1 / 42

Nuklearne elektrane 7. Ferenčak, Mario R3004

Nuklearne elektrane 7. Ferenčak, Mario R3004. SVEUČILIŠTE U ZAGREBU RUDARSKO-GEOLOŠKO-NAFTNI FAKULTET OSNOVE ELEKTROTEHNIKE. Zašto nuklearne elektrane?.

amaris
Download Presentation

Nuklearne elektrane 7. Ferenčak, Mario R3004

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Nuklearne elektrane7. Ferenčak, Mario R3004 SVEUČILIŠTE U ZAGREBU RUDARSKO-GEOLOŠKO-NAFTNI FAKULTET OSNOVE ELEKTROTEHNIKE

  2. Zašto nuklearne elektrane? -povećanje potreba za energijom uvjetovano porastom standarda sveopće proizvodnje i potrošnje – dvije milijarde ljudi širom svijeta nema pristup električnoj energiji -globalno oslanjanje na fosilna goriva i velike hidroelektrane ostati će trend bar do 2020. godine, ali to neće biti dovoljno za zadovoljavanje rastućih potreba ljudi

  3. Povijesni razvoj, primjena i značaj nuklearne energetike • razvoj je počeo prije II. svjetskog rata • -vojni nuklearni program – “Manhattan” projekt – cilj je bio proizvesti atomsku bombu – u sklopu projekta izgrađen je prvi reaktor “Chicago pile 1” – prva samoodržavajuća lančana reakcija 2.12.1942. • -sredinom 50-ih godina dvadesetog stoljeća počela je komercijalna primjena nuklearnih reaktora koja traje sve do danas • djelotvorna i ekonomična primjena u energetici

  4. Povijesni razvoj, primjena i značaj nuklearne energetike • status i značaj nuklearne energetike • -u pogonu su 444 reaktora (494 u izgradnji i remontu) • -SAD (110), Francuska (59), bivši SSSR(46), Njemačka (17), Japan (54), Južna Koreja (21), Kanada (17), Velika Britanija (23) itd. • -ukupna instalirana električna snaga – 406136 MWe • -18% ukupne proizvedene električne energije svijeta • -radni vijek nuklearnih elektrana – 30 – 60 godina • -284 istraživačka reaktora te dodatnih 220 reaktora u funkciji pogona brodova i podmornica

  5. Nuklearne reakcije • Fisija • nuklearna reakcija cijepanja jezgre atoma na dva dijela (fisijski fragmenti) pri čemu se oslobađa velika količina toplinske energije • Fuzija • Nuklearna reakcija spajanja jezgara atoma pri čemu nastaje teža jezgra uz oslobođenje toplinske energije

  6. Princip rada

  7. Princip rada -bit – samoodrživa kontrolirana lančana reakcija -NE koriste kao gorivo uran ili plutonij -prirodni uran (izotop U-238 sa 99,3% udjela i izotop U-235 sa 0,7 % udjela) – potrebno je prirodni uran obogatiti izotopom U-235 da bi ga mogli koristiti kao gorivo

  8. Princip rada • -oslobođena energija u fisijama U i Pu pretvara se u toplinsku energiju koja grije rashladno sredstvo koje svoju toplinsku energiju predaje vodi koja se grije i prelazi u paru te odlazi do parne turbine • -glavni dijelovi: • reaktorska jezgra • gorivi element (gorivo) • rashladno sredstvo • parogenerator • sigurnosni sustavi

  9. Princip rada

  10. Princip rada • NE se dijele prema tipu reaktora i vrsti goriva: • PWR (293) • BWR (98) • HWR (54) • GCR (30) • HTGR • LMFBR • najbitnije dvije skupine reaktora su PWR i BWR te njihove inačice

  11. Nesreće u NE • Otok tri milje u SAD (1979.) • oštećenje jezgre 1979. godine rezultiralo je iz niza nesretnih okolnosti u kojima su se događale pogreške na opremi i pogreške operatera • rastalila se približno trećina jezgre • doza zračenja izvan NE nije prelazila razinu koja ugrožava stanovništvo

