Nhà máy điện hạt nhân. Các nhà máy điện hạt nhân của Ukraine. Nhà máy điện hạt nhân ở Nga

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Nhu cầu năng lượng hiện đại của nhân loại đang tăng với tốc độ khổng lồ. Mức tiêu thụ của nó cho các thành phố chiếu sáng, cho công nghiệp và các nhu cầu khác của nền kinh tế quốc dân ngày càng tăng. Theo đó, ngày càng nhiều muội than từ việc đốt than và dầu đốt được thải vào khí quyển, và hiệu ứng nhà kính tăng lên. Ngoài ra, ngày càng có nhiều lời bàn tán trong những năm gần đây về sự ra đời của xe điện, điều này cũng sẽ góp phần làm tăng mức tiêu thụ điện.

Thật không may, các HPP thân thiện với môi trường không thể đáp ứng nhu cầu khổng lồ như vậy, và việc tăng thêm số lượng nhà máy nhiệt điện và nhà máy nhiệt điện đơn giản là không nên. Làm gì trong trường hợp này? Và không có nhiều thứ để lựa chọn: các nhà máy điện hạt nhân, nếu được vận hành đúng cách, là một cách tuyệt vời để thoát khỏi tình trạng bế tắc về năng lượng.

Bất chấp những gì đã xảy ra ở Chernobyl, ngay cảLưu ý đến những thất bại gần đây của người Nhật, các nhà khoa học trên thế giới nhận ra rằng nguyên tử hòa bình là giải pháp duy nhất cho cuộc khủng hoảng năng lượng đang đến gần hiện nay. Các nguồn năng lượng thay thế được quảng cáo rộng rãi không cung cấp dù chỉ một phần trăm lượng điện mà thế giới cần hàng ngày.

Bên cạnh đó, ngay cả vụ nổ nhà máy điện hạt nhân ở Chernobyl cũng không gây ra một phần trăm thiệt hại cho môi trường, điều này được ghi nhận ngay cả với một thảm họa trên giàn khoan dầu. Sự cố BP là một xác nhận rõ ràng về điều này.

Nguyên lý hoạt động của lò phản ứng hạt nhân

Nguồn nhiệt là các nguyên tố nhiên liệu - TVEL. Trên thực tế, đây là những ống được làm bằng hợp kim zirconi, có thể bị thoái hóa nhẹ ngay cả trong vùng hoạt động phân hạch của các nguyên tử. Bên trong được đặt các viên uranium dioxide hoặc các hạt hợp kim của uranium và molypden. Bên trong lò phản ứng, các ống này được lắp ráp thành các cụm, mỗi cụm chứa 18 phần tử nhiên liệu.

Tổng cộng có thể có gần hai nghìn cụm lắp ráp và chúng được đặt trong các kênh bên trong khối xây bằng than chì. Nhiệt giải phóng được thu bằng chất làm mát, và trong các nhà máy điện hạt nhân hiện đại có hai mạch tuần hoàn. Trong trường hợp thứ hai, nước không tương tác với lõi lò phản ứng theo bất kỳ cách nào, điều này làm tăng đáng kể độ an toàn của toàn bộ cấu trúc. Bản thân lò phản ứng nằm trong một trục và một viên nang đặc biệt được tạo ra cho khối xây bằng than chì từ cùng một hợp kim zirconium (dày 30 mm).

Toàn bộ cấu trúc nằm trên một nền bê tông cường độ cao cực kỳ đồ sộ, bên dưới là hồ bơi. Nó dùng để làm mát hạt nhânnhiên liệu trong trường hợp xảy ra tai nạn.

Nguyên tắc hoạt động rất đơn giản: các phần tử nhiên liệu được đốt nóng, nhiệt từ chúng được truyền sang chất làm mát sơ cấp (natri lỏng, đơteri), sau đó năng lượng được chuyển đến mạch thứ cấp, bên trong đó nước sẽ lưu thông theo áp suất rất lớn. Nó ngay lập tức sôi lên và hơi nước làm quay các tuabin của máy phát điện. Sau đó, hơi nước đi vào các thiết bị ngưng tụ, lại chuyển sang trạng thái lỏng, sau đó lại được đưa đến mạch thứ cấp.

