Sistemul de funcţionare al Centralei Nucleare de la Cernavodă

Centrala nuclearoelectrică este un ansamblu de instalaţii şi construcţii reunite în scopul producerii energiei electrice pe baza folosirii energiei nucleare.
Obţinerea energiei nucleare se bazează pe reacţia de fisiune (descompunere) nucleară în lană. Instalaţia care asigură condiţiile de obţinere şi mentinere a reacţiei în lanţ este reactorul nuclear. În principiu, reactorul se compune dintr-o parte centrală numită zona activă, în care are loc reacţia de fisiune şi se dezvoltă căldura de reacţie.

Zona activă conţine combustibilul nuclear alcătuit din izotopi fisionabili (U235, Pu239) şi materiale fertile (U238, U232); moderatorul (apa grea), care are rolul de a încetini viteza neutronilor rapizi, astfel că reacţia să fie controlabilă; barele de control captează neutronii rezultaţi din reacţia de fisiune; agentul de răcire, care preia căldura dezvoltată în zona activă şi o cedează apei în schimbătorul de căldură.

În schimbătorul de caldură, apa de vaporizează şi devine agentul producător de lucru mecanic în turbină. Lucrul mecanic este transformat de generator în energie electrică. Combustibilul, moderatorul şi agentul de răcire formează aşa numită filieră a reactorului termic care determină caracteristicile specifice centralelor nucleare.

Combustibilul introdus în reactor are forma unor pilule compactate sub formă de bare.

Între barele de combustibil se găsesc barele de control. Acestea conţin cadmiu (element chimic ce absoarbe neutroni). Ele au rolul de a regla numărul de neutroni ce pot produce noi reacţii de fisiune, astfel încât puterea produsă de reactor să rămână constantă în timp.

Pentru menţinerea reacţiei în lanţ, în unele tipuri de reactoare, neutronii emişi în reacţiile de fisiune trebuie încetiniţi. În timpul frânării neutronilor are loc un transfer de energie de la aceştia la moderator, temperatura moderatorului şi a combustibilului marindu-se.

Controlul reactoarelor nucleare se face computerizat (inclusiv al sistemelor utilizate pentru protecţia reactorului şi a mediului înconjurător).

Centralele nucleare au între 1 şi 8 reactoare (unităţi), fiecare cu o putere înstalată de cel puţin 600 MW.

Centrala de la Cernavodă se bazează pe sistemul canadian CANDU şi are o putere instalată de 706 MW în prezent. Structura unui reactor CANDU constă într-un recipient cilindric orizontal, cu tuburi pentru barele de combustibil şi pentru lichidul de răcire (apa grea) plasate orizontal.

Numele tipului de reactor, CANDU (CANada Deuterium Uranium), rezumă trei din caracteristicile principale ale reactorului: proiectul este canadian, foloseşte apa grea ca moderator, iar combustibilul utilizat este uraniul natural.

Agentul de răcire este pompat prin canalele de combustibil , răcind combustibilul şi apoi, prin generatoarele de abur unde căldura este trasferată apei (uşoare) pentru producerea aburului.
Aburul este trimis la turbo – generator pentru a produce energie electrică într-un mod convenţional.

Reactorul este format dintr-un ansamblu cilindric din oţel – inox (calandria) plasat într-o structură de beton placat cu oţel (chesonul calandriei) care asigură protecţia termică
şi răcirea. Calandria conţine apa grea ca moderator, mecanisme de control al reactivităţii şi 380 canale de combustibil. Canalele de combustibil care conţin combustibil şi apa grea folosită ca agent de răcire, sunt amplasate în tuburi mai mari în calandria.

Calandria este susţinută de protecţii de capăt între zona activă a reactorului şi zona de funcţionare a maşinii de încărcat combustibil. Reactorul este încărcat cu uraniu natural sub formă de pastile de bioxid de uraniu. Treizeci de pastile puse cap la cap sunt conţinute într-o teacă din aliaj de zirconiu (Zircaloy) formând un element combustibil. Treizeci şi şapte de asemenea elemente sunt asamblate într-un fascicul de combustibil care cântăreşte 23,7 kg. Fiecare canal de combustibil conţine doisprezece fascicule de combustibil.

Sistemul de reglare al reactorului controlează puterea reactorului în limitele specifice şi asigură că sunt îndeplinite cerinţele centralei; de asemenea monitorează distribuţia puterii în zona activă pentru a optimiza puterea pe fascicul şi pe canal conform specificaţiilor de proiect.