  12. Nesreće u NE • Černobilj u Ukrajini (1986.) • primarni je uzrok nesreće ljudska pogreška - niz narušavanja propisanih instrukcija i operativnih postupaka • sekundarni se uzroci mogu sažeti u kategoriju nedostataka u projektu i izvedbi elektrane • 31 žrtva neposredno nakon nesreće, više od 100.000 ljudi evakuirano • ogroman negativni utjecaj na razvoj nuklearne energetike

  13. Nesreće u NE

  14. Usporedbe s ostalim elektranama • broj smrtnih slučajeva po milijardi proizvedenih kWh električne energije: • najveća je smrtnost kod hidroelektrana (101 slučaj po TWh) • termoelektrane na ugljen (39 slučajeva po TWh) • termoelektrane na plin (10 slučajeva po TWh) • NE (1 slučaj po TWh - uključujući i černobiljsku nesreću) • reaktori u Černobilju ne mogu biti mjerodavni za procjenu sigurnosti ostalih tipova NE – nisu građeni uz poštivanje opće prihvaćenih kriterija sigurnosti, ali nisu ni temelj nuklearne energetike ni u jednoj zemlji izvan zemalja bivšeg SSSR

  15. Usporedbe s ostalim elektranama

  16. Sigurnost NE • smanjenje emisije CO2 – NE ne proizvode CO2, SO2, NOx u velikim količinama – NE ne rade efekt staklenika, ne utječu na ozon • dobro konstruirane NE pokazale su se pouzdanima, sigurnima, ekonomski prihvatljivim i ekološki “dobroćudnim” • do sad se u svijetu nakupilo više od 10000 reaktor-godina rada, pa se skupilo i potrebno iskustvo u iskorištavanju nuklearne energije

  17. Ciljevi nuklearne energetike • ciljevi za srednjeročno razdoblje (do 2030.) • poboljšani lakovodni reaktori • poboljšani teškovodni reaktori • visokotemperaturni plinom hlađeni reaktori • ciljevi za dugoročno razdoblje (nakon 2030.) • brzi oplodni reaktori • fuzijski nuklearni reaktori (ITER)

  18. Općenito o fuziji • 1934. god. Cockroft i Walton prvi put demonstrirali oslobađanje energije fuzije • 1936.god. Lord Rutherford predvidio nuklearnu reakciju fuzije između deuterija i tricija • 1950 – ih god. hidrogenska bomba

  19. Fizikalne osnove fuzije Reakcije od interesa za ostvarivanje kontrolirane fuzije zajedno s potrebnom početnom temperaturom i iznosom dobivene energije

  20. Fizikalne osnove fuzije • Praktični problemi: • vrlo visoke temperature > 100 milijuna K • svi materijali prelaze u stanje plazme • puno energije za zagrijavanje goriva • zbog neutrona materijal reaktora postaje radioaktivan

  21. Fizikalne osnove fuzije • PLAZMA – 4. stanje materije • elektroni odvojeni od pripadajućih atomskih jezgri • 99,9% materije u svemiru - plazma • grijati do temperature fuzije – važno je zadržati minimalnu gustoću materijala • materijal mora biti dovoljno niske gustoće i tlaka (oko 1 Pa) - fuzijska komora mora biti napravljena od čvrstog materijala konačnog volumena(vakuum)

  22. Fizikalne osnove fuzije • TLAK PLAZME • Zvijezde - plazmu na okupu drže snažne gravitacijske sile 1) fuzijski uređaji s magnetskim ograničenjem plazme 2) fuzijski uređaji s inercijalnim ograničenjem plazme

  23. Fuzijski uređaji s magnetskim ograničenjem plazme • Plazma – električki vodljiva • Ako je stavimo u magn.polje, u njoj će se inducirati struja koja će nastojati poništiti vanjsko magnetsko polje (potisnuti ga van iz plazme) • Magn. silnice obilaze plazmu i pritom polje vrši tlak, koji nastoji ograničiti širenje plazme

  24. Fuzijski uređaji s magnetskim ograničenjem plazme • Princip rada tokamaka • zasniva se na postojanju izmjeničnog magnetskog polja koje inducira kružnu struju kroz plazmu (plazma se ponaša kao sekundar transformatora), a magnetsko polje te struje obuhvaća i komprimira plazmu (i tok struje i prateća kompresija griju plazmu)

