Branduolinės elektrinės pagrindinis įrenginys yra branduolinis reaktorius, kuriame vyksta sunkiųjų elementų (233U, 235U, 239Pu) branduolių dalijimosi reakcija. Jai vykstant išsiskyrusi šiluminė energija perduodama elektrinės turbinoms šilumnešiu (skysčiu, garais, dujomis) tiesiogiai arba per šilumokaičius. Pirmuoju atveju branduolinė elektrinė turi vieną šilumnešio cirkuliacijos kontūrą, antruoju - 2 arba 3.
Pirmasis (nuo reaktoriaus) kontūras yra radioaktyvus ir turi biologinę apsaugą (apsauginį sluoksnį; dažniausiai iš betono, plieno su neutronus sugeriančiais izotopais, pvz., boru). Dalijantis 1 g urano arba plutonio izotopų branduolių gaunama apie 22,5 MWh energijos.
Branduolinės reakcijos metu išsiskyrusi šiluminė energija verčiama elektros energija (kaip ir šiluminėse elektrinėse); elektrotechniniai įrenginiai yra tokie patys kaip šiluminės elektrinės. Branduolinėje elektrinėje daugiausia naudojami korpusiniai suslėgto vandens ir korpusiniai verdančio vandens šiluminių neutronų reaktoriai.
Branduolinis reaktorius, be biologinės apsaugos, turi avarinio aušinimo, valdymo, energijos generavimo ir tankio pasiskirstymo kontrolės, kuro elementų sandarinimo kontrolės, kanalų aušinimo, vandens debito kontrolės ir reguliavimo, kanalų sandarumo kontrolės sistemas.
Pirmoji branduolinė elektrinė paleista 1954 Rusijoje, Obninske (netoli Maskvos; jos galia 5 MW, neutronų lėtiklis - grafitas, šilumnešis - vanduo).
Ignalinos atominė elektrinė: istorija ir reikšmė
Ignalinos atominė elektrinė (IAE) - vienintelė Baltijos šalyse buvusi branduolinė jėgainė, pastatyta prie sienos su Baltarusija. 1974 m. prasidėjo parengiamieji statybos darbai. 1978 m. kovą pradėti ir rugsėjį užbaigti pirmojo IAE energetinio bloko statybos žemės darbai. 1979 m. baigtas pirmojo bloko „nulinis ciklas“ (pamatų gylis - 7 m).
1979 m. gruodžio 12 d. sovietų vidutinės mašinų pramonės (vad. sredmaš) ministro įsakymu, 10 sąjungos ministerijų ir 45 gamyklos turėjo užtikrinti, kad 1982 m. pradėtų veikti pirmasis blokas. Statant IAE buvo nutiesta 142 km kelių, 50 km geležinkelio bėgių, 390 km ryšio, 334 km elektros energijos perdavimo bei 133 km kanalizacijos linijų, 164 km šilumos tinklų vamzdynų.
Dėl Černobylio avarijos (Černobylio atominėje elektrinėje irgi buvo RBMK reaktoriai), 1986 m. buvo suplanuoti ir 3-4 blokai. Po Černobylio, LTSR vyriausybė kreipėsi į TSRS vyriausybė ir IAE trečiojo bloko statyba buvo užkonservuota, o 1989 m. sustabdyta.
1987 m. birželio 2 d. SSKP partinės kontrolės komitetas pateikė išvadas dėl jėgainės statybos metu padarytų pažeidimų ir LKP CK kontrolės. 1988 m. rugsėjo 16-18 d. prie jėgainės Sąjūdžio iniciatyva surengta akcija „Gyvybės žiedas“ prieš trečiąjį bloką. 1988 m. rugsėjo 30 d. sovietų vidutinės mašinų pramonės ministerija paskelbė sutinkanti konservuoti šio bloko statybą.
1991 m. perėmusi IAE, Lietuva tapo 31-ąja valstybe, naudojančia branduolinę energiją elektros gamybai. IAE gamino 60% Lietuvos elektros, o rekordiniais Lietuvos branduolinei energetikai 1993 m. IAE pagamino 12,26 mlrd. kWh arba 88,1% Lietuvai reikalingos elektros.
