Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu
Wydz. Melioracji i Inżynierii Środowiska
Katedra Ekologii i Ochrony Środowiska
Elektrownia Jądrowa – za i przeciw.
Anna Graś
Magdalena Kaszuba
studia niestacjonarne
grupa II rok akad. 2007/2008
Budowa elektrowni jądrowej
Współczesna elektrownia jądrowa
Budowa elektrowni jądrowych jest tematem bardzo kontrowersyjnym. Od dłuższego czasu mamy do czynienia z "małą wojną" między naukowcami przedstawiającymi argumenty "za" i ekologami przedstawiającymi argumenty "przeciw". Obydwie strony oczywiście uważają, że ich teoria jest słuszna i nie chcą słyszeć o innej. Jednak aby twierdzić, że energetyka jądrowa jest niebezpieczna czy szkodliwa trzeba najpierw wiedzieć co to jest. Krótka notka mówi: Elektrownia jądrowa – to 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 U-235), w której ciepło konieczne do uzyskania pary, jest otrzymywane z reaktora jądrowego. Ciepło powstałe w reaktorze jądrowym zamieniane jest następnie na energię mechaniczną, potrzebną do generacji prądu elektrycznego.
Wytwarzanie energii jądrowej jest jednym z etapów cyklu paliwowego, który stanowi obieg paliwa jądrowego obejmujący kolejne fazy jego przetwarzania. Obieg ten rozpoczyna się od wydobycia paliwa w kopalni rudy, poprzez produkcję koncentratu, jego przerób chemiczny, wzbogacenie izotopowe, wytwarzanie paliwa reaktorowego, a następnie jego spalanie w reaktorze oraz przerób i ostateczne składowanie odpadów promieniotwórczych.
Struktura elektrowni jądrowej na przykładzie elektrowni z reaktorem wodnym
Część konwencjonalna elektrowni jest charakterystyczna dla wszystkich typów elektrowni cieplnych. Jest w zasadzie identyczna jak w elektrowni klasycznej opalanej paliwami kopalnymi. Jedyne różnice dotyczą parametrów technicznymi wykorzystywanych urządzeń. Część jądrowa elektrowni, składa się natomiast z trzech zasadniczych elementów: reaktora, pomp cyrkulacyjnych oraz wytwornicy pary. Elementy te są ze sobą odpowiednio połączone przez zespół rurociągów tworzących tzw. obieg pierwotny wody. Jest to obieg zamknięty, w którym woda transportuje energię cieplną z reaktora do wytwornicy pary. W celu skompensowania zmian objętości wody w obiegu pierwotnym, jakie następują wskutek zmian temperatury, przyłącza się do niego dodatkowo tzw. regulator ciśnienia.
Wytwornica pary stanowi element wspólny obydwu obiegów występujących w elektrowni. Woda dostarczona do niej z obiegu wtórnego odbiera ciepło od wody obiegu pierwotnego w wyniku czego powstaje para wodna, przepływająca następnie rurociągiem pod wysokim ciśnieniem (rzędu 6 MPa) od wytwornicy do turbiny parowej. W wyniku rozprężenia dostarczonej pary w zespole kolejnych turbin, następuje obrót wału generatora elektrycznego, co skutkuje generacją prądu elektrycznego.
Para wodna przepływając przez turbiny ulega ochłodzeniu, po czym dopływa do skraplacza pary (kondensatora), gdzie dzięki dodatkowemu obiegowi wody chłodzącej ulega skropleniu.
Istnienie dwóch obiegów wodnych wynika z konieczności izolacji obiegu wody mającej bezpośrednią styczność z rdzeniem reaktora oraz obiegu wody, która (w postaci parowodnej) napędza turbiny generatora. Dlatego w przypadku ewentualnego wydostania się do wody chłodzącej substancji promieniotwórczych w wyniku uszkodzeniu pręta paliwowego, skażenie ograniczone zostaje jedynie do obiegu pierwotnego.
