كيفية عمل محطة الطاقة النووية
مثل محطات الطاقة الحرارية التي تحرق الوقود الأحفوري (النفط والغاز والفحم)
أو الوقود الهيدروليكي (السدود)، محطات الطاقة النووية هي محطات توليد الطاقة.
تقوم محطات الطاقة النووية بتحويل نفس مبادئ التشغيل مثل محطات الطاقة الحرارية:
الحرارة إلى كهرباء.
ومع ذلك، في
محطات الطاقة الحرارية، تحدث هذه الحرارة بسبب الاحتراق التقليدي، بينما
في محطات الطاقة النووية هو الانشطار في النواة الذرية التي يمكن أن تولد
هذه الحرارة. في كلتا الحالتين، والهدف هو تسخين المياه
للحصول على البخار. يسمح لك ضغط البخار بتدوير
التوربينات جنبا إلى جنب مع المولدات التي تولد الكهرباء.
قلب المفاعل
الوقود النووي
يحتوي الوقود
من محطات الطاقة النووية على ذرات نووية، أي الذرات التي يمكن أن تنكسر تحت التأثيرات
النيوترونين، وتنبع ثمنها كميات كبيرة من الطاقة في هذه
العملية. لذلك، يتم تشبيه اسم «الوقود" بالمواد
الأحفورية المحروقة في محطة طاقة حرارية تقليدية. وذرات الانشطار الرئيسية هي
اليورانيوم-233 واليورانيوم-235 والبلوتونيوم-239 والبلوتونيوم-241. ولا
يحدثني حالته الطبيعية سوى اليورانيوم-235. ولذلك، فمن الأكثر شيوعا لاستخدامها
كوقود لمحطات الطاقة النووية. يتم وضع الوقود النووي
في قلب المفاعل.
انشطار
إذا امتصت نواة
اليورانيوم-235 النيوترونات، يمكن تقسيمها إلى قطعتين. هذه الظاهرة، ودعا
«الانشطار"، يولد كمية كبيرة من الطاقة في شكل حرارة. مبدأ المفاعل هو استعادة هذه الحرارة لتسخين
السائل وتوليد البخار الذي ينشط التوربينات. وينتقل
كل انشطار بدوره بين ذرات اليورانيوم
-235 أو البلوتونيوم، مما يسبب نواة النواة الجديدة
لذرات اليورانيوم -235، وبالتالي ينتج سلسلة من ردود الفعل (سقوط الانشطار النووي)
إنشاء. وفي المفاعلات النووية، يتم التحكم فيسلسله التفاعلات
وصيانتها بمعدل ثابت من الانشطار النووي بفضل قضبان التحكم
التي تنظم عدد النيوترونات والوسطاء الذين ينظمون السرعة (إبطاء النيوترونات، وزيادة احتمال الانشطار). تقسيم
غرامان اليورانيوم تنتج حرارة أكثر من حرق النفط.
مولدات التبريد والبخار
لتوليد
الحرارة، تحتاج إلى استعادة الطاقة التي تم إطلاقها في شكل حرارة. لعب
هذا الدور هو المبرد، وهو السائل الذي يمكن أن يكون الغاز أو السائل. يتم تسخين
المبرد في اتصال مع الوقود الذي يسخن عن طريق الانشطار. ومن
خلال الدوران حول شريط اليورانيوم، يتم استرداد الحرارة من الوقود
ونقلاهم قلب المفاعل. في الوقت نفسه، يتم الحفاظ على
درجة الحرارة بقيمة متوافقة مع قدرة قوة المادة التي تشكل
الهيكل.
أنواع مختلفة
من المفاعلات
وتشمل
المفاعلات المفاعلات النيوترونين عالية السرعة (Rangs)
مع عدم وجود وسطاء، والماء المغلي من RBMK السوفياتي،
وثاني أكسيد الكربون للمفاعلات القديمة في التصميم الفرنسي (غاز الجرافيت ناطوران أو "UNGG") أو مفاعلات لمفاعلات تبريد
الغاز المتقدمة (EGR)والمفاعلات الأبدية.، والمفاعلات،
والعديد من أنواع أخرى من المفاعلات. مفاعلات الكندو
(المعروفة أيضا باسم Phares
لأن الصناعة الكندية أيضا مضغوطة بالماء الثقيل المستخدم كطوائل لنقل الحرارة) والماء الثقيل
مثل مفاعلات تبريد الماء الثقيل مثل الممرات
المائية المغلية (BWR) والممرات المائية المضغوطة
(Repo PWR) إلخ.