2008 m. spalio 12 d. su Seimo rinkimais vyko konsultacinio (patariamojo) pobūdžio referendumas dėl Ignalinos atominės elektrinės darbo pratęsimo. 88,58% dalyvavusiųjų pasisakė už Ignalinos AE darbo pratęsimą.
1983-2009 m. IAE pagaminta 307,9 mln. MWh elektros (pirmame bloke - 136,9 mln., antrame - 170,2 mln.), parduota - 279,8 mln. Lietuvai vykdant stojimo į ES sutarties įsipareigojimus, elektros gamyba nutraukta. 2004 m. gruodžio 31 d. 20:02 išjungtas pirmas blokas, 2009 m. gruodžio 31 d. 22:54 sustabdytas antrasis.
Atominės elektrinės eksploatacijos nutraukimas - paskutinis elektrinės egzistavimo etapas po to, kai ji buvo suprojektuota, pastatyta ir eksploatuota. Išnagrinėti trys galimi išmontavimo strategijų variantai - nedelstinas išmontavimas, atidėtas išmontavimas ir saugi konservacija bei sarkofagas. 2002 m. lapkričio 26 d. Vyriausybė priėmė sprendimą dėl 1-ojo energijos bloko eksploatacijos nutraukimo nedelstino išmontavimo būdu, kad IAE eksploatacijos nutraukimas neturėtų sunkių socialinių, ekonominių, finansinių ir poveikio aplinkai pasekmių.
2011 m. ES pripažino, jog IAE eksploatacijos nutraukimas truks ilgiau, negu leido tuometinės finansinės perspektyvos, ir kad tai yra išskirtinė, Lietuvos dydžio ir ekonominio pajėgumo neatitinkanti finansinė našta.
Lietuvos indėlis į visą eksploatavimo nutraukimo procesą nuo 1999 m. iki 2029 m. sudarytų 12% IAE uždarymui reikalingų pinigų, 320 mln. 182 mln. 138 mln.
Reaktorių tipai ir konstrukcija
Ignalinos AE veikė kanalinio tipo šiluminių neutronų vandens-grafito branduoliniai reaktoriai RBMK-1500. Tada jie buvo laikomi galingiausiais pasaulyje. Šiluminė elektrinės vieno bloko galia - 4800 MW (vėliau apribota iki 4200 MW), elektrinė galia - 1500 MW.
RBMK reaktoriai buvo nesaugūs dėl savo nestabilumo žemos galios režime, teigiamo garinio reaktyvumo koeficiento, grafito galiukų boro valdymo strypuose, lėtos stabdymo eigos. Reaktorius sukurtas spaudžiant penkmečio terminams, pasirenkant lengviausius (suderinamiausius su karine pramone), nesaugius dizaino sprendimus, dažnai naudojant brokuotas medžiagas, eksploatuojamas slepiant visas pirmtakų avarijas (pvz., 1957 m.
Kiekviename energobloke yra patalpos branduolinio kuro transportavimo sistemoms ir valdymo pultams. Svarbiausia reaktoriaus konstrukcijos dalis - grafitinis klojinys su branduoliniu kuru, strypais-sugėrikliais ir gaubiančiomis jį metalo konstrukcijomis - įrengta betoninėje šachtoje. Vertikaliose grafitinio klojinio kolonose yra technologiniai kanalai su branduoliniu kuru, bei valdymo ir apsaugos sistemos kanalai. Klojinys įrengtas ant suvirintos metalinės konstrukcijos, besiremiančios į betoninį pagrindą.
Iš viršaus klojinys perdengiamas viršutiniąja metaline konstrukcija, besiremiančia į biologinės apsaugos žiedinį vandens baką. Ji užpildyta helio ir azoto mišiniu, kad grafitas nesioksiduotų ir būtų geresnis šilumos perdavimas nuo grafito į technologinius kanalus. Numatyta galimybė keisti valdymo - apsaugos ir technologinius kanalus remontuojant, kai reaktorius sustabdytas ir atvėsęs.
