Jaderná elektrárna

Rozbalit box

Obsah boxu

Jaderná elektrárna (někdy též atomová elektrárna) je technologické zařízení sloužící k výrobě elektrické energie přeměnou z energie uvolněné při řízeném jaderném štěpení. Funguje na principu tepelné elektrárny, kde je zdrojem tepla jaderný reaktor.^[1] Jaderné elektrárny jsou schopny produkovat obrovské množství elektřiny s téměř nulovými emisemi skleníkových plynů, což je činí důležitým zdrojem v boji proti změně klimatu. Zároveň však jejich provoz provázejí obavy spojené s jadernou bezpečností a problémem dlouhodobého skladování jaderného odpadu.^[2]

-

⚛️ Princip fungování

Jaderná elektrárna vyrábí elektřinu ve vícestupňovém procesu, který je ve své podstatě velmi podobný klasické uhelné elektrárně. Rozdíl je pouze ve zdroji tepla.

1. Štěpná reakce: V srdci elektrárny, v jaderném reaktoru, dochází k řízené řetězové štěpné reakci. Jádra těžkých prvků, nejčastěji izotopu uran-235, jsou ostřelována pomalými neutrony. Po zásahu se jádro rozštěpí na dvě menší části, uvolní další neutrony a obrovské množství energie ve formě tepla.^[3] 2. Výroba páry: Uvolněné teplo ohřívá vodu v primárním okruhu, která následně v parogenerátoru předá teplo vodě v sekundárním okruhu a přemění ji na vysokotlakou páru. 3. Pohon turbíny: Horká pára je vedena na lopatky parní turbíny, kterou roztáčí. Tepelná energie se tak mění na energii mechanickou. 4. Výroba elektřiny: Turbína je na společné hřídeli s elektrickým generátorem. Jeho otáčením se mechanická energie mění na energii elektrickou. 5. Chlazení: Pára, která prošla turbínou, se musí ochladit, aby zkondenzovala zpět na vodu a mohla se vrátit do parogenerátoru. Toto chlazení zajišťuje třetí, terciární okruh. Voda z tohoto okruhu se ochlazuje buď průtokem přes elektrárnu (z řeky) nebo v mohutných chladicích věžích, ze kterých stoupá pouze čistá vodní pára, nikoli kouř.^[3]

🏗️ Hlavní části elektrárny

Jaderný reaktor: Ocelová tlaková nádoba, ve které probíhá štěpná reakce. Obsahuje jaderné palivo (palivové soubory) a regulační a havarijní tyče, které umožňují řídit a v případě potřeby okamžitě zastavit reakci.
Primární okruh: Hermeticky uzavřený okruh, ve kterém proudí voda (nebo jiná látka) odvádějící teplo z reaktoru do parogenerátoru. Voda v tomto okruhu je radioaktivní.
Sekundární okruh: V tomto okruhu vzniká pára, která pohání turbínu. Voda v něm není radioaktivní.
Strojovna: Hala s turbínou a generátorem.
Kontejnment: Mohutná železobetonová obálka, která hermeticky uzavírá primární okruh. Je navržena tak, aby v případě havárie zabránila úniku radioaktivních látek do okolí.

➕ Výhody a nevýhody ➖

Výhody

Nízké emise skleníkových plynů: Při provozu neprodukují jaderné elektrárny prakticky žádný CO₂, a proto významně přispívají k dekarbonizaci energetiky.
Vysoký a stabilní výkon: Na rozdíl od obnovitelných zdrojů, jako jsou solární a větrné elektrárny, mohou jaderné elektrárny dodávat elektřinu stabilně 24 hodin denně bez ohledu na počasí.
Malá spotřeba paliva: Malé množství jaderného paliva dokáže vyrobit obrovské množství energie. Jedna tableta jaderného paliva (velikosti článku prstu) obsahuje tolik energie jako tuna černého uhlí.^[2]
Malý zábor půdy: V poměru k vyrobené energii zabírají jaderné elektrárny velmi malou plochu.

Nevýhody

Radioaktivní odpad: Provoz produkuje vyhořelé jaderné palivo, které zůstává vysoce radioaktivní po tisíce let a musí být bezpečně uloženo v hlubinném úložišti.
Riziko havárie: Ačkoliv je pravděpodobnost vážné havárie díky moderním bezpečnostním systémům extrémně nízká, její potenciální následky mohou být katastrofální, jak ukázaly havárie v Černobylu (1986) a Fukušimě (2011).
Vysoké náklady a doba výstavby: Stavba jaderné elektrárny je finančně i časově extrémně náročná. Vysoké jsou i náklady na její budoucí likvidaci (dekomisi).
Veřejné mínění: Jaderná energetika často čelí negativnímu vnímání ze strany veřejnosti.

☢️ Jaderná bezpečnost a odpad

Moderní jaderné elektrárny jsou navrženy s vícenásobnými, na sobě nezávislými bezpečnostními systémy (tzv. ochrana do hloubky).

Aktivní systémy: Vyžadují pro svou funkci zásah člověka nebo zdroje energie (např. havarijní čerpadla).
Pasivní systémy: Fungují automaticky na základě fyzikálních principů (např. gravitace, přirozená cirkulace) a nepotřebují vnější zásah.

Vyhořelé jaderné palivo se nejprve několik let chladí v bazénech přímo v elektrárně. Poté je uloženo do speciálních kontejnerů v meziskladech. Konečným řešením má být trvalé uložení do hlubinného geologického úložiště, které se v současnosti buduje například ve Finsku a Švédsku.

🌍 Jaderná energetika ve světě a v ČR

K roku 2024 je ve světě v provozu přes 440 jaderných reaktorů ve více než 30 zemích, které vyrábějí přibližně 10 % světové elektřiny.^[2] Nejvíce reaktorů mají Spojené státy americké, největší podíl jaderné energie na celkové výrobě elektřiny má Francie (cca 70 %).

V České republice jsou v provozu dvě jaderné elektrárny:

Tyto dvě elektrárny dohromady pokrývají přibližně 40 % spotřeby elektřiny v ČR.^[3]

🧑‍🏫 Pro laiky

Představte si jadernou elektrárnu jako obrovskou a extrémně výkonnou parní konvici, která ohřívá vodu, aby pára roztáčela vrtulku. 1. **Ohřívací spirála:** Místo klasické elektrické spirály je v konvici jaderný reaktor. V něm se štěpí atomy uranu, což vytváří obrovské teplo. Je to jako miniaturní sluníčko uzavřené v ocelové nádobě. 2. **Voda a pára:** Toto teplo ohřeje vodu a promění ji na obrovské množství horké páry pod velkým tlakem. 3. **Vrtulka a dynamo:** Pára pak narazí do lopatek obrovské vrtulky (turbíny) a roztočí ji. Na stejné ose je napojené dynamo (generátor), které vyrábí elektřinu – úplně stejně jako dynamo na kole.

A ty velké komíny, které vidíte? To nejsou komíny na kouř, ale chladicí věže. Jsou to jen obrovské "fény", které ochlazují vodu, a z nich stoupá pouze čistá vodní pára – stejná, jako když se vám vaří voda v hrnci.

Reference

[britannica-1] Nuclear power plant | technology | Britannica

[iaea-whatis-2] 2,0 ^2,1 ^2,2 What is Nuclear Energy and Why is it Considered a Clean Energy? - IAEA

[cez-jak-funguje-3] 3,0 ^3,1 ^3,2 Jak funguje jaderná elektrárna - ČEZ

[1]

[2]

[3]