Reaktor jądrowy stanowi jedyne źródło ciepła elektrowni jądrowej i jest odpowiednikiem kotła parowego występującego w klasycznej elektrowni węglowej. W wyniku odpowiedniego sterowania praca reaktora, energia cieplna wyzwalana jest w sposób kontrolowany.
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
Krótka historia elektrowni jądrowych
Pierwsza elektrownia jądrowa, o mocy 5 MW powstała w 1954 r. w Obnińsku (ZSRR). 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 atomowej. W latach siedemdziesiątych zaczęło gwałtownie przybywać bloków energetycznych z reaktorami atomowymi. Na świecie uruchamiano kilkanaście reaktorów rocznie (dla porównania w latach 1980-1989 średnio 22, a 1990-2004 – 5). Te gwałtowne zmiany były spowodowane prawie bezawaryjną pracą pierwszych elektrowni w tamtym czasie, co doprowadziło do zwiększenia zainteresowania tym rozwiązaniem, natomiast w latach 70. 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.
W latach 80. i 90. XX wieku, wiele krajów wstrzymało się z podejmowaniem decyzji o budowie kolejnych bloków jądrowych. W Stanach Zjednoczonych nie rozpoczęto budowy żadnego nowego bloku od 1977. Obywatele Szwecji w referendum w 1979 roku zdecydowali o zupełnym wycofaniu się z energetyki jądrowej. Zupełnego wycofania się planują także: Królestwo Niderlandów, Niemcy, Słowenia, a Włochy plany zrealizowały już w 1990 r. Buduje się natomiast dużo reaktorów w Azji (Chiny, Indie, Japonia, Korea Południowa i Korea Północna, Iran, Pakistan). Jednak 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 o paliwa kopalne. Szacuje się, że występujące na Ziemi zasoby uranu wystarczą na pokrycie zapotrzebowania energetycznego ludzkości na wiele tysięcy lat. Dla porównania, 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).
W Polsce nie ma elektrowni jądrowych, jedynym działającym reaktorem jądrowym jest badawczy reaktor Maria, należący do Państwowej Agencji Atomistyki. W latach 80. XX wieku rozpoczęto budowę elektrowni Żarnowiec w woj. pomorskim, prace przerwano na początku lat 90., głównie pod naciskiem protestów przeciwników energetyki atomowej. Zakończono tylko inwestycję towarzyszącą, elektrownię szczytowo-pompową.
Rozmieszczenie elektrowni jądrowych na świecie.
Udział elektrowni jądrowych w rynku energii elektrycznej w roku 2002
Perspektywy zastosowania energii jądrowej
Rozpatrzymy tu tylko niektóre skutki jakie wynikają dla gospodarki światowej i trybu życia ludzi z wielkiej rozbudowy sieci elektrowni jądrowych.
Obecnie energetyka jądrowa jest najbardziej zalecanym źródłem energii elektrycznej, podobnie jak hydroenergetyka oraz energia wiatru i słońca. Elektrownie jądrowe stanowią źródła energetyczne będące nieniszczące dla środowiska, nie powodują wydzielania tlenków węgla, siarki i azotu, które są odpowiedzialne za występowanie kwaśnych deszczy i powstawanie efektu cieplarnianego, które w konsekwencji prowadza nieuchronnie do zatrucia atmosfery ziemskiej. Związki takie jak tlenki węgla, siarki i azotu są produktami ubocznymi przy działaniu elektrowni węglowych, które dodatkowo stają się źródłem powstawania milionów ton popiołów, zanieczyszczających ziemię. Alternatywne źródło energii jakim są elektrownie jądrowe są źródłem tzw. czystej energii, będącej przyjazną dla środowiska.
Po drugie niezależność kosztów produkcji prądu w elektrowniach jądrowych od położenia geograficznego elektrowni wywoła przede wszystkim decentralizację gospodarki światowej. Największą korzyść odniosą te kraje, które odczuwają brak własnych źródeł energii –zarówno węgla, ropy naftowej jak i siły spadku wód. Wyrówna się ogromna obecnie różnica między gęstością zaludnienia w pobliżu punktów wydobycia węgla i miejscowościami prawie dziś nie zamieszkanymi.