وتنتج الممرات المائية المضغوطة حوالي ثلثي الطاقة النووية في
العالم.
وفي
فرنسا، تمتلك جميع المفاعلات حاليا 34 مفاعلا تبلغ طاقتها الإنتاجية 900 ميجاواط
(ميغاواط كهربائي)، و20 ميجاواتا من إنتاج 1300 ميجاوات، وأربعة نواتج تبلغ 1450
ميجاوات.
يأخذ هذا التصنيف في الاعتبار عمر الحمل. وتسمى المفاعلات التي
تعمل حاليا بالجيل الثاني (أو أقدم المفاعلات). مغناك
وAGR في المملكة المتحدة). ويطلق على المفاعلات قيد الإنشاء
حاليا (EPR، AP1000)
الجيل الثالث أو الثالث + (أو II+ل CPR1000
الصينية). ويجري التحقيق في مفاعلات الجيل الرابع.
عملية توليد الكهرباء من
محطات الطاقة النووية المضغوطة
في
محطات الطاقة النووية الفرنسية، التي هي جزء من قطاع المياه المضغوطة، والوقود
(الكريات اليورانيوم) تقع في سفن المفاعل يسخن الماء في الدائرة الأولية، وتسخين
المياه في الدائرة المساعدة وتحويلها إلى بخار لتوليد الحرارة بالتناوب.
الدائرة الأساسية: الحرارية ويفضل
يتم تعبئة النظائر235
واليورانيوم "المخصب" قليلا في شكل حبيبات صغيرة مغلفة بقذائف معدنية مختومة
بإحكام ملزمة بالتجميع. وضعت في حاوية الصلب مليئة بالماء،
والتجمع يشك لقلب المفاعل. فهي مقاعد سلسلة من ردود
الفعل التي تحمل إلى درجات حرارة عالية. يتم تسخين
الماء في الحاوية في اتصال معهم وأبقى تحت الضغط، لذلك لا يغلي (مفاعل
REP). تدوري دائرة مغلقة تسمى الدائرة الأساسية.
الدوائر المساعدة: لإنتاج البخار
الماء في
الدائرة الابتدائية ينقل الحرارة إلى المياه المتداولة من الدوائر
المغلقة الأخرى: الدوائر المساعدة. ويتم
هذا التبادل الحراري من خلال مولد البخار. عند عبور النواة، عندما يتعلق
الأمر بالتلامس مع أنبوب يتحرك بواسطة الماء فدائرة أولية
ساخنة، يتم تسخين الماء في الدائرة المساعدة مرة أخرى
وتحويله إلى بخار. هذا البخار يحول التوربينات التي تدفع المولد الذي ينتج
الكهرباء. بعد المرور عبر التوربينات، يتم تبريد
البخار بواسطة دائرة مياه باردة ثالثة، وتحويلها مرة
أخرى إلى ماء، وإعادتها إلى مولد البخار
لدورة جديدة.
دوائر التبريد: بخار التكثيف ونبات الصرف الصحي
يجب تبريد النظام حتى يستمر في العمل. هذا
هو الغرضان الدائرة الثالثة التي ذكرناها للتو. وهي مستقلة
عن الاثنين الآخرين. وتتمثل وظيفتها في
تكثيف البخار الذي يترك التوربينات من خلال جهاز يتكون من آلاف الأنابيب
(المكثفات)حيث تدور المياه الباردة من مصادر خارجية:
الأنهار أو المحيطات. عندما تكون على اتصال مع هذا الأنبوب،
يتم تحويل البخار مرة أخرى إلى الماء. يتم تسخين
الماء في المكثف الذي لا يتلامس مع العناصر المشعة قليلا
إلى أصله.
استخدام برج التبريد أو برج التبريد إذا كان
النهر منخفض جدا أو كنت ترغب في الحد من التدفئة. يتم
تبريد الماء الساخن في المكثف الموزع عند سفح البرج
من خلال تدفق الهواء المتصاعد من البرج. يعود
معظم هذه المياه إلى المكثف، ويتبخر جزء صغير في الغلاف
الجوي، مما يؤدي إلى نبع أبيض يتميز بمحطة للطاقة
النووية (ولكن بعض محطات الطاقة الحرارية لديها نفس نظام التبريد).