Sistemul de manipulare a combustibilului realimentează reactorul cu fascicule de combustibil proaspăt în timpul funcţionării normale a reactorului; acest sistem este proiectat să funcţioneze la toate nivelele de putere a reactorului. De asemenea, sistemul asigură depozitarea temporară a combustibilului proaspăt şi iradiat.

Fascicululele de combustibil sunt împinse în canalul reactorului de către o maşină de încărcat combustibil, acţionata de la distanţă. Fasciculele de combustibil iradiat sunt descărcate în acelaşi timp de o altă maşină de combustibil, situată la capătul opus al canalului de combustibil. Combustibilul iradiat este apoi transferat într-un bazin de stocare plin cu apă aflat în clădirea serviciilor, lângă clădirea reactorului

Prin sistemul de transport al căldurii circulă agentul de răcire presurizat (D₂O) prin canalele de combustibil pentru a extrage căldura produsă prin fisiunea uraniului. Căldura este transportată de către agentul de răcire la cele patru generatoare de abur identice.

Sunt prevăzute două bucle de circulaţie, fiecare răcind câte o jumătate din zona activă.Generatorul de abur şi pompele de circulaţie sunt plasate la fiecare capăt al reactorului astfel încât în jumătate din zona activă, debitul este direcţionat într-un sens iar în cealaltă jumătate, în sens opus. Presurizorul menţine presiunea în circuitul de răcire la o valoare relativ ridicată. Fluidul de răcire este circulat în permanenţă în timpul funcţionării reactorului, pe durata opririi şi în perioada de întreţinere.

Neutronii produşi prin reacţia de fisiune sunt moderaţi (încetiniţi) de apa grea (D₂O) din
calandria. Apa grea este circulată prin sistemul moderator pentru răcire, purificare şi controlul substanţelor folosite pentru reglarea reactivităţii. Apa grea din calandria
acţionează ca o sursă rece într-un eveniment de pierdere a agentului de răcire, fapt ce ar coincide cu indisponibilitatea sistemului de răcire la avarie a zonei active.

Sistemul generator de abur transferă căldura din apa grea (D₂O) folosită ca agent
de răcire, apei uşoare (H₂O) pentru formarea aburului, care duce la turbo – generator. Sistemul generator de apă de alimentare procesează aburul condensat venit de la turbină
şi îl trimite la turbo – generator.

Turbina tip CANDU 6 constă într-un corp de înaltă presiune dublu flux şi trei corpuri de joasă presiune în dublu flux care eşapează în trei corpuri de condensator.

Un program de radioprotecţie optimă a fost elaborat şi implementat pentru a asigura protecţia personalului, populaţiei, cât şi protecţia mediului înconjurător. Programul se bazează pe ultimele recomandări ICPR referitoare la limitarea şi optimizarea limitelor de expunere la radiaţii. Un aspect important al programului de radioprotecţie îl reprezintă monitorarea dozimetrică în incinta CNE şi în mediul înconjurător.

Centrala Nucleară de la Cernavodă – Partea I

1 noiembrie 2009cernavodean11 comentarii

Deşi omenirea a îmblânzit recent puterea nucleară, primele reactoare nucleare au apărut în mod natural. Cincisprezece reactoare de fisiune naturale au fost găsite în trei depozite separate de minereu la mina Oklo din Gabon, în vestul Africii. Descoperite pentru prima dată de Francis Perrin, acestea sunt numite ca „Reactoarele Fosile Oklo”. Aceste reactoare funcţionează de aproximativ 150 milioane de ani, având o putere medie de 100 kW. De asemenea, emisia de căldură, lumină şi radiaţii de la stele se bazează pe fuziunea nucleară. Conceptul unui reactor nuclear natural a fost teoretizat încă din 1956 de Paul Kurola la University of Arkansas.

Enrico Fermi şi Leo Szilard, ambii de la University of Chicago, au fost primii care au construit o pilă nucleară şi au prezentat o reacţie în lanţ controlată, pe 2 Decembrie 1942. În 1955 ei şi-au împărţit patentul de invenţie pentru reactorul nuclear U.S. Patent 2.708.656.

Primul reactor nuclear a fost utilizat pentru a genera plutoniu pentru bomba nucleară. Alte reactoare au fost folosite în navigaţie pentru propulsarea submarinelor şi chiar avioane. La mijlocul lui 1950 Uniunea Sovietică şi ţările vestice şi-au extins cercetările pentru a include şi utilizarea nemilitară a atomului. Totuşi, ca şi programul militar, multe din lucrările nemilitare au fost făcute în secret.