Po trzecie kraje zacofane będą mogły w stanie nadrobić swoje zacofanie i dogonić kraje, które osiągnęły już wysoki stopień rozwoju, oczywiście pod warunkiem ze będą tam panowały odpowiednie stosunki polityczne, oraz ze będą miały możliwość dokonania inwestycji, otrzymania uranu i wykształcenia wykwalifikowanego personelu.
Po czwarte we wszystkich państwach nastąpi znaczne potanienie wielu wyrobów i usług. Ze zmniejszeniem udziału kosztu energii w ogólnym koszcie wyprodukowania przedmiotu potanieją masowo wyroby przemysłu metalowego i tekstylnego, obniży się taryfa zelektryfikowanych środków transportowych, zmniejszą się rachunki domowe za prąd elektryczny itp.
Kolejnym argumentem przemawiającym za energetyką jądrową może być zrealizowanie pewnych przedsięwzięć obecnie nieopłacalnych ze względu na wysoki koszt energii elektrycznej. Można będzie więc zrealizować np. projekty nawodnienia suchych okolic. Stepy i pustynie posiadające często dobrą glebę i ciepły klimat zostaną uproduktywnione przez ożywiającą wodę. Ponadto energetyka nuklearna może być wykorzystywana w przyszłości do odsalania wody morskiej, co pomoże w rozwiązaniu problemu dostaw czystej, słodkiej wody do picia. A także tania energia umożliwiłaby stosowanie na dużą skalę urządzeń klimatyzacyjnych w fabrykach, szkołach czy w budynkach mieszkalnych na obszarach tropikalnych, co w konsekwencji uprzyjemniłoby życie w tych rejonach i być może uproduktywniłoby pracę. Dzięki energii jądrowej możliwe będzie zastosowanie nowych procesów technologicznych, dotąd ze względu na koszt energii całkowicie lub prawie zupełnie nie używanych. Na przykład szersze zastosowanie znajdzie elektryczna produkcja żelaza surowego, dotąd urzeczywistniona na niezwykle skromną skalę w paru miejscach na świecie. W procesie tym ogrzewany elektrycznością niski piec zastąpi dotychczasowy wielki piec ogrzewany koksem. Węgiel nie zostanie jednak zupełnie wyeliminowany z elektrycznej produkcji surówki (jest konieczny jako środek redukcyjny oraz do nawęglania surówki), ale przede wszystkim zużyje się go mniej, a poza tym zbędny stanie się specjalny gatunek koksu używany w wielkich piecach. Przewiduje się nawet całkowite wyeliminowanie węgla jako środka redukcyjnego przy przeróbce rud i zastąpienie go wodorem, który może produkować elektrolitycznie tam gdzie prąd jest tani.
Elektrownie jądrowe i cały sprzęt potrzebny do ich obsługi jest niezwykle drogi i skomplikowany, jednakże uzyskuje się dużo energii i w efekcie jest to opłacalna inwestycja. Opłacalna w przeliczniku na pieniądze. Zastosowanie na wielką skale ogrzewania zdalnego da tani środek ogrzewania miast i cieplarni w których można będzie hodować rośliny jadalne i kwiaty. A także dzięki niemu życie w zimnych okolicach stanie się lżejsze i przyjemniejsze.
Można także przewidywać ze zmniejszy się względna (w stosunku do ogólnej liczby robotników) lub nawet bezwzględna liczba pracowników zatrudnionych w kopalni węgla. Zmniejszy się więc liczba ludzi spędzających większą część swego życia na bardzo ciężkiej, niebezpiecznej pracy z dala od światła dziennego.
Również dzięki takiej elektrowni ułatwiona zostanie walka z plagą dymu i sadzy.
Procentowy udział energetyki jądrowej w poszczególnych krajach.
...
WiatremCzesana