Technologiniai kanalai - vamzdžio konstrukcijos, kurių viršutinė ir apatinė dalys pagamintos iš korozijai atsparaus plieno, o vidurinė - iš cirkonio lydinio. Į technologinį kanalą ant pakabos įleidžiama šilumą išskirianti kasetė. Ji sudaryta iš dviejų rinklių, turinčių po 18 šilumą išskiriančių elementų, kurie yra hermetiški cirkonio lydinio vamzdeliai, užpildyti kuro tabletėmis iš urano dioksido.
Šilumos agentas - vanduo - tiekiamas į kiekvieną technologinį kanalą iš apačios. Iš technologinio kanalo šilumos agentas garo vandens mišinio pavidalu patenka į separatorius. Šilumos apykaitai pagerinti ant viršutinės šilumą išskiriančios rinklės įrengtos grotelės - intensifikatoriai.
Šilumą išskiriančios kasetės su išdegusiu kuru iškraunamos ir gabenamos į saugojimo vietą, o į jų vietą įstatomos naujos, veikiant reaktoriui, krovimo mašina, esančia centrinėje salėje. Kuras perkraunamas krovimo mašina veikiant reaktoriui ir nemažinant jo galios. Mašina turi dvi tikslaus nutaikymo į technologinį kanalą sistemas: optinę-televizinę ir kontaktinę.
Skafandras įrengtas ant tiltu judančio vežimėlio. Tiltas savo ruožtu bėgiais gali judėti išilgai centrinės salės.
Dar viena IAE sistema - reaktoriaus valdymo ir apsaugos sistema. Ji patikimai kontroliuoja reaktoriaus darbą ir jo saugią eksploataciją. Reaktoriaus galia ir jos paskirstymas operatyviai reguliuojamas 211 boro karbido šerdžių, esančių reaktoriaus valdymo ir apsaugos sistemos kanaluose. Šerdims aušinti naudojamas specialaus kontūro vanduo. 24 šerdys atlieka greitos avarinės apsaugos funkciją. Dėl šios priežasties Drūkšių ežero pakrantėje, šalia IAE, iškasti du kanalai - ėmimo ir išleidimo.
Turbinos - vieno veleno, dvisrautės (vienas cilindras - aukšto slėgio ir keturi - žemo) su tarpiniu oro perkaitinimu. Generatoriai - trifaziai, 50 Hz dažnio, aušinami vandeniliu ir vandeniu, prijungti prie atvirosios elektros pastotės. Elektrinės daugelio technologinių parametrų operatyvi kontrolė vyksta centralizuotai, padedant informacinei skaičiavimo sistemai. Elektrinė valdoma iš blokinio valdymo skydo. Operatorių darbui vadovauja ir jį koordinuoja elektrinės pamainos viršininkas arba jo pavaduotojas.
Elektrinėje numatyta daugiapakopė technologinių įrenginių apsauga. Sutrikus technologinių įrenginių darbui, pradeda veikti įvairių kategorijų apsauga, kuri užtikrina reaktoriaus galios sumažėjimą iki saugaus lygio 2-4 %/s greičiu. Reaktoriaus valdymo ir apsaugos sistema informuoja operatorių apie reaktoriaus būvį.
Iš viso reaktoriuje sumontuota apie 150 įvairios paskirties neutronų jutiklių. Reaktoriaus galia ir jos paskirstymas reguliuojamas 211 boro karbido šerdžių, esančių reaktoriaus valdymo ir apsaugos sistemos kanaluose. Nuo 2004 m. Šerdims aušinti naudojamas specialaus kontūro vanduo. 40 šerdžių naudojamos valdyti energijos paskirstymui pagal reaktoriaus aktyviosios zonos aukštį. 24 šerdys atlieka greitos avarinės apsaugos funkciją. Esant avarinei situacijai jos į aktyvią zoną įvedamos per 2,5 sekundės.
