1

DANE INFORMACYJNE Nazwy szkół: Zespół Szkół Ponadgimnazjalnych im. Eugeniusza Kwiatkowskiego w Grodzisku Wielkopolskim Zespół Szkół Ekonomiczno – Hotelarskich im. Emilii Gierczak w Kołobrzegu ID grupy: 97/52_MF_G1 97/35_MF_G1 Opiekunowie: Lidia Baum Tomasz Ragan Kompetencja: matematyczno - fizyczna Temat projektowy: Czy boimy się elektrowni jądrowych? Semestr lato rok szkolny 2010/2011 2

Czy boimy się elektrowni jądrowych?

Spis Treści 1. Alternatywy dla elektrowni atomowych: -Elektrownia Węglowa, -Małe elektrownie wodne. 2. Elektrownie Jądrowe: TAK/NIE??? - Elektrownie Jądrowe -Czy ich budowa nam zagraża??? 3. Zadanie. 4. Źródła.

Elektrownia Węglowa Powrót

Elektrownia węglowa jest elektrownią parową, w której głównymi podzespołami biorącymi udział w konwersji energii są: * kocioł parowy, * turbina parowa kondensacyjna, * skraplacz, * pompa zasilająca. W Polsce znaczna większość energii elektrycznej (ponad 90 %) pozyskiwana jest w elektrowniach węglowych. Wady elektrowni węglowej Spaliny powstałe ze spalania węgla zawierają zwykle szkodliwe związki siarki i azotu oraz pył, więc konieczne jest stosowanie instalacji odsiarczania, odazotowania i odpylania spalin.

Schemat przykładowej elektrowni węglowej 1.Chłodnia kominowa 2.Pompa wody chłodzącej 3.Sieć przesyłowa 4.Transformator blokowy 5.Generator 6.Część niskoprężna turbiny 7.Pompa wody zasilającej 8.Skraplacz 9.Część średnioprężna turbiny 10.Schładzacz pary 11.Część wysokoprężna turbiny 12.Odgazowywacz 13.Podgrzewacz 14.Podajnik węgla 15.Zbiornik węgla 16.Młyn 17.Walczak 18.Zbiornik popiołu 19.Przegrzewacz pary 20.Wentylator powietrza 21.Międzystopniowy przegrzewacz pary 22.Czerpnia powietrza 23.Podgrzewacz wody 24.Podgrzewacz powietrza 25.Filtr spalin 26.Wentylator spalin 27.Komin.

Elektrownia węglowa Pątnów w Koninie

Małe Elektrownie Wodne

Układ Małej Elektrowni Wodnej W ostatnich latach z różnych powodów wzrosło zainteresowanie Małymi Elektrowniami Wodnymi. Układ Małej Elektrowni Wodnej Zbiornik górny Tama i przelew Spad (m) Budynek elektrowni Krata Transformator Rurociąg Linie przesyłowe Stacja rozdzielcza Przepływ (m3/s) Generator Rera ssąca Turbina Moc w kW ≈ 7 x Spad x Przepływ Kanał odpływowy

Zasada działania Małej Elektrowni Wodnej: Na początku woda w ujęciu zostaje pozbawiona wszystkich zbędnych rzeczy z nią płynących, jak np. patyki, liście, papiery. W specjalnym zbiorniku umieszczonym pod ziemią woda musi się ustać. Tam cały piach i mniejsze śmieci, które nie zostały usunięte przy ujęciu opadają na dno. Zbiornik automatycznie oczyszcza się co pewien czas z nagromadzonego materiału rzecznego. Drugie zadanie tego zbiornika to magazynowanie wody. Pozwala on na pracę elektrowni bez dostarczania wody przez strumień przez czas od jednej do kilku godzin w zależności od mocy zainstalowanej i wielkości zbiornika. Dalej woda spływa kanałem. Jest on również zakopany pod ziemią i zazwyczaj ciągnie się wzdłuż rzeki lub strumienia, choć nie zawsze. Po kilkunastu lub kilkudziesięciu metrach woda dostaje się do budynku elektrowni. Turbiny wraz z generatorami zwykle są pod powierzchnią ziemi. Woda uderzając w łopatki turbiny napędza ją, ta z kolei napędza generator wytwarzający energię elektryczną. Po tym procesie woda jest doprowadzona do ujścia i trafia do strumienia, z którego została pobrana.

