Перетворення енергії

08.07.2015

Перетворення енергії

Перетворення енергії на АЕС.

(початкові відомості про реакторної установки РБМК-1000)

Копія narod.ru (натисніть сюди )

Перетворення енергії

Перетворення енергії

Перетворення енергії.

Основні поняття. Механічна енергія

Визначення: Енергія це міра можливості зробити роботу .

Для прикладу: Стиснута пружина у механічних годинниках володіє достатньою енергією для роботи годин протягом доби або більше. Батарейки в дитячій іграшці дозволяють їй працювати протягом декількох годин. Розкрутивши дитячий вовчок, можна повідомити йому енергію достатню для обертання протягом деякого часу.

Енергія і робота пов’язані між собою поняття, одиницею для їх вимірювання служить Джоуль [Дж]. Одне з визначень роботи з курсу фізики:

Визначення: Роботою сили F на прямолінійному шляху s, у разі коли напрям сили і напрям руху збігаються, називається добуток сили на шлях.

Перетворення енергії

Опускаючи вантаж масою 1 кг на висоту s=1 м ми виконуємо роботу за рахунок сили тяжіння. Сила тяжіння G діє на вантаж масою 1 кг розраховується за формулою:

Перетворення енергії

де, прискорення вільного падіння:

Перетворення енергії

маса вантажу:

Перетворення енергії

Перетворення енергії

отже, робота при опусканні вантажу:

Перетворення енергії

Піднявши вантаж масою 1 кг на висоту 1 м ми зробили роботу A=9.8 Дж. Якщо вантаж відпустити, то під дією сили тяжіння опустившись на 1 м вантаж може зробити роботу. Іншими словами тіло масою 1 підняте на висоту 1 м володіє енергією (можливістю зробити роботу) дорівнює 9.8 Дж. В даному випадку мова йде про потенційної енергії в полі сили тяжіння .

Рухомі тіло може зіткнувшись з іншими тілами викликати їх рух (виконати роботу). У цьому випадку мова йде про кінетичної енергії. Стискаючи (деформуючи) пружину, ми повідомляємо їй потенційну енергію деформації (можливість зробити роботу при розпрямленні).

У повсякденному житті ми спостерігаємо безперервне перетікання енергії з одного виду в інші. Підкинувши м’яч ми повідомляємо йому кінетичну енергію, піднявшись на висоту h він набуває потенційну енергію в момент удару об землю м’яч подібно пружині стискається купуючи потенційну енергію деформації, і т. д. Всі вище перераховані види енергії відносяться до механічної енергії. назад до змісту

Види та джерела енергії

Теплова енергія

Другим, після механічної, видом енергії, яким людина користується впродовж майже всієї своєї історії є теплова енергії. Наочне уявлення про теплової енергії людина отримує з пелюшок: це гаряча їжа, тепло систем опалення в сучасній квартирі (якщо його не відключили), або тепло грубки в сільському будинку.

Що ж являє собою ця енергія з погляду фізики?

Кожне фізичне тіло складається з атомів або молекул, у рідинах і газах вони хаотично рухаються, чим вище швидкість руху, тим більшою тепловою енергією володіє тіло. У твердому тілі рухливість молекул або атомів значно нижче ніж у рідини, а тим більше в газі, молекули твердого тіла тільки коливаються відносно деякого середнього положення, чим сильніше ці коливання тим більшою тепловою енергією володіє тіло. Нагріваючи тіло (повідомляючи йому теплову енергію), ми як би розкачуємо його молекули і атоми, при досить сильному «розгойдуванні» можна вибити молекули зі свого місця і змусити хаотично рухатися. Цей процес плавлення спостерігав кожен, нагріваючи в руці шматочок льоду. Продовжуючи нагрівання ми розганяємо рухаються молекули, при достатньому розгоні молекула може вийти за межі тіла. Чим більше нагрівання, тим більше молекул можуть покинути тіло, зрештою, передавши тілу достатню кількість теплової енергії можна перетворити його в газ. Такий процес випаровування протікає киплячому чайнику.

