Jaderná elektrárna je v principu parní elektrárnou. Jen k ohřevu vody na páru se používá místo uhlí či plynu jaderný reaktor. Jinými slovy využívá tepla vzniklého z přeměny vazebné energie jader těžkých prvků na elektrickou energii. Je složena z jaderného reaktoru, parní turbíny s alternátorem a z mnoha dalších pomocných provozů. Pára pohání parní turbíny, které pohánějí alternátory pro výrobu elektrické energie. Tepelnou energii lze využít i přímo, a to k výrobě vodíku.
Enrico Fermi rozběhl první jadernou reakci vytvořenou člověkem, a to 2. prosince 1942 na univerzitě v Chicagu. A tak vznikl první jaderný reaktor nazvaný Pile-1.
Experimentální reaktoru EBR 1 o výkonu 200 kW v USA poprvé vyrobil elektřinu 20. prosince 1951. Rozsvítil 4 žárovky.
V roce 2019 bylo funkčních 447 jaderných reaktorů v 30 zemích světa s celkovým instalovaným výkonem 392 300 MWe. Staví se 54 bloků s plánovaným výkonem 59 900 MWe.
Největší podíl elektřiny z jaderných elektráren se v roce 2016 vyráběl ve Francii (73 %), na Slovensku (54 %), Ukrajině (52 %), v Belgii (52 %) a Maďarsku (51 %).
Francie má v provozu 99 reaktorů s celkovou kapacitou 63 GWe (pokud nejsou v opravě).
Nejvíce elektřiny z jádra se vyrobí ve Spojených státech amerických. 99 reaktorů v provozu má kapacitu 100 GWe.
Díky provozu jaderných elektráren ročně nemusí být vypuštěno 1,8 mld. t CO2.
V roce 2013 byl podíl elektřiny vyrobené z jádra na celkové spotřebě ve světě 10,8 % – 2 359 TWh elektřiny. Největší podíl na světové spotřebě byl dosažen v roce 1996, 17,6 %. Od té doby nesmyslně klesá.
V České republice dvě jaderné elektrárny Temelín a Dukovany mají celkový výkon 3 760 MW. Tj. asi 35 % celkové spotřeby republiky.
Jaderné elektrárny Temelín a Dukovany v roce 2022 produkují 1 kWh za 25 haléřů! To znamená 250 Kč za 1 MWh. Avšak kvůli pravidlům tvorby ceny na německé energetické burze si 1 MWh kupujete za 2 500–5 500 Kč! Co s tím uděláte?
Jaderné elektrárny dnes používají jako palivo obohacený uran, což je přírodní uran, v němž byl zvýšen obsah izotopu 235U z původních zhruba 0,7 % na 2–6 %. Zásoby máme na stovky let.
Jaderná elektrárna potřebuje běžet v nominálním režimu výkonu. Regulace výkonu je sice možná, v Dukovanech se vyzkoušela regulace až na 50 % nominálního výkonu ovšem z mnoha důvodů není vhodná. Jaderná elektrárna je stabilní a čistě ekologický zdroj, pokud zajistíme její bezpečnost!
A to řeší náš návrh bezpečnosti jaderné elektrárny, konkrétně jejího jaderného reaktoru!
PROTESTY A NEPOCHOPANÍ + NEKOMPETENCE A NESCHOPNOST
Část obyvatelstva ve světě je proti jaderné energetice. Podstatou je strach z havárie reaktoru a z vytváření nebezpečného odpadu. Zatímco u nebezpečného odpadu je tento strach zcela nesmyslný a lze ho jednoduchým vysvětlením problému snadno odbourat, u jaderného reaktoru má své opodstatnění. Zvláště po tom, co jsme byly svědky havárie v ČERNOBYLU a pak ve FUKUŠIMĚ.
Absolutním příkladem odporu je například Rakousko. Už v roce 1978 provedené referendum o jádru dopadlo tak, že téměř hotová jaderná elektrárna Zwentendorf nebude uvedena do provozu (50,5 % hlasů). Místo ní postavilo Rakousko uhelnou elektrárnu Dürnrohr!
Díky tlaků proti jádru Německo již v roce 1998 vytvořilo program pro útlum jaderné energetiky. Program byl sice v roce 2010 z rozhodnutí vlády pozastaven a zrušen a doba provozu jaderných elektráren prodloužena o 8 až 14 let. Tragédie ve Fukušimě Německo vrátila k původnímu programu. Nynější situace s Ruským plynem opět mění názor Německa na jádro.
Proti velké skupině odpůrců jádra stojí její stoupenci, kteří považují jadernou energetiku za jediné reálné řešení hrozící energetické krize a globálního oteplování.
