что такое мощность аэс
Электрическая мощность атомной электростанции в России
Электрическая мощность атомной электростанции — формула
Так как наше государство является одним из шести стран, где добывается львиная доля урана, то и основным топливом для АЭС в России является данный элемент.
Принцип работы
После трагических событий на Чернобыльской АЭС средства массовой информации активно распространялись слухи и внушали в подсознание граждан, будто любая электростанция, производящие энергию на атомном топливе рано или поздно приведет к взрыву и негативное воздействие на людей и окружающую среду. Самая высокая мощность электростанции в России вырабатывается на Балаковской установке. Но многие ученые утверждают, что вероятность взрыва или любого другого вреда от Балаковской АЭС не больше чем от любого промышленного, производственного предприятия. Всё дело в том, что для выработки энергии необходимо тепло, которое получают в результате цепного ряда действия и реакции деление на атомы одного из вариантов ядерного топлива, чаще всего это Уран. Этот процесс считается основным рабочим на всей территории любой АЭС.
Типы реактивных двигателей
Все установки делятся на категории по используемому топливу для выработки энергии, по теплоносителю, замедлители, которая контролирует весь процесс проведения реакции. Для того чтобы показывать высокий уровень результативности, многие реакторы используют облегченную воду в виде Пара которая воздействует двумя разными способами.
Первый способ это подача теплого пара непосредственно в активной зоне. Уровень температуры такого энергоблока очень высок, в народе его называют кипящим блоком. Второй зависит от графитных материалов, с помощью которых вырабатывается газ, позволяющий отслеживать всю работу системы. На таком типе работы существует Балаковская станция.
История развития и строительства АЭС
Первым вариантом использования ядерного топлива для выработки энергии был осуществлен в лаборатории на территории Айдахо (вначале 1950-х, в США). Прототип выдавал мощность, которой хватало для работы четырёх ламп накаливания по 200Вт каждая. В ходе разработок, такая система смогла обеспечить электричеством уже целое сооружение в несколько этажей. Пройдя сотни исследований и реакций, только в 1955 году такой реактор был подключен к целой сети, прославив город Арко по всему миру, как место расположения первого на свете реактора на ядерной энергии.
Энергетические выработки ядерной системы
Какова электрическая мощность атомной электростанции? На этот вопрос невозможно ответить однозначно, так как все АЭС в России имеют самые различные мощности от 48 мВт и до 4000 мВт. Последняя цифра достигается, в случае если атомная электростанция мощностью 1000 имеет по 4 реактора. Основное их количество работает на водяной системе, именуемой ВВЭР. Такой тип реактора самый распространенный в нашей стране (всего насчитывает порядка 18 единиц), из них с тысячной цифрой — 12 единиц. Не исключается также использование и кипящих систем канального типа. Таких реакторов в РФ всего 15.
Вода применима не только для энергетической или гетерогенной системы работы реактора, но и для водо-водяной или корпусной. Также, с помощью воды реактор во взаимодействии с тепловыми нейронами может быть применим как отражатель и замедлитель, а возможно и теплоноситель нейтронов.
Кстати, атомная электростанция мощностью 1000 имеет (кпд 20), с каждым реактором по 1000 мВт, является наиболее распространенной моделью не только в нашем государстве, но и в мире. Такого типа сооружений 7% в мире от общего количества.
Разновидности дизельных ЭС
Дизельная электростанция с мощностью необходимой под индивидуальные нужды является отличным вариантом для обеспечения электричеством отдаленного селения или конкретного дома от линий электропередач. Нередко сельские жители и владельцы кафе, магазинов предпочитают иметь дома и по необходимости устанавливать дизельный агрегат для выработки света на случай экстренных условий или общего отключения линейного электричества.
Приобретая такое изделие за не малые деньги, необходимо заранее определиться:
Средняя мощность для типичного дома без электроотопления и чрезмерного потребления составляет 5 кВт, а вот если необходимостей гораздо больше — то обеспечит электрическое отопление в зимний период.