Електрична енергія

Найдрібнішої електрично зарядженою частинкою є електрон, який входить до складу будь-якого атома. Для нейтрального атома сумарний негативний заряд електронів дорівнює позитивному заряду ядра, а заряд всього атома дорівнює нулю. Якщо видалити кілька електронів, то сума зарядів електронів і ядра стане більше нуля. Якщо додати зайвих то атом набуває негативний заряд.

З фізики відомо, що два протилежно заряджених тіла притягуються. Якщо на одному тілі зосередити позитивний заряд (видалити з атомів електрони) а на іншому негативний (додати електрони), то між ними виникнуть сили тяжіння, але на великих відстанях ці сили дуже малі. Поєднавши ці два тіла провідником (наприклад металевим дротом в якій електрони дуже рухливі) ми викличемо рух електронів від негативно зарядженого тіла до позитивно зарядженого тіла. Рухомі електрони можуть здійснити роботу (наприклад загострити нитка електролампи) отже заряджені тіла володіють енергією.

У джерелі електричної енергії відбувається поділ позитивних і негативних зарядів замикаючи електричну ланцюг ми, як би дозволяємо розділеним зарядам з’єднається але при цьому змушуємо їх виконати необхідну нам роботу.

Хімічні джерела енергії.

найпершим джерелом енергії, який людина поставила собі на службу, були звичайні дрова для печерного багаття. При горінні відбуваються хімічні реакції окислення. Найпоширенішою і широко використовуваною, з давніх часів і до наших днів, є реакція окислення вуглецю:

Перетворення енергії

Вуглець в ходить до складу будь-якого органічного палива (вугілля, дерево, нафта, газ), взаємодіючи з киснем атмосфери утворює вуглекислий газ і виділяється теплова енергія.

Хімічні реакції можуть відбуватися як з поглинанням так і з виділенням енергії, сама енергія може бути як теплової так і електричної. В автомобільному акумуляторі при роботі відбувається виділення електричної енергії, при зарядженні відбувається поглинання електричної енергії.

Ядерне джерело енергії

Ейнштейн встановив зв’язок між енергією і масою в своєму рівнянні:

Перетворення енергії

де с = 300 000 000 м/с — швидкість світла;

таким чином тіло людина масою 70 кг містить у собі енергію

Перетворення енергії

таку кількість енергії реакторна установка РБМК-1000 виробить тільки за дві тисячі років роботи. Головна проблема навчиться перетворювати масу в корисну енергію. Перший крок для вирішення цієї проблеми людство зробило освоївши воєнний і мирний використання енергії поділу ядер. У найпершому наближенні процеси, що відбуваються в ядерному реакторі, можна описати як безупинний поділ ядер. При цьому маса цілого ядра до поділу більша за масу одержаних осколків. Різниця становить приблизно 0.1 % маси разделившегося ядра. Зрозуміло, до повного перетворення маси в енергію ще дуже далеко, але вже така, що не виявляється звичайними вагами, зміна маси палива в реакторі дозволяє отримувати гігантську кількість енергії. Зміна маси палива за рік безупинної роботи в реакторі РБМК-1000 становить приблизно 0.3 г, але виділилася при цьому енергія така ж, як при спалюванні 3000000 (три мільйони) тон вугілля.

Потужність

У практиці, коли ми говоримо про джерелі енергії нас, як правило, цікавить його потужність. Підняти тисячу цеглин на п’ятий поверх будинку, що будується, можна краном, а можна і з допомогою двох робочих з носилками. І в тому, і в іншому випадку досконала робота і витрачена енергія однакова, відрізняються тільки потужності джерел енергії.

Визначення: Потужність джерела енергії (машини), це кількість отриманої енергії (досконалої роботи) в одиницю часу.

потужність= енергія(робота)/час

розмірність [Дж/с = Вт]

Закон збереження енергії

Як зазначалося вище в навколишньому світі відбувається безперервне перетворення енергії з одного виду в інший. Підкинувши м’ячик ми викликали ланцюжок перетворень механічної енергії з одного виду в інший. М’ячик стрибає наочно ілюструє закон збереження енергії:

Енергія не може зникати в нікуди, або з’являтися нізвідки, вона може тільки переходити з одного вигляду в інший.