JADERNÝ REAKTOR – JAK TO FUNGUJE
Tlakovodní reaktor – jaderný reaktor s ocelovou tlakovou nádobou (tlak cca 12−16 MPa), jehož moderátorem a zároveň i chladivem je obyčejná voda pod tlakem. Palivem je především obohacený uran (do 5 % U235) nebo směs uranu a plutonia Pu239 ve formě oxidů.
Varný reaktor s ocelovou tlakovou nádobou má podobnou konstrukci jako tlakovodní reaktor, s tím rozdílem, že tlak chladicího média je nižší (cca 7 MPa) a přímo v tlakové nádobě dochází k varu vody a výrobě páry, která proudí z reaktoru přímo do turbíny (jednookruhové provedení).
Těžkovodní reaktor – jaderný reaktor s tlakovými kanály, využívající jako palivo přírodní uran. Moderátorem neutronů a chladicím médiem je těžká voda D2O.
Plynem chlazený reaktor – reaktor využívající přírodní nebo slabě obohacený (pro vylepšený typ reaktoru) kovový uran, grafitový moderátor, a jak již název napovídá, plynné chladivo (oxid uhličitý) protékající několika tisíci kanálů v aktivní zóně.
Vysokoteplotní reaktor – je určitým typem plynem chlazeného reaktoru. Využívá grafitový moderátor a je chlazený inertním plynem – heliem. Velkou výhodou je vysoká výstupní teplota hélia, umožňující použití těchto reaktorů nejen k výrobě elektrické energie, ale i jako tepelného zdroje pro různé technologické procesy (metalurgie, výroba vodíku).
Rychlý reaktor a rychlý množivý reaktor – speciální typ jaderného reaktoru, ve kterém probíhá řízená štěpná reakce působením nezpomalených, rychlých neutronů.
Příklad reaktoru v Temelíně:
Základem jaderného reaktoru je tlaková nádoba s palivem a regulačními prvky. Tlaková nádoba jaderného reaktoru VVER 1000 má průměr 4,5 m a je 10,9 m vysoká. Musí odolávat tlakům přes 15 MPa, proto je její stěna silná 193 mm. Dále má navařenou výstelku uvnitř nádoby o tloušťce 7 mm z austenitické nerezové oceli.
Voda, která chladí aktivní zónu, protéká zdola nahoru.
Palivová tableta je základním palivovým článkem. Tvoří ho váleček z lisovaného oxidu uraničitého UO2 o průměru 7,6 mm, výšce 10−12 mm, který může mít centrální otvor o průměru 1,2 mm nebo i bez něho. Sloupec těchto tablet je dlouhý 3 680 mm a má hmotnost 1,7 kg. Je v trubičce ze zirkonové slitiny a tvoří palivový tzv. proutek. Zirkon je vysoce odolný vůči korozi a minimalizuje záchyt neutronů. Obal je na obou koncích hermeticky uzavřen. Hélium vyplňuje prostor mezi tabletami a obalem a spolu se stěnou obalu slouží jako bariéra proti úniku radiace.
Palivové soubory jsou složeny z výše uvedených palivových proutků. Reaktor v Temelíně VVER 1000 má 4,5 m dlouhý soubor 312 palivových proutků. Má centrální měřicí trubku. Dále 18 rovnoměrně rozmístěných vodicích trubek pro zasouvání tlumicích tyčí, které louží ke spouštění či zastavení jaderné štěpné reakce v reaktoru.
Jaderný rektor Temelín
(video- https://youtu.be/UtMcKb0197Y)
Simulátor jaderného reaktoru
Malé reaktory
Malý reaktor je zařízení o elektrickém výkonu do 300 megawattů.
Podle studie ÚJV Řež a ČVUT návratnost investice do teplárny s malými jadernými reaktory, která by vytápěla část Prahy, je cca 8 let.