Разновидности ЭС и их приоритеты
Установка дизельной станции преимущественно экономична (относительно бензиновой). А вот потребляет сырья для работы почти в 2 раза меньше, но выдает КПД станция, равнозначный по объему, как для дизельной, так и для бензиновой системы.
Наиболее экономичным способом организовать освещение в доме — это установить солнечные электростанции мощностью от 2 кВт и выше. Стоит заметить, что основой работы является яркое солнце, попадающее внутрь. Солнечная система, вполне может обеспечить собственные жилые помещения светом только в случае яркого солнечного дня.
Каковы масштабы выработки электроэнергии в РФ
Российская Федерация уверенно движется вперед по развитию своей энергетики, к тому же это позволяет делать наличие продуктивно работающих урановых шахт. Ввиду активного роста, все энергетические системы объединены в географические группы. В сотрудничестве с европейскими странами действуют 7 ОЭС, одновременно работают 6 энергетических объединений на территории всего государства: Центр, Урал, Волга, Сибирь, Северо-Запад и Юг. В дополнение имеется параллельная структура Востока, электрическая мощность этой электростанции транзитом обеспечивается Сибирским направлением.
В 2016 году на учет принято объединения Севастополя (Крым). На начало 2017 года в нашей стране действует порядка 700 электрических станций с разным видом обеспечения жизнедеятельности. А установленная мощность электростанций России за прошлый год отметку в 236 ГВт.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Как работает АЭС? Опасны ли атомные станции?
Многие люди в самом начале разговора об атомных станциях сразу начинают говорить о том, что это очень опасно и от них надо отказываться. Отчасти они правы, но их страхи сильно преувеличены. Для того, чтобы избавиться от такого стереотипа, надо просто понять, как работает станция и убедиться в том, что попадание радиоактивных элементов в окружающую среду просто невозможно. Конечно, если станция функционирует в штатном режиме. Вопрос только в том, как именно она функционирует и где границы этого штатного режима. Сегодня поговорим о конструкции атомной электростанции, их типах и о том, как они добывают электричество за счет деления атомов урана. Рассказывать специально буду простым языком.
Даже картинка немного пугает, но не все так страшно.
Когда появилась первая атомная станция
В СССР первые ядерные испытания на полигоне произошли только спустя 4 года — 29 августа 1949 года. С тех пор у двух крупнейших держав были технологии, которые позволили не только запугивать друг друга своей силой, но и работать на благо мирного атома и применения этой разрушительной силы для того, чтобы нести свет и тепло в каждый дом.
Первая атомная электростанция была запущена в 1954 году в районе города Обнинск Московской области. Идейным вдохновителем и руководителем проекта был знаменитый советский физик, академик АН СССР и по совместительству “отец” советской атомной бомбы Игорь Курчатов.
Игорь Курчатов за работой.
Сколько энергии вырабатывает АЭС
Конечно, ту первую атомную станцию сложно сравнивать с современными, но именно она положила начало новому способу получения энергии, как первый iPhone запустил процесс смартфоностроения, а Ford T массовое производство автомобилей.
С тех пор количество атомных станций в мире сильно увеличилось и достигло 192 штук (суммарно 438 энергоблоков) в 31 стране мира. 10 атомных станций находится в России (суммарно 33 энергоблока). По этому показателю наша страна занимает восьмое место в мире, а по мощности — четвертое.
Суммарная мощность реакторов составляет примерно 392 ГВт. В числе лидер ов находятся США (103 ГВт), Франция (66 ГВт), Япония (46 ГВт), Россия (25 ГВт) и Южная Корея (21 ГВт). По статистике именно атомные станции обеспечивают 16 процентов потребляемой электроэнергии в мире.
