Inleiding Kernenergie

 

Kernenergie wordt wereldwijd gebruikt om de energie vervat in atoomkernen nuttig aan te wenden. Bij het splijten van zware atomen komt erg veel warmte vrij, en daarmee kan elektriciteit worden opgewekt, net als bij fossiele brandstoffen.

 

 

Drie gescheiden kringen

Een kerncentrale verschilt van een klassieke thermische centrale, door de manier waarop de warmte-energie wordt geleverd. Terwijl in een klassieke centrale een verbrandingsproces in een stoomketel voor de stoomproductie zorgt, hebben we bij een kerncentrale te maken met een splijtingsproces in een reactor. Bij een druk-water-reactor gebeurt de stoomproductie in meerdere stappen.

A= reactor, B= stoomgenerator, C= turbine, D= condensor,

I = Primaire kring, II= secundaire kring, III= tertiaire kring

1)    In de reactor staan splijtstofhoudende stiften hun warmte af aan een primaire kring met water. Dat wordt erg heet (ruim 300°C) maar gaat niet aan de kook omdat het onder hoge druk (zo’n 155bar) wordt gehouden. Vandaar de naam druk-water-reactor.

 

2)    Het verhitte water wordt naar een warmtewisselaar geleid: De stoomgenerator. Het reactorwater draagt er zijn warmte over aan een afzonderlijke secundaire kring (de water-stoom-kring). Het water uit deze kring gaat wel over in stoom, omdat de druk er veel lager is dan in de primaire kring. De stoom dient om een turbine aan te druiven, waaraan een alternator is gekoppeld.

 

3)    Tenslotte gaat de stoom die de turbine verlaat door afkoeling opnieuw over in water. Dit koelproces gebeurt in een condensor, door middel van een tertiaire koelkring, waarin koelwater afkomstig van een externe bron circuleert.

 

Bekijk zeker de onderstaande animatie!

 

Meer uitleg over de verschillende onderdelen

 

De alternator

Mechanische energie omzetten in elektrische: dat is de fundamentele energieomzetting die nodig is in elke elektriciteitscentrale, wat ook de energiebron is: water, wind, fossiele brandstoffen of splijtstoffen.

 

Een alternator zorgt daarvoor. De werking steunt op de inductiewet van Faraday: die stelt dat een wisselend of bewegend magnetisch veld een elektrische stroom induceert in een geleidende kring. Het magnetisch veld kan afkomstig zijn van een permanente magneet, maar voor industriële productie is een krachtige elektromagneet veel doeltreffender.

Om de elektrische energie met zo weinig mogelijk verliezen naar de gebruikers te brengen, voeren transformatoren de spanning aan de uitgang van de alternator op tot 380kV, waardoor de stroomsterkte veel kleiner wordt.

 

De stoomturbine

Om de alternator aan te drijven, is mechanische energie nodig. In principe kan om ’t even welke “motor” de alternator aandrijven. Zo kunnen we kiezen uit gas, stoom, water en windturbines.

Wanneer we op industriële schaal mechanische energie willen opwekken, dan moet de motor een groot vermogen én een hoog rendement bezitten. Onder de machines voldoet de stoomturbine veruit het beste aan die eisen. De stoom is hier de krachtbron, en de energieomzetting vindt plaats door stoom onder hoge druk en temperatuur te laten ontspannen naar zo laag mogelijke waarden.

De stoom ontspant in twee opeenvolgende fasen. Zo kan de energie die in de stoom is vervat maximaal worden benut.

 

De condensor en koeltoren

Om het rendement van de stoomturbine te maximaliseren, moeten druk en temperatuur van de uitgangsstoom zo laag mogelijk zijn. Daartoe voeren we de stoom die de lagedrukturbine verlaat naar de condensor. Hier wordt de stoom gekoeld tot water. Meteen kan het condenstaat opnieuw als voedingswater worden gebruikt; via voorverwarmers stuwen voedingspompen het terug naar de stoomgenerator. Daar begint, in gesloten kring, een nieuwe water-stoom-cyclus.

De condensor is een warmtewisselaar met duizenden buisjes waardoor het koelere water van de tertiaire koelkring stroomt. De stoom komt tussen die buisjes en condenseert bij contact ermee. Het water uit de tertiaire kring voert de opgenomen warmte af.

Voor dit koelproces is dus veel water nodig uit een rivier. Hierbij kunnen koeltorens ingezet worden om de rivier minder te belasten.

De stoomgenerator

De stoom die de stoomturbine aandrijft, ontstaat door warmte aan water toe te voegen. In een kerncentrale heeft de stoomgenerator de functie van een stoomketel. De stoomgenerator is een warmtewisselaar, waarin twee waterkringen elkaar ontmoeten: heet water onder zeer hoge druk van de eerste kring, dat de reactor verlaat, stroomt er door duizenden U-vormige warmtegeleidende buisjes, die hun warmte afstaan aan het water van de tweede kring. Dat laatste gaat aan de kook en wordt stoom.

Het water en de stoom van de secundaire kring komen dus niet in contact met het water uit de reactor, dat verwarmd wordt door de splijtingsreactie. Op die manier vormt de stoomgenerator een extra veiligheidsbarrière tussen de kernreactor en de buitenwereld

Naargelang van het vermogen, worden twee, drie of vier stoomgeneratoren per reactor ingezet. Samen met de reactor zijn ze opgesteld in het hermetisch afgesloten dubbelwandige reactorgebouw.

 

De reactor

In een klassiek thermische centrale zorgt het verstoken van fossiele brandstoffen in de vuurhaard van een stoomketel voor de warmteproductie. Bij een kerncentrale wordt de warmte-energie voortgebracht in de reactor, door splijting van uraniumkernen. De vrijgekomen warmte wordt opgenomen door het water van de eerste kring dat doorheen de reactor stroomt. Dat water gaat niet aan de kook, omdat een drukregelvat het onder zeer hoge druk houdt. Nadat het hete water van de eerste kring zijn warmte-energie in de stoomgenerator heeft overgedragen aan de tweede kring, stuwt een primaire pomp het in gesloten kring terug naar de reactor.

De reactor is een grote, dikwandige stalen kuip, waarin stiften met splijtstof zijn geplaatst. Die splijtstof bestaat uit klein, ronde splijtstoftabletten. De stiften zijn door middel van roosters gebundeld tot splijtstofelementen en staan rechtop in de reactor. Het water van de eerste kring doorstroomt de reactorkuip voortdurend van onder naar boven en bestrijkt zo alle splijtstofelementen. Het water neemt de geproduceerde warmte op en draagt die over aan de tweede kring.

De kerncentrale van Doel heeft 4 reactoren:

  • Doel 1 : 430 MW
  • Doel 2 : 460 MW
  • Doel 3 : 1006 MW
  • Doel 4 : 1008 MW
  • Samen goed voor: 2904MW!!!

    ">