Lịch sử Sáng tạo

Vào nửa sau của những năm 1940, Liên Xô đã nỗ lực hết sức để tạo ra các dự án liên quan đến việc sử dụng năng lượng nguyên tử vì mục đích hòa bình. Viện sĩ nổi tiếng Kurchatov, phát biểu tại cuộc họp thường kỳ của Ủy ban Trung ương Đảng CPSU, đã đưa ra đề xuất sử dụng năng lượng nguyên tử để tạo ra điện, thứ mà đất nước đang phục hồi sau một cuộc chiến khủng khiếp, đang rất cần.

Năm 1950, việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân bắt đầu (nhân tiện là đầu tiên trên thế giới), được đặt tại làng Obninskoye, thuộc vùng Kaluga. Bốn năm sau, nhà máy có công suất 5 MW này được khởi động thành công. Sự độc đáo của sự kiện này còn nằm ở chỗ đất nước chúng tôi trở thành quốc gia đầu tiên trên thế giới sử dụng hiệu quả nguyên tử dành riêng cho mục đích hòa bình.

Tiếp tục công việc

Đã bắt đầu vào năm 1958, công việc thiết kế NPP Siberia. Công suất thiết kế tăng ngay 20 lần, lên tới 100 MW. Nhưng sự độc đáo của tình huống này thậm chí không nằm ở chỗ này. Khi bàn giao, công suất hoàn vốn là 600 MW. Các nhà khoa học chỉ trong một vàinhiều năm đã cố gắng cải thiện dự án rất nhiều, và gần đây hiệu suất như vậy dường như hoàn toàn không thể thực hiện được.

Tuy nhiên, các nhà máy điện hạt nhân trong các khu vực mở rộng của Liên minh sau đó mọc lên không kém gì nấm. Vì vậy, một vài năm sau khi nhà máy điện hạt nhân ở Siberia, nhà máy điện hạt nhân Beloyarsk đã được khởi động. Chẳng bao lâu một nhà ga đã được xây dựng ở Voronezh. Năm 1976, nhà máy điện hạt nhân Kursk được đưa vào hoạt động, các lò phản ứng đã được hiện đại hóa nghiêm túc vào năm 2004.

Nhìn chung, các nhà máy điện hạt nhân được xây dựng theo quy hoạch trong suốt thời kỳ hậu chiến. Chỉ có thảm họa Chernobyl mới có thể làm chậm quá trình này.

Mọi thứ ở nước ngoài như thế nào

Không nên cho rằng những phát triển như vậy chỉ được thực hiện ở nước ta. Người Anh đã nhận thức rõ tầm quan trọng của các nhà máy điện hạt nhân, và do đó đã tích cực làm việc theo hướng này. Vì vậy, vào năm 1952, họ đã khởi động dự án phát triển và xây dựng nhà máy điện hạt nhân của riêng mình. Bốn năm sau, thị trấn Calder Hall trở thành thành phố hạt nhân đầu tiên của Anh có nhà máy điện 46 MW của riêng mình. Năm 1955, một nhà máy điện hạt nhân đã được chính thức đưa vào vận hành tại thành phố Shippingport của Mỹ. Công suất của nó là 60 MW. Kể từ đó, các nhà máy điện hạt nhân đã bắt đầu cuộc diễu hành khải hoàn trên khắp thế giới.

