Teme
Tražilica
Nuklearna elektrana Krško - NEK
Nuklearna elektrana Krško je elektrana s Westinghouseovim PWR reaktorom snage 696 MWe i prva je nuklearna elektrana zapadnog tipa izgrađena u nekoj od socijalističkih zemalja. Elektrana se nalazi u Republici Sloveniji, na lijevoj obali rijeke Save 3 km nizvodno od grada Krško. Republika Hrvatska vlasnik je 50% elektrane i dobiva 50% proizvedene električne energije. Na godišnjoj razini električna energija dobivena iz NE Krško čini oko 16% od ukupne električne energije potrošene u Republici Hrvatskoj.
Nuklearna elektrana Krško (NEK) počela je s komercijalnim radom u siječnju 1983. godine. Snaga elektrane originalno je bila 632 MWe, a nakon zamjene parogeneratora i osuvremenjavanja elektrane 2000. godine iznosi 696 MWe na pragu elektrane. Elektrana je priključena na 400 kV mrežu za opskrbu potrošača u Hrvatskoj i Sloveniji. Godišnje elektrana proizveda oko 5,5 milijardi kWh električne energije. NEK radi u 18-mjesečnom radnom ciklusu, tj. vremenski period između dva remonta je 18 mjeseci. Tokom remonta, osim pregleda opreme, zamjene neispravnih i istrošenih dijelova, te kontrolnih testiranja obavlja se i djelomična zamjena goriva u reaktoru – istrošeno gorivo se vadi iz reaktora i smješta u bazen za istrošeno gorivo, a nadomješta se svježim gorivom.
Prema pokazateljima pogonske efikasnosti 2007. (Performance Indicator Index) dostignuta je vrijednost 98,1 za faktor kapacitivnosti, što je NEK dovelo među četvrtinu najboljih nuklearnih elektrana u svijetu. Dvadeset drugi i dvadeset treći ciklus NEK je završio bez ijedne prisilne ili neplanirane obustave.
Reaktor NEK-a sadržava 121 gorivni element. Gorivni element je kvadratičnog presjeka s matricom od 16×16 štapova, od kojih je 235 štapova sa gorivom, 20 vodilica kontrolnih štapova te jedna instrumentacijska cijev. Aktivna duljina jezgre je 365,8 cm što odgovara duljini gorivnog štapa. Gorivo je u formi UO2, a udio 235U ne prelazi 4,95% (težinskih) s tim da se aksijalno u svakom gorivnom štapu nalaze tri zone obogaćenja. Gornji i donji dio, nazvan aksijaln zona, ima niže obogaćenje nego znatno duži centralni dio. Gorivne tablete smještene su u cijevi od Zircalloy-4 legure promjera 0,95 cm i debljine 0,57 mm. Zbog bolje toplinske vodljivosti između košuljice i gorivne tablete nalazi se helij. Rashladno je sredstvo, ujedno i moderator, voda kojoj se zbog kompenzacije viška reaktivnosti na početku ciklusa dodaje borna kiselina. Koncentracija borne kiseline mijanja se tokom ciklusa, ali ne smije prijeći 2000 ppm zbog sigurnosnih razloga i korozije. Neke gorivne tablete premazane su vrlo tankim slojem integralnog sagorivog apsorbera ZrB2 (IFBA) koji također služi za kompenzaciju viška reaktivnosti. Broj štapova s IFBA-om je različit; od 20 do 148 u jednom gorivnom elementu. Ukupna masa urana u reaktoru je 48,7 t. Rad reaktora može se regulirati i kontrolnim štapovima. Kontrolni su štapovi smješteni u 33 gorivna elementa, a dijele se na zaustavne (jedna grupa) i regulacijske (četiri grupe). Apsorpcijski materijal je legura Ag-In-Cd, a košuljica je od nehrđajućeg čelika.