Высокий интерес к атомным электростанциям и их широкое применение вызвано тем, что их КПД составляет 40-45 процентов и более, а риски существенно меньше, даже несмотря на все страшные аварии, которые происходили. С одной стороны, кажется, что если взорвется, то мало не покажется, но с другой стороны, жертв на 1 полученный киловатт по статистике у АЭС в 43 раза меньше, чем у тепловых электростанций.
Тепловая электростанция тоже то еще сооружение.
Опасны ли атомные станции
В итоге мы получаем ситуацию, при которой атомная энергетика напоминает ситуацию с самолетами. Их многие боятся, но в реальности риск просто умереть на улице в сотни раз выше, чем разбиться на самолете. Просто аварии вызывают большой резонанс и разово погибает больше людей, но такие аварии случаются редко.
Кроме систем самой атомной станции, о которых мы поговорим ниже, они сопровождаются серьезными мерами предосторожности. Признаюсь честно, когда я находился рядом с Воронежской АЭС мне было немного не по себе, но когда я собрал побольше информации, я понял, что переоценивал ситуацию.
Вокруг любой атомной станции есть как минимум 30-километровая зона, в которой постоянно производится мониторинг ситуации и экологической обстановки. Это не зона отчуждения, так как в ней можно жить людям и даже заниматься земледелием. Ограничения касаются только трехкилометровой зоны в непосредственной близости от станции. Но это опять же сделано только с целью обеспечения дополнительной безопасности, а не из-за того, что там опасно находиться.
Так выглядит зона безопасности вокруг Балаковской АЭС.
Наверное, самым опасным периодом работы станции является момент загрузки топлива. Именно в этот момент реактор открывается и есть небольшой риск попадания радиоактивных отходов в воздух. Правда, делается это не часто (в среднем один раз в год) и выброс будет очень незначительным.
На чем работает атомная станция
Основным элементом, на котором работают атомные станции, является уран-235, который загружается в реактор в специальных картриджах, которые называются тепловыделяющими элементами (ТВЭЛ). В одном реакторе их может быть несколько десятков и даже сотен.
ТВЭЛ доставляют к реактору на специальных платформах, а загружают их в него краном. Этот же кран участвовал в строительстве станции и погружал в специальную капсулу сам реактор.
Кстати, название ТВЭЛ получила компания, которая занимается производством ядерного топлива.
В год средний реактор использует около десяти килограмм топлива. Именно такой небольшой объем выделяет то количество энергии, которое и производит станция. Если говорить о производительности ядерного топлива, можно сказать, что один грамм урана-235 позволяет получить столько же энергии, сколько от сжигания топлива произведенного из двух тонн нефти. В итоге, всего десять килограмм топлива являются эквивалентом примерно семисот цистерн нефти.
Это только 15 цистерн, а аналогом 10 кг ядерного топлива является почти 700 цистерн.
Какими бывают атомные станции
Многие думают, что именно радиоактивное топливо вырабатывает электрическую энергию, но это не совсем так. Точнее, это совсем не так.
Работу атомной электростанции можно разделить на три основных этапа. На первом этапе энергия деления атома переводится в тепловую энергию. На следующем этапе тепловая энергия переводится в механическую. После этого превращение механической энергии в электричество становится делом техники.
Еще больше всего интересного вы можете узнать из нашего новостного канала в Telegram. Это бесплатно!
Реакторы делятся на три основных типа: одноконтурные, двухконтурные, трехконтурные. В начале разберемся, как работает двухконтурная схема, а чуть позже на ее примере посмотрим, как работают остальные типы.
Как работает атомная станция
Начальным этапом выделения энергии является, как я уже говорил выше, реактор. Он помещен в специальный закрытый контур, который называется первым. Им является, по сути, большая кастрюля, а точнее скороварка, так как жидкости внутри нее находятся под большим давлением. Так получается увеличить температуру кипения и повысить температуру работы всего первого контура.