Đe doạ đối với nguyên tử hoà bình

Sự hưng phấn đầu tiên từ việc thuần hóa nguyên tử đã sớm bị thay thế bởi sự lo lắng và sợ hãi. Tất nhiên, nhà máy điện hạt nhân Chernobyl là thảm họa nghiêm trọng nhất, nhưng còn có nhà máy Mayak, các vụ tai nạn với lò phản ứng hạt nhân trong tàu ngầm hạt nhân, cũng như các sự cố khác, nhiều sự cố mà chúng ta có thể sẽ không bao giờ biết đến. Hậu quả của những vụ tai nạn nàybuộc người ta phải nghĩ đến việc nâng cao trình độ văn hóa trong việc sử dụng năng lượng nguyên tử. Ngoài ra, nhân loại một lần nữa nhận ra rằng họ không thể chống lại các lực lượng nguyên tố của tự nhiên.

Nhiều nhà khoa học thế giới đã thảo luận trong một thời gian dài về cách làm cho các nhà máy điện hạt nhân an toàn hơn. Tại Moscow vào năm 1989, một đại hội toàn thế giới đã được triệu tập, dựa trên kết quả của cuộc họp, các kết luận đã được rút ra về sự cần thiết phải thắt chặt triệt để kiểm soát đối với năng lượng hạt nhân.

Ngày nay, các cộng đồng toàn cầu đang theo dõi chặt chẽ cách tất cả các thỏa thuận này được tuân thủ. Tuy nhiên, không có lượng quan sát và kiểm soát nào có thể cứu khỏi thảm họa thiên nhiên hoặc sự ngu ngốc tầm thường. Điều này một lần nữa được khẳng định qua tai nạn ở Fukushima-1, hậu quả là hàng trăm triệu tấn nước phóng xạ đã tràn ra Thái Bình Dương. Nhìn chung, Nhật Bản, trong đó nhà máy điện hạt nhân là phương tiện duy nhất cung cấp điện cho nhu cầu khổng lồ của ngành công nghiệp và dân số, đã không từ bỏ chương trình xây dựng nhà máy điện hạt nhân.

Phân loại

Tất cả các nhà máy điện hạt nhân có thể được phân loại theo loại năng lượng được sản xuất, cũng như theo mô hình của lò phản ứng của chúng. Mức độ an toàn, loại công trình cũng như các thông số quan trọng khác cũng được tính đến.

Đây là cách chúng được phân loại theo loại năng lượng được tạo ra:

• Nhà máy điện hạt nhân. Năng lượng duy nhất chúng tạo ra là điện.
• Nhà máy nhiệt điện hạt nhân. Ngoài điện, các cơ sở này còn tạo ra nhiệt, điều này khiến chúng đặc biệt có giá trị để triển khai ở các thành phố phía Bắc. Ở đó, hoạt động của một nhà máy điện hạt nhâncho phép giảm mạnh sự phụ thuộc của khu vực vào nguồn cung cấp nhiên liệu từ các khu vực khác.

Nhiên liệu sử dụng và các đặc điểm khác

Phổ biến nhất là các lò phản ứng hạt nhân sử dụng uranium đã được làm giàu làm nhiên liệu. Chất làm mát là nước nhẹ. Những lò phản ứng như vậy được gọi là lò phản ứng nước nhẹ, và có hai loại trong số chúng. Trong trường hợp đầu tiên, hơi nước được sử dụng để quay các tuabin được hình thành trong lõi lò phản ứng.

Đối với sự hình thành hơi nước trong trường hợp thứ hai, một hệ thống tản nhiệt được sử dụng, do đó nước không đi vào lõi. Nhân tiện, sự phát triển của hệ thống này đã bắt đầu từ những năm 50 của thế kỷ trước, và những phát triển quân sự của Mỹ là cơ sở cho nó. Cũng trong khoảng thời gian đó, Liên Xô đã phát triển một lò phản ứng thuộc loại đầu tiên, nhưng với một hệ thống kiểm duyệt, với vai trò là các thanh graphite được sử dụng.

Đây là cách lò phản ứng làm mát bằng khí xuất hiện, được sử dụng bởi nhiều nhà máy điện hạt nhân ở Nga. Việc xây dựng các trạm của mô hình đặc biệt này được tăng tốc nhanh chóng là do các lò phản ứng đã tạo ra plutonium cấp vũ khí như một sản phẩm phụ. Ngoài ra, ngay cả uranium tự nhiên thông thường, có trữ lượng rất lớn ở nước ta, cũng thích hợp làm nhiên liệu cho loại uranium này.

