Jaderná elektrárna Temelín
Jaderná elektrárna Temelín leží přibližně 24 km od Českých Budějovic a 5 km od Týna nad Vltavou. Elektřinu vyrábí ve dvou výrobních blocích s tlakovodními reaktory VVER 1000 typu V 320. V areálu je vše připraveno na případnou výstavbu dalších dvou bloků. 21. prosince 2000 vyrobil první blok první elektřinu. Elektrárna dnes pracuje na výkonu 2 × 1 078 MWe.
Princip výroby elektřiny v jaderné elektrárně je obdobou výroby elektřiny v uhelných elektrárnách. Rozdíl je pouze v tom, že k získávání tepla se využívá řízená jaderná řetězová štěpná reakce. V aktivní zóně tlakovodního reaktoru vzniká při štěpení jader uranu 235U teplo. Tepelnou energii odvádí chladivo, demineralizovaná voda pod velmi vysokým tlakem, který nedovolí vodě vřít. Z reaktoru proudí ohřátá voda do čtyř tepelných výměníků – parogenerátorů – kde svou tepelnou energii předává vodě cirkulující v odděleném sekundárním okruhu. Tlak vody v tomto okruhu je nižší než v okruhu primárním, voda v parogenerátoru se vaří a přeměňuje se na sytou páru. Pára z parogenerátoru proudí do turbíny, kterou roztáčí mechanickým působením na její lopatky. V generátoru se pak přemění pohybová energie na energii elektrickou. Pára, která odevzdala svou energii, se vede do kondenzátorů, kde se sráží na vodu. Chlazení kondenzátorů, v nichž se páře odnímá kondenzační teplo, zajišťuje třetí chladicí okruh, jehož nejviditelnější částí jsou chladicí věže. Voda z kondenzátorů se vede zpět do parogenerátorů, kde se znovu změní v páru a proudí do turbíny. Tím se cyklus vody a páry v sekundárním okruhu uzavírá. Produkci tepla v reaktoru je možné řídit řídicími tyčemi a změnou koncentrace boru v chladivu.
Bloková dozorna – velín
Mozkem jaderné elektrárny je bloková dozorna, odkud se ovládá celý provoz. Je opatřena moderním digitálním systémem kontroly a řízení, na jehož správnou funkci dohlíží obslužný personál: vedoucí bloku, vedoucí blokové dozorny, operátor primární části a operátor sekundární části. Fyzickou kontrolu provádějí pracovníci obsluhy, kteří spolupracují s personálem blokové dozorny při kontrolních činnostech a zkouškách. Na provoz celé elektrárny dohlíží směnový inženýr.
Primární okruh
Srdcem primárního okruhu je jaderný reaktor. Na něj jsou napojené cirkulační smyčky, kterými proudí chladicí voda odvádějící teplo vzniklé při štěpení jader uranu v aktivní zóně reaktoru. Důležitou součástí primárního okruhu je kompenzátor objemu, jehož úkolem je regulovat tlak chladiva v primárním okruhu. V Temelíně je tlak v primárním okruhu 15,7 MPa (což je tlak vody v hloubce asi 1,5 km pod hladinou). Za tohoto tlaku voda v primárním okruhu nemůže při provozní teplotě 320 °C začít vřít. Primární okruh je vyrobený z oceli a je celý uzavřen v železobetonové ochranné obálce – kontejnmentu. Elektrárna Temelín je vybavena tlakovodními reaktory o tepelném výkonu 3 000 MW. Na tepelný výkon 1 W musí v aktivní zóně proběhnout každou sekundu asi 30 miliard štěpení jader uranu 235U.
Nejdůležitější částí reaktoru je aktivní zóna. Stejně jako ostatní vnitřní části reaktoru je aktivní zóna uložena ve válcové tlakové nádobě. Ta je cca 11 m vysoká, má vnější průměr asi 4,5 m a tloušťka stěny její válcové části je 193 mm. Je navržena na tlak 17,6 MPa při teplotě 350 °C a je vyrobena z vysoce kvalitní nízkolegované chrom-nikl-molybden-vanadové oceli odolné proti radiaci. Ostatní vnitřní části reaktoru vytvářejí nosnou část aktivní zóny, usměrňují proudění chladicí vody aktivní zónou, slouží pro vyvedení vnitroreaktorového měření, regulaci výkonu reaktoru a mají ještě mnoho dalších funkcí. Za provozu je reaktor pevně utěsněn víkem, nad nímž jsou elektromagnetické pohony pro pohyb řídicích tyčí; jejich zasouváním či vytahováním se řídí výkon reaktoru.
