Jadrová elektráreň

Jadrová elektráreň Three Mile Island v USA, ktorá sa stala známou po svojej havárii

Jadrová elektráreň alebo atómová elektráreň je výrobňa elektrickej energie resp. technologické zariadenie slúžiace na premenu jadrovej energie na elektrickú energiu.

Skladá sa obvykle z jadrového reaktoru, parnej turbíny s alternátorom a z mnohých ďalších pomocných prevádzok. V princípe ide o parnú elektráreň, v ktorej sa energia získaná jadrovým reaktorom používa na výrobu pary v parogenerátore. Táto para poháňa turbíny, ktoré poháňajú alternátory na výrobu elektrickej energie. Súčasné jadrové elektrárne využívajú ako palivo prevažne obohatený urán, čo je prírodný urán, v ktorom bol zvýšený obsah izotopu ²³⁵U z pôvodných zhruba 0,5 % na 2 – 5 %. Podľa odhadov geológov a OECD vydržia známe a predpokladané zásoby uránu najmenej 270 rokov.

Správny názov

Celosvetovo sa dnes v odborných kruhoch uprednostňuje názov "jadrová elektráreň" (v príslušnom jazyku) pred "atómová elektráreň" (v príslušnom jazyku). Uvádzajú sa najmä dva dôvody: Jednak sa dá argumentovať, že v takejto elektrárni nedochádza k štiepeniu celého atómu ale len jeho jadra, a jednak termín "atómový" často vyvoláva medzi bežným obyvateľstvom asociácie s atómovou bombou (ktorá by sa na druhej strane technicky tiež správnejšie mala volať jadrová bomba). Na Slovensku majú však jadrové elektrárne v názve stále slová "atómová/-é elektráreň/-ne", takže termín "atómová elektráreň" nemožno považovať za nesprávny.

Schéma

Schéma najbežnejšieho typu jadrovej elektrárne s tlakovodným reaktorom

Schéma najbežnejšieho typu jadrovej elektrárne s tlakovodným reaktorom:

1 – Reaktorová hala, uzavretá v nepriepustnom kontajneri.
2 – Chladiaca veža
3 – Tlakovodný reaktor
4 – Riadiace tyče
5 – Kompenzátor objemu
6 – Parogenerátor. V ňom horúca voda pod vysokým tlakom vyrába paru v sekundárnom okruhu.
7 – Palivový zásobník
8 – Turbína – vysokotlakový a nízkotlakový stupeň
9 – Elektrický generátor
10 – Transformačná stanica
11 – Kondenzátor sekundárneho okruhu
12 – Vodná para
13 – Skondenzovaná voda
14 – Prívod vzduchu do chladiacej veže
15 – Odvod teplého vzduchu a pary komínovým efektom
16 – Obehové čerpadlo primárneho okruhu
17 – Napájacie čerpadlo chladiaceho okruhu
18 – Primárny okruh (voda iba kvapalná pod vysokým tlakom)
19 – Sekundárny okruh (červeno označená para, modro voda)
20 – Oblaky vzniknuté kondenzáciou vyparenej chladiacej vody
21 – Obehové čerpadlo sekundárneho okruhu

Princíp činnosti

Palivo v podobe palivových kaziet je umiestnené v tlakovej nádobe reaktora, do ktorého prúdi chemicky upravená voda. Voda preteká kanálikmi v palivových kazetách a odvádza teplo, ktoré vzniká pri štiepnej reakcii. Voda z reaktora vystupuje s teplotou asi 297°C a prechádza horúcou vetvou primárneho potrubia do tepelného výmenníka - parogenerátora.

V parogenerátore preteká zväzkom trubiek a odovzdáva teplo vode, ktorá je privádzaná zo sekundárneho okruhu s teplotou 222°C.

Ochladená voda primárneho okruhu sa vracia späť do aktívnej zóny reaktora.

Voda sekundárneho okruhu sa v parogenerátore odparuje a cez parný kolektor sa para odvádza na lopatky turbín. Hriadeľ turbíny je mechanicky spojený s rotorom generátora, ktorý je budený budičom jednosmerného napätia. Vďaka tomu tam vzniká magnetické pole a na troch statorových cievkach generátora sa tam následne indukuje striedavé napätie 15,6 kV.

Transformátor, elektrický netočitý stroj, premieňa - transformuje vyrobené napätie 15,6 kV na napätie vysoké alebo veľmi vysoké (110 kV alebo 400 kV).

Para sa kondenzuje v kondenzátore, tepelnom výmenníku, a vracia sa späť do parogenerátora vo vodnom skupenstve.

História

Na výrobu elektriny sa jadrový reaktor prvý raz využil 20. decembra 1951 vo výskumnej stanici EBR-I pri meste Arco v štáte Idaho v USA. Zariadenie založené na rýchlom množivom reaktore dodávalo spočiatku výkon okolo 100 kW. Prvá atómová elektráreň bola postavená v ZSSR v meste Obninsk. K rozvodnej sieti bola oficiálne pripojená 27. júna 1954. V 5 MW reaktore bol použitý grafit ako moderátor a voda ako chladiace médium. Elektráreň však bola po niekoľkých rokoch odstavená a slúžila iba na výskumné účely. Využitie atómovej energie sa potom rýchlo rozvíjalo. V roku 1960 tvoril inštalovaný výkon menej ako 1 gigawatt (GW), na konci sedemdesiatych rokov už 100 GW, a 300 GW v osemdesiatych rokoch. Od konca osemdesiatych rokov je nárast oveľa slabší a prevažne tvorený výstavbou jadrových elektrární v Číne. V roku 2005 bol inštalovaný výkon 366 GW.