Một loại lò phản ứng khác khá phổ biến trên thế giới là mô hình nước nặng được cung cấp năng lượng từ uranium tự nhiên. Lúc đầu, các mô hình như vậy được tạo ra bởi hầu hết các quốc gia có quyền tiếp cận các lò phản ứng hạt nhân, nhưngngày nay, chỉ có Canada là trong số những nước khai thác họ, trong ruột của họ có trữ lượng uranium tự nhiên phong phú nhất.

Các lò phản ứng đã được cải tiến như thế nào?

Đầu tiên, thép thông thường được sử dụng để sản xuất vỏ bọc thanh nhiên liệu và các kênh lưu thông. Vào thời điểm đó, người ta vẫn chưa biết đến các hợp kim zirconium, loại hợp kim này phù hợp hơn nhiều cho các mục đích như vậy. Lò phản ứng được làm mát bằng nước được cung cấp dưới áp suất 10 atm.

Hơi nước thoát ra đồng thời có nhiệt độ 280 độ. Tất cả các rãnh chứa các thanh nhiên liệu được làm có thể tháo rời được, vì chúng phải được thay thế tương đối thường xuyên. Thực tế là trong vùng hoạt động của nhiên liệu hạt nhân, các vật liệu bị biến dạng và phá hủy khá nhanh. Trên thực tế, các yếu tố cấu trúc trong lõi được thiết kế trong 30 năm, nhưng trong những trường hợp như vậy, sự lạc quan là không thể chấp nhận được.

Thanh nhiên liệu

Trong trường hợp này, các nhà khoa học quyết định sử dụng một biến thể với hệ thống làm mát hình ống một mặt. Thiết kế này làm giảm đáng kể khả năng các sản phẩm phân hạch đi vào mạch trao đổi nhiệt ngay cả trong trường hợp hỏng phần tử nhiên liệu. Cùng một loại nhiên liệu hạt nhân là hợp kim của uranium và molypden. Giải pháp này có thể tạo ra thiết bị tương đối rẻ tiền và đáng tin cậy có thể hoạt động ổn định ngay cả ở nhiệt độ cao đáng kể.

Chernobyl

Nghe có vẻ kỳ lạ, nhưng Chernobyl khét tiếng, nơi có nhà máy điện hạt nhân đã trở thành biểu tượng của những thảm họa nhân tạo của thế kỷ trước, là một chiến thắng thực sự của khoa học. Vào thời điểm đó, những công nghệ tiên tiến nhất đã được sử dụng trong xây dựng và thiết kế của nó. Riêng công suất của lò phản ứng đã lên tới 3200 MW. Nhiên liệu cũng rất mới: uranium dioxide tự nhiên được làm giàu lần đầu tiên được sử dụng tại nhà máy điện hạt nhân Chernobyl. Một tấn nhiên liệu như vậy chỉ chứa 20 kg uranium-235. Tổng cộng, 180 tấn uranium dioxide đã được nạp vào lò phản ứng. Hiện vẫn chưa biết chính xác ai và vì mục đích gì đã quyết định tiến hành một cuộc thử nghiệm tại nhà ga trái với tất cả các quy tắc an toàn có thể tưởng tượng được.

Nhà máy điện hạt nhân ở Nga

Nếu không có thảm họa Chernobyl, ở nước ta (rất có thể), chương trình xây dựng các nhà máy điện hạt nhân rộng rãi và rộng rãi nhất vẫn sẽ tiếp tục. Trong mọi trường hợp, đây là cách tiếp cận được lên kế hoạch ở Liên Xô.

