ENERGETYKA Energia odnawialna 36 GW 7 GW do 2020 r. Polska energetyka oparta jest na węglu Energia odnawialna … a zapotrzebowanie 44 GW do 2020 r. 6. Energetyka jądrowa
Energetyka jądrowa Reaktor jądrowy – urządzenie w którym zachodzi samoczynnie pod- trzymywany proces reakcji rozszczepienia uranu. Jeżeli rozszczepie- niu ulegnie jedno jądro, powstałe neutrony pochłonięte przez inne jądro prowadzą do reakcji łańcuchowej – 235U. Wzbogacenie 238U oraz zastosowanie moderatora (grafit) do spowolnienia neutronów. 2 6. Energetyka jądrowa
Jądro, struktura jądra Jądro składa się z nukleonów: neutronów i protonów. Protonów jest tyle samo ile Elektronów w atomie (liczba atomowa), neutronów może być więcej, mniej – izotopy. Izotopy mogą być trwale i nietrwałe (szybko rozpadają się z czasem połowicznego zaniku T1/2). Liczba masowa – liczba protonów i neutronów razem. Emisja cząstki z jądra – rozpad promieniotwórczy. Przy zmianie liczby protonów w jądrze – zmiana pierwiastka. Suma masy nowo powstałego jadra i wyrzuconej cząstki < masy jądra podlegającego rozpadowi – defekt masy. Energia wiązania – Dmc2 (MeV/nukleon). Spalenie atomu węgla – 4 eV, rozszczepienie – 8*106 eV. Energia wiązania wzrasta, gdy lżejsze jadra połączą się w cięższe – synteza jądrowa. Reakcja rozszczepienia – jądro ciężkiego pierwiastka dzieli się spontanicznie lub w sposób wymuszony na dwa ciężkie jądra o porównywalnych masach. Część Wyzwolonej energii unoszona jest przez inne cząstki (neutrony) oraz prom. el.mgt. 6. Energetyka jądrowa
Reakcja rozszczepienia uranu Energia wiązania uranu 7.59 MeV/nukleon, energia uwalniana w każdej akcji rozszczepienia ~200 MeV (50*106 więcej niż przy spalaniu 1 atomu węgla). Przy spalaniu 1 kg węgla 2.5*106 mniejsza energia niż przy rozszczepianiu 1 kg uranu. Rozszczepienie uranu zachodzi w procesie reakcji łańcuchowej – cecha – samopodtrzymywanie się. Energia kinetyczna cząstek powstałych z rozpadu jąder zamieniana jest w materiale na ciepło. Masa uranu musi być nadkrytyczną – dla uranu ok. 50 kg. Aby uzyskać moc cieplną 1 MW w ciągu doby zużywa się 1 g, w ciągu roku 365 g uranu 235 (naturalnego – 61.1 kg). Dla typowej elektrowni o mocy 1000 MW – ro- czne zapotrzebowanie 61 ton uranu. Całkowity koszt wytwarzania energii elektrycznej przez elektrownie jądrowe (kosz- ty zabezpieczeń, ochrony przed rozprzestrzenianiem materiałów rozszczepialnych, Postępowania z odpadami promieniotwórczymi o raz całkowitej likwidacji elek- trowni) są najniższe w branży energetycznej. 6. Energetyka jądrowa
Obecnie tylko 14% energii elektrycznej produkowanej na świecie pochodzi z energetyki jądrowej. Chiny 2012 r. – 14 reaktorów, 26 w budowie, 28 w planach. 2025 r – 10% zapotrzeb. Polska – 3000 MW. 6. Energetyka jądrowa
Zapotrzebowanie roczne na paliwo elektrowni o mocy 1000 MW Wartości opałowe różnych paliw Ile mamy uranu? Przy obecnych Cenach (100 USD/kg) zasoby Uranu wyczerpią się za ok. 100-300 lat (5400 tys. ton) 6. Energetyka jądrowa