Zalety MEW: - nie zanieczyszczają środowiska i mogą być instalowane w licznych miejscach na małych ciekach wodnych - mogą być zaprojektowane i wybudowane w ciągu 1-2 lat, wyposażenie jest dostępne powszechnie, a technologia dobrze opanowana - prostota techniczna powoduje wysoką niezawodność i długą żywotność - wymagają nielicznego personelu i mogą być sterowanie zdalnie - rozproszenia w terenie skraca odległości przesyłu energii i zmniejsza związane z tym koszty Mankamenty MEW: Trudności techniczne związane z realizacją małej energetyki wodnej są spowodowane zazwyczaj: - złym stanem technicznym obiektów hydrotechnicznych, zwłaszcza zamuleniem, zarośnięciem zbiorników i kanałów dopływowych lub odpływowych, uszkodzeniem zapór, urządzeń piętrzących i upustowych, dewastacją budynków lub ich całkowitą ruiną, podmyciem budynku, a także znacznym zużyciem lub brakiem wyposażenia mechanicznego i elektrycznego - brakiem możliwości nabycia na krajowym rynku odpowiedniego wyposażenia, zwłaszcza takich podstawowych elementów turbozespołu, jak: turbin, układów regulacyjnych i niektórych typów prądnic - brakiem wyspecjalizowanych przedsiębiorstw przystosowanych do wykonywania robót hydrotechnicznych i mechaniczno-montażowych w małych elektrowniach wodnych.

Przykłady: Słowacja, Kanada, Chiny i USA MEW King Cove o mocy 800 kW, Miasteczko z 700 mieszkańcami Mała Elektrownia Wodna, Southeastern, USA Generatory w MEW, Chiny 2,3 MW, 2 Turbiny, Jasenie, Słowacja Budowa MEW, Newfoundland, Kanada

Elektrownie Jądrowe Powrót

Elektrownia jądrowa obiekt przemysłowo-energetyczny (elektrownia cieplna), wytwarzający energię elektryczną poprzez wykorzystanie energii pochodzącej z rozszczepienia jąder atomów, najczęściej uranu (uranu naturalnego lub nieco wzbogaconego w izotop 235U), w której ciepło konieczne do uzyskania pary wodnej, jest otrzymywane z reaktora jądrowego.

Historia Pierwsza elektrownia jądrowa, o mocy 5 MW powstała w 1954 r. w Obnińsku (ZSRR). Produkcja prądu nie była jednak w latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych głównym zadaniem elektrowni jądrowych. 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 (dla porównania w latach1980-1989 średnio 22, a 1990-2004 – 5). Obecnie przeciętne elektrownie mają moc ok. 1000- 2000 MW[1]. Te gwałtowne zmiany były spowodowane prawie bezawaryjną pracą pierwszych elektrowni w tamtym czasie, co doprowadziło do zwiększenia zainteresowania tym rozwiązaniem, natomiast w latach 90. na jego spadek wpływ miały dwie poważne awarie: w Three Mile Island w 1979 r. i w Czarnobylu w 1986 r. oraz wzrost wymagań dotyczących bezpieczeństwa bloków jądrowych. Cykl projektowania i budowy elektrowni atomowej trwa około 10 lat, na liczbę uruchamianych w latach 80. reaktorów wpływ miały więc decyzje podjęte najczęściej jeszcze przed awarią w elektrowni Three Mile Island.

W latach 80. i 90. XX wieku, wiele krajów wstrzymało się z podejmowaniem decyzji o budowie kolejnych bloków jądrowych. W Stanach Zjednoczonych nie rozpoczęto budowy żadnego nowego bloku od 1977. Obywatele Szwecji w referendum w 1979 roku zdecydowali o zupełnym wycofaniu się z energetyki jądrowej. Wycofanie się planowały także: Holandia, Niemcy,  Słowenia, a Włochy zrealizowały już te plany w 1990 r. Buduje się natomiast dużo reaktorów w Azji (Chiny, Indie, Japonia, Korea Południowa i Korea Północna, Iran, Pakistan). Jednak po roku 2000 wiele krajów zaczęło ponownie rozpatrywać możliwość budowy elektrowni jądrowych. Jest to spowodowane głównie zobowiązaniami dotyczącymi ograniczenia emisji dwutlenku węgla, prognozami wzrostu cen paliw kopalnych, ciągłego wzrostu zużycia energii elektrycznej oraz chęcią dywersyfikacji jej źródeł. Energia jądrowa jest najbardziej skondensowanym źródłem energii z jakiego obecnie korzysta człowiek. Uważa się, że przy rozsądnym gospodarowaniu jest to także jedna z najczystszych obecnie znanych form produkcji energii, znacząco pod tym względem przewyższająca np. technologie oparte o paliwa kopalne. Szacuje się, że występujące na Ziemi zasoby uranu wystarczą na pokrycie zapotrzebowania energetycznego ludzkości na wiele tysięcy lat. Natomiast, przy obecnym poziomie wykorzystania, paliwa kopalne wyczerpią się prawdopodobnie już za kilkadziesiąt lat. Budowa nowych reaktorów trwa w Finlandii (Olkiluoto-3), Francji (Flamanville-3) i Armenii (w celu zastąpienia starej elektrowni w Mecamor), gdzie do 2010 roku przewiduje się oddać do użytku jeden reaktor. Decyzję o budowie nowych bloków podjęto również wBułgarii (nowa elektrownia w Belene), Słowenii (rozbudowa elektrowni w Krsku), i na Litwie (rozbudowa elektrowni w Ignalinie).

