NPP: du passé au présent
Une centrale nucléaire est une entreprise qui associe des équipements et des installations permettant de générer de l’énergie électrique. La spécificité de cette installation réside dans la méthode d'obtention de chaleur. La température requise pour générer de l'électricité se produit au cours du processus de désintégration des atomes.
Le rôle du combustible pour les centrales nucléaires est le plus souvent assuré par l'uranium dont le nombre massique est 235 (235U). Précisément parce que cet élément radioactif est capable de supporter une réaction nucléaire en chaîne, il est utilisé dans les centrales nucléaires ainsi que dans les armes nucléaires.
Pays avec le plus grand nombre de centrales nucléaires
Il existe aujourd'hui 192 centrales nucléaires en activité dans 31 pays du monde, qui utilisent 451 réacteurs nucléaires d'une capacité totale de 394 GW. La grande majorité des centrales nucléaires sont situées en Europe, en Amérique du Nord, en Extrême-Orient et sur le territoire de l'ex-URSS, alors qu'il n'y en a quasiment pas en Afrique et qu'il n'y en a pas du tout en Australie et en Océanie. Quarante et un autres réacteurs n’ont pas produit d’électricité entre 1,5 et 20 ans, et 40 d’entre eux se trouvent au Japon.
Au cours des 10 dernières années, 47 centrales ont été mises en service dans le monde, la plupart étant situées en Asie (26 en Chine) ou en Europe orientale. Les deux tiers des réacteurs actuellement en construction se trouvent en Chine, en Inde et en Russie. La Chine met en œuvre le programme le plus ambitieux pour la construction de nouvelles centrales nucléaires. Environ une douzaine de pays supplémentaires construisent des centrales nucléaires ou développent des projets en vue de leur construction.
Outre les États-Unis, la liste des pays les plus avancés dans le domaine de l'énergie nucléaire comprend:
- La france;
- Le Japon;
- La Russie;
- La Corée du Sud.
En 2007, la Russie a commencé à construire la première centrale nucléaire flottante au monde, ce qui lui a permis de résoudre le problème des pénuries d'énergie dans les zones côtières isolées du pays.[12]. La construction a été retardée. Selon diverses estimations, la première centrale nucléaire flottante fonctionnera en 2018-2019.
Plusieurs pays, dont les États-Unis, le Japon, la Corée du Sud, la Russie et l'Argentine, développent des mini-centrales nucléaires d'une capacité d'environ 10 à 20 MW destinées à la production de chaleur et d'électricité d'industries individuelles, de complexes résidentiels et, à l'avenir, de maisons individuelles. Il est supposé que des réacteurs de petite taille (voir, par exemple, la centrale nucléaire d'Hyperion) peuvent être créés à l'aide de technologies sûres qui réduisent de manière répétée le risque de fuite de matière nucléaire.[13]. La construction d'un réacteur CAREM25 de petite taille est en cours en Argentine. La première expérience d'utilisation de mini-centrales nucléaires a été acquise par l'URSS (centrale nucléaire de Bilibino).
Le principe de fonctionnement des centrales nucléaires
Le principe de fonctionnement d'une centrale nucléaire repose sur le fonctionnement d'un réacteur nucléaire (parfois appelé réacteur atomique) - une conception spéciale en bloc dans laquelle la division des atomes a lieu avec la libération d'énergie.
Il existe différents types de réacteurs nucléaires:
- Le PHWR (également appelé "réacteur à eau lourde sous pression") est principalement utilisé au Canada et dans les villes indiennes. Il est basé sur l'eau, dont la formule est D2O. Il remplit la fonction de modérateur de réfrigérant et de réfrigérant. L'efficacité approche 29%;
- VVER (réacteur de puissance à refroidissement par eau). À l'heure actuelle, les WWER ne sont exploités que dans la CEI, en particulier le modèle VVER-100. Le réacteur a une efficacité de 33%;
- GCR, AGR (eau graphite). Le liquide contenu dans un tel réacteur sert d'agent de refroidissement. Dans cette conception, le modérateur de neutrons est le graphite, d'où son nom. L'efficacité est d'environ 40%.
Selon le principe de l'appareil, les réacteurs sont également divisés en:
- PWR (réacteur à eau sous pression) - est conçu pour que l'eau sous une certaine pression ralentisse la réaction et fournisse de la chaleur;
- BWR (conçu de manière à ce que la vapeur et l'eau se trouvent dans la partie principale de l'appareil sans circuit d'eau);
- RBMK (réacteur à canal ayant une capacité particulièrement grande);
- BN (le système fonctionne en raison de l'échange rapide de neutrons).
La structure et la structure d'une centrale nucléaire. Comment fonctionne une centrale nucléaire?