Pe 20 Decembrie 1951, în SUA, a fost generat pentru prima dată curent electric folosind putere nucleară la Experimental Breeder Reactor-I (EBR-1) localizat lângă Arco, statul Idaho. Pe 26 Iunie 1954, la ora 5:30 a început să genereze curent electric prima centrală nucleară sovietică, la Obninsk, Kaluga Oblast. Ea a produs 5 MW, asigurând electricitate pentru 2.000 de case.

Prima centrală nucleară de tip comercial din lume a început să funcţioneze pe 17 Octombrie 1956, la Calder Hall. Un alt reactor de putere timpuriu a fost Shippingport Reactor în Pennsylvania (1957).

Chiar înainte de accidentul din 1979 d la Three Mile Island, au fost oprite unele comenzi pentru centrale nucleare în USA din raţiuni economice legate în primul rând de durata lungă de construcţie. De altfel din 1978 nu s-au mai construit centrale în SUA; situaţia s-ar putea schimba după 2010.

Spre deosebire de accidentul de la Three Mile Island, accidentul din 1986 de la Cernobîl nu a înăsprit reglementările cu privire la reactoarele din Vest. Acesta deoarece reactoarele de la Cernobîl, de tip RBMK, erau cunoscute ca având un proiect nesigur, fără clădiri de siguranţă şi operate nesigur, iar Vestul auzite prea puţine despre ele. Au fost şi precipitări politice: Italia a ţinut un referendum în anul următor, 1987, ale cărui rezultate au condus la oprirea a patru centrale nucleare.

În 1992 centrala Turkey Point Nuclear Generation Station a fost lovită direct de uraganul Andrew. Au fost pagube de peste 90 milioane de dolari, cele mai mari la un rezervor de apă şi un coş de fum al unei unităţi funcţionând cu combustibili fosili, dar clădirile de protecţie nu au avut de suferit.

Prima structură de dezvoltare a sistemelor nucleare de putere utilitare, şi anume US Navy, este singura din lume cunoscută ca având o activitatea total curată. US Navy a operat mai multe reactoare decât orice altă entitate, chiar şi Soviet Navy, fără incidente majore făcute publice. Două submarine americane, USS Scorpion şi Thresher au fost pierdute în mare, din motive ce nu au avut legătură cu reactoarele lor, epavele lor fiind astfel situate încât riscul de poluare nucleară este considerat scăzut.

Principiul de funcţionare

Centrala nuclearo-electrică este un ansamblu de instalaţii şi construcţii reunite în scopul producerii energiei electrice pe baza folosirii energiei nucleare.

Obţinerea energiei nucleare se bazează pe reacţia de fisiune(descompunere)  nucleară în lanţ. Instalaţia care asigură condiţiile de obţinere şi menţinere a reacţiei în lanţ este reactorul nuclear. În principiu, reactorul se compune dintr-o parte centrală numită zonă activă, în care are loc reacţia de fisiune şi se dezvoltă căldura de reacţie.

Zona activă conţine combustibilul nuclear alcătuit din izotopi fisionabili (U235, Pu239) şi materiale fertile (U238, U232); moderatorul (apa grea), care are rolul de a încetini viteza neutronilor rapizi, astfel ca reacţia să fie controlabilă; barele de control captează neutronii rezultaţi din reacţia de fisiune; agentul de răcire, care preia căldura dezvoltată în zona activă şi o cedează apei în schimbătorul de căldură.

În schimbătorul de căldură, apa de vaporizează şi devine agentul producător de lucru mecanic în turbină. Lucrul mecanic este transformat de generator în energie electrică.

Combustibilul, moderatorul şi agentul de răcire formează aşa numita filieră a reactorului termic care determină caracteristicile specifice centralelor nucleare.

Combustibilul introdus în reactor are forma unor pilule compactate sub formă de bare.

Între barele de combustibil se găsesc barele de control. Acestea conţin cadmiu (element chimic ce absoarbe neutroni). Ele au rolul de a regla numărul de neutroni ce pot produce noi reacţii de fisiune, astfel încât puterea produsă de reactor să rămână constantă în timp.

Pentru menţinerea reacţiei în lanţ, în unele tipuri de reactoare, neutronii emişi în reacţiile de fisiune trebuie încetiniţi. În timpul frânării neutronilor are loc un transfer de energie de la aceştia la moderator, temperatura moderatorului şi a combustibilului mărindu-se.