Ogólna zasada działania elektrowni atomowej (na przykładzie obiegu PWR): W reaktorze jądrowym w wyniku reakcji rozszczepienia jąder atomowych wydzielają się duże ilości ciepła, które jest odbierane przez czynnik roboczy (najczęściej wodę pod wysokim ciśnieniem w tak zwanym obiegu pierwotnym –  reaktory PWR i WWER). 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 – cząsteczki wody w parze mokrej, pod wysokim ciśnieniem, zniszczyłyby turbinę, więc para mokra przechodzi najpierw z wytwornicy pary przez systemy osuszające, zanim trafi do turbiny) napędza następnie turbinę parową połączoną z generatorem. Separacja obiegów zapewnia większe bezpieczeństwo w przypadku wycieku pary z turbiny. Budowa elektrowni

Elektrownie jądrowe w Polsce W Polsce nie ma elektrowni jądrowych. Jedynym działającym reaktorem jądrowym jest badawczy reaktor Maria, zarządzany obecnie przez Instytut Energii Atomowej. W latach 80. XX wieku rozpoczęto budowę elektrowni Żarnowiec w woj. pomorskim. Prace przerwano na początku lat 90., głównie pod naciskiem protestów przeciwników energetyki atomowej. Zakończono tylko inwestycję towarzyszącą, elektrownię szczytowo-pompową. W dniu 4 stycznia 2005 rząd przyjął dokument Polityka energetyczna Polski do 2025 roku, w którym napisano Ze względu na konieczność dywersyfikacji nośników energii pierwotnej oraz potrzebę ograniczenia emisji gazów cieplarnianych do atmosfery, uzasadnione staje się wprowadzenie do krajowego systemu energetyki jądrowej Ponieważ prognozy wskazują na potrzebę pozyskiwania energii elektrycznej z elektrowni jądrowej w drugim dziesięcioleciu rozpatrywanego okresu, to biorąc pod uwagę długość cyklu inwestycyjnego konieczne jest niezwłoczne rozpoczęcie społecznej debaty na ten temat. Według telefonicznych badań Millward Brown na zlecenie portalu Money.pl w dniach 22-24 sierpnia 2008 na reprezentatywnej grupie 1004 osób, 48% pytanych opowiedziało się przeciw budowie w Polsce elektrowni jądrowej. Odmienną opinię wygłosiło 42%, podczas gdy 10% nie ma zdania w tej kwestii. Przeciw jest aż 62% kobiet (dla porównania mężczyzn – 32%), a także większość osób żyjących na obszarach wiejskich i miastach do 100 tysięcy mieszkańców. C.d

Państwowa Agencja Atomistyki zamierza zająć się ewentualnym planowaniem rozmieszczenia elektrowni jądrowej. Ma być jedną z wielu elektrowni zapewniających bezpieczeństwo energetyczne kraju, która (według opinii PAA) nie zagraża środowisku bardziej niż konwencjonalne elektrownie. Przeciwko budowie elektrowni jądrowej w Polsce są m.in. Greenpeace i partia Zieloni 2004. 9 listopada 2008 w Gdańsku, premier Donald Tusk zapowiedział budowę co najmniej dwóch elektrowni atomowych w północno- wschodniej Polsce. Prawdopodobne lokacje to Żarnowiec na Pomorzu, oraz tereny Podlasia. W marcu 2009 roku Departamentu Dywersyfikacji Dostaw Nośników Energii w Ministerstwie Gospodarki przemianowany został na Departament Energii Jądrowej. 8 stycznia 2010 roku Ministerstwo Gospodarki podało listę 28 miejscowości, które są brane pod uwagę pod kątem lokalizacji pierwszej elektrowni atomowej w Polsce.

