JAK DZIAŁAJĄ ELEKTROWNIA I CIEPŁOWNIA JĄDROWA?  1.Czym są elektrownia i ciepłownia jądrowa?  2.Elementy składowe w elektrowni i ciepłowni.  3. Opis działania elektrowni i ciepłowni.  4.Ciekawostki.

Czym są elektrownia i ciepłownia jądrowa?  Elektrownia jądrowa – obiekt przemysłowo- energetyczny, wytwarzający energię elektryczną poprzez wykorzystanie energii pochodzącej z rozszczepienia jąder atomów, najczęściej uranu, w której ciepło konieczne do uzyskania pary wodnej, jest otrzymywane z reaktora jądrowego.

 Elektrownie jądrowe podczas pracy emitują bardzo duże ilości ciepła. Mniej więcej 1/3 energii cieplnej generowanej w reaktorze jest zamieniana w energię elektryczną (sprawność obecnych elektrowni III generacji dochodzi do 37%). Pozostała część energii cieplnej jest bezpowrotnie tracona w procesie chłodzenia reaktora – albo przez zrzut lekko podgrzanej wody (z trzeciego obiegu) do morza, rzeki lub jeziora albo też poprzez odparowanie w chłodniach kominowych. Zatem ogromne ilości ciepła są marnotrawione.  Można jednak część ciepła wykorzystać do ogrzewania budynków łącząc elektrownię z systemem ciepłowniczym pobliskiego miasta (sieć centralnego ogrzewania) i/lub do podgrzewania wody użytkowej (sieć ciepłej wody użytkowej). W takim wypadku mamy do czynienia z tzw. kogeneracją (jednoczesnym wytwarzaniem energii elektrycznej i ciepła, inaczej produkcją „w skojarzeniu”) a zakład tego typu określa się mianem elektrociepłowni jądrowej.

Elektrownię jądrową można wykorzystać do celów ciepłowniczych, jeśli spełnione zostanie kilka warunków:  Temperatura pary, która może być odprowadzana z elektrowni do systemu ciepłowniczego, mieści się w przedziale °C (warunek ten spełnia każda współczesna elektrownia jądrowa z reaktorem lekkowodnym)  Odległość od elektrowni do najdalej położonego punktu odbiorczego (ciepła) nie przekracza kilkudziesięciu kilometrów – im krótszy dystans tym lepiej, najbardziej optymalna odległość to km, ale w niektórych przypadkach opłacalne może być zasilanie sieci ciepłowniczej oddalonej nawet o 100 km  Zapotrzebowanie na moc cieplną w sieci w granicach MW – gwarantuje to opłacalność budowy i eksploatacji połączenia z siecią ciepłowniczą, aczkolwiek przy małych odległościach zapotrzebowanie na moc cieplną może być mniejsze (ponieważ niższe są koszty budowy i eksploatacji łącznika)  Istnieją rezerwowe źródła zasilania sieci ciepłowniczej

Elementy składowe elektrowni   Schemat cieplny elektrowni jądrowej z reaktorem wodnym ciśnieniowym. 1. Blok reaktora 2. Komin chłodzący 3. Reaktor 4. Pręty kontrolne 5. Zbiornik wyrównawczy ciśnienia 6. Generator pary 7. Zbiornik paliwa 8. Turbina 9. Prądnica 10. Transformator 11. Skraplacz 12. Stan gazowy 13. Stan ciekły 14. Powietrze 15. Wilgotne powietrze 16. Rzeka 17. Układ chłodzenia 18. I obieg 19. II obieg 20. Para wodna 21. Pompa

Opis działania elektrowni W reaktorze jądrowym w wyniku reakcji rozszczepienia jąder atomowych wydzielają się duże ilości ciepła, które jest odbierane przez czynnik roboczy. Czynnik przepływa do wytwornicy pary, gdzie oddaje ciepło wrzącej wodzie z obiegu wtórnego o niższym ciśnieniu, a następnie powraca do reaktora. Para wodna (para mokra, która jest osuszana przed dojściem do turbiny) napędza następnie turbinę parową połączoną z generatorem. Separacja obiegów zapewnia większe bezpieczeństwo w przypadku wycieku pary z turbiny.