Jaderné palivo
Palivem v Temelíně je oxid uraničitý UO2 s průměrně 3,5% obohacením uranu o štěpitelný izotop 235U. Štěpná reakce probíhá v aktivní zóně reaktoru, která leží ve spodní části tlakové nádoby. Je v ní 163 palivových souborů s jaderným palivem a 61 regulačními tyčemi. Jeden palivový soubor má tvar 4,5 m dlouhého šestibokého hranolu, který obsahuje palivové proutky. V každé kazetě je 312 palivových proutků. Pod pláštěm ze zirkoniové slitiny ukrývají vlastní palivo ve tvaru malých válečků z oxidu uraničitého, tzv. pelet. Reaktor obsahuje celkem 81 tun uranu, každý den rozštěpí cca 3 kg uranu. Jaderné palivo vyhořívá, správněji řečeno se postupně štěpí jádra uranu 235U na dva až tři štěpné produkty, z nichž mnoho je radioaktivních. Zásoba energie ukrytá v jaderném palivu se tak postupně spotřebovává. Při výměně paliva se každý rok přibližně čtvrtina palivových souborů nahradí čerstvými, každý rok se tedy vymění 41–42 palivových souborů. K výměně paliva slouží speciální zavážecí stroj. Pomocí teleskopické tyče vyjímá použité palivové kazety z reaktoru a ukládá je do bazénu pro skladování, který je vedle reaktoru; z šachty pro přepravní kontejnery s čerstvým palivem naopak vyjímá čerstvé palivové kazety a zaváží je do reaktoru. V aktivní zóně přeskládá kazety tak, aby čerstvé byly po okrajích a do středu se postupně stěhovaly starší. Tím se zajistí optimální stupeň vyhoření všech kazet.
ZÁKLADNÍ TECHNICKÉ PARAMETRY JADERNÉ ELEKTRÁRNY TEMELÍN | |
---|---|
Typ reaktoru | |
Heterogenní, tlakovodní energetický reaktor VVER 1000 | typ V 320 |
Nominální tepelný výkon | 3 000 MWt |
Technické parametry reaktoru | |
Vnitřní průměr tlakové nádob | 4,1 m |
Vnější průměr tlakové nádoby | 4,5 m |
Celková síla stěny válcové části nádoby | 200 mm |
Tloušťka výstelky z austenitické oceli | 7 mm |
Výška horního bloku | 8,2 m |
Celková výška horního blok | 19,1 m |
Celková hmotnost | cca 800 t |
Aktivní zóna reaktoru | |
Počet palivových kazet | 163 |
Počet palivových proutků v kazetě | 312 |
Počet řídicích a regulačních svazků | 61 |
Počet absorpčních elementů jednoho svazku | 18 |
Výška aktivní zóny | 3,53 m |
Průměr aktivní zóny | 3,16 m |
Obohacení paliva při první zavážce | 1,3–3,8 % 235U |
Hmotnost palivové kazety | 766 kg |
Hmotnost paliva v jedné kazetě | 563 kg |
Vsázka paliva | 92 t |
Maximální vyhoření paliva | 60 MWd/kg |
Systém chlazení reaktoru | |
Počet chladicích smyček | 4 |
Pracovní tlak | 15,7 MPa |
Teplota chladiva na vstupu do aktivní zóny | 290 °C |
Teplota na výstupu z aktivní zóny | 320 °C |
Průtok chladiva reaktorem | 84 600 m3/h |
Vnitřní průměr hlavního cirkulačního potrubí | 850 mm |
Vnější průměr hlavního cirkulačního potrubí | 995 mm |
Parogenerátor | |
Počet na blok | 4 |
Vstupní/výstupní teplota na primární straně | 320/290 °C |
Vstupní/výstupní teplota na sekundární straně | 220/278,5 °C |
Tlak | 6,3 MPa |
Množství vyrobené páry | 1 470 t/h |
Objem primární/sekundární strany | 21/66 m3 |
Průměr tělesa parogenerátoru | 4,1 m |
Maximální délka tělesa parogenerátoru | 14,8 m |
Hmotnost parogenerátoru | cca 416 t |
Hlavní cirkulační čerpadlo | |
Počet na blok | 4 |
Příkon čerpadla | 5,1 MW |
Provozní výkon | 21 200 m3/h |
Synchronní otáčky | 1 000 ot./min. |
Hmotnost čerpadla | 156 t |
Ochranná obálka (kontejnment) | |
Půdorys obestavby | 66 × 66 m |
Výška válcové části | 38 m |
Vnitřní průměr válcové části | 45 m |
Vnitřní světlá výška | 41,7 m |
Tloušťka stěny válcové části | 1,2 m |
Tloušťka stěny kopule | 1,1 m |
Tloušťka základové desky | 2,4 m |
Tloušťka ocelové výstelky uvnitř kontejnmentu | 8 mm |