М’яч, зробивши кілька підскоків, в кінці кінців залишиться нерухомою на поверхні. Оскільки спочатку передана йому механічна енергія витрачається на:

а) подолання опору повітря у якому рухається м’яч (переходить в теплову енергію повітря)

б) нагрівання м’яча і поверхні зіткнення. (зміна форми завжди супроводжується нагріванням, згадаймо як нагрівається алюмінієва дріт при багаторазових перегини) назад до змісту

Перетворення енергії

Можливості щодо перетворення та використання енергії є показником технічного розвитку людства. Першою, використовуваним людиною, перетворювачем енергії можна вважати вітрило — використання енергії вітру для переміщення по воді, подальші більш розвинуте, це використання вітру і води у вітряних і водяних млинах. Винахід і впровадження парової машини зробило справжню революцію в техніці. Парові машини на фабриках і заводах різко підвищили продуктивність праці. Паровози і теплоходи зробили перевезення по суші і морю більш швидкими і дешевими. На початковому етапі парова машина служила для перетворення теплової енергії в механічну енергію обертового колеса, від якого за допомогою різного роду передач (вали, шківи, ремені, ланцюги), енергія передавалася на машини і механізми.

Широке впровадження електричних машин, двигунів, що перетворюють електричну енергію в механічну, і генераторів для виробництва електроенергії з механічної енергії, ознаменувало собою новий стрибок у розвитку техніки. З’явилася можливість передавати енергію на великі відстані у вигляді електроенергії, народилася ціла галузь промисловості-енергетика.

В даний час створено велику кількість приладів, призначених як для перетворення електроенергії в будь-який вид енергії, необхідний для життєдіяльності людини: електромотори, електронагрівники, лампи для освітлення, так і ті, що використовують безпосередньо електроенергію: телевізори, приймачі і т. п. назад до змісту

Можливі схеми перетворення енергії

Безпосереднє використання природних джерел енергії .

Перетворення енергії

Перетворення енергії

Перетворення з використанням парової машини

Перетворення енергії

Перетворення з використанням електроенергії

Перетворення енергії

ТЕЦ

Перетворення енергії

При використання теплової енергії пари в ланцюжки перетворення енергії з’являється можливість використовувати частину теплової енергії для обігріву (показано пунктиром) або для потреб виробництва.

АЕС (з одноконтурним реактором)

Перетворення енергії

Тепловий контур.

Основні поняття

Раніше ми розглянули види енергії і можливості її перетворення з одного виду в інший, зупинимося докладніше на теплової енергії, оскільки вона відіграє дуже важливу роль у процесах, що відбуваються на АЕС.

Як було сказано раніше, теплова енергія-це енергія хаотичного руху молекул або атомів у рідинах і газах і коливального руху молекул або атомів у твердому тілі. Чим вище швидкість цього руху, тим більшою тепловою енергією володіє тіло.

Всі ми стикаємося в повсякденному житті з процесами передачі теплової енергії від одного тіла до іншого, (гарячий чай нагріває склянку, радіатор опалення в квартирі нагріває повітря і т. д.) виходячи з визначення теплової енергії можна дати визначення теплообміну.

Визначення: Процес передачі енергії в результаті обміну хаотичним рухом молекул, атомів або мікрочастинок називається теплообміном .

З житейського досвіду відомо, що теплова енергія або тепло передається від більш гарячого тіла більш холодному, і здається цілком логічним взяти за міру теплової енергії температуру, однак це помилка. Температура тіла є мірою здатності до теплообміну з навколишніми тілами. Знаючи температури двох тіл, ми можемо сказати тільки про напрямок теплообміну. Тіло з більшою температурою буде віддавати тепло і охолоджуватися, а тіло з меншою температурою приймати тепло і нагріватися, однак кількість переданої енергії визначити, виходячи тільки з температури, неможливо. За прикладом далеко ходити не треба: спробуйте налити рівну кількість окропу в алюмінієву кружку і керамічну. Алюміній практично миттєво нагріється, майже не охолодивши воду, а кераміка буде нагріватися набагато менше і значно довше, а початкова температура окропу і в тому і іншому випадку 100 ° С. Звідси випливає висновок: для нагріву на однакову температури різних речовин необхідна різна кількість теплової енергії, кожна речовина має свою теплоємністю

Визначення: питомою теплоємністю речовини називається кількість енергії, необхідне для нагрівання одного кілограма даної речовини на один градус.