Reaktorska posuda sadrži jezgru reaktora i vodu – rashladno sredstvo i moderator pod tlakom. Napravljena je od ugljičnog čelika s dodacima molibdena i mangana zbog povećanja čvrstoće i žilavosti, a unutrašnjost je presvučena slojem nehrđajućeg čelika zbog sprječavanja korozije. Uloge reaktorske posude vezane s radom reaktora su:
- podržavanje i učvršćivanje gorivnih elemenata,
- vođenje rashladnog fluida kroz jezgru,
- vođenje i učvršćivanje kontrolnih štapova,
- vođenje neutronskih detektora u jezgri.
Da bi to bilo moguće u unutrašnjost reaktorske posude ovjesi se posebna cilindrična posuda manjeg promjera sastavljena iz dva dijela. Gornji dio služi kao vodilica kontrolnih štapova, a u donji se smještaju gorivni elementi. Otvor za ulaz rashladne vode u reaktor nalazi se iznad jezgre pa fluid nakon ulaska u reaktor struji prema dolje u prostoru između reaktorske posude i unutarnje posude sve dok ne dođe ispod donjeg nivoa jezgre. Tada se tok fluida usmjerava prema gore kroz jezgru paralelno s gorivnim štapovima, a nakon toga prema izlaznom otvoru. Reaktorska posuda NEK-a ima po dva ulazna i izlazna otvora. Kontrolni štapovi ulaze u jezgru s gornje strane, a neutronski detektori s donje strane. Vanjski promjer reaktorske posude je 3,69 m, visina 11,9 m, debljina stijenke 0,168 m, a masa prazne posude 327 t.
Tokom rada reaktora dio neutrona i gama zraka bježi iz jezgre i bombardira reaktorsku posudu uzrokujući radijacijsko oštećenje tj. smanjuje žilavost materijala i time skraćuje radni vijek elektrane. Da bi se smanjilo ozračivanje reaktorske posude promjenjena je i shema zamjene goriva te se sada svježe gorivo stavlja bliže centru. Iako bi NEK trebao prestati s radom 2023 godine očekuje se da će u slučaju zadovoljavajućeg stanja reaktorske posude taj radni vijek biti produžen.
Parogeneratori su izmjenjivači topline, a zadatak im je toplinsku energiju nastalu u primarnom krugu prenijeti u sekundarni rashladni krug. NEK ima dva vertikalno postavljena parogeneratora – po jedan u svakoj rashladnoj petlji. Primarni dio parogenertora je snop od 5428 tankih U-cijevi ukupne površine 7177 m2 kroz koje protječe voda zagrijana u reaktoru. Velika površina potrebna je da bi se efikasnije prenijela toplina sekundarnom krugu. Voda u sekundarnoj strani parogeneratora (napojna voda) nalazi se na nižem tlaku nego što je tlak u primarnom dijelu parogeneratora te nakon zagrijavanja isparava. Smjesa vode i pare podiže se prema gore zbog konvekcije. Budući da je zbog očuvanja turbinskih lopatica dozvoljen maseni udio vlage u pari do 0,25%, smjesa vode i pare prolazi kroz separatore vlage, a nakon toga i kroz sušionike pare. Para koja izlazi iz parogeneratora je suhozasićena para tlaka 6,5 MPa i temperature oko 280°C. Visina parogeneratora je 2070 cm, a masa preko 320 t.
Uloga tlačnika je održavanje tlaka u primarnom krugu u stacionarnom pogonu ili prilikom brzih prijelaznih pojava. Tlačnik je čelična posuda cilindričnog oblika u čijem se donjem dijelu nalaze električni grijači vode i priključak na primarni krug, a u gornjem rasteretni ventili, sigurnosni ventili, te uređaji za ubrizgavanje vode. U normalnom pogonu 60% tlačnika ispunjeno je vodom, a ostatak je vodena para. Ako iz nekog razloga (hlađenja npr.) dolazi do pada tlaka u primarnom sistemu, nivo vode u tlačniku opada jer voda iz njega istječe. Tlak u tlačniku također će padati što za posljedicu ima dodatno isparavanje vode u tlačniku, odnosno ublažavanje pada tlaka. Povećanjem snage grijača taj se efekt pojačava. U slučaju rasta tlaka u primarnom krugu raste i nivo vode u tlačniku te dolazi do komprimiranja pare u gornjem dijelu tlačnika. Ubrizgavanjem vode u parni prostor, ili smanjivanjem snage grijača, može se smanjivati tlak. Volumen tlačnika NE Krško je 28,3 m3.