Parametry reaktoru jaderné elektrárny Temelín
| REAKTOR HETEROGENNÍ, TLAKOVODNÍ | |
|---|---|
| Typ reaktoru | 320 |
| Nominální tepelný výkon | 3 000 MWt |
| Celková výška reaktoru | 30 m |
| Tlaková nádoba | nízkolegovaná uhlíková ocel |
| – výška tlakové nádoby | 10,9 m |
| – vnější průměr nádoby | 4,5 m |
| – vnitřní průměr nádoby | 4,1 m |
| – tloušťka stěny nádoby | 193 mm |
| – hmotnost tlakové nádoby | 322 t |
| – celková hmotnost reaktoru bez chladiva cca | 800 t |
| AKTIVNÍ ZÓNA | |
|---|---|
| – výška aktivní zóny | 3,53 m |
| – průměr aktivní zóny | 3,16 m |
| – hmotnost vsázky paliva | 86 t |
| – obohacení paliva | 0,7–5 % U235 |
| – počet palivových kazet | 163 ks |
| – hmotnost palivové kazety | 750 kg |
| – hmotnost paliva v jedné kazetě | 527 kg |
| HMOTNOST PALIVA CELKEM | 85 901 KG!!!! |
|---|---|
| – počet palivových proutků v kazetě | 312 ks |
| – regulační orgány tyče (klastry) | kazety |
| SYSTÉM CHLAZENÍ REAKTORU | |
|---|---|
| – počet chladicích smyček | 4 ks |
| – nominální pracovní tlak | 15,7 MPa |
| – teplota chladiva na vstupu do aktivní zóny | 290 °C |
| – teplota na výstupu z aktivní zóny | 20 °C |
| – objem primárního chladiva | 337 m3 |
| – průtok chladiva reaktorem | 88 000 m3/h |
| – vnitřní průměr hlavního cirkulačního potrubí | 850 mm |
| – vnější průměr hlavního cirkulačního potrubí | 995 mm |
V ČEM JE TEDY PROBLÉM S BEZPEČNOSTÍ JADERNÉ ELEKTRÁRNY?
Reaktor se spouští vytažením tyčí, které blokují jadernou reakci.
Tak se i vypíná, tedy zasunutím tyčí blokujících jadernou reakci paliva v reaktoru
Což vidíte i na videu:
(video – https://youtu.be/UtMcKb0197Y)
Zásadní problém nastává, pokud se reaktor z nějakého důvodu přehřeje, není dostatečně chlazen a včas nejsou zasunuty tlumicí tyče. Pak dojde k tomu, že materiál palivových článků souborů a vnitřní konstrukce reaktoru se vlivem vysokých teplot deformuje a tlumicí tyče již prostě nejde zasunout. Také může dojít k poruše chladicího systému či zařízení, které tyče do reaktoru zasouvá.
Výkon reaktoru v Temelíně je 1 000 MW, od roku 2012 1 055 MW elektrického výkonu. On ovšem žádnou elektřinu nevyrábí! Ve skutečnosti je to přepočtený tepelný výkon. Tepelný výkon tohoto jednoho reaktoru (v Temelíně jsou 2) je cca 3 000 MW. Těchto 3 000 MW tepla ohřívá vodu na páru, ta jde na turbínu a ta dává energii alternátoru, který vyrábí elektrickou energii. Vlastně je tady jaderný reaktor místo kotle třeba na uhlí!
Přes všechno ujišťování o pokroku v technologiích máme pořád elektrárny z 19. století, které vyrábí elektřinu pomocí parního stroje (parní turbína je také parní stroj). Akorát že místo tepla ze spáleného uhlí, používáme teplo z jaderné reakce.
Přímou výrobu el. Energie můžeme dosáhnout u fúzního reaktoru, a to až druhého typu!
Tedy pokud něco dává 3 000 MW tepelného výkonu, potřebuje na to nesmírně výkonné chlazení, jinak se to přehřeje.
Další problém je, že ve velkém reaktoru je jaderného paliva opravdu hodně.
V Temelíně cca 90 000 kg.
Jaderná puma Little Boy svržená na Hirošimu měla v sobě 64,15 kg uranu U235 s průměrným obohacením asi 83,5 %. Energie exploze jde dnes odhadnut na 16 kilotun, předpovídaný účinek byl 13,4 kilotuny. Dnes se počítá, že z jednoho kilogramu uranu se může uvolnit až 20 kilotun. Tedy u té hirošimské exploze se uvolnila energie pouze z cca 0,91 kg uranu.
Při jaderné explozi se počítá s uvolněním energie následovně:
- tlaková vlna — 40–60 % celkové uvolněné energie
- tepelné záření — 30–50 % celkové uvolněné energie
- ionizující záření — 5 % celkové uvolněné energie
- radioaktivní látky — 5–10 % celkové uvolněné energie
- elektromagnetický impuls
U jaderného reaktoru nejde ovšem o jadernou explozi, ale o uvolněné množství radioaktivní látky, mimo reaktor do volného prostoru. A té radioaktivní látky je tam opravdu hodně.
A PRO TENTO PROBLÉM MÁME ŘEŠENÍ, KTERÉ JE TŘEBA PATENTOVAT
A TECHNOLOGICKY DOTÁHNOUT!