Перетворення енергії

де: Q-енергія; С-теплоємність; m-маса; dT-підігрів; назад до змісту

Способи теплообміну.

, Як правило, в промислових енергоустановках процес перетворення енергії джерела в теплову відбувається в одному місці (котел для ТЕС, реактор для АЕС), а процес перетворення теплової енергії в механічну і далі в електричну в іншому, отже виникає проблема переміщення теплової енергії в просторі. Як можна передати теплову енергію з однієї точки простору в іншу?

Теплопровідність

Нагріваючи один кінець металевої дроту можна помітити, що температура підвищується по всій довжині, причому чим коротше дріт, тим швидше нагріється протилежна, не нагрівається безпосередньо, частина. Нагріваючи дріт з одного боку ми змушуємо атоми й електрони в місці нагрівання коливатися сильніше, коливні атоми й електрони коливання втягують у сусідні атоми й електрони, відбувається поширення теплової енергії в твердому тілі, в нашому випадку в металевому дроті. Такий спосіб передачі теплової енергії називається теплопровідністю.

Визначення. Теплопровідність представляє собою процес передачі теплоти в суцільному середовищі допомогою хаотичного руху мікро частинок.

Кількість теплоти передається за рахунок теплопровідності залежить від фізичних властивостей середовища, в якому відбувається теплообмін. Кожна речовина має своїм коефіцієнтом теплопровідності l (Металевий прут довжиною близько метра поміщений одним кінцем у вогонь, неможливо буде утримати в голих руках, дерев’яна палиця такої ж форми згорить більше ніж на половину, перш ніж скільки-небудь значно нагріється ).

Чим більше різниця температур dT між гарячою і холодною точкою середовища, тим більша кількість тепла передається в одиницю часу. Чим більше площа поперечного перерізу тим більша кількість тепла передається в одиницю часу.

Напевно, кожен знає як закип’ятити воду з допомогою вогнища в дерев’яній посуді. Потрібно кидати у воду розжарені на вогні камені. Нагріті камені відразу змочуються водою і віддають їй свою теплоту. Процес передачі тепла від каменів до оточуючої їх води схожий на теплопровідність, але розподіл теплової енергії по об’єму води носить інший характер.

Конвективний теплообмін

Розглянемо, що відбувається в об’ємі холодної води коли гарячі камені нагрівають її частину навколо себе. З фізики відомо, що тіла нагріваючись розширюються, іншими словами збільшують свій об’єм, а оскільки маса залишається постійною, щільність знижується. Як свідчить закон Архімеда тіло зі щільністю більшою, ніж щільність рідини занурюється, а з меншою спливає. Теж саме

можна сказати про нагрітої рідини, володіючи меншою щільністю, вона почне підніматися перемішуючись з холодними шарами у верхній частині посудини, які, в свою чергу, почнуть опускатися, через деякий час температура по всьому об’єму стане однаковою.

Визначення: Конвективний теплообмін — перенесення теплоти при перемішуванні більш нагрітих частинок середовища з менш нагрітими.

У прикладі, наведеному вище, руху було викликано різницею густин гарячих і холодних частин рідини така конвекція називається природною або вільною. Якщо рух викликане роботою насоса або вентилятора, то конвекція називається вимушеною.

Конвективний теплообмін відбувається в газах так само, як і в рідинах.

У багатьох сучасних АЕС відведення теплоти з реактора відбувається шляхом примусового прокачування води, газу або рідкого металу через активну зону. Речовина, яка нагріваючись забирає теплоту від джерела називається теплоносієм.

Теплообмін випромінюванням

Досліди показують, що теплообмін між тілами можливий навіть якщо вони знаходяться у вакуумі не стикаючись один з одним. У цьому випадку види теплообміну описані вище не можуть здійснюватися. Як же відбувається передача теплової енергії в даному випадку?

Нагріте тіло випромінює електромагнітні хвилі як відомо можуть поширюватися в безповітряному просторі менш нагріте тіло поглинає ці хвилі і нагрівається.