IAE 2-ame bloke sumontuota antroji stabdymo sistema. Buvo išskirtos strypų grupės, kurios atlieka apsaugos funkcijas ir atlieka valdymo funkcijas. Šių grupių valdymo elektrinės grandinės yra visiškai atskirtos. Informacijos-skaičiavimo sistemos komplekso struktūra - trijų lygių, turinti ESM SM-1M ir SM-2M, bei ryšio su objektu priemones.
Energijos išskyrimo kontrolės ir reguliavimo sistema apima energijos išskyrimo detektorius, kurie neinertiškai matuoja neutronų srauto tankį pagal reaktoriaus aktyviosios zonos spindulį ir aukštį bei informuoja apdorojimo aparatūrą. Šilumą išskiriančių rinklių apvalkalų hermetiškumo kontrolės sistema leidžia nustatyti konkretų technologinį kanalą, kuriame yra pažeista kuro rinklė. Tai yra įrengimas, kuriame sumontuoti scintiliaciniai gama-spektrometriniai jutikliai. Įrenginys juda viršutinių vandens-garo komunikacijų tarpvamzdinėje erdvėje ir skenuoja vamzdyną.
Technologinių kanalų ir valdymo bei apsaugos kanalų sveikumo kontrolės sistema apima dujų temperatūros ir valdymo bei apsaugos sistemos drenažo kanalų temperatūros matavimo daviklius, santykinės drėgmės kontrolės daviklio ir įrengimų, kurie perpumpuoja dujas per aktyviąją zoną. Šilumos agento sunaudojimo reaktoriaus kanaluose kontrolės sistema apima technometrinius daviklius ir aparatūrą, kuri dažnuminį signalą keičia į analoginį.
Vėjo turbinų tipai ir jų palyginimas
Nors straipsnyje pagrindinė tema yra branduolinės jėgainės turbinos, taip pat nagrinėjama vėjo turbinų technologija, siekiant palyginti skirtingus energijos gamybos metodus.
Mūsų dažnai klausia - kokios vėjo jėgainės, t.y. horizontalios ar vertikalios ašies, yra geresnės ir kodėl mes prekiaujame tik horizontalios ašies vėjo jėgainėmis? Iš tiesų, pastaruoju metu yra daug kalbama apie vertikalios ašies vėjo jėgaines, reklamuojama, jog jos yra tylios, ekonomiškos ir puikiai tinka individualių namų ūkiams, ypatingai miestuose.
Yra žinomos dvi vertikalių vėjo jėgainių konstrukcijos. Pirma vadinama Savonijaus rotoriumi (angl. Savonius rotor). Tai kažkas panašaus į perpjautą būgną, o jo dvi dalys atskiriamos ir kraštuose pritvirtinamos prie vertikalios ašies. Panašios konstrukcijos yra anemometrai - vėjo greičio matavimo prietaisai. Tokios jėgainės yra nesudėtingos ir tuo pačiu labai neefektyvios. Jų naudingumo koeficientas siekia 5-10 %, geriausiu atveju 15%.
Kita konstrukcija, tai ortogonalinis arba Darje (angl. Darrieus) vėjaratis su profilinėmis mentėmis arba H-Darje modelis. Darje jėgainės, kitaip nei Savonijaus išrasta konstrukcija, turi aerodinamines mentes. Mentė turi plokščią bei išlenktą dalis ir veikia panašiai, kaip lėktuve. Kai oro srautas pereina per dvi aerodinaminio sparno puses, susidaro, taip vadinama, „kėlimo“ jėga. Kai lėktuvas įsibėgėja pakėlimo take, oro srautas pereina per abi mentės puses ir kėlimo jėga palaipsniui kelia lėktuvą. Vėjo jėgainė naudoja tą patį principą, tik ji neskrenda, kadangi mentės yra pritvirtintos prie generatoriaus veleno. Yra paskaičiuota, jog aerodinaminių sparnų dėka gali būti pasiektas 59.3 % vėjo jėgainės našumas.
Tuo tarpu šiuo metu rinkoje prieinamų horizontalios ašies vėjo jėgainių naudingumo koeficientas yra 25 - 35 %, o vertikalios ašies 20 - 30 %. Skirtumas iš esmės nedidelis, tačiau vertikalios ašies vėjo jėgainės kompensuoja savo mažesnį naudingumo koeficientą didesniu vėjo energijos išnaudojimo koeficientu.
