nuklearna elektrana, elektrana u kojoj se toplinska energija proizvedena u nuklearnom reaktoru kontroliranom fisijom uranija ili plutonija, pretvara u električnu. Nuklearne elektrane postoje u 13 zemalja Europske unije (Belgija, Bugarska, Češka, Finska, Francuska, Mađarska, Njemačka, Nizozemska, Rumunjska, Slovačka, Slovenija, Španjolska i Švedska) i proizvele su oko 24,6% ukupne električne energije proizvedene u Europskoj uniji 2020. Najviše električne energije u nuklearnim elektranama proizvedeno je u Francuskoj (51,8%).
Načelo rada
Reaktor se zagrijava kada se brze čestice nastale lančanim reakcijama atomskih jezgri nuklearnoga goriva sudaraju s drugim česticama u reaktoru i predaju im dio svoje kinetičke energije. Toplinska se energija s pomoću vodene pare ili nekoga drugog prijenosnog medija, slično kao i u termoelektrani, termodinamičkim kružnim procesom u turbini pretvara u mehaničku energiju, a turbina pokreće električni generator, u kojem se mehanička energija pretvara u električnu.
Nuklearna elektrana proizvodi električnu energiju po cijeni konkurentnoj proizvodnji u termoelektrani, ali bez ispuštanja plinova koji uzrokuju efekt staklenika i globalno zagrijavanje. Međutim, u procesu lančane reakcije u nuklearnom reaktoru nastaju produkti fisije koji su radioaktivni i štetni za zdravlje. Trajno odlaganje radioaktivnog otpada proizvedenoga radom elektrane nije još u potpunosti riješeno.
Vrste nuklearnih elektrana
Nuklearne elektrane se prema vrsti reaktora, odnosno prema prosječnoj neutronskoj energiji u reaktoru mogu podijeliti na elektrane s brzim oplodnim reaktorima (brzi neutroni) i elektrane s termičkim reaktorima (termički neutroni).
Nuklearne elektrane s brzim oplodnim reaktorom
Nuklearne elektrane s brzim oplodnim reaktorom
(Fast Breeder Reactor, FBR) osim što proizvode električnu energiju, ozračivanjem uranija-238 ili torija-232 s pomoću brzih neutrona, stvaraju više fisibilnog materijala (goriva) nego što ga troše. Nemaju moderator, a hlade se tekućim olovom ili natrijem.
Nuklearne elektrane s termičkim reaktorom
Nuklearne elektrane s termičkim reaktorom
čine veliku većinu nuklearnih elektrana u svijetu. Razlikuju se prema vrsti moderatora neutrona u reaktoru ili prema rashladnomu sredstvu za odvođenje topline iz reaktora: nuklearne elektrane s tlačnim reaktorom, s vrelovodnim reaktorom, s teškovodnim reaktorom pod pritiskom, s naprednim plinskim reaktorom i dr.
Nuklearne elektrane s tlačnim reaktorom (engl. Pressurized Water Reactor, akronim PWR) imaju, ovisno o snazi reaktora, dva, tri ili četiri odvojena rashladna kruga. U primarnome krugu nuklearni reaktor zagrijava rashladnu vodu koja kruži u zatvorenoj petlji sastavljenoj od primarne pumpe, cjevovoda i parogeneratora. Tipični su parametri rashladne vode: tlak 15 do 16 MPa, srednja temperatura 570 do 590 K, promjena temperature u reaktoru 40 do 50 K, volumni protok po petlji oko 6 m³/s. Parogenerator je izmjenjivač topline koji povezuje primarni i sekundarni krug. Na sekundarnoj strani parogeneratora nastaje zasićena para relativno niskoga tlaka (6 do 7 MPa), koja služi za pogon turbine. Sve komponente primarnoga kruga smještene su unutar zaštitne zgrade (engl. containment), koja je projektirana i građena da izdrži tlak koji bi u njoj nastao pri lomu najvećega cjevovoda. U slučaju velikoga kvara, ispuštanje radioaktivnih produkata fisije u okolinu sprječava se tzv. obranom po dubini, koja uključuje sljedeće fizičke barijere: matricu i košuljicu goriva, tlačnu granicu primarnoga kruga i zaštitnu zgradu. Nuklearno gorivo je obogaćeni uranij. Približno polovica svih nuklearnih elektrana radi s tlačnim reaktorom, u kojem je voda pod tlakom ujedno i moderator i rashladno sredstvo. Te je vrste Nuklearna elektrana Krško.