Súčasná situácia

Vo svete

Vo svete pracuje v súčasnosti (2008) v atómových elektrárňach 439 energetických reaktorov, celkový inštalovaný elektrický výkon bol 372059 MW. Ďalších 30 reaktorov je vo výstavbe (najmä v ázijských krajinách, v Rusku, Fínsku, ale aj na Slovensku) a veľa krajín (USA, Bulharsko, Litva) rozhodli o ich novej výstavbe.

Najviac energie z atómových elektrární sa vyrába vo Francúzsku (okolo 80 %), USA, Japonsku a Rusku. Napriek tomu, nepredstavujú reaktory mimoriadne nebezpečenstvo. Výnimkou bol len reaktor typu RBMK, použitý napríklad aj v Černobyle. Napríklad, keby bol v elektrárni Fukušima 1 použitý reaktor typu VVER, nenastali by po tsunami žiadne problémy s chladením, pretože tieto reaktory sú schopné sa chladiť a zastaviť štiepenie aj po výpadku elektrickej energie.

V Česku sú dve jadrové elektrárne, Jadrová elektráreň Temelín a Jadrová elektráreň Dukovany.

Na Slovensku

Na Slovensku sú v prevádzke dve atómové elektrárne, v ktorých sú v komerčnej prevádzke 5 reaktorov s celkovým výkonom 2482 MW, Sú to:

• Atómová elektráreň v Jaslovských Bohuniciach
• Atómová elektráreň v Mochovciach

Spolu atómové elektrárne tvorili 65% celkovej výroby Slovenských elektrární za rok 2010. V roku 2010 vyrobili spolu 14 574 GWh elektrickej energie, čo je 52,6% celkovej výroby na Slovensku. V roku 2025 sa počíta s výrobou 22 426 GWh ročne.

Budúcnosť

Jadrová energetika má nesporne veľkú budúcnosť, hoci v posledných rokoch jej využívanie stagnuje. Zásoby fosílnych palív sa rýchlo míňajú a obnoviteľné zdroje po vyťažení ropy, uhlia a zemného plynu s veľkou pravdepodobnosťou nebudú schopné tieto zdroje zastúpiť bez drastického nárastu cien energií, kým nebude objavený alebo dostupný iný spôsob výroby (najmä kým sa podarí postaviť fúzne reaktory produkujúce viac energie, než sa spotrebuje na ich spustenie). Vo výhľade do bližšej budúcnosti sa plánujú jadrové reaktory 3.+ a neskôr 4. generácie, produkujúce minimum odpadu, bezpečné a lacné. Reaktory 4. generácie budú ako palivo zrejme používať tórium, ktoré je menej radioaktívne, produkuje 10- až 10 000-krát menej radioaktívneho odpadu s dlhou živostnosťou a v normálnych podmienkach nespúšťa reťazovú reakciu. Navyše, známe zásoby tória vystačia na približne 1000 rokov, pretože sa využije všetko vyťažené tórium, na rozdiel od uránu, kde sa využíva len niekoľko izotopov. Urán sa začal používať najmä z dôvodu potreby obohateného uránu na výrobu jadrových zbraní a bolo neekonomické vyvíjať reaktory používajúce iné palivo. Výskumu tóriových reaktorov sa v súčasnosti venuje najmä India.

Odporcovia

Proti využitiu jadrovej energie sa v mnohých krajinách vyspelého sveta zdvihla vlna odporu, založená na obavách z nehody (ako napr. Černobyľská havária, či nedávna havária v jadrovej elektrárni Fukušima 1), strachu z radiácie, rizikách spojených s ich prevádzkou a problémami s jadrovým odpadom. V Rakúsku (1978), Švédsku (1980) a Taliansku (1987) dokonca prebehli referendá, dôsledkom ktorých sa upustilo od využitia jadrovej energie.

Stúpenci

Proti početným skupinám odporcov jadrovej energie stoja početné skupiny stúpencov, ktorí považujú jadrovú energetiku za jediné možné riešenie hroziacej energetickej krízy a globálneho otepľovania. Vidia atómové elektrárne ako jedno z mála ekologicky prijateľných a reálnych riešení energetických problémov pre 21. storočie. Často je spomínaná nutnosť čo najrýchlejšieho vývinu fúzneho reaktora a atómové elektrárne sú považované za jediný prijateľný prostriedok, ktorým sa dá preklenúť prechodné obdobie vývoja a zavádzania tohoto nového zdroja energie. Vďaka prevádzke atómových elektrární nemusí byť ročne vypustených 1,8 mld. ton CO₂. Na Slovensku sú podľa nezávislého výskumu z roku 2008 3/4 obyvateľstva naklonené k ďalšiemu využívaniu jadrovej energie. 68,7% obyvateľov dôveruje v bezpečnosť prevádzky AE na Slovensku, 21,5% nedôveruje.

Iné projekty

Commons

• Commons ponúka multimediálne súbory na tému atómové elektrárne.