Zasada działani ciepłowni Z technicznego punktu widzenia odbiór ciepła z elektrowni jądrowej jest względnie prosty. Zamiast zwykłej turbiny kondensacyjnej instalowana jest turbina upustowo-kondensacyjna, w której część pary po rozprężeniu i opuszczeniu turbiny kierowana jest nie do skraplacza jak w zwykłej turbinie kondensacyjnej ale do wymiennika ciepła. W wymienniku ciepła para przekazuje ciepło wodzie z obiegu zasilającego sieć przesyłową ciepła W przypadku bloków BWR wstawia się dodatkowy wymiennik ciepła, który tworzy dodatkowy mały zamknięty obieg wody - zabezpiecza to przed przedostaniem się produktów rozszczepienia z obiegu pierwotnego do ciepłowniczej sieci przesyłowej (należy pamiętać, że w elektrowniach BWR jest tylko jeden obieg chłodzenia, co powoduje, że para napędzająca turbozespół jest skażona). W ramach sieci przesyłowej może być kilka oddzielnych obiegów, połączonych kilkoma wymiennikami ciepła (analogicznie jak obiegi chłodzenia w elektrowni jądrowej). Temperatura wody zasilającej sieć przesyłową (i dalej miejską sieć ciepłowniczą) wynosi ok °C. Gorąca woda dalej trafia do wymiennika ciepła łączącego sieć przesyłową z systemem ciepłowniczym miasta. Następnie ciepło jest rozprowadzane po systemie ciepłowniczym. Gdy woda wraca do elektrowni po oddaniu części ciepła jej temperatura spada do ok. 80°C. Woda trafia następnie do wymiennika ciepła zlokalizowanego przy turbinie (który zasila para z turbiny), podgrzewa się do °C i znowu płynie w kierunku miasta. Tak więc jest to obieg zamknięty. Z technicznego punktu widzenia odbiór ciepła z elektrowni jądrowej jest względnie prosty. Zamiast zwykłej turbiny kondensacyjnej instalowana jest turbina upustowo-kondensacyjna, w której część pary po rozprężeniu i opuszczeniu turbiny kierowana jest nie do skraplacza jak w zwykłej turbinie kondensacyjnej ale do wymiennika ciepła. W wymienniku ciepła para przekazuje ciepło wodzie z obiegu zasilającego sieć przesyłową ciepła W przypadku bloków BWR wstawia się dodatkowy wymiennik ciepła, który tworzy dodatkowy mały zamknięty obieg wody - zabezpiecza to przed przedostaniem się produktów rozszczepienia z obiegu pierwotnego do ciepłowniczej sieci przesyłowej (należy pamiętać, że w elektrowniach BWR jest tylko jeden obieg chłodzenia, co powoduje, że para napędzająca turbozespół jest skażona). W ramach sieci przesyłowej może być kilka oddzielnych obiegów, połączonych kilkoma wymiennikami ciepła (analogicznie jak obiegi chłodzenia w elektrowni jądrowej). Temperatura wody zasilającej sieć przesyłową (i dalej miejską sieć ciepłowniczą) wynosi ok °C. Gorąca woda dalej trafia do wymiennika ciepła łączącego sieć przesyłową z systemem ciepłowniczym miasta. Następnie ciepło jest rozprowadzane po systemie ciepłowniczym. Gdy woda wraca do elektrowni po oddaniu części ciepła jej temperatura spada do ok. 80°C. Woda trafia następnie do wymiennika ciepła zlokalizowanego przy turbinie (który zasila para z turbiny), podgrzewa się do °C i znowu płynie w kierunku miasta. Tak więc jest to obieg zamknięty.

 Elektrownia jądrowa z reaktorem PWR

Ciekawostki   Pierwsza elektrownia jądrowa, o mocy 5 MW powstała w 1954 r. w Obnińsku(ZSRR). Pierwszoplanowym celem ich budowy była produkcja wzbogaconego materiału rozszczepialnego do produkcji broni atomowej. W latach siedemdziesiątych zaczęło gwałtownie przybywać bloków energetycznych z reaktorami atomowymi. Na świecie uruchamiano kilkanaście reaktorów rocznie. Obecnie przeciętne elektrownie mają moc ok M.

Projekt wykonały: - Natalia Otczyk - Adrianna Nocoń - Magdalena Machnik - Roksana Błaszczyk