Визначення. Теплообмін випромінюванням — це передача теплової енергії з допомогою електромагнітних хвиль.

В сучасних АЕС при нормальній роботі теплообмін випромінюванням пренебрежимо мала в порівнянні з конвективним. назад до змісту

Тепловий контур

Розглянувши можливі способи теплообміну, повернемося до питання про передачу теплової енергії в умовах АЕС або ТЕС. Як відомо, на працюючих станціях процес перетворення енергії джерела в теплову відбувається безперервно і в разі припинення тепловідведення відбудеться неминучий перегрів установки. Отже на ряду з джерелом необхідний споживач теплової енергії, яка буде забирати тепло і або перетворювати його в інші форми енергії або передавати його в інші системи. Передачу тепла від джерела до споживача здійснюється за допомогою теплоносія. На підставі вище сказаного можна зобразити найпростіший тепловий контур, що містить джерело енергії, споживач енергії, і тракти теплоносія.

Найпростіша схема теплового контуру.

Перетворення енергії

Розглянемо роботу теплового контуру для випадку, коли теплоносій не змінює свого фазового стану (не випаровується).

Холодний теплоносій надходить у пристрій, що є джерелом теплової енергії для контуру (реактор АЕС, котел ТЕС), в ньому він нагрівається, забираючи теплову енергію. Гарячий теплоносій подається в споживач теплової енергії, на виході з якого, ми знову маємо холодний теплоносій.

Витрата теплоносія g [кг/с]. теплоємність теплоносія (Дж/(кг град)), температура на вході в джерело T1 [град] на виході з джерела T2 [град] і потужність джерела Q [Вт] пов’язані співвідношенням:

Перетворення енергії

У деяких випадках температура теплоносія на вході в джерело і виході з джерела може бути однакова. Наприклад, у випадку, якщо у джерелі теплової енергії відбувається кипіння теплоносія, як відомо температура киплячої води залишається постійною. Теплота відводиться за рахунок зміни фазового стану теплоносія.

Визначення: Питомою теплотою пароутворення речовини називається кількість теплоти, необхідне для того, щоб перевести один кілограм цієї речовини з рідкого стану в газоподібний.

Розмірність [Дж/кг]

Якщо R — питома теплота пароутворення теплоносія потужність джерела Q [Вт] витрата теплоносія g [кг/с] і паровміст p на виході з джерела теплової енергії пов’язані співвідношенням:

Перетворення енергії

Далі ми розглянемо поняття теплового контуру стосовно до реактору РВПК-1000. назад до змісту

Спрощена принципова теплова схема АЕС з реактором типу РБМК-1000

Вище ми розглянули найпростіший тепловий контур, розглянемо роботу реакторної установки РБМК-1000 використовуючи визначення та поняття введені раніше. Реакторна установка РБМК — 1000 є одноконтурної по теплоносію, оскільки вода пройшовши реактор, нагрівшись і частково випарувавшись, у вигляді пара надходить у турбіну і зробивши роботу знову повертається в реактор. Але в тепловій схемі можна виділити два теплових контуру, зі своїми джерелами і споживачами теплової енергії.

Контур багаторазової примусової циркуляції (КМПЦ)

Джерелом теплової енергії, як і на всіх АЕС, є активна зона реактора. В якості теплоносія використовується вода, яка проходячи через активну зону реактора частково випаровується. На виході з реактора вода містить в середньому 15% пара (паровміст p = 0.15). Тиск води в трактах теплоносія 0.7 МПа (~ 70 атм.) при такому тиску температура кипіння води 284 ° С. Пароводяна суміш з реактора направляється в барабан-сепаратор, який в тепловому контурі, виконує роль споживача теплової енергії. В барабані сепараторі з пароводяної суміші забирається пар і додається живильна вода, на виході з барабана сепаратора ми отримуємо воду в якості «холодного» теплоносія,причому температура практично залишається такою ж.

В якості способу теплообміну використовується вимушена конвекція, іншими словами використовується насос для прокачування теплоносія через активну зону реактора.

На підставі вище сказаного можна зобразити теплову схему, для контуру багаторазової примусової циркуляції (КМПЦ) реактора РБМК-1000

Перетворення енергії

ГЦН — головний циркуляційний насос.

