3.2 Ядерные реакторы

Рисунки 9A и 9B показывают принципиальное устройство двух различных типов реакторов, используемых для генерации электроэнергии. В ядре реактора уран подвергается реакции расщепления, в процессе которой выделяется много теплоты. На рисунках показаны распределительные устройства, которые регулируют коэффициент реакции и выход теплоты, путем поглощения некоторой доли потока нейтронов. В так называемом водяном реакторе (Рисунок 9A) ядро реактора окружено обыкновенной водой, которая циркулирует в замкнутом контуре, изготовленном из прочной стали. Вода в контуре циркулирует  под высоким давлением и выполняет функции охладителя и замедлителя. Тепло доставляется  к теплообменному устройству (парогенератору), где вода во втором контуре превращается в пар.

Рисунок 9B показывает принципиальное устройство созданного в Канаде реактора  "CANDU", который получил большое распространение на международном рынке ядерных технологий и принес успех разработчикам. В отличие от водяных реакторов, в реакторах "CANDU" топливо находится во множестве напорных труб внутри корпуса реактора, называемого "Каландрия". Тяжелая вода в герметичном контуре прокачивается через напорные трубы и передает теплоту парогенератору. Тяжелая вода низкого давления также заполняет "Каландрию", окружая напорные трубы, и выполняет функции замедлителя. В обоих типах реакторов  все процессы происходят внутри большой бетонной или стальной оболочки. Пар подают на генератор турбины так же, как это делается на тепловых электростанциях. Работающее на урановом топливе ядро ядерного реактора просто берет на себя роль печи, сжигающей уголь или газ для производства пара на тепловых электростанциях.

Вклад ядерной энергетики в общее производство электроэнергии  увеличивается.

В 1999 вклад ядерной энергетики в общее производство электроэнергии составил 2401 TерраВатт час, что больше чем все количество электроэнергии, произведенной во всем мире в 1960, и увеличился на 12.7 % за предыдущие пять лет. Причин для такого роста несколько. Наиболее очевидная из них, ввод в эксплуатацию новых реакторов, как это показано в  Таблице 6. К началу 2000 года в 32 странах мира было 438 ядерных реакторов с общей мощностью более чем 350 ГВт, включая 30 энергетических блоков (общей мощностью 25 ГВт),  находящихся в стадии строительства в 13 странах. Во-вторых, увеличение роли ядерной энергетики  в некоторых странах связано с модернизацией существующих атомных электростанций. Так, например, в США, Бельгии, Швеции, Испании, Швейцарии и Германии, увеличена мощность генерации электроэнергии на существующих энергоблоках. В-третьих, коэффициенты нагрузки  на ядерные энергоблоки постоянно растут. Более  60%  ядерных установок (кроме России и Украины) в последние несколько лет имели коэффициенты нагрузки более чем 75% (в 1992 году это составляло  67%). Во многих странах коэффициент нагрузки составляет в среднем более чем 80%. Шесть реакторов "CANDU" из 20 лидирующих в мире имеют коэффициенты нагрузки между 84 % и 87 %. Коэффициент нагрузки атомных электростанций в США находится в пределах 83 %, и достиг своего максимального значения. Ежегодное улучшение характеристик ядерных реакторов в США эквивалентно запуску 2-3 больших новых энергетических модулей каждый год. В-четвертых, увеличивается срок службы атомных электростанций. Большинство атомных электростанций первоначально имело проектный срок службы от 30 до 40 лет. Опыт технической эксплуатации показал возможность значительного увеличения срока их службы. Продление срока службы реакторов путем замены основного оборудования является наиболее рентабельным способом их использования.

Рисунок 9A. Водяной энергетический реактор (PWR)

Эксплуатация большинства реакторов в США и Японии подтвердила, что срок их службы может быть продлен более чем на 40 лет, а в некоторых случаях и на 60 лет. Когда в 1950-ых годах строились коммерческие атомные электростанции "Колдер  Холл" и "Чэплкросс" в Великобритании (самые старые сегодня в мире), предполагалось, что они будут иметь полезный срок службы 20 лет. Теперь им разрешено функционировать в течение 50 лет. Конечно, новые реакторы будут строиться взамен устаревших и выбывающих из эксплуатации в течение нескольких ближайших лет, но большинство новых реакторов будут размещаться  в Азии.

Таблица 5