Градирни АЭС

Что такое АЭС и как работает?

ТЭЦ, АЭС, различные заводы для охлаждения самых разнообразных аппаратов используют техническую воду. Очень часто вода циркулирует по замкнутому контуру, поэтому необходимо её эффективное охлаждение после того, как она отберет излишнее тепло от охлаждаемых агрегатов. Градирни в технологическом процессе служат именно для этой цели.

На объектах энергетики объемы водооборотных циклов огромны. Ранее мы писали, для чего требуются градирни на ТЭЦ. Давайте разберемся, как работают охлаждающие установки на АЭС.

Атомная электростанция, или сокращенно АЭС - это ряд технических сооружений, служащих для выработки электроэнергии, получаемой в результате преобразования энергии контролируемой ядерной реакции.

Давайте подробнее разберемся, что же такое атомная электростанция.

Атомные электростанции можно разделить на нескольким критериям:

1. По типу реактора

• Реакторы на тепловых нейтронах
• Реакторы на лёгкой воде
• Реакторы на тяжёлой воде
• Реакторы на быстрых нейтронах
• Термоядерные реакторы

2. По виду вырабатываемой энергии

• Электроэнергия
• Электроэнергия и тепловая энергия

Для получения электроэнергии путем ядерной реакции используются несколько основных радиоактивных веществ – торий, уран, плутоний.

Торий на сегодняшний день не используется как топливо на АЭС, его сложно переработать в тепловые элементы, а дальнейшая переработка очень дорогая.

Плутониевое топливо не применяют в атомной энергетике ввиду того, что это вещество с очень сложным составом, система полноценного и безопасного его применения до сих пор не разработана.

Сегодня в качестве активного элемента используют только уран.

Добывается он несколькими способами:

1. Открытым способом в карьерах

2. Закрытым способом в шахтах

3. Подземным выщелачиванием, при помощи бурения шахт

Самые распространенные способы - карьерный и шахтный. Выщелачивание, хотя и наиболее экологичный и безопасный, менее распространен.

Самые крупные месторождения урана расположены в Австралии, Казахстане, России и Канаде.

В разных странах и разных месторождениях эффективность добычи этого радиоактивного металла может сильно отличаться. Например, в России, в среднем, из одной тонны руды получают около 1,5 килограмм урана.

Для того, чтобы уран стал топливом, он проходит сложный путь.

Для преобразования добываемого урана в топливо, отвечающее требованиям ядерного реактора, нужны еще несколько шагов: преобразование во фторид урана (UF₆), его обогащение и изготовление специальных тепловыделяющих элементов (твэлов).

Сначала при помощи химических реакций добытый оксид урана преобразуют во фторид урана.

На следующем этапе происходит его обогащение - повышается содержание изотопа U-235. Для реакции деления в реакторе требуется увеличить это значение. Для этого существует два основных метода - газодиффузионный и метод газового центрифугирования.

Первый используется только в США, Франции и КНР.

В остальных странах, в том числе Канаде, Казахстане, России, применяется второй способ - центрифугирования.

Затем, из обогащенного урана получают новое соединение - диоксид урана, который под действием высоких температур формуют в небольшие таблетки.

Перед размещением урановых таблеток в реакторе, они укладываются в особые металлические трубки из сплавов циркония — ТВЭлы. Их соединяют в пучки, которые образуют ТВС – тепловыделяющие сборки.

Именно такие ТВС и служат топливными элементами для АЭС.

В одном ядерном реакторе одновременно работают около 10 миллионов урановых таблеток.

 

Зачем на АЭС градирни?

Чтобы понять, как же работает такая станция, более подробно рассмотрим АЭС на двухконтурном водо-водяном энергетическом реакторе (ВВЭР).

Энергия, которая получается в активной зоне реактора при ядерной реакции, передаётся теплоносителю первого контура.

Далее теплоноситель поступает в теплообменник - в нашем случае это парогенератор, где вода второго контура вскипает от его энергии.

Полученный при этом пар направляется на турбины, которые вращают электрогенераторы. После этого пар, потеряв часть энергии, попадает в конденсатор, где охлаждается огромным количеством воды, приходящей как раз из башенной градирни.

Теплоносителем в реакторе может служить не только вода, но и другие вещества, например расплавленный натрий или газ.

При этом может меняться общее количество контуров в зависимости от типа реактора.

Реакторы РБМК (Реактор Большой Мощности Канального типа) используют один водяной контур, а реакторы БН (реактор на Быстрых Нейтронах) — уже два натриевых и один водяной.

Т.к. для конденсации пара требуется очень большое количество охлаждающей воды, то на АЭС чаще всего используют испарительные башенные градирни. Из-за своих гигантских размеров они часто являются самой заметной частью АЭС.

Особенности градирен АЭС

Многие рекорды в мире градирен связаны именно с АЭС. Так, башенная градирня с рекордом высоты, установленная в России, работает на Нововоронежской АЭС-2. Её "рост" составляет внушительные 172,5 метра. Для сравнения, высота Биг Бена в Лондоне - всего 96 метров. Больше интересных фактов про эти огромные охлаждающие установки вы можете узнать, прочитав статью «Интересные факты о градирнях».

Устройство башенных градирен, даже таких огромных, какие используются на атомных электростанциях, не сильно отличается от остальных. В них устанавливается то же самое технологическое оборудование.

Например: ороситель - служит для обеспечения соприкосновения воздушной и водной сред, при котором происходит охлаждение жидкости до требуемых параметров; водоуловитель – предназначен для уменьшения уноса капель воды из градирни; водораспределительная система – равномерно распределяет жидкость по всей площади водоохлаждающей установки.

Поток воздуха, необходимый для эффективного охлаждения оборотной воды, создается за счет естественной тяги, благодаря разнице давлений внизу и наверху установки. В сущности, градирни выполняют ту же функцию, что и водоемы – рассеивают в атмосферу избыточное тепло, выделяющееся при охлаждении воды. Но при этом контур является замкнутым, что значительно улучшает экологический аспект - охладительные установки снижают тепловую нагрузку на водоемы, которые ранее входили в процесс охлаждения технологического оборудования.