Controlul reactoarelor nucleare se face computerizat (inclusiv al sistemelor utilizate pentru protecţia reactorului şi a mediului înconjurător).

Centralele nucleare au intre 1 şi 8 reactoare (unităţi), fiecare cu o putere instalată de cel puţin 600 MW.

Singura centrală nucleară din România se găseşte la Cernavodă. La Cernavodă funcţioneză în prezent două unităti, ce produc împreună circa 18% din consumul de energie electrică al ţării.

Planul iniţial, datând de la începutul anilor 1980, prevedea construcţia a cinci unităţi. Unitatea I a fost terminată în 1996, are o putere electrica instalata de 706 MW si produce anual circa 5 TWh. Unitatea II a fost pornită pe 6 mai, conectată la sistemul energetic naţional pe 7 august şi funcţionează la parametrii normali din luna septembrie 2007.

Centrala de la Cernavodă se bazează pe sistemul canadian CANDU şi are o putere instalată de 706 MW în prezent. Structura unui reactor CANDU constă într-un recipient cilindric orizontal, cu tuburi pentru barele de combustibil şi pentru lichidul de răcire (apă grea) plasate orizontal.

În jurul acestor tuburi se află apă grea, care acţionează ca moderator. Apa grea conţine doi atomi de deuteriu (un izotop neradioactiv al hidrogenului) şi un atom de oxigen. Apa grea este mult mai eficientă ca moderator decât apa obişnuită şi permite folosirea uraniului natural drept combustibil. Ea se obţine în întreprinderi specializate, prin separarea sa din apa naturală (există o astfel de întreprindere la Drobeta Turnu-Severin).

Pentru realizarea Unităţilor 3 şi 4 de la Cernavodă a fost ales modelul unei Companii de Proiect realizată prin parteneriat între statul roman prin intermediul Nuclearelectrica şi investitori privaţi. Cei şase investitori care au depus oferte şi au fost selectaţi sunt: Arcelor Mittal România care va deţine 6,2 din acţiunile viitoarei companii, Grupul CEZ Republica Cehă – 9,15%, ENEL Italia – 9,15%, GDF Suez – 9,15%, Iberdrola Spania – 6,2% şi RWE Germania – 9,15%, în condiţiile în care statul roman va deţine 51% din acţiuni. Compania de proiect numita EnergoNuclear a fost înfiinţată în martie 2009, iar cele două unitaţi se estimează că vor fi puse în funcţiune în 2015-2016.

Securitatea centralelor nuclearoelectrice

În regim de funcţionare normală, cantităţile de substanţe radioactive eliberate de centrala nucleară sunt nesemnificative. Pericolul specific, pentru populaţie şi mediul ambiant, constă în eliberarea necontrolată de substanţe radioactive. Sistemele tehnice de securitate sunt destinate să limiteze distrugerile zonei active a reactorului.

De la descoperirea fisiunii nucleare, populaţia a fost saturată cu povestiri alarmante şi cu exagerări despre energia nucleară. S-a emis astfel ipoteza că orice reactor poate exploda oricând ca o bombă nucleară.

În pricipiu, nici un reactor nuclear nu poate exploda ca o bombă. Sunt însă posibile accidente în care reactoarele să se supraîncălzească, iar componentele lor, depinzând de materialele din care sunt realizate, să se topească sau să ardă. Creşterea presiunii agentului de răcire poate deveni cauza unor explozii “mecanice” care ar deteriora învelişul reactorului sau al sistemului de răcire. Astfel, pot fi împrăştiate în spaţiu materiale radioactive, care să contamineze mediul înconjurător. Centralele nucleare actuale sunt proiectate astfel încât probabilitatea unor accidente de acest tip să fie minimă.

Toate reactoarele nucleare moderne sunt închise în containere extrem de sigure. Acestea sunt proiectate astfel încât să prevină orice scurgeri radioactive care ar putea rezulta în urma unor accidente de operare.

Centralele nucleare sunt astfel proiectate încât să cuprindă sisteme care să prevină producerea accidentelor nucleare. Acestea sunt dispuse “în linie”, astfel încât, dacă un sistem de protecţie se defectează, un altul să îi ia locul şi aşa mai departe. Desigur, este posibil ca toate sistemele din “linia” de protecţie să cadă unul după celălalt, dar probabilitatea producerii unui astfel de eveniment este extrem de mică.