Energetyka jądrowa Historycznie pierwsze reaktory to reaktory naturalne – Gabon, Oklo. Reaktor może być homogeniczny (sole uranu rozpuszczone w wodzie) lub heterogeniczny (pręty uranowe). Układ prętów – rdzeń reaktora. Sterowanie reaktorem – wprowadzanie do rdzenia reaktora prętów kontrolnych (węglik boru, kadm) na odpowiednią głębokość regulujących ilość neutronów oraz początek i koniec reakcji łańcuchowej. Reaktor jądrowy pracuje w tzw stanie krytycznym – tylko 1 neutron z 2.5 wywołuje kolejną reakcję rozszczepienia neutrony opóźnione. Neutrony prędkie uwalniające się podczas reakcji rozszczepienia trzeba spowolnić – moderator (woda, ciężka woda, beryl, grafit) oraz reflektor neutronów (wokół rdzenia reaktora). Rdzeń w czasie pracy musi być chłodzony (2000oC) Substancje radioaktywne powstają w reaktorze w efekcie aktywacji materii w strefie aktywnej reaktora neutronami oraz z reakcji rozszcze- pienia uranu. Reaktory dzielimy na wodne, ciśnieniowe (PWR, WWER), reaktory wrzące wodne (BWR, RBMK), reaktory wodne basenowe, reaktory ciężkowodne (PHWR), reaktory gazowe (GCR, AGR, HTGR – CO2, He), reaktory prędkie (LMFR – szybkie neutrony) chłodzone sodem, reaktory solne (MSR). 6. Energetyka jądrowa
1000 MW rocznie 7 mln ton CO2 200000 ton SO2, 200000 ton popiołu W reaktorze PWR woda chłodząca pod ciśnieniem 15 Mpa nagrzewa się do kilkuset (~330 st. C) podczas omywania rdzenia. Powstaje para o wysokiej temperaturze i ciśnieniu. Para kierowana jest na turbinę parową i uruchamia jej łopatki, których ruch przenoszony jest na ruch wirnika generatora prądu. Skroplona para wraca do zbiornika wodnego. 6. Energetyka jądrowa
Czernobyl W reaktorze BWR para wodna jest chłodziwem i czynnikiem roboczym. Pręty sterujące wprowadzane są od dołu. W reaktorze HTGR – cykl uranowo-torowy 233U. Paliwo w formie kul z ceramiki węglowej, z rozproszonymi ziarnami paliwa. Chłodzenie gazem. Reaktor termojądrowy pracuje na zasadzie syntezy jąder lekkich. Podczas tej syntezy uwalnia się duża energia powstała z energii wiązania. Słońce jest naturalnym reaktorem termojądrowym. 6. Energetyka jądrowa
Energetyka jądrowa Tokamak i stellarator 6. Energetyka jądrowa 10
Bariery bezpieczeństwa Zasady bezpieczeństwa w elektrowni jądrowej: Bezpieczeństwo ważniejsze niż produkcja energii Wielokrotne bariery zabezpieczające przed materiałami radioaktywnymi Uwzględnianie możliwości błędu człowieka na każdym etapie eksploatacji Układy bezpieczeństwa działają w oparciu o następujące zjawiska fizyczne: grawitacja, konwekcja, różnica ciśnień – układy pasywne. W reaktorach III generacji przegrzaNie rdzenia może się zdarzyć raz na 100 000 lat. Na świecie działa 436 reaktorów energetycznych, w budowie jest 63, planowanych w 10-leciu 152, w per- spektywie dalszej jest mowa o 350. Unia Europejska – 133, w budowie 4 planuje się 16. 6. Energetyka jądrowa
Odpady promieniotwórcze Elektrownia jądrowa o mocy 1000 MW wy- twarza rocznie tylko 3 m3 odpadów prom. (27 ton) Recykling – zeszkliwienie – składowisko odpadów 6. Energetyka jądrowa 12
Odpady promieniotwórcze Elektrownia jądrowa o mocy 1000 MW wy- twarza rocznie tylko 3 m3 odpadów prom. (27 ton) Recykling – zeszkliwienie – składowisko odpadów 6. Energetyka jądrowa
Energetyka jądrowa. L. Dobrzyński, K. Żuchowicz www.swiadomieoatomie.pl 6. Energetyka jądrowa