Hmotnost prstence | 140 t |
Hmotnost vrchlíku | 147 t |
Maximální přetlak uvnitř | 0,49 MPa |
Maximální teplota uvnitř | 150 °C |
Průměr předepínacích lan | 150 mm |
Počet předepínacích lan válcové části/kopule | 96/36 |
Napínací síla | 10 MN |
Parní turbína 1 000 MW | |
Počet VT dílů | 1 |
Počet NT dílů | 3 |
Nominální otáčky | 3 000 ot./min. |
Průtok páry při 100% výkonu v kondenzátním režimu | 5 262,9 t/h |
Hmotnost VT dílu | 260 t |
Hmotnost NT dílu | 480 t |
Kondenzátor | |
Počet trubek v jednom kondenzátoru | 31 900 |
Teplosměnná plocha | 23 200 m2 |
Teplota chladicí vody max. | 34 °C |
Množství chladicí vody | 36 500 m3/h |
Průměr/síla stěny trubek 1. bloku | 20/0,7 mm |
Průměr/síla stěny trubek 2. bloku | 20,1/0,5, 0,7 mm |
Délka trubek | 12 m |
Materiál | titan |
Celková hmotnost | 540 t |
Alternátor | |
Nominální zdánlivý výkon | 1 111 MVA |
Výkon na svorkách alternátoru | 981 MW |
Dodávaný výkon do elektrické sítě | 912 MW |
Vlastní spotřeba bloku | 69 MW |
Účiník | 0,9 |
Nominální sdružené napětí | 24 kV |
Nominální fázový proud | 26 726 A |
Nominální frekvence | 50 Hz |
Chlazení | vodík – voda |
Hmotnost | 564 t |
Chladící věže | |
Výška věže | 154,8 m |
Patní průměr | 130,7 m |
Průměr v koruně věže | 82,6 m |
Tloušťka pláště tahového komína | 0,9–0,18 m |
Celková plocha pláště | 81 000 m2 |
Hmotnost pláště | 27 500 t |
Objem sběrné nádrže | 35 000 m3 |
Výška nasávacího otvoru | 10,7 m |
Počet šikmých stojek | 112 |
Zastavěná plocha | 13 700 m2 |
Sekundární okruh
Sekundární okruh je druhý chladicí uzavřený okruh s demineralizovanou vodou. V parogenerátorech se voda sekundárního okruhu vaří a vznikající pára roztáčí turbínu. Každá ze dvou temelínských turbín je určena k pohonu jednoho generátoru (alternátoru). Po průchodu turbínou se pára vede do kondenzátorů, kde se sráží na vodu, tzv. kondenzát. Vytváří hluboký podtlak, který je důležitý pro maximální účinnost celého tepelného cyklu. Pára tu má teplotu méně než čtyřicet stupňů. Po několika nezbytných úpravách (přečištění, ohřátí) se kondenzát stává tzv. napájecí vodou, která proudí zpět do parogenerátorů.
Turbína a generátor
Turbína je soustrojí složené ze čtyř za sebou uspořádaných těles – jednoho dílu vysokotlakého a tří dílů nízkotlakých. Tzv. sytá pára o teplotě přibližně 280 °C a tlaku 6,3 MPa, která vzniká v parogenerátorech, se vede nejprve do vysokotlakého dílu turbíny, kde ztratí asi 40 % své energie. Zbytek energie se využije při expanzi ve třech nízkotlakých dílech turbíny. Konstrukce rotorů je přizpůsobena účelu turbíny – maximálně využít energii expandující páry. Čím více tlak páry klesá, tím větší jsou lopatky rotoru. Např. lopatky čtvrtého stupně nízkotlakého dílu měří na délku více než metr. Parní turbína a generátor jsou uloženy na společné hřídeli a tvoří tzv. turbogenerátor. Celé turbosoustrojí se točí rychlostí 3 000 otáček za minutu. V alternátoru se prostřednictvím elektromagnetické indukce přeměňuje rotační energie turbíny na elektrickou energii. Rotor turboalternátoru je opatřen budicím vinutím, které vytváří magnetické pole. Elektrický proud pak vzniká ve vinutích statoru. Elektrická energie získaná v generátoru se po zvýšení napětí z 24 kV na 400 kV předává do elektrizační soustavy v rozvodně Kočín, umístěné 2 km jižně od elektrárny.
Kondenzátor
Hlavní částí kondenzátoru je složitý uspořádaný systém 32 tisíc titanových chladicích trubek. Důvodem pro tak velký počet je, stejně jako u parogenerátoru, snaha získat co největší plochu, na které by mohla pára přicházející z turbíny kondenzovat. Pára kondenzuje na povrchu trubek, uvnitř kterých protéká chladicí voda.