Капсула, в которой находится реактор, называется гермообъем и имеет толстые стенки (не менее 15 сантиметров). Это позволяет удержать внутри большое давление и не дает радиации выйти наружу.
Упрощенно схема АЭС выглядит так.
Чтобы этого не происходило, внутри ректора есть специальные стержни с бором, которые очень хорошо поглощают нейтроны и тормозят реакцию. Стержни имеют длину в несколько метров и постоянно то входят в реактор, то выходят из него, регулируя тем самым коэффициент деления нейтронов и, как следствие, скорость реакции. Если этот коэффициент меньше единицы, реакция тормозится, если больше — ускоряется, а если равен единице, то система сама поддерживает свою работу. Этой единицы и надо добиваться для стабильной работы реактора.
После того, как реактор нагрел воду внутри первого контура до температуры около 450 градусов, она проходит через трубку теплообменника и моментально нагревает воду второго контура. Та в свою очередь попадает в испаритель и уже водяной пар с температурой около 350-400 градусов раскручивает огромную турбину до 3000 оборотов в минуту. Именно эта турбина и вырабатывает электричество, которое по проводам уходит в электросеть.
Полная изоляция первого контура от второго позволяет добиться защиты рабочей жидкости и сточных вод от радиоактивного загрязнения. Это позволяет легко охлаждать жидкость для дальнейшей ее работы, ведь раскрутка турбины на является последним этапом работы второго контура.
После того, как водяной пар раскрутит лопатки турбины, он попадает в специальные конденсаторы, которые представляют из себя большие камеры. В них пар остывает и превращается в воду.
Так выглядит турбина АЭС производства Mitsubishi.
Пока температура воды все равно очень высокая и ее надо еще охладить. Для этого она или напрямую или через специальный канал поступает в градирню. Это такая труба, которую можно увидеть и на территории тепловых электростанций. Она имеет высоту около 70 метров, большой диаметр и сужается к верху. Обычно из нее валят клубы белого пара. Многие думают, что это дым, но это именно пар. Вода с температурой, близкой к температуре кипения, распыляется в основании этой трубы и, смешиваясь с поступающим с улицы воздухом, парит и охлаждается. Средняя градирня может охладить до 20 000 кубометров воды в час или около 450 000 кубометров в сутки
После охлаждения, вода специальными насосами подается обратно в систему для нагрева и испарения. Так как воды требуется очень много, атомные станции сопровождаются достаточно большими водоемами и иногда разветвленной системой каналов. Это позволяет станции работать без перебоев.
Теперь можно вернуться к одноконтурным и трехконтурным АЭС. Первые имеют более простую конструкцию, так как у них нет второго контура и турбина раскручивается непосредственно нагретой реактором водой. Трудность заключается в том, что воду надо как-то очищать и такие станции менее экологичны.
Трехконтурную схему применяют на атомных станциях, оснащенных реакторами на быстрых нейтронах. Они считаются более перспективными, но должны комплектоваться дополнительным контуром, чтобы исключить контакт радиоактивного натрия с водой. В дополнительном контуре находится нерадиоктивный натрий.
Конечно, приведенная схема является примерной и упрощенной. Кроме этого, на станции есть различные технические строения, командный пульт, большое количество защитных систем, которые многократно дублируются, и другие вспомогательные системы. Кроме этого, на одной станции находится несколько энергоблоков, что тоже усложняет процесс ее контроля.
На территории атомной станции очень много разных строений. Балаковская АЭС.
На самом деле современная станция может не просто работать в автоматическом режиме, но и делать это вообще без человека. По крайней мере, это касается процесса управления энергоблоком. Человек нужен для контроля и внесения корректировок в работу в случае внештатной ситуации. Риск ее возникновения очень низкий, но на всякий случай за пультом дежурят специалисты.
Аварии с радиоактивными выбросами
Если уж мы заговорили об авариях на атомных станциях, давайте обсудим, как они классифицируются и какие их них были самыми крупными.