Zalety wykorzystania energii jądrowej        Źródło energii nie zanieczyszczające środowiska naturalnego gazami zaliczanych do gazów cieplarnianych        Niezależność elektrowni od miejsc  występowania surowca – możliwość  ich budowania w miejscach, gdzie zajdzie taka  potrzeba        energia jądrowa sama jest tania, wybudowanie elektrowni jądrowej niesie ze sobą natomiast gigantyczne koszt

Wady wykorzystania energii jądrowej        długi czas trwania budowy elektrowni atomowej        przy produkcji  niebezpiecznych odpadów radioaktywnych pojawia się  niebezpieczeństwo ich  składowania i przechowywania        niebezpieczeństwo awarii elektrowni jądrowych – przy dużej ilość elektrowni jeszcze większe,  katastrofa nuklearna jak w  Czarnobylu byłaby wielce prawdopodobna.        Brak możliwości wykorzystania energii jądrowej do transportu ciężarówek, samolotów czy statków.        Brak możliwości wykorzystania energii jądrowej jako surowca do otrzymywania tworzyw sztucznych, nawozów i środków ochrony roślin.        Pojawianie się  elektrowni atomowej stanowi problem i techniczny i fizyczny, i jednocześnie jest to problem nierozprzestrzeniania broni jądrowej.

Katastrofa elektrowni jądrowej w Czarnobylu największy na świecie wypadek jądrowy mający miejsce26 kwietnia 1986, do którego doszło w wyniku wybuchu wodoru z reaktora jądrowego bloku nr 4 elektrowni atomowej w Czarnobylu. Była to największa katastrofa w historii energetyki jądrowej i jedna z największych katastrof przemysłowych XX wieku. Razem z awaria elektrowni jądrowej Fukushima I została zakwalifikowana do siódmego, najwyższego stopnia w skali INES. W wyniku awarii skażeniu promieniotwórczemu uległ obszar od 125 000 do 146 000 km2 terenu na pograniczu Białorusi, Ukrainy i Rosji, a wyemitowana z uszkodzonego reaktora chmura radioaktywna rozprzestrzeniła się po całej Europie. W efekcie skażenia ewakuowano przesiedlono ponad 350 000 osób.

Pomnik przed elektrownią jądrową w Czarnobylu

Stan obecny W 1991 w bloku nr 2 elektrowni w Czarnobylu wybuchł pożar. Mimo iż awaria była niegroźna, rząd niepodległej już Ukrainy wydał decyzję o natychmiastowym zamknięciu reaktora nr 2, a do 1993 wszystkich pozostałych. Z uwagi na ogromne koszty i brak możliwości zrównoważenia bilansu energetycznego Ukrainy, dopiero w 1997 wyłączono reaktor nr 1, a w grudniu 2000 zamknięto ostatni pracujący reaktor nr 3, tym samym elektrownia ostatecznie przestała funkcjonować. Problemem pozostaje wysoki koszt usunięcia szkód po katastrofie. W 1995 grupa G8, zobowiązała się przeznaczyć na likwidację elektrowni i szkód do 2,3 mld USD (w tym 498 mln jako pomoc bezzwrotna). Z kolei Unia Europejska zadeklarowała pod koniec lat 90. pomoc w wysokości ok. 430 mln euro – w tym środki na budowę 2 kolejnych elektrowni atomowych, mających rozwiązać problemy energetyczne Ukrainy związane z zamknięciem elektrowni czarnobylskiej. Aż do 2006 roku brytyjska Food Standards Agency prowadziła monitoring niektórych terenów hodowlanych w Walii, które w 1986 uznano za "potencjalnie skażone" C.d

Elektrownia w Czarnobylu na Ukrainie

Strefa wokół Czarnobyla do dziś jest zamknięta Strefa wokół Czarnobyla do dziś jest zamknięta. Obowiązuje tam surowy zakaz przebywania. Pomimo to w domach w okolicznych wsiach można spotkać nielegalnych mieszkańców, utrzymujących się z rolnictwa, zaś wycieczki z całego świata zwiedzają swobodnie to miejsce. Są plany aby elektrownia atomowa w Czarnobylu stała się atrakcją turystyczną. Ukraińskie władze zamierzają otworzyć dla żądnych wrażeń strefę dotąd zamkniętą po katastrofie w 1986 roku. W 2011 roku Komisja Europejska zaapelowała do państw członkowskich Unii Europejskiej o pomoc finansową dla Ukrainy na budowę nowego "sarkofagu", ze względu na kończący się termin ważności obecnego (2016 r.) wyznaczony przez konstruktorów.

