Принцип роботи атомної електростанції: АЕС України

Атомна енергетика — одна з найважливіших складових сучасної енергосистеми України. Вона забезпечує стабільне постачання електроенергії для промисловості, транспорту, лікарень і наших домівок. Сьогодні майже половина всієї електроенергії в країні виробляється саме на атомних електростанціях. Але як працює цей потужний механізм, що дає змогу отримувати енергію буквально з атомів, і які АЕС є в Україні? Розберімося крок за кроком!

Як розшифровується АЕС?

АЕС — це атомна електростанція, тобто промислове підприємство, що виробляє електроенергію завдяки енергії, яка вивільняється під час поділу атомних ядер. На відміну від традиційних теплових електростанцій, які спалюють вугілля чи газ, АЕС не потребує органічного палива — замість цього вона використовує ядерне паливо, найчастіше уран-235.

Що таке атомна електростанція?

Атомна електростанція — це складний технічний комплекс, який перетворює ядерну енергію на електричну. В основі її роботи лежить ланцюгова реакція поділу ядер урану, під час якої виділяється величезна кількість тепла. Це тепло використовується для нагрівання води, утворення пари, що обертає турбіну; а турбіна, у свою чергу, приводить у дію генератор, який і виробляє електроенергію.

АЕС складається з кількох головних частин:

• реактор — це серце станції, де відбувається поділ атомів;

• у парогенераторі тепло з реактора передається воді;

• турбіна перетворює теплову енергію пари на механічну;

• генератор виробляє електричний струм;

• система охолодження запобігає перегріву реактора.

На зображенні: Найбільша АЕС Європи у місті Енергодар, 50 км від Запоріжжя.

Cr.: Ralf1969 — Власна робота, CC BY-SA 3.0

Як працює атомна електростанція?

Принцип дії АЕС можна порівняти з роботою звичайної теплової електростанції, але замість спалювання вугілля джерелом тепла є ядерна реакція:

1. У реакторі відбувається поділ ядер урану. Кожен акт поділу виділяє велику кількість енергії у вигляді тепла.

2. Це тепло нагріває воду у замкненому контурі, утворюючи пару.

3. Пара під високим тиском спрямовується до турбіни, змушуючи її обертатися.

4. Турбіна приводить у дію генератор, який перетворює механічну енергію обертання на електричну.

5. Після цього пара охолоджується у конденсаторі й знову переходить у воду — процес повторюється безперервно.

Цей цикл забезпечує стійке виробництво електроенергії з мінімальними викидами в атмосферу. Саме тому атомні електростанції вважають одним із найефективніших і водночас екологічно найчистіших джерел енергії серед традиційних способів генерації.

Скільки електричної енергії за добу виробляє атомна електростанція?

Кількість електроенергії, яку виробляє атомна електростанція, залежить від її потужності.

Для прикладу: один енергоблок потужністю 1000 мегават (МВт) може виробити приблизно 24 мільйони кіловат-годин (кВт⋅год) електроенергії за добу.

Якщо враховувати, що більшість українських АЕС мають по кілька енергоблоків, то одна станція може забезпечити електроенергією цілі області. Наприклад, Запорізька АЕС у мирний час могла виробляти понад 40-45 мільйонів кВт·год на добу, чого достатньо, щоб постачати електрику для кількох великих міст.

На чому працює атомна електростанція?

Основним «паливом» для АЕС є уран, точніше — його ізотоп уран-235. Саме він здатен ділитися на менші частинки (ядра), виділяючи величезну кількість тепла.

У паливних збірках реактора містяться паливні елементи (твели), заповнені ураном, які під дією нейтронів ядра урану розпадаються, вивільняючи енергію.

Крім урану, іноді використовують плутоній-239 або торій-232, але саме уран є основним і найбільш поширеним паливом на українських АЕС.

На зображенні: Четвертий блок Рівненської АЕС.

Cr.: Victor Korniyenko — Сфотографовано власноруч, CC BY 3.0

Які переваги має АЕС в порівнянні з ТЕС?

Атомні електростанції мають низку вагомих переваг перед тепловими (ТЕС), які працюють на вугіллі, газі чи нафті:

1. Висока ефективність.