Chladicí okruh
Chladicí voda se v titanových trubkách kondenzátorů ohřívá na teplotu kolem 30 °C a ve čtyřech chladicích věžích se její teplo díky proudění vzduchu předává do atmosféry. Chladicí voda z kondenzátorů se potrubím vede do věže do výšky asi 30 m, poté se speciálními tryskami rozprašuje na chladicí výplň z PVC bloků instalovaných uvnitř věže. Zatímco voda zvolna protéká výplní, odspodu přirozeným komínovým tahem proudící venkovní studený vzduch ji ochlazuje. Přitom se část vody odpařuje (přibližně 0,3 m3/s z jedné věže). Ochlazená voda z výplní padá do sběrného bazénu pod věží. Odtud se čerpá zpět do kondenzátorů. Do vzduchu stoupá jen čistá vodní pára. Část chladicí vody se ve věžích odpaří, proto je třeba vodu do tohoto okruhu neustále doplňovat. Jako zdroj vody slouží nádrž vodního díla Hněvkovice o obsahu 22,2 mil. m3 vody.
Bezpečnost
Klíčovým slovem, které provází všechna stadia života jaderné elektrárny od výběru lokality přes projekt a stavbu až po provoz, je bezpečnost. Opírá se především o promyšlenou konstrukci. Všechny stavby, systémy a komponenty se projektují, konstruují a provozují tak, aby odolaly jak všem přírodním jevům předpokládaným v dané lokalitě, tak jevům vyvolaným lidskou činností. Možné přírodní jevy v dané lokalitě jsou blesk, vichřice, záplavy, zemětřesení, extrémní teploty a extrémní srážky; k jevům vyvolaným lidskou činností můžeme počítat pád letadla na objekty elektrárny, tlakové vlny explozí, terorizmus apod. Základní koncepce zajištění jaderné bezpečnosti vychází z principu několikanásobné bariéry proti úniku radioaktivních látek, včetně hermetické obálky, a zálohování principem 3 × 100 % pro bezpečnostní systémy. Znamená to, že bezpečnostní a havarijní systémy, které napravují následky vzniklých poruch, případně znemožňují další rozšíření poruch, jsou v elektrárně trojnásobné, i když by ke zvládnutí úkolu postačil systém jediný. Navíc se používají různé zdroje napájení, různé principy činnosti, různá kritéria pro uvedení zařízení do činnosti a zařízení se umisťují do navzájem oddělených prostorů, aby se odstranilo nebezpečí, že by ze stejného důvodu mohlo selhat několik zařízení najednou. Důležitým prvkem je také přirozená bezpečnost tlakovodního reaktoru, daná samoregulačními vlastnostmi založenými na obecně platných fyzikálních zákonech; ty v případě potřeby štěpnou reakci zastaví bez zásahu člověka. Mezi aktivní zónou reaktoru a životním prostředím stojí několik barier. Stejně jako peníze v bance jsou uzavřeny na několik zámků za několika dveřmi, stojí mezi radioaktivními látkami v reaktoru a životním prostředím 3 základní bariéry:
- speciální ochranná vrstva palivových proutků ze slitiny zirkonia,
- ocelové stěny primárního okruhu,
- kontejnment – železobetonová ochranná obálka s hermetickou ocelovou výstelkou, ve které je umístěn primární okruh.




Použité jaderné palivo
Při normálním provozu vznikají v jaderné elektrárně převážně nízkoaktivní, příp. středně aktivní odpady a použité jaderné palivo. Použité palivo přitom představuje cca 95 % všech zdrojů aktivity v jaderné elektrárně. Vzhledem ke své vysoké radioaktivitě a vývinu tepla vyvolaného radioaktivními přeměnami se musí použité palivo vyjmuté z reaktoru chladit a stínit, tj. bezpečně oddělit od okolního životního prostředí. Kapacita bazénu použitého paliva umožňuje použité palivo v bazénu skladovat po dobu deseti let. Teprve poté se překládá na dobu 40–60 let do tzv. suchých skladů použitého paliva. Použité palivo je ve skladu pod stálým dozorem a kontrolou. Pokud se v budoucnu nepřepracuje na čerstvé palivo, bude prohlášeno za odpad a uloží se do trvalého hlubinného úložiště. Pro výstavbu hlubinného úložiště se v současné době v souladu se státní koncepcí nakládání s radioaktivními odpady a použitým jaderným palivem hledá vhodná lokalita. Zprovoznění úložiště se předpokládá v roce 2065. Za bezpečné nakládání s odpadem z elektrárny odpovídá stát. Na základě Atomového zákona k tomu založil Správu úložišť radioaktivních odpadů (SÚRAO). Finanční prostředky získává SÚRAO na svou činnost z tzv. jaderného účtu. Na jaderný účet připívají všichni původci radioaktivních odpadů. Energetická společnost ČEZ platí 50 Kč za každou MWh vyrobenou v jaderných elektrárnách. Kromě odvádění příspěvků na jaderný účet vytváří podle atomového zákona každý vlastník povolení pro provoz jaderného zařízení finanční rezervu na likvidaci tohoto zařízení.