المباني الأخرى ودورها في محطات الطاقة النووية
وتتكون محطة
الطاقة النووية من جميع محطات توليد الطاقة. يتوافق
كل جهاز مع مجموعة تثبيت مصممة لتوفير طاقة محددة. وغالبا
ما تتألف محطات الطاقة النووية من مفاعلات متعددة مثبتة في
نفسا لموقع، تعرف أيضا باسم "الوحدات" التي
ليست هي نفسها أم لا.
غرفة العمليات
كل مفاعل لديه
غرفة تحكم. ويقوم المشغلون بمركزية جميع البيانات المتعلقة
بتشغيل المفاعل، ويتطلعون إلى اتخاذ قرارات، لا
سيما فيما يتعلق بتعدي لطاقة المفاعل (زيادة أو خفض طاقة المفاعلات).
يجب أن تعالج
غرفة العمليات الأعطال العرضية بمجرد حدوثها. وبعيدا عن
اختزالهم في أجهزة سلبية لرصد أنظمة التكنولوجيا المؤتمتة للغاية، فإن
أعضاء الفريق متباينون جدا في أنشطتهم (المناقشات
والمناقشات وإدارة مشاكل مختلفة جدا في الوقت الحقيقي
بسبب التشغيل اليومي والعادي للمصانع المعقدة. يقرأ
ويكتب والمكالمات الهاتفية، وما إلى ذلك).
بناء المفاعل
تتكون عادة
من مسكن مغلق (هذه الغرفة مزدوجة لمفاعلات EPR)
تحتوي على وعاء رئيسي يحتوي على قلب المفاعل، ومنظم ضغط
(الحفاظ على الماء في الدائرة الأولية في حالة سائلة)، مولد بخار (اعتمادا
على قوة المحطة) ثلاث أو أربع مضخات أولية (لتعميم سوائل نقل الحرارة) ودوائر نوعية
المياه الأولية (لتعميم سوائل نقل البخار))
وأجزاء من دورة المياه الثانوية.
المباني القابلة للاشتعال
متصلة مبنى
المفاعل، فإنه يعمل على تخزين الوقود النووي قبل أن
يتم تحميلها في نواة (وقود جديد) أو بعد أن يتم تفريغها من النواة
(الوقود المستهلك). ولأن الوقود المستهلك لا يزال يبدد الحرارة
بعد التصريف (بسبب مستويات عالية جدا من
النشاط الإشعاعي)، تستخدم مياه المسبح لتبريد هذا الوقود المستهلك
(يتم استبدال ثلث أو ربع الوقود كل 12 إلى 18 شهرا). يتم تخزين الوقود
في هذا الحوض، والمياه تلعب دورا شاشة الإشعاع.
غرفة المحرك
هناك توربينات
البخار وغرف العمليات المحيطة بها، بما في ذلك
المولدات والمكثفات ومضخات توربو الطعام وغرف التحكم. Véritable
"الدماغ « من القرص النووي. البيانات الرئيسية حول عملية
رقاقة مركزية في غرفة العمليات. هذا هو
المكان الذي يأتي فيه "الترتيب «الذي يرسله المشغل إلى المكونات
والأنظمة المختلفة. يستخدم عنصر التحكم
عن بعد هذا الأتمتة وتكنولوجيا المعلومات بشكل أساسي. هذا
هو مساعدة أساسية للمشغلين. ومع ذلك، فإنها هي التي
تتحمل المسؤولية الكاملة عن إدارة الشريحة وتتخذ القرارات المنصوص
عليها في الإجراء.
محطة ضخ
ومن الضروري تلبية الطلب على المياه.
أهمية المياه
الطاقة النووية تستخدم المياه لتبريد الطلب.
لضمان احتواء النشاط
الإشعاعي فقط داخل الدائرة الأولية، لا يتم خلط المياه الموجودة في الدوائر الأخرى (الدوائر المساعدة ودوائر التبريد).
تعمل
محطات توليد الطاقة ذات البحر العالي أو العمليات
القوية في دوائر مفتوحة: يتم إعادة المياه التي
يتم أخذها بمعدل عشرات M3/s بالكامل
إلى البيئة المائية وتسخينها إلى بضع درجات. إذا
كان النهر لا يتدفق بما فيه الكفاية أو العديد من
محطات توليد الطاقة على مقربة من نفس الممر المائي، تم تجهيز
المحطة مع برج التبريد (يسمى دائرة مغلقة). كمية
المياه التي تمت إزالتها ليست سوى بضعة M3 /
ثانية النظام.