Nuklearne elektrane s vrelovodnim reaktorom (Boiling Water Reactor, BWR) rabe vodu kao moderator neutrona i reaktorsko rashladno sredstvo. Voda isparava u reaktoru i izravno, nema parogeneratora, struji u turbinu gdje obavlja rad, potom se ukapljuje i vraća u reaktorsku posudu. Gorivo je obogaćeni uranij.
Nuklearne elektrane s teškovodnim reaktorom pod pritiskom (Pressurized Heavy Water Moderated Reactor, PHWR) kao moderator neutrona i rashladno sredstvo rabe tešku vodu (deuterijev oksid, D2O) jer je bolji moderator od lake vode. Visoku cijenu teške vode nadoknađuju niži troškovi uporabe prirodnoga uranija kao goriva ili vrlo nisko obogaćenoga uranija.
Nuklearne elektrane s naprednim plinskim reaktorom (Advanced Gas Cooled Reactor, AGCR) za moderator neutrona rabe grafit, a kao rashladno sredstvo ugljikov dioksid. Hlađenje plinom omogućuje višu temperaturu, što povoljno utječe na termodinamičku djelotvornost elektrane. Plin zagrijava vodu u sekundarnom krugu, voda se pretvara u paru i obavlja rad. Gorivo je obogaćeni uranij.
Razvoj nuklearnih elektrana
Razvojno se nuklearne elektrane mogu podijeliti u četiri generacije. U prvoj su one koje su najprije probno, a zatim komercijalno započele proizvodnju električne energije: elektrana u Obninsku (Rusija, 1954), Calder Hall (Velika Britanija, 1956), Shipingport (SAD, 1957). U drugoj su generaciji elektrane građene 1970-ih; one čine većinu današnjih elektrana u komercijalnom pogonu. Treća generacija obuhvaća elektrane naprednije izvedbe, tj. s poboljšanjima postojeće tehnologije kojima se unaprjeđuje sigurnost i ekonomičnost. U četvrtu se generaciju ubrajaju reaktori i elektrane koji bi se trebali pojaviti nakon 2030., uz ispunjenje sljedećih zahtjeva: zanemariv utjecaj na okoliš, minimizirano stvaranje nuklearnog otpada, povećana sigurnost od proliferacije nuklearnih materijala. Mogućnost oštećenja jezgre trebala bi biti isključena, čime bi nestala i potreba za planiranjem zaštitnih akcija izvan kruga postrojenja. Takve elektrane bile bi ekonomski isplativije zbog korištenja cjelokupnoga gorivoga ciklusa u odnosu na ostale energetske tehnologije, a uz proizvodnju električne energije omogućile bi i isplativu proizvodnju vodika.
Nuklearna elektrana Krško
U Hrvatskoj nema nuklearnih elektrana, ali je Hrvatska elektroprivreda 50%-tna vlasnica Nuklearne elektrane Krško, smještene na lijevoj obali Save, nizvodno od Krškoga, Slovenija, 38 km zračne linije od Zagreba. Gradnja elektrane Krško započela je 1974., glavni projektant bila je američka tvrtka Gilbert Associates, a glavni izvođač i dobavljač opreme Westinghouse Electric Corporation. Reaktor elektrane tlakovodnoga je tipa. Građevinske radove izvela su poduzeća Gradis i Hidroelektra, a montažu Hidromontaža i Đuro Đaković. Elektrana je ušla u probni rad 1981., a u komercijalni pogon 1983. Nakon zamjene parogeneratora (2000) toplinska je snaga povećana na 2000 MW, odnosno električna snaga na pragu iznosi 700 MW. Za potrebe potrošnje električne energije u Hrvatskoj rabi se 50% ukupno raspoložive snage elektrane u skladu s vlasničkih udjelima. (→ nuklearna energija)
