Energetické zdroje naší planety a jejich využití: Porovnání verzí

Jaderná elektrárna je v některých částech podobná tepelné elektrárně, ale teplo, nutné k přeměně vody v páru, které se v tepelné elektrárně získává spalováním fosilních paliv, v jaderné elektrárně vzniká v reaktoru v důsledku štěpného procesu při rozpadu jader uranu. Teplo zde vzniká v primárním okruhu v reaktoru, kde je předáno chladivu (dle typu elektrárny to může být buď voda, plyn, nebo také tekutý kov), které putuje do tepelného výměníku – parogenerátoru, kde dochází k ohřevu vody přicházející z kondenzátoru a výrobě páry. Zbytek okruhu s vysokotlakou a nízkotlakou turbínou je stejný, jako u tepelných elektráren. Reaktor, v němž jsou uskladněny radioaktivní látky musí být umístěn v pevném obalu, který musí odolávat silným vnitřním otřesům (v případě havárie reaktoru), tak i silným vnějším otřesům (pád letadla, meteoritu, zemětřesení…). Palivo v jaderném reaktoru je uskladněno v palivových tabletách – ty obsahují oxid uraničitý a mají rozměr 9×15 mm. Válečky se poskládají do trubky ze slitiny zirkonia, z těchto trubek se pak skládá palivová kazeta a mezi trubkami v reaktoru proudí chladivo. Kazety se potom vcelku zasouvají do reaktoru do tzv. aktivní zóny. Reaktory typu VVER 440 obsahují 349 kazet po 126 tyčích paliva, reaktory VVER 1000 obsahují 151 kazet po 331 tyčích. Jednou za rok je potřeba část paliva vyměnit, veškerou manipulaci s palivem musí kvůli vysoké radioaktivitě provádět pouze dálkově ovládané stroje. Každý reaktor musí obsahovat také moderátor – může to být buď grafit (tuha), lehká, nebo těžká voda (těžká voda – D₂O – obsahuje místo dvou atomů vodíku dva atomy deuteria, což je izotop vodíku, který má v jádře jeden neutron navíc). Moderátor v reaktoru zpomaluje neutrony, protože zpomalené neutrony mají vyšší šanci vyvolat jadernou reakci, než neutrony nezpomalené. Při jaderné reakci se uran rozpadá na dva prvky s menším nukleonovým číslem, které narážejí do okolních atomů a uvolňují tak teplo a tři neutrony, které působí rozpadání dalších jader. Především podle použitého moderátoru, pak také podle druhu chladiva rozeznáváme několik druhů jaderných elektráren.

 

Historicky nejstarší typ používá jako moderátor grafit a jako chladivo lehkou vodu a používal se především v počátcích jaderné energetiky. Je technicky nenáročný a jednoduchý, ale má jeden závažný nedostatek. Při porušení chladících kanálů v reaktoru se voda okamžitě mění v páru a při styku páry s grafitem při vysokých teplotách hrozí nebezpečí chemické exploze, což se stalo v Černobylu, kde takto explodoval jeden z reaktorů, označovaných jako RBMK. S dalším vývojem či výstavbou tohoto typu reaktorů se již nepočítá, přestože jsou schopny dodávat výkon až 2 500 MW. Poněkud bezpečnější typ reaktoru je reaktor chlazený plynem (značený GCR). Nejrozšířenější jsou ve Velké Británii, chladivem je zde oxid uhličitý (CO₂), moderátorem grafit a dosahují výkonů okolo 600 MW. Palivem všech grafitových reaktorů je přírodní uran, který je pouze mírně obohacen.

 

Další typ reaktoru používá k moderování těžkou vodu. Chladící látka (lehká nebo těžká voda) prochází reaktorem opět v chladících kanálcích, obdobně jako u reaktoru grafitového. Lehká ani těžká voda nemohou explodovat, proto je nebezpečí výbuchu zcela vyloučeno. Nejvíce těžkovodních reaktorů se používá v Kanadě a dosahují výkonů okolo 500 MW.

 

Nejrozšířenějším typem na světě jsou však lehkovodní reaktory. Jejich předností je vysoká bezpečnost, levný provoz a jednoduchost. Moderátorem a chladivem zároveň je zde lehká voda (H₂O), odpadá tedy starost, jak zamezit ve styku moderátoru s chladivem, jako u grafitových reaktorů. Protože lehká voda má horší moderační vlastnosti, než ostatní moderátory, musí se používat jako palivo vysoce obohacený uran, kde koncentrace izotopu U₂₃₅ dosahuje 4,5 procent. Podle konstrukce rozeznáváme dva typy těchto reaktorů. Nejrozšířenější je tlakovodní reaktor, u nás označovaný jako VVER. U nás je tento typ například použit v elektrárně v Temelíně. V primárním reaktorovém okruhu je lehká voda o tlaku okolo 12–16 MPa, takže se ani při teplotách okolo 300 °C nevypařuje. Tato voda pak předává teplo v parogenerátoru sekundárnímu okruhu, který pak pohání turbíny. Nejvíce tlakovodních reaktorů je ve Francii a USA a dosahují výkonů až 1300 MW.

 

Další typ lehkovodního reaktoru je varný reaktor, značený BWR, který pracuje s nižšími tlaky. Pára vzniká přímo v reaktoru a odtud se vede přímo do turbíny. Není nutno použít parogenerátor, ale musí se pečlivě sledovat koncentrace radioaktivních látek v páře, aby nedošlo k zamoření turbíny radioaktivitou. Tento typ reaktorů se používá nejvíce ve Švédsku, Japonsku a také i v USA a dosahuje výkonů kolem 900 MW.

 

 

Posledním typem je rychlý plodící reaktor. Narozdíl od ostatních typů reaktorů zde není použit moderátor a štěpení paliva způsobují rychlé, tj. nezpomalené neutrony. Jako palivo se používá vysoce obohacený uran nebo směsné palivo s obsahem plutonia. Vzhledem k vysokým teplotám se k chlazení reaktoru používá tekutý kov – sodík. Protože sodík ve styku s vodou prudce exploduje, vkládá se mezi primární reaktorový okruh a sekundární turbínový okruh ještě jeden bezpečnostní sodíkový okruh.

 

=== Efektivita elektráren ===

Účinnost dnešních jaderných elektráren je okolo třiceti procent, přičemž největší ztráty energie jsou při přeměně tepla v turbínách (okolo 55–60 procent), další velké ztráty jsou rozvodu elektrické energie. Energetické ztráty v klasických tepelných elektrárnách jsou asi o deset procent nižší, především proto, že vyráběná pára má vyšší teplotu. Většina elektráren je dnes rozdělena do více bloků. Je to proto, že celý proces výroby elektřiny v jednom bloku by byl technicky náročnější a také proto, že když se na jednom bloku objeví závada, vadný blok se po dobu opravy odstaví a ostatní bloky elektrárny mohou zatím pokračovat v činnosti.