrowni w Mecamor), gdzie do 2010 roku przewiduje się oddać do użytku jeden reaktor. Decyzję o budowie nowych bloków podjęto również w Bułgarii (nowa elektrownia w Belene), Słowenii (rozbudowa elektrowni w Krsku), i na Litwie (rozbudowa elektrowni w Ignalinie)[potrzebne źródło].

Elektrownie jądrowe bywają mylnie nazywanymi elektrowniami atomowymi. Elektrownią atomową jest każda elektrownia spalająca np.: węgiel kamienny, brunatny, gaz. Reakcje w tym wypadku zachodzą na poziomie atomu. W elektrowni jądrowej reakcje zachodzą na poziomie jądra atomowego, stąd nazwa[4].

Budowa elektrowni[edytuj | edytuj kod]

Ogólna zasada działania elektrowni jądrowej (na przykładzie obiegu PWR):

W reaktorze jądrowym w wyniku reakcji rozszczepienia jąder atomowych wydzielają się duże ilości ciepła, które jest odbierane przez czynnik roboczy (najczęściej wodę pod wysokim ciśnieniem w tak zwanym obiegu pierwotnym – reaktory PWR i WWER). Czynnik przepływa do wytwornicy pary, gdzie oddaje ciepło wrzącej wodzie z obiegu wtórnego o niższym ciśnieniu, a następnie powraca do reaktora. Para wodna (para mokra, która jest osuszana przed dojściem do turbiny – cząsteczki wody w parze mokrej, pod wysokim ciśnieniem, zniszczyłyby turbinę, więc para mokra przechodzi najpierw z wytwornicy pary przez systemy osuszające, zanim trafi do turbiny) napędza następnie turbinę parową połączoną z generatorem. Separacja obiegów zapewnia większe bezpieczeństwo w przypadku wycieku pary z turbiny.

Różnice w stosunku do elektrowni konwencjonalnych[edytuj | edytuj kod]

Elektrownia jądrowa różni się od cieplnych elektrowni konwencjonalnych źródłem uzyskiwania ciepła potrzebnego do wytworzenia pary wodnej. W elektrowniach konwencjonalnych zwykle pozyskuje się je ze spalania węgla, ropy naftowej lub gazu ziemnego. W elektrowni jądrowej, z reakcji rozszczepiania jąder uranu lub plutonu[1].

Pozostałe elementy elektrowni, tj. te wytwarzające prąd z pary wodnej, obu typów są generalnie takie same.

Różnice w stosunku do bomby jądrowej[edytuj | edytuj kod]

Z różnic między budową bomby i reaktora jądrowego, oraz różnic w stosowanych w nich materiałach rozszczepialnych, wprost wynika, że nie może on wybuchnąć jak bomba atomowa[1].

Bomba atomowa działa na zasadzie wybuchowego (inicjowanego tradycyjnym ładunkiem wybuchowym), gwałtownego zbliżenia do siebie i utrzymania w tym stanie mas uranu przez czas potrzebny do wybuchu jądrowego. Wybuch powoduje wyrzucenie w przestrzeń atomów nim ulegną w całości rozszczepieniu[1].

Reaktor zbudowany jest zaś nie pod kątem najgwałtowniejszego zajścia reakcji łańcuchowej, tylko jej długotrwałej efektywności. Jakiekolwiek jego zmiany geometryczne mogą jedynie pogorszyć tą efektywność[1].

Co więcej, w uranowych bombach jądrowych stosuje się niemal czysty 235U, a w paliwie jądrowych stanowi on tylko kilka procent składu. Dlatego też paliwo elektrowni jądrowej „nie może wybuchnąć, podobnie jak nie może wybuchnąć kawałek węgla”[1].

Zagrożenia związane z eksploatacją[edytuj | edytuj kod]

Podstawowe zagrożenie związane z użytkowaniem elektrowni jądrowej wynika z faktu, że w reaktorze jądrowym znajdują się produkty rozszczepienia, gromadzące się tam podczas jego pracy. Grożą one napromieniowaniem człowieka, czy innych organizmów żywych, gdy wydostaną się poza elektrownię[1].