Nhìn chung, ngay sau Chernobyl, nhiều chương trình bắt đầu được cắt giảm ồ ạt, điều này ngay lập tức dẫn đến việc tăng giá nhiều loại vật liệu mang nhiệt “thân thiện với môi trường”. Ở nhiều khu vực, họ buộc phải quay trở lại việc xây dựng các nhà máy nhiệt điện, (bao gồm cả) thậm chí làm việc bằng than, tiếp tục gây ô nhiễm khủng khiếp bầu không khí của các thành phố lớn.

Tuy nhiên, vào giữa những năm 2000, chính phủ nhận ra sự cần thiết phải phát triển chương trình hạt nhân, vì nếu không có chương trình hạt nhân thì không thể cung cấp đủ lượng năng lượng cần thiết cho nhiều vùng của đất nước chúng ta.

Nước ta hiện nay có bao nhiêu nhà máy điện hạt nhân? Chỉ có mười. Vâng, đây đều là các nhà máy điện hạt nhân của Nga. Nhưng ngay cả con số này cũng tạo ra hơn 16% năng lượng được tiêu thụcông dân của chúng tôi. Công suất của tất cả 33 tổ máy hoạt động như một phần của các nhà máy điện hạt nhân này là 25,2 GW. Gần 37% nhu cầu điện của các khu vực phía Bắc của chúng ta được cung cấp bởi các nhà máy điện hạt nhân.

Một trong những công trình nổi tiếng nhất là nhà máy điện hạt nhân Leningrad, được xây dựng từ năm 1973. Hiện tại, giai đoạn hai đang được xây dựng chuyên sâu, cho phép nâng công suất đầu ra (4 nghìn MW) lên ít nhất hai lần.

NPP Ukraina

Liên Xô đã làm rất nhiều, bao gồm cả việc phát triển năng lượng ở các nước cộng hòa liên minh. Do đó, Lithuania đã có lúc không chỉ nhận được một cơ sở hạ tầng tuyệt vời và rất nhiều doanh nghiệp công nghiệp, mà còn có Ignalina NPP, mà cho đến năm 2005 đã là một “Con gà có dấu” thực sự, cung cấp cho gần như toàn bộ khu vực B altic với giá rẻ (và của riêng nó!) Năng lượng.

Nhưng món quà chính được làm cho Ukraine, quốc gia đã nhận được bốn nhà máy điện cùng một lúc. Zaporozhye NPP nói chung là mạnh nhất ở Châu Âu, cung cấp 6 GW năng lượng cùng một lúc. Nhìn chung, các nhà máy điện hạt nhân của Ukraine mang lại cho nước này cơ hội tự cung cấp điện một cách độc lập, điều mà Lithuania không còn có thể tự hào.

Bây giờ tất cả bốn trạm giống nhau đều đang hoạt động: Zaporozhye, Rivne, South-Ukraine và Khmelnitsky. Trái với suy nghĩ của nhiều người, khối thứ ba của nhà máy điện hạt nhân Chernobyl tiếp tục hoạt động cho đến năm 2000, cung cấp điện thường xuyên cho khu vực. Hiện tại, 46% tổng lượng điện của Ukraine được sản xuất bởi các nhà máy điện hạt nhân của Ukraine.

Tham vọng chính trị kỳ lạ của các nhà chức trách trong nước đã dẫn đến thực tế là vào năm 2011, nó đãquyết định thay thế các nguyên tố nhiên liệu của Nga bằng các nguyên tố của Mỹ. Thử nghiệm đã thất bại hoàn toàn và thiệt hại gần 200 triệu đô la cho ngành công nghiệp Ukraine.

Triển vọng

Ngày nay, lợi ích của nguyên tử hòa bình một lần nữa được ghi nhớ trên toàn thế giới. Toàn bộ thành phố có thể được cung cấp năng lượng từ một nhà máy điện hạt nhân nhỏ và thô sơ, tiêu thụ khoảng 2 tấn nhiên liệu mỗi năm. Trong cùng một khoảng thời gian sẽ phải đốt bao nhiêu khí hoặc than? Vì vậy, triển vọng cho công nghệ này là rất lớn: các loại năng lượng truyền thống không ngừng tăng giá và số lượng của chúng đang giảm dần.