Uloga glavnih cirkulacijskih pumpi je uspostava i održavanje prisilne cirkulacije rashladnog fluida u primarnom krugu pri konstantnom tlaku. S obzirom da toplinski stupanj djelovanja u nuklearnoj elektrani ovisi o prosječnoj temperaturi rashladnog fluida, poželjno je da je ta temperatura što viša. Međutim, maksimalna temperatura hladioca ograničena je dopuštenim iznosom temperature hladioca u reaktoru pa se povećanje prosječne temperature hladioca može postići smanjenjem prirasta temperature hladioca u reaktoru. Da bi za danu snagu prirast temperature bio manji mora se povećavati protok (brzina) rashladnog sredstva kroz reaktor. Veća brzina strujanja zahtjeva veću snagu pumpe (ovisnost je o v3) iz čega proizlazi da je snaga pumpe ograničavajući faktor za smanjenje prirasta temperature u primarnom krugu. Smanjenje istjecanja primarnog fluida reaktora kroz osovinu pumpe postiže se protutlačnim brtvljenjem, a podmazivanje se također vrši vodom jer upotreba maziva ne dolazi u obzir. Svaka od dvije glavne cirkulacijske pumpe NE Krško pogonjene su asinkronim motorima snaga 5,2 MW nazivnog napona 6 kV. Masa pojedine pumpe iznosi 78,5 t, visina 8,1 m, a protok vode je 6,3 m3/s.
Cjevovodi primarnog kruga napravljeni su od nehrđajućeg čelika, a dijele se na:
- tople (između reaktora i parogeneratora),
- hladne (između pumpe i reaktora),
- poprečne (između parogeneratora i pumpe).
Unutarnji promjeri cjevovoda u NE Krško variraju od 69,9 cm do 73,7 cm dok su debljine stijenki od 5,9 do 6,2 cm.
Sve naprijed navedene komponente primarnog kruga NE Krško nalaze se unutar zaštitne zgrade. Zaštitna se zgrada sastoji od tri dijela:
- čelični plašt ( kontejnment),
- međuprostor (anulus),
- zaštitna armirano-betonska zgrada.
Čelični je plašt projektiran za tlak 0,357 MPa odnosno onaj tlak koji bi nastao u njemu uslijed pucanja primarnog cjevovoda. Tada bi došlo do naglog pada tlaka u primarnom krugu i voda bi isparila povećavajući tlak unutar čeličnog plašta. S obzirom da je ta para radioaktivna važno je sačuvati integritet kontejnmenta.Visina čeličnog plašta NE Krško je 71 m, promjer 32,1 m, a debljina stijenke 3,8 mm. Debljina betona armirano-betonske zgrade je 76 cm, a između nje i kontejnmenta se nalazi međuprostor širine 1,45 m.
Zadatak pomoćnih sustava reaktora je osiguravanje rada elektrane u normalnim uvjetima te zaštita reaktora u slučaju kvarova. Zaštita reaktora i sprječavanje ispuštanja fisijskih produkata u atmosferu mora biti ostvareno i u slučajevima glavnog projektnog kvara (lom primarnog cjevovoda), ili, na sekundarnoj strani NE, loma parovoda ili loma cjevovoda napojne vode parogeneratora.
Pomoćni sistemi NE Krško su:
- Sistem za volumnu i kemijsku kontrolu,
- sistem za odvođenje ostatne topline,,
- sistem za zaštitno hlađenje jezgre,
- sistem za hlađenje nuklearnih komponenata,
- sistem za tuširanje unutrašnjosti kontejnmenta,
- pomoćni sistem napojne vode.