Procesy rozpadów atomowych charakteryzują się pewną bezwładnością. Ich aktywność promieniotwórcza nie ustaje w momencie przerwania reakcji łańcuchowej. Przemiany pierwiastków przebiegają nadal. Powodują one nagrzewanie się reaktora po jego wyłączeniu, tzw. ciepło powyłączeniowe[1].

Pierwsze oszacowanie skutków stopienia rdzenia powstało w 1957 na zlecenie Amerykańskiej Komisji Energii Atomowej. Autorzy studium WASH-740 rozpatrzyli w nim trzy różne awarie reaktora o mocy cieplnej 500 MW: uszkodzenie koszulki paliwowej bez uwolnienia produktów rozszczepienia poza zbiornik reaktora (prawdopodobieństwo ocenione na raz na 100 - raz na 10 000 lat pracy reaktora); stopienie paliwa i rozerwanie obiegu pierwotnego; stopienie paliwa, rozerwanie obiegu pierwotnego i zniszczenie obudowy bezpieczeństwa. W trzeciej hipotetycznej awarii (prawdopodobieństwo ocenione na raz na 10 000 - raz na 1 miliard lat pracy reaktora) stwierdzono, że przy gęstości zaludnienia 150 osób/km² awaria spowodowałaby 3400 zgonów z powodu promieniowania, 43 0000 zachorowań na choroby nowotworowe i skażenie terenu w promieniu 70 kilometrów. Te bardzo pesymistyczne oceny (zakładano uwolnienie się wszystkich produktów rozszczepienia) wynikały z niskiej jeszcze wtedy wiedzy o zachowaniu się produktów rozszczepienia. Z drugiej strony, od razu zwróciły uwagę na zagrożenia związanego z uwolnieniem do środowiska dużych ilości substancji promieniotwórczych i skłoniły władze do wprowadzenia obudów bezpieczeństwa jako niezbędnego elementu każdej amerykańskiej elektrowni jądrowej. Studium WASH-740 stało się podstawą ustawy Price Anderson Act, ustanawiającą odpowiedzialność za skutki awarii elektrowni jądrowych w USA. W 1950 roku ustanowiono generalną zasadę, że w przypadku najciężej awarii wymagana może być ewakuacja ludności w promieniu zależnym od mocy cieplnej reaktora. Dla typowego reaktora o mocy elektrycznej 1000 MW (3000 MW mocy cieplnej) promień ten wynosi ok. 30 kilometrów.

Awarie jakie zdarzyły się w pierwszych latach rozwoju energetyki jądrowej, pożar w Windscale, awaria kanadyjskiego reaktora badawczego NRX, czy amerykańskiego reaktora wojskowego SL-1, pokazały jednak, że nawet w wyniku dużych awarii z rdzenia wydostaje się mniej niż połowa najtoksyczniejszych produktów rozszczepienia. Na podstawie tych doświadczeń w 1962 powstało studium TID-14884, w którym oceniono, że w wyniku awarii ze stopieniem rdzenia uwolni się 100% gazowych produktów rozszczepienia, 50% izotopów jodu i 1% stałych produktów rozszczepienia. Przy zachowaniu szczelności obudowy na zewnątrz wydostawałyby się tylko ilości związane z jej nieszczelnościami. W przypadku całkowitego zniszczenia reaktora nr 4 elektrowni czarnobylskiej, który nie miał obudowy bezpieczeństwa, liczby te wynosiły odpowiednio, ~100%, 20% i 3-4%.

Historia rozwoju reaktorów energetycznych obejmuje gamę awarii reaktorowych, z których cztery zakończyły się uszkodzeniem lub zniszczeniem rdzenia reaktora:

Ekonomika elektrowni jądrowych[edytuj | edytuj kod]

Patrz: Energetyka jądrowa - Ekonomika elektrowni jądrowych

Stan elektrowni jądrowych na świecie[edytuj | edytuj kod]

Status elektrowni jądrowych na świecie.

