Co to jest elektrownia?
Zadaniem elektrowni jest wytwarzanie energii elektrycznej. Najczęściej wytwarza się najpierw ciepło, które ostatecznie zostaje częściowo przemienione w energię elektryczną. W elektrowni konwencjonalnej zasilanej paliwem kopalnym w olbrzymim, prawie stumetrowym kotle spala się węgiel, olej opałowy lub gaz ziemny. Wytworzone w tym procesie ciepło ogrzewa i odparowuje wodę. Para ta o ciśnieniu ok. 17 MPa i temperaturze ok. 53O °C jest doprowadzana do turbiny. Jest to duża maszyna z wałem z osadzonymi na nim łopatkami, na które przepływająca para wywiera nacisk. Jak skrzydła wiatraka pod wpływem wiatru, tak łopatki turbiny obracają się pod wpływem pary wodnej i wprawiają w ruch wielkie dynamo, zwane generatorem. Ten ostatni wytwarza prąd podobnie jak dynamo rowerowe, tyle tylko, że moc jego jest oczywiście znacznie większa – ok. 1000 megawatów, co wystarcza dla zaspokojenia potrzeb dużego miasta. Energia elektryczna z generatora trafia poprzez transformatory i przekaźniki do sieci energetycznej.
Para wodna po przekazaniu swojej energii turbinie staje się chłodna, a jej ciśnienie gwałtownie spada. Aby mogła być ponownie użyta należy ją najpierw skroplić. Następuje to w skraplaczu pary na rurach chłodzonych wodą, skąd, już jako ciecz, jest przepompowywana z powrotem do kotła. Podczas tego cyklu woda chłodząca podnosi swoją temperaturę z 25 °C do 35 °C. Dla oziębienia doprowadzamy wodę chłodzącą do chłodni kominowej i tam rozkraplamy. Drobne kropelki wody opadając w dół komina oziębiają się podgrzewając równocześnie powietrze. W chłodni kominowej powstaje silny ciąg jak w typowym kominie w domach. Oziębiona woda wraca do skraplacza pary. Oczywiście część tej wody ulatnia się w chłodni kominowej na skutek parowania, tworząc widoczne nad nią chmurki. Ubytek wody, wynoszący dla elektrowni o mocy 1300 MW około 1 metr sześcienny na sekundę, jest najczęściej uzupełniany z rzek. W szczególnie korzystnych warunkach można częściowo lub nawet całkowicie zrezygnować z chłodni kominowych, wykorzystując do chłodzenia wodę bezpośrednio z rzek lub mórz.
Czym się różni elektrownia jądrowa od konwencjonalnej?
W elektrowni jądrowej uzyskujemy energię do wytwarzania pary nie ze spalania paliw kopalnych, lecz z rozszczepiania jąder atomowych. Kocioł zostaje tu zastąpiony reaktorem jądrowym, czyli urządzeniem, w którym jest wytwarzana energia jądrowa. W reaktorze przebiega kontrolowana reakcja łańcuchowa, podczas której rozszczepianych jest jedynie tyle jąder uranu i plutonu, ile w danym momencie potrzeba do produkcji prądu elektrycznego. Schemat stopniowej konwersji energii w elektrowni konwencjonalnej i jądrowej przedstawia poniższy rysunek.
Rozczepienie jądra atomowego jest bardzo wydajną reakcją jądrową. Ilość energii wydzielonej w rozszczepieniu jądra atomu uranu przewyższa 50 milionów razy energię chemiczną ze spalenia atomu węgla. Dla porównania bloki o takiej samej mocy 1000 MW w ciągu roku potrzebują 2,5 mln t węgla kamiennego lub 40 t paliwa rozszczepialnego. Węgiel dostarczany do elektrowni konwencjonalnej jest ciągle dowożony, nawet kilkanaście razy w ciągu miesiąca pociągiem o kilkudziesięciu wagonach. Paliwo jądrowe jest dostarczane o wiele rzadziej – zwykle przebywa w rdzeniu reaktora 3 lata.
Elektrownia konwencjonalna produkuje spaliny i żużel liczone w tysiącach ton rocznie, które wprowadzane są do środowiska. Tylko część z nich może być wykorzystana w przemyśle, pozostałe odpady są trujące i trwale szkodliwe. Odpady z elektrowni jądrowej są produkowane w o wiele mniejszych ilościach – kilkadziesiąt metrów sześciennych rocznie. Ponadto ścisły dozór i bardzo wysokie zabezpieczenia powodują, że odpady te, mimo że są szkodliwe, nie mają praktycznie szansy dostać się w normalnych warunkach do środowiska.
Ważnym parametrem jest dyspozycyjność. Ze względu na skomplikowaną procedurę uruchamiania oraz wyłączenia reaktora oraz lepszą wydajność podczas stałego obciążenia elektrownia jądrowa pracuje średnio 8200 godzin w roku, w przeciwieństwie do elektrowni konwencjonalnej pracującej około 6500 godzin rocznie.
Istotne różnice występują również w kosztach budowy i eksploatacji. Konwencjonalna elektrownia cieplna ma niski udział kosztów budowy (1,5 mln € za 1 MW mocy zainstalowanej), natomiast duży paliwa (elektrownie węglowe 40-50%, gazowe 70-80%), co wiąże się z podatnością na fluktuacje cen paliw, a co za tym idzie – końcowymi kosztami wytworzonej energii. W elektrowni jądrowej nakłady inwestycyjne stanowią największy składnik przyszłego kosztu energii. Wiąże się to z zasadą wykorzystywania najlepszej dostępnej technologii – ze względu na okres eksploatacji około 60 lat – oraz licznymi ubezpieczeniami i funduszami. Koszty paliwa stanowią około 10-14%, co powoduje niewrażliwość na ceny na rynku paliw.