Для классификации аварий по их серьезности и силе воздействия на человека и природу они делятся на 7 степеней по Международной шкале ядерных событий, получая определенный уровень INES. На основании этого уровня можно судить был ли причинен вред людям и насколько было повреждено оборудование самой станции. Далеко не все уровни считаются опасными.
Раз уж заговорили об авариях, стоит упомянуть и первую аварию с радиоактивным загрязнением. Оно произошло в Чок-Ривер лаборатории 12 декабря 1952 года.
Произошло оно вследствие ряда ошибок оператора и сбоев в системе аварийной остановки. Реактор в лаборатории вышел в надкритический режим работы. Цепная реакция сама себя поддерживала и выделение энергии в несколько раз превысило норму. В итоге активная зона была повреждена и радиоактивные продукты деления с большим периодом полураспада вместе с массой охлаждающей воды вылились в подвальное помещение. За год работы реактор был полностью восстановлен.
Как видим, аварии случаются и иногда их масштабы устрашают, но все равно по статистике работа АЭС гораздо безопаснее и несет меньше вреда, чем сжигание топлива. Разница экологичности уже достигает трех-четырехкратного уровня. На подходе термоядерные реакторы, которые должны сделать процесс еще более экологичным. Пока, по большому счету, проблема только в отработанном топливе. Его надо как-то деактивировать и захоранивать. Ученые работают над этим. Будем надеяться, что они решат эту проблему.
Немного об АЭС
Несмотря на то, что долгие годы не утихают споры вокруг атомных электростанций, большинство людей мало представляют себе, что это вообще за зверь, хотя наверняка знают какую-нибудь легенду про АЭС. В статье я попытаюсь в общих чертах рассказать, как это все работает. Каких-то тайн и разоблачений ждать не стоит, но, надеюсь, кто-нибудь узнает для себя что-то новенькое.
Все фотографии взяты из открытых источников. В статье будет описываются реакторы типа ВВЭР (водо-водяные энергетические реакторы), как самые распространенные.
Принцип работы
В активную зону реактора загружены тепловыделяющие сборки, состоящие из пучка циркониевых тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), заполненных таблетками двуокиси урана.
Тепловыделяющая сборка в натуральную величину
Реактор с загруженными тепловыделяющими сборками
В ходе протекания цепной реакции выделяется большое количество энергии в виде тепла, которое нагревает теплоноситель первого контура — воду, которая подается снизу в активную зону реактора с помощью главных циркуляционных насосов (ГЦН). Нагреваясь до температуры 322 °С вода поступает в парогенератор (теплообменник), где, пройдя по тысячам теплообменных трубок и отдав часть тепла воде второго контура, вновь поступает в активную зону. Так как давление второго контура ниже, вода в парогенераторе вскипает, образуя пар с температурой 274°С, который поступает на турбину. Поступая в цилиндр высокого давления, а затем в три цилиндра низкого давления, пар раскручивает турбину, которая, в свою очередь, вращает генератор, вырабатывая электричество. Отработанный пар поступает в конденсатор, в котором он, как нетрудно догадаться, конденсируется с помощью холодной воды из пруда-охладителя или градирни и вновь возвращается в парогенератор с помощью питательных насосов.
Турбинное отделение и сама турбина
Такая сложная двухконтурная система создана для того, чтобы оградить оборудование (турбина, конденсатор), а также окружающую среду от попадания радиоактивных частиц из первого контура, появление которых возможно из-за коррозии оборудования, наведенной радиоактивности, а также разгерметизации оболочек ТВЭЛов.
Брызгальный бассейн охлаждения резервных дизельных генераторов и систем безопасности
Управление блоками осуществляется из блочного щита управления, который обычно завораживает простого обывателя обилием «огоньков, крутилок и кнопочек».
Расположен он в реакторном отделении, но в «чистой зоне» и на нем постоянно находятся: ведущий инженер по управлению реактором, ведущий инженер по управлению турбинами, ведущий инженер по управлению блоком и начальник смены блока.