     Działające reaktory, budowa nowych reaktorów

     Działające reaktory, plany budowy nowych reaktorów

     Brak reaktorów, budowa nowych reaktorów

     Brak reaktorów, plany budowy nowych reaktorów

     Działające reaktory

     Działające reaktory, plany likwidacji

     Energetyka jądrowa jest nielegalna

     Brak reaktorów

Budowa nowych (kolejnych) elektrowni[edytuj | edytuj kod]

Plany budowy nowych (kolejnych) elektrowni[edytuj | edytuj kod]

Budowa pierwszych elektrowni[edytuj | edytuj kod]

Plany budowy pierwszych elektrowni[edytuj | edytuj kod]

Brak planów budowy/likwidacji[edytuj | edytuj kod]

Plany likwidacji elektrowni[edytuj | edytuj kod]

Energetyka jądrowa jest nielegalna[edytuj | edytuj kod]

Elektrownie jądrowe w Polsce[edytuj | edytuj kod]

Nieukończony główny budynek elektrowni Żarnowiec

W Polsce nie ma elektrowni jądrowych. Jedynym działającym reaktorem jądrowym jest badawczy reaktor Maria, zarządzany obecnie przez Instytut Energii Atomowej. W latach 80. XX wieku rozpoczęto budowę elektrowni Żarnowiec w woj. pomorskim. Prace przerwano na początku lat 90., głównie pod naciskiem protestów przeciwników energetyki jądrowej. Zakończono tylko inwestycję towarzyszącą - elektrownię szczytowo-pompową.

W dniu 4 stycznia 2005 rząd przyjął dokument Polityka energetyczna Polski do 2025 roku, w którym napisano[7]:

  • Ze względu na konieczność dywersyfikacji nośników energii pierwotnej oraz potrzebę ograniczenia emisji gazów cieplarnianych do atmosfery, uzasadnione staje się wprowadzenie do krajowego systemu energetyki jądrowej
  • Ponieważ prognozy wskazują na potrzebę pozyskiwania energii elektrycznej z elektrowni jądrowej w drugim dziesięcioleciu rozpatrywanego okresu, to biorąc pod uwagę długość cyklu inwestycyjnego konieczne jest niezwłoczne rozpoczęcie społecznej debaty na ten temat.

Według telefonicznych badań Millward Brown na zlecenie portalu Money.pl w dniach 22-24 sierpnia 2008 na reprezentatywnej grupie 1004 osób, 48% pytanych opowiedziało się przeciw budowie w Polsce elektrowni jądrowej. Odmienną opinię wygłosiło 42%, podczas gdy 10% nie ma zdania w tej kwestii. Przeciw jest aż 62% kobiet (dla porównania mężczyzn – 32%), a także większość osób żyjących na obszarach wiejskich i miastach do 100 tysięcy mieszkańców[8].

Elektrownia jądrowa ma być jedną z wielu elektrowni zapewniających bezpieczeństwo energetyczne kraju. Według opinii Państwowej Agencji Atomistyki nie zagraża ona środowisku bardziej niż konwencjonalne elektrownie. Przeciwko budowie elektrowni jądrowej w Polsce są m.in. Greenpeace i partia Zieloni 2004[9].

9 listopada 2008 w Gdańsku, premier Donald Tusk zapowiedział budowę co najmniej dwóch elektrowni jądrowych w północno-wschodniej Polsce[10]. Prawdopodobne lokacje to Żarnowiec na Pomorzu, oraz tereny Podlasia.

W marcu 2009 roku Departamentu Dywersyfikacji Dostaw Nośników Energii w Ministerstwie Gospodarki przemianowany został na Departament Energii Jądrowej[11].

8 stycznia 2010 roku Ministerstwo Gospodarki podało listę 28 miejscowości, które są brane pod uwagę pod kątem lokalizacji pierwszej elektrowni jądrowej w Polsce[12].

25 listopada Polska Grupa Energetyczna wskazała trzy potencjalne lokalizacje elektrowni jądrowej: Żarnowiec, Choczewo, Gąski[13].

Niektórzy mieszkańcy Gąsek sprzeciwiają się planom budowy elektrowni (lipiec 2012 r.)

Do końca 2011 miał zostać ogłoszony przetarg na dostawę reaktorów, jednak termin został przesunięty. Chęć uczestnictwa w przetargu zgłaszają między innymi firmy General Electric, Mitsubishi i Atone.

W lutym 2012 ponad 94% mieszkańców gminy Mielno wypowiedziało się w referendum przeciwko lokalizacji elektrowni jądrowej w letniskowej wsi Gąski[14].

Przypisy

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]