Une centrale nucléaire typique est constituée de blocs dans lesquels sont placés différents dispositifs techniques. La plus importante de ces unités est le complexe avec une salle des réacteurs, garantissant la fonctionnalité de l'ensemble de la centrale. Il comprend les appareils suivants:
- réacteur;
- bassin (il est stocké dans le combustible nucléaire);
- machines de chargement de carburant;
- Salle de contrôle (tableau de commande en blocs, les opérateurs peuvent ainsi observer le processus de fission nucléaire).
Ce bâtiment est suivi d'un hall. Il est équipé de générateurs de vapeur et constitue la turbine principale. Juste derrière eux se trouvent les condensateurs, ainsi que les lignes de transport d'électricité qui dépassent les limites du territoire.
Il existe, entre autres, une unité avec des piscines pour le combustible usé et des unités spéciales conçues pour le refroidissement (elles sont appelées des tours de refroidissement). De plus, des bassins de pulvérisation et des réservoirs naturels sont utilisés pour le refroidissement.
Le principe de fonctionnement des centrales nucléaires
Dans toutes les centrales nucléaires sans exception, il existe 3 étapes de conversion de l’énergie électrique:
- nucléaire avec le passage à la chaleur;
- thermique, se transformant en mécanique;
- mécanique, converti en électrique.
L'uranium libère des neutrons, ce qui entraîne un dégagement de chaleur important. L'eau chaude du réacteur est pompée par des pompes via un générateur de vapeur, où elle dégage de la chaleur, et retourne dans le réacteur. Comme cette eau est sous haute pression, elle reste à l’état liquide (dans les réacteurs VVER modernes, environ 160 atmosphères à une température de ~ 330 ° C).[7]). Dans le générateur de vapeur, cette chaleur est transférée à l'eau du deuxième circuit, qui est sous une pression beaucoup plus basse (moitié de la pression du circuit primaire et moins), donc elle bout. La vapeur résultante pénètre dans la turbine à vapeur, qui fait tourner le générateur, puis dans le condenseur, où la vapeur est refroidie, se condense et entre à nouveau dans le générateur de vapeur. Le condenseur est refroidi avec de l'eau provenant d'une source d'eau extérieure ouverte (par exemple, un bassin de refroidissement).
Les premier et deuxième circuits sont tous deux fermés, ce qui réduit les risques de fuite de rayonnement. Les dimensions des structures du circuit primaire sont minimisées, ce qui réduit également les risques de rayonnement. La turbine à vapeur et le condenseur n'interagissent pas avec l'eau du circuit primaire, ce qui facilite les réparations et réduit la quantité de déchets radioactifs lors du démantèlement de la station.
Mécanismes de protection des centrales nucléaires
Toutes les centrales nucléaires sont nécessairement équipées de systèmes de sécurité intégrés, par exemple:
- localisation - limiter la propagation de substances nocives en cas d'accident entraînant le dégagement de radiations;
- fournir - sert une certaine quantité d'énergie pour le fonctionnement stable des systèmes;
- gestionnaires - servent à assurer que tous les systèmes de protection fonctionnent normalement.
De plus, le réacteur peut tomber en panne en cas d'urgence. Dans ce cas, la protection automatique interrompra les réactions en chaîne si la température dans le réacteur continue à augmenter. Cette mesure nécessitera par la suite de sérieux travaux de restauration pour remettre le réacteur en service.
Après le dangereux accident survenu à la centrale nucléaire de Tchernobyl, dont la cause s’est révélée être une conception de réacteur imparfaite, ils ont commencé à accorder une plus grande attention aux mesures de protection et ont également effectué des travaux de conception pour assurer une plus grande fiabilité des réacteurs.
Catastrophe du XXIème siècle et ses conséquences
En mars 2011, le nord-est du Japon a été frappé par un tremblement de terre qui a provoqué un tsunami, qui a finalement endommagé 4 des 6 réacteurs de la centrale nucléaire de Fukushima-1.
Moins de deux ans après la tragédie, le nombre officiel de morts dans l’écrasement s’élève à 1 500, tandis que 20 000 sont toujours portés disparus et que 300 000 autres résidents ont été forcés de quitter leur domicile.
Certaines victimes ont été incapables de quitter les lieux à cause de l'énorme dose de rayonnement. Une évacuation immédiate a été organisée pour eux pendant 2 jours.
Néanmoins, chaque année, les méthodes de prévention des accidents dans les centrales nucléaires, ainsi que la neutralisation des situations d'urgence s'améliorent - la science progresse régulièrement. Néanmoins, l’avenir sera clairement l’apogée des solutions de rechange en matière de production d’électricité - en particulier, il est logique d’attendre l’émergence de cellules solaires orbitales géantes dans les 10 prochaines années, ce qui est tout à fait réalisable en apesanteur, ainsi que d’autres technologies, notamment les technologies énergétiques révolutionnaires.
