NPP: từ xưa đến nay
Một nhà máy điện hạt nhân là một doanh nghiệp là sự kết hợp của các thiết bị và phương tiện để sản xuất năng lượng điện. Tính đặc hiệu của cài đặt này nằm ở phương pháp thu được nhiệt. Nhiệt độ cần thiết để tạo ra điện phát sinh trong quá trình phân rã của các nguyên tử.
Vai trò của nhiên liệu đối với các nhà máy điện hạt nhân được thực hiện thường xuyên nhất bởi uranium với số lượng lớn là 235 (235U). Chính xác bởi vì nguyên tố phóng xạ này có khả năng hỗ trợ phản ứng dây chuyền hạt nhân, nó được sử dụng trong các nhà máy điện hạt nhân và cũng được sử dụng trong vũ khí hạt nhân.
Các quốc gia có số lượng nhà máy điện hạt nhân lớn nhất
Ngày nay, có 192 nhà máy điện hạt nhân hoạt động tại 31 quốc gia trên thế giới, sử dụng 451 lò phản ứng điện hạt nhân với tổng công suất 394 GW. Phần lớn các nhà máy điện hạt nhân được đặt tại Châu Âu, Bắc Mỹ, Viễn Đông và lãnh thổ của Liên Xô cũ, trong khi ở Châu Phi hầu như không có, và ở Úc và Châu Đại Dương không có gì cả. 41 lò phản ứng khác đã không sản xuất điện từ 1,5 đến 20 năm và 40 trong số đó là ở Nhật Bản.
Trong 10 năm qua, 47 đơn vị năng lượng đã được đưa vào vận hành trên thế giới, hầu hết tất cả chúng đều nằm ở châu Á (26 ở Trung Quốc) hoặc ở Đông Âu. Hai phần ba lò phản ứng hiện đang được xây dựng là ở Trung Quốc, Ấn Độ và Nga. Trung Quốc đang thực hiện chương trình đầy tham vọng nhất để xây dựng NPP mới, khoảng hơn chục quốc gia trên thế giới đang xây dựng NPP hoặc đang phát triển các dự án để xây dựng.
Ngoài Hoa Kỳ, danh sách các quốc gia tiên tiến nhất trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân bao gồm:
- Pháp;
- Nhật Bản;
- Nga;
- Hàn Quốc.
Năm 2007, Nga bắt đầu xây dựng nhà máy điện hạt nhân nổi đầu tiên trên thế giới, cho phép nước này giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng ở các khu vực ven biển xa xôi của đất nước.[12]. Xây dựng phải đối mặt chậm trễ. Theo ước tính khác nhau, nhà máy điện hạt nhân nổi đầu tiên sẽ hoạt động vào năm 2018-2019.
Một số quốc gia, bao gồm Hoa Kỳ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Nga, Argentina, đang phát triển các nhà máy điện hạt nhân mini với công suất khoảng 10-20MW cho mục đích cung cấp nhiệt và năng lượng cho các ngành công nghiệp riêng lẻ, khu dân cư và trong tương lai - nhà ở riêng lẻ. Người ta cho rằng các lò phản ứng cỡ nhỏ (ví dụ, ví dụ, Hyperion NPP) có thể được tạo ra bằng cách sử dụng các công nghệ an toàn, liên tục làm giảm khả năng rò rỉ vật chất hạt nhân[13]. Việc xây dựng một lò phản ứng CAREM25 cỡ nhỏ đang được tiến hành ở Argentina. Kinh nghiệm đầu tiên về việc sử dụng các nhà máy điện hạt nhân mini đã đạt được bởi Liên Xô (Bilibino NPP).
Nguyên lý hoạt động của nhà máy điện hạt nhân
Nguyên lý hoạt động của nhà máy điện hạt nhân dựa trên hoạt động của lò phản ứng hạt nhân (đôi khi được gọi là nguyên tử) - một thiết kế khối đặc biệt trong đó quá trình phân tách các nguyên tử diễn ra với sự giải phóng năng lượng.
Có nhiều loại lò phản ứng hạt nhân khác nhau:
- PHWR (còn được gọi là "lò phản ứng nước nặng có áp suất") được sử dụng chủ yếu ở Canada và tại các thành phố của Ấn Độ. Nó dựa trên nước, công thức của nó là D2O. Nó thực hiện chức năng của cả hai chất điều tiết làm mát và neutron. Hiệu quả đạt gần 29%;
- VVER (lò phản ứng làm mát bằng nước). Hiện tại, WWER chỉ được vận hành trong CIS, đặc biệt là mẫu VVER-100. Lò phản ứng có hiệu suất 33%;
- GCR, AGR (nước than chì). Chất lỏng chứa trong lò phản ứng như vậy hoạt động như một chất làm mát. Trong thiết kế này, bộ điều tiết neutron là than chì, do đó có tên. Hiệu quả là khoảng 40%.
Theo nguyên lý của thiết bị, các lò phản ứng cũng được chia thành:
- PWR (lò phản ứng nước áp lực) - được thiết kế sao cho nước dưới một áp suất nhất định làm chậm phản ứng và cung cấp nhiệt;
- BWR (được thiết kế theo cách sao cho hơi nước và nước nằm trong phần chính của thiết bị mà không có mạch nước);
- RBMK (lò phản ứng kênh có công suất đặc biệt lớn);
- BN (hệ thống hoạt động do sự trao đổi nhanh chóng của neutron).
Cấu trúc và cấu trúc của một nhà máy điện hạt nhân. Làm thế nào để một nhà máy điện hạt nhân làm việc?