برج تبريد واحد أو أكثر
وهو المبنى
الأكثر وضوحا من الحرارة أو محطات الطاقة النووية. يعمل مبرد الهواء هذا
على تقليل التلوث الحراري لمصدر التبريد من خلال تجهيز محطات الطاقة
فقط التي لا يمكنها تبديد الحرارة المطلوبة للتشغيل. ولا
يوجد في بعض محطات الطاقة النووية مبردات جوية. يتم تبريدها فقط
عن طريق المياه في الأنهار أو البحار.
المفاعلات النووية هي محطات صناعية تستخدم مبدأ الانشطار
النووي لتوليد الكهرباء.
وفي المفاعلات النووية، تحل نواة اليورانيوم محل الوقود
الأحفوري (الفحم والنفط) المستخدم في محطات توليد الطاقة
الحرارية، التي تتحلل وتطلق الطاقة في أشكال حرارية مع نيوترونات أخرى عندما تصطدم
نواة اليورانيوم. يصطدم النيوترون المنبعث بنواة يورانيوم أخرى: التفاعل ذاتي الاستدامة، والذي يسمى سلسلة مردود الفعل.
الحرارة المنبعثة خلال سلسلة التفاعل تستخدم لتوليد بخار
الماء. مثل محطات الطاقة الحرارية، هو البخار الذي يدفع التوربينات والمولدات لتوليد الكهرباء.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 دوائر مستقلة
وتستند هذه العملية على ثلاث دوائر مستقلة مليئة بالماء
وعند تشغيل التبادل الحراري.
- الدائرة الأساسية
(انظر الدائرة الصفراء في الرسم البياني أدناه) هي دائرة مغلقة
تنقل الحرارة المنبعثة منقلب المفاعل إلى مولد بخار (مولد البخار)، والذي يحولها إلى بخار.
- الدائرة المساعدة
(cf. الدائرة
الزرقاء) هيذارة مغلقة التي تجل بالبخار المولدة من مولدات البخار
إلى توربينات المولدات توربو التي تولد الكهرباء. ثم يتم
تحويل البخار في المكثف مرة أخرى إلى ماء.
- توفر دوائر التبريد
(انظر الدوائر الخضراء) المكثفات بالماء البارد وهو من الأنهار أو الأنهار أو المحيطات.
اعتمادا على نموذج المفاعل، يمكن تفريغ الماء من المصدر في
درجة حرارة أعلى قليلا (مفاعل بدون مبرد هواء) أو تبريده بمبرد هواء ثم تغذيته مرة
أخرى في دائرة التبريد (مبرد الهواء والمفاعل).
|
|
مبرد الهواء هو برج مجوف في الوسط، حيث، بطبيعة الحال، يتم
إنشاء تدفق الهواء، والذي يخترق الجزء السفلي ويترك الجزء العلوي. يمتص تدفق
الهواء هذا الحرارة الموجودة في الماء في دائرة التبريد ويوزعها في الغلاف الجوي
في شكل سحابة بخار الماء. ويتم استخراج ما يعادلها من النهر لتحل محل كمية بخار
الماء المنتشرة في الغلاف الجوي. يتم استنساخ العملية باستمرار.
الماء في الدائرة الأولية هو فقط المشعة، والمياه في الدائرة الثانوية والمياه في دائرة التبريد لا تتلامس مع الوقود النووي.
ثلاث ميزات أمان
لضمان التشغيل الآمن للمفاعل، من الضروري الحفاظ على ثلاث
وظائف السلامة في جميع الأوقات.
- السيطرة على سلسلة مردود الفعل. كما أننا نتحدث عن التحكم في التفاعل النيوترونين
للنواة.
- تبريد الوقود النووي. عندما يكون المفاعل قيد التشغيل، من الضروري تبديد
الحرارة المنبعثة من الوقود النووي باستمرار. عند إغلاق المفاعل، يجب إخلاء الحرارة المتبقية التي
تتراجع بعد اكتمال سلسلة التفاعل.
- حصار النشاط الإشعاعي. والهدف من ذلك هو منع انتشار المواد المشعة إلى البيئة وضمان حماية
البشر والبيئة من التأين الإشعاعي.