Horizontalios ašies vėjo jėgainės sukasi aplink savo ašį ir pastoviai atsisuka į vėją. Tokie pasisukimai stabdo vėjo jėgainę ir ji iš naujo turi išsisukti. Kai kurie vertikalios ašies vėjo jėgainių gamintojai vietoj guolių naudoja nuolatinius neodimio magnetus, kurie dažnai įrengiami mažos galios horizontalios ašies vėjo jėgainių statoriuose. Tai leidžia 3-5 % padidinti vertikalios ašies vėjo jėgainės našumą, kuris susilygina su horizontalios ašies vėjo jėgainės našumu.
Abejų vėjo jėgainių tipų tarnavimo laikas yra labai panašus. Teisingai eksploatuojant ir aptarnaujant jėgainę, ji turėtų Jums tarnauti 15 - 25 metus. Mūsų parduodamų vėjo jėgainių gamintojai deklaruoja 20 metų tarnavimo laiką.
Vienintelis skirtumas tarp horizontalios ir vertikalios ašies vėjo jėgainių, aptarnavimo prasme, yra toks, kad prižiūrėti reikia skirtingus mazgus, kuriuos veikia didžiausios apkrovos. Horizontalios ašies vėjo jėgainėje didžiausias apkrovas patiria generatoriaus atraminis guolis ir sparnuotės stebulė. Vertikalios ašies vėjo jėgainėje - atraminiai guoliai ir patys sparnai.
Yra daug šnekama, jog vertikalios ašies vėjo jėgainės veikia tyliau. Patikėkite, tai visai nepriklauso nuo jėgainės tipo. Yra labai tylių horizontalios ašies vėjo jėgainių ir garsiai veikiančių vertikalios ašies rotorių.
Šiuo metu vertikalios ašies vėjo jėgainių kaina gerokai viršija horizontalios ašies jėgainių kainą. Ir šis skirtumas dažnai būna dvigubas arba net trigubas. Tiesa pasakius, išskyrus tai, jog vertikalios ašies vėjo jėgainės yra sunkesnės, t.y. reikia sunaudoti daugiau medžiagų jų pagaminimui, neaišku kas sudaro tokį didelį kainų skirtumą.
Internete yra labai daug straipsnių šiuo klausimu ir įvairių palyginimų. Vieni giria vertikalios, kiti horizontalios ašies vėjo jėgaines. Tačiau realybėje didesnių skirtumų už tuos, kuriuos paminėjome šiame straipsnyje, Jus nerasite. Jeigu Jums yra svarbus mūsų patarimas, tuomet siūlytume vertikalios ašies vėjo jėgaines naudoti laukuose, t.y. atvirose vietose, kurioms yra būdingos didelės turbulencijos ir pastoviai besikeičianti vėjo kryptis. Tokiose vietovėse vėjo jėgaines naudingumo efektyvumas smarkiai nukenčia, tačiau naudojant autonominį elektros gamybos būdą, vien tik su saulės jėgaine išsiversti sudėtinga.
Taigi, atsakome kodėl iki šiol neprekiaujame vertikalios ašies vėjo jėgainėmis. Esmė ta, jog vėjo jėgainės, tiek horizontalios, tiek vertikalios ašies, yra pakankamai brangios ir ilgai atsiperka. Mūsų klientais yra pagrinde fiziniai ir juridiniai asmenys, kuriems saulės ar vėjo jėgainės pagamina visą jų veiklai ir gyvenimui reikalingą elektros energiją. Kadangi Lietuvoje saulės jėgainė yra efektyvi net 9 mėn. per metus, tai vėjo jėgaines rekomenduojame statyti tik kaip pagalbinius elektros energijos šaltinius, kurie puikiai papildo saulės energijos trūkumą niūriomis ir vėjuotomis rudens bei žiemos dienomis.