Навіть така проста схема дозволяє зробити приблизний розрахунок. За відомою теплової потужності реактора, і паросодержанию на виході з реактора можна визначити необхідний витрата води через реактор.

Теплова потужність реактора Q = 3200 МВт = 3200 x 10 6 Вт;

Питома теплота пароутворення R = 1556 кДж/кг = 1556 x 10 3 Дж/кг;

Паровміст на виході з реактора р = 0.15

Q = R x p x m

m = Q/( R x p) = 3200ґ 10 6 / (1556 x 10 3 0.15 x) = 13710 кг/с

Другий тепловий контур .

Розглянемо другий тепловий контур. Барабан-сепаратор, забираючи теплову енергію разом з парою з першого контуру, де він є споживачем, віддає її в другий контур. Отже він є джерелом теплової енергії для другого теплового контуру.

«Гарячим» теплоносієм є пара, відокремлений від пароводяної суміші в барабані сепараторі. Температура пара близько 284 ° С тиск Р = 7 МПа.

Після барабана сепаратора, пара надходить у турбіну, де він обертає ротор (відбувається перетворення теплової енергії в механічну), турбіна є споживачем теплової енергії. З ротором турбіни жорстко зв’язаний ротор електричного генератора, що виробляє електроенергію. Параметри пари на виході з турбіни: температура — 30 ° С, тиск P — 0.004 МПа. Після турбіни пар необхідно перевести в рідкий стан, тобто перетворити воду, цей процес відбувається в конденсаторі. Пар у конденсаторі зраджує свою теплову енергію воді, яка надходить зі ставка охолоджувача, конденсатор, таким чином, також є споживачем енергії. На виході з конденсатора ми отримуємо воду, з параметрами близьким до параметрів пари, яка є «холодним» теплоносієм для другого теплового контуру. Ця вода, пройшовши через кілька допоміжних пристроїв, стає живильним водою і з допомогою живильного насоса подається в барабан-сепаратор.

Слід розуміти, що вище описана схема є тільки наближенням до реальної теплової схеми. У ній відображені тільки ключові елементи необхідні для поняття базових принципів роботи енергоустановки. Такі важливі елементи як деаератор, конденсатний насос, проміжні підігрівачі, не показані в даній схемі.

Схема другого теплового контуру

Перетворення енергії

Втрати теплової енергії в тепловому контурі

В схемі присутні два споживача теплової енергії. Перший — турбіна перетворює теплову енергію в механічну, яка в генераторі перетворюється в електричну, таким чином відбувається корисне перетворення енергії. Другий споживач — конденсатор перетворює теплову енергію пари в теплову енергію води водосховища. Як було зазначено вище теплова потужність реактора РБМК-1000 приблизно 3200 МВт а електрична потужність реакторної установки 1000 МВт. 2200 МВт витрачається на обігрів водосховища і навколишнього середовища. Отримання незамерзаючого взимку водойми з великою натяжкою можна назвати корисним перетворенням енергії, проте обійтися без таких втрат теплової енергії неможливо. В термодинаміці є теорема про граничний ККД (коефіцієнт корисної дії) для перетворення теплової енергії в механічну.

Спробуємо зрозуміти, не користуючись цією теоремою, необхідність конденсатора в тепловій схемі. У турбіні відбувається зниження температури і тиску пари за рахунок здійснення роботи (обертання ротора), зрозуміло що температуру і тиск не можна знижувати нескінченно (важко отримати арктичну температуру, і космічний вакуум без додаткових і дорогих установок), тому на виході з турбіни ми отримуємо пар з температурою — 30 ° С, тиском P — 0.004 МПа (0.04 атм.). Однак навіть такий пар, який не можна використовувати ні для опалення, ні для обертання ротора турбіни, містить кількість теплової енергії майже в два рази більшу ніж він віддав проходячи через турбіну. Ця енергія передається охолоджуючої води в конденсаторі при перетворенні пари у воду, температура при цьому залишається приблизно 30 ° .