Sekundarni krug nuklearne elektrane sličan je onom kod termolelektrane s tim da u NE parogenerator ima funkciju parnog kotla. Tlak zasićene pare na izlazu iz svakog parogeneratora je 6,5 MPa (na ulazu u turbinu 6,2 MPa), a temperatura 280,1°C što su vrijednosti niže od modernih TE na ugljen. Parametri pare određeni su temperaturom primarnog kruga i postizanjem što boljeg stupnja djelovanja turbinskog ciklusa. Niži tlak pare ima za posljedicu veće presjeke cjevovoda i turbina – osobito niskotlačnih dijelova.
Turbina NE Krško
Protok pare je 1,09 t/s, a vlažnost na ulazu u turbinu je 0,46%. Međutim, tokom ekspanzije u turbini vlažnost pare se povećava tako da se nakon visokotlačnog dijela turbine para najprije odvodi u separatore i pregrijače pare, a tek onda u nikotlačni dio. Povećana vlažnost ugrožava integritet lopatica turbine koja se vrti kutnom brzinom 157 rad/s (1500 okr/min). Nakon izlaska iz niskotlačnog dijela turbine para odlazi u kondenzator, a zatim nakon prolaska kroz četiri niskotlačna regenerativna grijača napojne vode (i jednog visokotlačnog) odlazi natrag u parogenerator. U slučaju naglog rasterećenja generatora brzozatvarajući ventili zatvaraju dovod pare u turbinu, pa para direktno ide u kondenzator. Kondenzator se hladi vodom uzetom iz Save. Brana na Savi omogućava dovoljnu dubinu vode za usis rashladnih pumpi. Rijeci Savi se nakon ispuštanja rashladne vode kondenzatora temperatura smije povisiti za 3°C, te u slučaju niskog vodostaja rashladna voda prolazi kroz rashladne tornjeve da bi joj se snizila temperatura. Osim rashladne vode za hlađenje kondenzatora savska se voda koristi i za neovisno hlađenje izmjenjivača topline u sustavu za odvođenje topline iz nuklearnih komponenata.
S obzirom da je sigurno napajanje parogeneratora napojnom vodom izuzetno važno za sigurnost elektrane, osim osnovnog sustava postoji i pomoćni sustav za napajanje. Zadatak pomoćnog sustava za napajanje je osiguravanje hlađenja parogeneratora u slučaju kvara u osnovnom sustavu, a u normalnom pogonu ima prmjenu pri stavljanju elektrane u pogon i pri obustavi rada elektrane. Pomoćni sustav napojne vode vezan je na više neovisnih naponskih izvora.
Godišnja ekvivalentna doza od prirodnih radioaktivnih izvora u okolici NEK-a je na nivou svjetskog prosjeka: 2,44 mSv. Doprinos NEK-a ekvivalentnoj dozi stanovnika koji živi u okolici elektrane bio je 0,002 mSv 2007. godine, što je puno manje od dozvoljenih 0,050 mSv godišnje po stanovniku na udaljenosti od 500 m od ograde NEK-a. Iznos od 0,002 mSv je manje od 0,1% godišnje ekvivalentne doze od prirodnih izvora. Ispuštena aktivnost u tekućim ispustima za fisijske i aktivacijske produkte 2007. iznosila je 0,12% dozvoljene aktivnosti, odnosno 48,3% dozvoljene aktivnosti za biološki slabo aktivan tricij. Aktivnost plinovitih fisijskih i aktivacijskih plinova bila je oko 0,29% propisanih vrijednosti, dok je aktivnost 131I i ostalih izotopa joda bila na sličnom nivou: 0,26% dozvoljene vrijednosti.
Zagrijavanje rijeke Save mjereno u točki miješanja nije bila veća od dozvoljenih 3°C.