Kaip iš tikrųjų veikia vėjo turbinos: paslėptos paslaptys
Branduolinės energetikos vaidmuo ir ateitis
Branduolinė energetika, nors ir kelianti diskusijas, vis dar išlieka svarbiu pasaulio energetikos sektoriumi. Lietuva, turėdama Ignalinos atominę elektrinę, buvo viena iš valstybių, kurios aktyviai naudojo branduolinę energiją elektros gamybai.
Branduolinės jėgainės turbinos yra esminė grandis, paverčianti reaktoriuje išskiriamą šiluminę energiją elektros energija. Šis procesas, nors ir sudėtingas, leidžia gaminti didelius kiekius elektros energijos be tiesioginių išmetamųjų teršalų į atmosferą, kas yra svarbu kovojant su klimato kaita.
Pasaulyje atominėse elektrinėse energiją dabar gamina 4,5 šimto branduolinių reaktorių. Nelabai turtinga Lietuva, turėdama branduolinę energetiką, stovi prie turtingosios Europos slenksčio. Turtingos pramoninės šalys yra praktiškos. Atominių elektrinių turi visos Vakarų Europos šalys, kurioms jos reikalingos ir kurios pajėgė jas pasistatyti.
Pirmaujančioje Prancūzijoje (60 reaktorių ir 3/4 gaminamos elektros energijos) sukūrus branduolinę energetiką elektros energija tapo nepriklausoma nuo arabų pasaulio naftos. Vokietijos atominių elektrinių 21 reaktorius, kurių galia beveik 10 kartų didesnė už Lietuvos atominės elektrinės galią, gamina apie 30 % elektros energijos.
Dukart mažesnėje už Lietuvą ir daugiau kaip 5 kartus tankiau apgyventoje Belgijoje yra 3 branduolinės elektrinės. Belgija, nors turtinga akmens anglimi, jų jau beveik nekasa, daugiau nei pusę elektros energijos gamina atominės elektrinės. Matyt, tai lemia ne tik uranas iš kažkada valdyto Kongo, bet ir ekonominė nauda bei ekologiniai pranašumai.
Panašiai yra nedidelėje Šveicarijoje, moderniausios gamybos ir tuo pat metu sanatorijų ir turizmo šalyje. Šveicarijoje, kuri turi didelius hidroenergijos išteklius ir efektyviai juos naudoja (apie 400 hidroelektrinių), branduolinė energetika, gaminanti nuo 1/3 iki 2/5 elektros energijos, užima antrą vietą po hidroenergetikos. Šios šalies atominių elektrinių 5 branduolinių reaktorių galia yra artima (truputį didesnė) Ignalinos AE galiai, reaktoriaus vidutinis amžius - jau 23 metai.
Branduolinė energetika visur turi šalininkų ir oponentų. Kaip kažkada sakė prof. habil. dr. Kęstutis Makariūnas: „visą profesinį gyvenimą dirbęs mokslinį darbą jai artimoje fizikos srityje ir sekęs, kiek tai buvo įmanoma, branduolinės energetikos raidą nuo pat jos atsiradimo, galėčiau būti tiek branduolinės energetikos šalininkų, tiek ir oponentų pusių advokatu, gal net geresnis oponentas negu didžiausi priešininkai. Tačiau esu labiau linkęs būti jos draugu, nes branduolinė energija, kaip į laisvę išleistas džinas, atėjo į pasaulį visiems laikams, ir jos ignoruoti neįmanoma.“
Branduolinė energetika, nors sukelia problemų, tačiau duoda daug daugiau naudos. Privalu, kai tai įmanoma, siekti tos naudos taip, kaip tai daroma kitur, o Lietuva, jau turėdama branduolinę energetiką, tai gali. Pagaliau todėl, kad, be branduolinės energijos, žiūrint jau globaliniu mastu ir į tolimesnę ateitį, vargu ar įmanoma vadinamoji subalansuotoji plėtra - gausėjančių planetos gyventojų gyvenimo sąlygų nuolatinis gerėjimas (bent neblogėjimas), tuo pat metu išsaugant gamtą ir tinkamą gyventi aplinką.
tags: #branduolines #jegaines #turbinos