Теплообмін в активній зоні реактора

Розглянемо більш докладно джерело теплової енергії АЕС. Як вже говорилося ядерна енергія вивільняється в результаті поділу ядер. Основним ділиться елементом, у більшості сучасних енергетичних реакторів, є ядра урану, а саме ізотопу з атомною масою 235 ( 235 U ). Зазвичай паливо застосовується у вигляді таблеток UO2 поміщених в металеву трубку. В реакторі РБМК трубка діаметром 13.5 мм виконана з цирконієвого сплаву. Герметично заварена заглушками трубка, з таблетками палива називається-яким елементом (ТВЕЛ). Твели, в працюючому реакторі, омиваються потоком теплоносія.

В результаті поділу, теплова енергія виділяється в таблетці, яка нагрівається. За рахунок теплопровідності теплова енергія віддається на оболонку. Теплоносій омиваючи оболонку знімає теплову енергію і нагрівається, в РВПК теплоносій частково випаровується.

Перетворення енергії

Як уже згадувалося, при розгляді способів теплообміну, чим більше різниця температур між гарячою і холодною точками, тим більше тепловий потік. Однак температуру не можна піднімати до нескінченності, максимальна температура таблетки палива обмежена температурою плавлення, для UO2 вона становить приблизно 1800 град С. найгарячіша точка таблетки знаходиться в її середині. Для оболонки твела з цирконію, максимальна температура 320-350 град С. При більшій температурі його міцнісні характеристики погіршуються (підвищується повзучість). В процесі експлуатації реактора необхідно не допускати перевищення граничних температур, оскільки руйнування Твела веде до виходу сильно радіоактивних продуктів поділу в теплоносій і їх рознесення по трубопроводах.

У висновку наведемо злегка більш наочну теплову схему:

Перетворення енергії

Реакторна установка РБМК-1000

Розглядаючи теплову схему, ми вивчали АЕС з точки зору перетворення енергії, не конкретизуючи елементи схеми. Спробуємо подивитися в самих загальних четах, що являють собою ці квадратики і кружечки теплової схеми, як тепер кажуть в натурі. Більш детальний опис основних вузлів реакторної установки наводяться у відповідних розділах далі, тут же ми обмежимося лише загальними технічними характеристиками

Перетворення енергії

Реактор

РБМК це Реактор Великої Потужності Канальний, цифра 1000 це 1000 МВт електричної енергії які виходять після перетворення.

В самому загальному вигляді реактор являє собою циліндр, складений з графітових блоків, поміщений в бетонну шахту. Діаметр, цього циліндра, близько 12 м, а висота близько 8 м. Реактор оточений бічній біологічної захистом у вигляді кільцевого бака з водою. Цей циліндр пронизують 1693 паливних каналу, що представляють собою трубки зі сплаву цирконію діаметром 88 мм і товщиною 4 мм. У паливному каналі встановлюється тепловиділяючу зборка (ТВЗ).

ТВЗ в РБМК складаються з двох частин верхній і нижній, кожна з яких містить 18 твелів стрижневого типу з таблеток спеченої двоокису урану (UO2 ), укладених оболонки з цирконієвого сплаву. Висота стовпчика таблеток 3.5 м, діаметр твелу 13.5 мм

Теплоносій, вода, рухається в каналах з низу в верх, омиваючи ТВЗ і знімаючи теплову енергію. Підведення теплоносія здійснюється до кожного каналу, існує можливість регулювати витрату води через канал. У зв’язку особливостями фізики реактора теплова енергія виділяється нерівномірно за обсягом. В канали з більшою потужністю подається більша кількість води. Проходячи по каналу частина води випаровується, в каналах з максимальною потужністю масове паровміст на виході сягає 20 %, середня паровміст на виході з реактора 14.5 %.

Одним з переваг РБМК перед ВВЕР, є можливість перевантаження вигорілого палива без зупинки реактора. Завантаження палива в реактор здійснюється з допомогою розвантажувально-завантажувальної машини (РЗМ). При перевантаження каналу РЗМ герметично з’єднується з верхньою частина каналу, в ній створюється такий же тиск, як і в каналі, відпрацьована ТВЗ витягується в РЗМ свіжа ТВЗ встановлюється канал.

Основні характеристики реактора РБМК-1000

Короткий опис статті: види енергії

Джерело: Перетворення енергії

Також ви можете прочитати