Một nhà máy điện hạt nhân điển hình bao gồm các khối, trong đó mỗi khối được đặt các thiết bị kỹ thuật khác nhau. Điều quan trọng nhất của các đơn vị này là tổ hợp với phòng phản ứng, đảm bảo khả năng hoạt động của toàn bộ NPP. Nó bao gồm các thiết bị sau:
- lò phản ứng;
- lưu vực (nó được lưu trữ trong nhiên liệu hạt nhân);
- máy nạp nhiên liệu;
- Phòng điều khiển (bảng điều khiển trong các khối, với sự trợ giúp của nó, các nhà khai thác có thể quan sát quá trình phân hạch hạt nhân).
Tòa nhà này được theo sau bởi một hội trường. Nó được trang bị máy phát hơi nước và là tuabin chính. Ngay phía sau chúng là các tụ điện, cũng như các đường dây truyền tải điện vượt ra ngoài ranh giới lãnh thổ.
Trong số những thứ khác, có một đơn vị với các bể chứa nhiên liệu đã qua sử dụng và các đơn vị đặc biệt được thiết kế để làm mát (chúng được gọi là tháp giải nhiệt). Ngoài ra, hồ phun và hồ chứa tự nhiên được sử dụng để làm mát.
Nguyên lý hoạt động của nhà máy điện hạt nhân
Tại tất cả các NPP không có ngoại lệ, có 3 giai đoạn chuyển đổi năng lượng điện:
- hạt nhân với sự chuyển đổi sang nhiệt;
- nhiệt, biến thành cơ khí;
- cơ khí, chuyển đổi thành điện.
Uranium từ bỏ neutron, dẫn đến sự giải phóng nhiệt với số lượng lớn. Nước nóng từ lò phản ứng được bơm qua máy bơm qua máy tạo hơi nước, nơi nó tỏa nhiệt và trở lại lò phản ứng. Vì nước này chịu áp suất cao, nó vẫn ở trạng thái lỏng (trong các lò phản ứng VVER hiện đại khoảng 160 atm ở nhiệt độ ~ 330 ° C[7]). Trong máy tạo hơi nước, nhiệt này được truyền vào nước của mạch thứ cấp, dưới áp suất thấp hơn nhiều (một nửa áp suất của mạch sơ cấp và ít hơn), do đó nó sôi. Hơi nước thu được đi vào tua bin hơi, làm quay máy phát điện, rồi vào thiết bị ngưng tụ, nơi hơi nước được làm mát, nó ngưng tụ và lại đi vào máy tạo hơi nước. Thiết bị ngưng tụ được làm mát bằng nước từ nguồn nước mở bên ngoài (ví dụ: ao làm mát).
Cả hai mạch thứ nhất và thứ hai đều được đóng lại, làm giảm khả năng rò rỉ phóng xạ. Kích thước của các cấu trúc mạch sơ cấp được giảm thiểu, điều này cũng làm giảm rủi ro bức xạ. Tua bin hơi và thiết bị ngưng tụ không tương tác với nước của mạch sơ cấp, tạo điều kiện cho việc sửa chữa và giảm lượng chất thải phóng xạ trong quá trình tháo dỡ trạm.
Cơ chế bảo vệ NPP
Tất cả các nhà máy điện hạt nhân đều nhất thiết phải được trang bị hệ thống an ninh tích hợp, ví dụ:
- nội địa hóa - hạn chế sự lây lan của các chất có hại trong trường hợp xảy ra tai nạn dẫn đến giải phóng phóng xạ;
- cung cấp - phục vụ một lượng năng lượng nhất định cho hoạt động ổn định của hệ thống;
- người quản lý - phục vụ để đảm bảo rằng tất cả các hệ thống bảo vệ hoạt động bình thường.
Ngoài ra, lò phản ứng có thể gặp sự cố trong trường hợp khẩn cấp. Trong trường hợp này, bảo vệ tự động sẽ làm gián đoạn các phản ứng dây chuyền nếu nhiệt độ trong lò phản ứng tiếp tục tăng. Biện pháp này sau đó sẽ yêu cầu công việc phục hồi nghiêm trọng để đưa lò phản ứng trở lại hoạt động.
Sau khi tai nạn nguy hiểm xảy ra tại NPP của Chernobyl, nguyên nhân của nó là do thiết kế lò phản ứng không hoàn hảo, họ bắt đầu chú ý hơn đến các biện pháp bảo vệ và cũng tiến hành công việc thiết kế để đảm bảo độ tin cậy cao hơn của các lò phản ứng.
Thảm họa thế kỷ XXI và hậu quả của nó
Vào tháng 3 năm 2011, phía đông bắc Nhật Bản đã bị một trận động đất gây ra sóng thần, cuối cùng đã làm hỏng 4 trong số 6 lò phản ứng của nhà máy điện hạt nhân Fukushima-1.
Chưa đầy hai năm sau thảm kịch, số người chết chính thức trong vụ tai nạn đã vượt quá 1.500, trong khi 20.000 người vẫn chưa được giải quyết, và 300.000 cư dân khác đã buộc phải rời khỏi nhà.
Có những nạn nhân không thể rời khỏi hiện trường vì lượng phóng xạ khổng lồ. Một cuộc sơ tán ngay lập tức được tổ chức cho họ, kéo dài 2 ngày.
Tuy nhiên, hàng năm các phương pháp ngăn ngừa tai nạn tại các nhà máy điện hạt nhân, cũng như việc vô hiệu hóa các tình huống khẩn cấp đang được cải thiện - khoa học đang dần tiến bộ. Tuy nhiên, tương lai rõ ràng sẽ trở thành thời hoàng kim của những cách khác để tạo ra điện - đặc biệt, rất hợp lý khi hy vọng sự xuất hiện của pin mặt trời quỹ đạo khổng lồ trong 10 năm tới, điều này hoàn toàn có thể đạt được trong điều kiện không trọng lượng, cũng như các công nghệ năng lượng khác.
