Poznaj atom

Czym różni się elektrownia jądrowa od węglowej?

Wtorek 19 czerwca 2012

Zasada działania elektrowni konwencjonalnej opalanej węglem i elektrowni jądrowej jest bardzo podobna. W pierwszym i drugim przypadku procesy przemian energii uzyskanej z energii pierwotnej są niemal identyczne.

Elektrownia konwencjonalna

W elektrowni konwencjonalnej węgiel ze składowiska paliwa trafia za pomocą przenośników taśmowych do znajdujących się w kotłowni zasobników (tzw. bunkrów). Ich pojemność jest tak dobrana, aby ilość znajdującego się w nich węgla wystarczyła na kilka godzin pracy bloku energetycznego z pełną mocą. Paliwo następnie trafia do potężnych młynów węglowych, gdzie w trakcie mielenia miesza się je z gorącym powietrzem. Następnie za pomocą pyłoprzewodów taka mieszanka paliwowo-powietrzna jest kierowana do zamontowanych na ścianie kotła palników, i jest spalana. Elektrownia węglowa o mocy 1000 MW spala rocznie od 3 do 5 milionów ton węgla.

Woda przepływająca przez kocioł, wstępnie podgrzana w regeneracyjnych wymiennikach ciepła, jest podgrzewana jeszcze bardziej za pomocą spalin w podgrzewaczu wody zasilającej (tzw. ekonomizerze). Następnie trafia do separatora pary zwanego walczakiem. Stąd jest kierowana do parownika, gdzie następuje częściowe odparowanie wody. Następnie woda znów trafia do walczaka, gdzie ponownie oddziela się parę od wody.W niektórych konstrukcjach kotłów nie ma separatora pary, a woda z economizera jest kierowana bezpośrednio do parownika. Następnym krokiem jest jeszcze większe podgrzanie pary wodnej w tzw. przegrzewaczach pary, do temperatury rzędu kilkuset stopni Celsjusza.

Tak przygotowana para wodna jest rozprężana w turbinie parowej, zamieniając swoją energię cieplną w energię mechaniczną na wale turbiny. Turbina napędza turbogenerator wytwarzający energię elektryczną. Energia elektryczna jest przekształcana za pomocą transformatora blokowego na wysokie napięcie, dzięki czemu duże jej ilości mogą być przesyłane na dużą odległość. Para rozprężona w turbinie do temperatury ok. 35oC i bardzo niskiego ciśnienia (znacznie niższego od atmosferycznego: 4-6 kPa - kilopaskal) jest skraplana i następnie chłodzona: w chłodni kominowej, lub zbiorniku wodnym - jeziorze, rzece, morzu. Skroplona para wodna jest tłoczona za pomocą pompy zasilającej z powrotem do kotła i w ten sposób cykl się zamyka.

Produktem ubocznym spalania węgla są mocno zanieczyszczone spaliny. Aby temu zaradzić za kotłem umieszczone są elektrofiltry, w których na cząstki popiołu oddziałuje silne pole elektryczne. Dzięki temu „przyklejają się” one do jednej z elektrod, a następnie są zrzucane na dno elektrofiltrów i transportowane do zbiorników popiołu. Sprawność elektrofiltrów wynosi 99 – 99,9%. W wyniku spalania węgla powstają również inne zanieczyszczenia jak np. dwutlenek siarki SO2. Zanim spaliny trafią do komina muszą zostać oczyszczone z tego związku chemicznego w instalacji odsiarczania spalin, w skrócie IOS. Skuteczność najnowszych metod oczyszczania spalin z SO2 wynosi ponad 90%. W ten sposób oczyszczone spaliny trafiają do komina.

Elektrownia z reaktorem wodno-ciśnieniowym (PWR)

W elektrowni jądrowej energia pierwotna powstaje w wyniku reakcji rozszczepienia atomów. Zasadniczą różnicą w budowie elektrowni jądrowej z reaktorem PWR (wodno-ciśnieniowy) jest to, że zamiast kotła jest w niej zainstalowany reaktor, który pełni taką samą funkcję jak kocioł – jest źródłem energii cieplnej, która dalej przechodzi przemiany w inne formy energii.

Paliwo jądrowe – najczęściej dwutlenek uranu UO2, w formie pastylek jest umieszczony w cyrkonowych rurkach (zwanych koszulkami), które są wypełnione paliwem jądrowym (tzw. pręty paliwowe). Pręty paliwowe są łączone w prostokątne lub sześciokątne zestawy (kasety), w których są umieszczone również pręty regulacyjne, zawierające materiał silnie pochłaniający neutrony. Taka kaseta jest ulokowana w zbiorniku ciśnieniowym reaktora w specjalnym koszu. Kosz z umieszczonymi wewnątrz kasetami nazywany jest rdzeniem reaktora.

Podczas eksploatacji elektrowni o mocy 1000 MW w rdzeniu znajduje się około 60-70 ton paliwa jądrowego. Zakłada się, że co 1-2 lata wymienia się 25-33% paliwa na świeże. Do funkcjonowania elektrowni jądrowej przez cały rok wystarczy 20-25 ton paliwa. 96% masy „wypalonego” paliwa nadaje się do ponownego użytku.

Energia cieplna powstała w wyniku reakcji jądrowej jest odbierana za pomocą wody chłodzącej i oddawana w wytwornicy pary. Woda jest następnie z powrotem pompowana do reaktora. Woda obiegu wtórnego, podgrzana wstępnie w regeneracyjnych wymiennikach ciepła, odbiera energię cieplną z obiegu pierwotnego w wytwornicy pary, gdzie odparowuje. Nie ma ona fizycznego kontaktu z wodą chłodzącą reaktor. Dalsza część procesu technologicznego jest analogiczna do elektrowni węglowej (turbina, turbogenerator, skraplacz, pompa zasilająca).

Zapraszamy do lektury artykułu "Jak powstaje energia z atomu?" na naszym portalu.

Rys: Budowa i działanie elektrowni jądrowej
Pobierz rysunek przedstawiający budowę i działanie elektrowni węglowej

Facebook