Awaria elektrowni jądrowej Fukushima I (jap. 福島第一原子力発電所事故 Fukushima Dai-Ichi Genshiryoku Hatsudensho Jiko) – seria wypadków jądrowych w elektrowni atomowej Fukushima I w Japonii, do których doszło w 2011 roku w wyniku trzęsienia ziemi u wybrzeży Honsiu, w tym jedna awaria stopnia 7. w siedmiostopniowej międzynarodowej skali INES (łącznie sklasyfikowane awarie reaktorów jądrowych nr 1, 2 i 3), połączona z emisją substancji promieniotwórczych do środowiska. Po trzęsieniu ziemi do incydentu stopnia 3. doszło także w elektrowni atomowej Fukushima II, położonej w odległości 11 km, lecz sytuacja została szybko opanowana.

Widok na elektrownię atomową Fukushima Daiichi w Japonii. Fot Widok na elektrownię atomową Fukushima Daiichi w Japonii. Fot. EPA/The Tokyo Electric Power Dostawca: PAP/EPA.

Wybuch w elektrowni atomowej Fukushima I, 250 km od Tokio, materiał stacji ABC 24. Fot. EPA/ABC NEWS 24 HANDOUT, TV OUT, ONLINE OUT, MAGS OUT Dostawca: PAP/EPA.

Czy elektrownie jądrowe są bezpieczne?

BUDOWA ELEKTROWNI ZEWNĘTRZNA Ogromne wieże (2) nazywane są chłodniami kominowymi. Produkcja prądu następuje z pomocą radioaktywnych materiałów w mniejszej wieży (3)

WEWNĘTRZNA Materiały radioaktywne znajdują się w rdzeniu reaktora jądrowego (4). Tutaj zostają one rozszczepione, a prąd zostaje wytworzony. Podczas rozszczepiania powstaje tak dużo energii, że woda otaczająca to miejsce zostaje mocno rozgrzana. Powstająca para wodna napędza turbiny, które z kolei wytwarzają prąd. By nie doszło do przegrzania rdzenia, wszystko musi cały czas być chłodzone zimną wodą (5).

Elektrownie atomowe są bezpieczne, ponieważ: umiejętnie wykorzystywana energia powoduje wiele dobrego przy odpowiedniej eksploatacji są prawie zupełnie nieszkodliwe nie zanieczyszczają środowiska pyłami i gazami produkują dużą ilość taniej energii

Zadanie: Oblicz deficyt masy oraz energię wiązania dla jądra izotopu uranu . Masa jądra uranu wynosi 235,043922u. Dane: Wzory: (1) (2) deficyt masy, liczba masowa liczba atomowa masa protonu masa neutronu masa jądra atomu energia wiązania prędkość światła

Rozwiązanie: Odpowiedź: 1. Obliczmy deficyt masy jądrowej podstawiając dane do wzoru (1). Zamieniamy jednostki masy. 2. Obliczmy energię wiązania ze wzoru (2). Zamieniamy jednostki energii wiązania. Odpowiedź: Deficyt masy jądra uranu wynosi 1,878778u, a energia wiązania 1,7GeV.

Źródła: http://pl.wikipedia.org/wiki/Elektrownia_w%C4%99glowa; http://pl.wikipedia.org/wiki/Reaktor_j%C4%85drowy; http://www.sciaga.pl/tekst/30023-31-elektrownie_wodne; http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Chernobyl_Nu clear_Power_Plant.jpg&filetimestamp=20081210073506; http://czarnobyl.cba.pl/elektrownia_czarnobyl; http://forsal.pl/artykuly/495073,wybuch_w_japonskiej_elektr owni_atomowej_fukushima_i_zdjecia.html; „Fizyka i astronomia dla każdego”, pod red. Barbary Sagnowskiej, Wydawnictwo ZamKor; „Zadania z fizyki dla każdego” A. Bożek, K. Nessing, Wydawnictwo ZamKor;

38