Вокруг атомной станции организуется зона наблюдения (та самая тридцатикилометровая зона), в которой ведется постоянный мониторинг радиационной обстановки. Также существует санитарно-защитная зона радиусом 3 км (зависит от проектной мощности АЭС), в которой запрещено проживание людей, а также ограничена сельскохозяйственная деятельность.
Внутренняя территория АЭС разделена на две зоны: зона свободного доступа (чистая зона), где воздействие радиационных факторов на персонал практически исключено, и зону контролируемого доступа (ЗКД), где возможно воздействие радиации на персонал.
Доступ в ЗКД разрешен далеко не всем и возможен только через помещение санпропускника, после процедуры переодевания в спец. одежду и получения индивидуального дозиметра. Доступ в гермооболочку, в которой расположены сам реактор и оборудование первого контура, при работе реактора на мощности вообще запрещен и возможен лишь в исключительных случаях. Получаемые дозы работников АЭС строго фиксируются и нормируются, хотя фактическое облучение при нормальной работе реактора в сотни раз меньше предельных доз.
Дозиметрический контроль на выходе из ЗКД
Выбросы
Наверное, самое большое число слухов и домыслов ходят вокруг выбросов атомных станций. Выбросы действительно есть и происходят они, в основном, через вентиляционные трубы — это те самые трубы, которые стоят возле каждого энергоблока и никогда не дымят. По большей части, в атмосферу попадают инертные радиоактивные газы — ксенон, криптон и аргон.
Но перед сбросом в атмосферу воздух из помещений АЭС проходит систему сложных фильтров, где удаляется большая часть радионуклидов. Короткоживущие изотопы распадаются еще до того, как газы достигнут верха трубы, еще больше снижая радиоактивность. В итоге, вклад в естественный радиационный фон газоаэрозольных выбросов АЭС в атмосферу незначителен и им вообще можно пренебречь. Поэтому атомная энергия является одной из самых чистых, в сравнении с другими электростанциями. В любом случае, все радиоактивные выбросы атомных станций строго контролируются экологами и разрабатываются способы дальнейшего их снижения.
Безопасность
Все системы атомной станции проектируются и работают с учетом многочисленных принципов безопасности. Например, концепция глубоко эшелонированной защиты подразумевает наличие нескольких барьеров на пути распространения ионизирующего излучения и радиоактивных веществ в окружающую среду. Очень похоже на принцип Кащея Бессмертного: топливо сгруппировано в таблетки, которые находятся в циркониевых ТВЭЛах, которые помещены в стальной корпус реактора, который помещен в железобетонную гермооболочку. Таким образом, разрушение одного из барьеров компенсируется следующим. Делается все, чтобы при любой аварии радиоактивные вещества не вышли за пределы зоны контролируемого доступа.
Также, все системы имеют двух- и трехкратное резервирование, в соответствии с принципом единичного отказа, по которому система должна бесперебойно выполнять свои функции даже при отказе любого ее элемента. Вместе с этим применяется принцип разнообразия, то есть использования систем, имеющих разные принципы работы. Например, при срабатывании аварийной защиты в активную зону реактора падают стержни-поглотители и в теплоноситель первого контура дополнительно впрыскивается борная кислота.
Энергоблоки регулярно выводятся в планово-предупредительные ремонты (ППР), в периоды которых происходит перегрузка топлива, а также производится диагностика, ремонт и замена оборудования, модернизация оборудования. Один раз в четыре года работающий энергоблок выводится в капитальный ППР с полной выгрузкой ядерного топлива из активной зоны реактора, обследованием и испытанием внутрикорпусных устройств, а также испытания корпуса реактора на прочность.
На работу некоторых систем безопасности можно посмотреть на интерактивной презентации с сайта Росэнергоатома.
А можно виртуально побродить по Балаковской АЭС.