З невеликої кількості ядерного палива можна отримати колосальну кількість енергії. Один кілограм урану дає стільки ж енергії, скільки десятки тонн вугілля.

2. Мінімальні викиди.

АЕС не спалює паливо, тому не забруднює атмосферу вуглекислим газом і димом. Це особливо важливо у боротьбі зі змінами клімату.

3. Стабільність роботи.

Атомні станції можуть безперервно виробляти електроенергію цілодобово протягом місяців, не залежать від погоди чи пори року, як сонячні або вітрові електростанції.

4. Незалежність від викопних ресурсів.

АЕС не потребують великих запасів вугілля чи газу, які доводиться імпортувати. Це посилює енергетичну незалежність держави.

5. Довгий термін служби.

Атомні електростанції розраховані на роботу протягом десятиліть — зазвичай на 40-60 років, а після модернізації цей термін можна подовжити. Це робить їх економічно вигідними: початкові інвестиції окуповуються завдяки стабільному виробництву енергії протягом багатьох років.

Скільки АЕС в Україні?

В Україні нині діють чотири атомні електростанції:

• Запорізька АЕС;

• Рівненська АЕС;

• Південноукраїнська АЕС;

• Хмельницька АЕС.

Разом ці станції складають основу української енергетики, забезпечуючи понад 50% усього виробництва електроенергії в країні.

Окрім них, існує ще Чорнобильська АЕС, яка після аварії 1986 року припинила свою роботу.

Де знаходиться Чорнобильська АЕС?

Чорнобильська атомна електростанція розташована на півночі України, у Київській області, неподалік міста Прип’ять. Вона працювала з 1977 по 2000 рік і мала чотири енергоблоки типу РБМК-1000.

26 квітня 1986 року на четвертому енергоблоці сталася найбільша техногенна катастрофа в історії людства — вибух реактора спричинив масштабне радіоактивне забруднення.

Проте навіть після аварії ЧАЕС продовжувала працювати ще 14 років, тому що решта блоків залишалися технічно справними, а країні гостро була потрібна енергія. Її остаточно вивели з експлуатації 15 грудня 2000 року у результаті домовленостей між Україною, ЄС і G7.

Сьогодні територія довкола станції — Чорнобильська зона відчуження, куди мають доступ лише фахівці та науковці.

На зображенні: Вид з повітря, Чорнобильська АЕС із саркофагом, 2007 рік.

Cr.: IAEA Imagebank. 04710018, CC BY-SA 2.0

Де знаходиться Південноукраїнська АЕС?

Південноукраїнська АЕС розташована у Миколаївській області, поблизу міста Південноукраїнськ. Вона складається з трьох енергоблоків загальною потужністю близько 3000 МВт.

Станція є частиною великого енергетичного комплексу, до якого також входять Олександрівська ГЕС і Ташлицька ГАЕС. Разом вони забезпечують електроенергією південні регіони країни.

Де знаходиться Хмельницька АЕС?

Хмельницька атомна електростанція розташована поблизу міста Нетішин у Хмельницькій області. Вона має два діючих енергоблоки та ще два, що перебувають у стадії добудови.

Хмельницька АЕС відіграє важливу роль у забезпеченні енергетичної безпеки заходу України та активно інтегрується до європейської енергосистеми.

Яка найпотужніша атомна електростанція України?

Найпотужнішою не лише в Україні, а й у всій Європі є Запорізька атомна електростанція. Вона розташована у місті Енергодар, Запорізької області, та має шість енергоблоків сумарною потужністю 6000 МВт.

У мирний час Запорізька АЕС забезпечувала приблизно п’яту частину всієї електроенергії України. Наразі через бойові дії вона тимчасово не працює на повну потужність, але залишається стратегічним об’єктом енергосистеми країни.

Отже, любі читачі, ми можемо дійти до висновку, що вивчення фізики може бути не лише важливим, а й дійсно цікавим та пізнавальним. Головне — вчити не лише суху теорію, а й звертатися до цікавих та зрозумілих нам прикладів.

Детальніше розібратися в усіх темах вам допоможе репетитор з фізики. А підготовка до НМТ з фізики обов’язково стане для вас набагато легшою та інтерактивною завдяки допомозі професійного викладача. Тому ніколи не бійтеся звертатися по допомогу на шляху до знань!