  25. Fuzijski uređaji s magnetskim ograničenjem plazme • Princip rada tokamaka

  26. Fuzijski uređaji s magnetskim ograničenjem plazme • Princip rada tokamaka • TEHNOLOŠKI PROBLEMI • problemi vezani za: • mogućnost proizvodnje dovoljno snažnih mag. polja • dinamičku stabilnost plazme • termičke izolacije

  27. Fuzijski uređaji s magnetskim ograničenjem plazme • reakcijska komora - na visokom podtlaku • toplinski tok na zidu – velik • brzi neutroni oštećuju zid komore i čine ga radioaktivnim • zaštititi okolinu reakcijske komore od tok brzih neutrona vanjskim oplodnim omotačima koji će se koristiti za proizvodnju tricija • Princip rada tokamaka • TEHNOLOŠKI PROBLEMI

  28. Fuzijski uređaji s magnetskim ograničenjem plazme • Princip rada tokamaka • niz tokamak uređaja u eksploataciji i gradnji: • JET (Joint Europen Torus) • u pogonu od 1983.god. • trenutno najveći tokamak na svijetu sposoban za proizvodnju 16 MW fuzijske snage u trajanju do 1 s

  29. Fuzijski uređaji s magnetskim ograničenjem plazme Izgled JET eksperimentalnog fuzijskog uređaja

  30. Fuzijski uređaji s magnetskim ograničenjem plazme • Princip rada tokamaka - ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) • najozbiljniji pomak prema ostvarenju fuzijske elektrane • međunarodni projekt : Narodne Republike Kine Europske Unije Japana Republike Koreje Rusije SAD-a, uz pokroviteljstvo UN-ove nuklearne agencije IAEA

  31. Fuzijski uređaji s magnetskim ograničenjem plazme • ITER • CILJ: • postići samoodrživu fuzijsku reakciju (jednom pokrenuta, samostalno se održava uz kontinuirani dotok goriva) • MJESTO RAZVOJA PROJEKTA: • Japan Atomic Energy Research InstituteuNaka-i, 80 km sjeverno odTokija • Max Planck Institut für PlasmaphysikuGarching-u, 15 km sjeverno od Münchena • LOKACIJA ZA IZGRADNJU PROJEKTA • Cadarache, France • PREDVIĐENI POČETAK RADA: • kraj 2016.

  32. Fuzijski uređaji s magnetskim ograničenjem plazme Cadarache, France

  33. Fuzijski uređaji s magnetskim ograničenjem plazme • Izgled ITER eksperimentalnog fuzijskog reaktora

  34. Fuzijski uređaji s magnetskim ograničenjem plazme • Sigurnost • Inherentno siguran proces • Fuzija se odvija u vakuumu – unutrašnjost reaktora je dobro zabrtvljena – minimalna mogućnost kontaminacije okoliša • Bilo kakav kontakt sa okolinom unosi nečistoće u plazmu i gasi fuziju • Nema lančane reakcije koja bi se mogla oteti kontroli (nasuprot fisiji) • Prekid dotoka goriva - fuzija se gasi za oko 1 sekundu

  35. Fuzijski uređaji s magnetskim ograničenjem plazme • Zračenje (neutrone) upija materijal reaktora • Ozračena materija (reaktor) nije pokretna • Za radnog vijeka postrojenja bit će proizvedena znatna količina radioaktivnog otpada no on nije visoko radioaktivan

  36. Fuzijski uređaji s inercijalnim ograničenjem plazme • Osnovna ideja • Termonuklearna eksplozija u malom • Postići uvjete fuzije slične onima u zvijezdama ili hidrogenskoj bombi: • Visoka temperatura • Visoki tlak • Visoka gustoća • Fuzija mora biti manjih razmjera kako bi se mogla držati pod kontrolom

  37. Fuzijski uređaji s inercijalnim ograničenjem plazme

  38. Fuzijski uređaji s inercijalnim ograničenjem plazme Indirektno i direktno obasjavanje mete laserom i meta za snop teških iona

  39. Fuzijski uređaji s inercijalnim ograničenjem plazme

  40. Fuzijski uređaji s inercijalnim ograničenjem plazme • Da bi bilo moguće razmišljati o komercijalnoj fuzijskoj elektrani na bazi inercijalnog ograničenja plazme potrebno je riješiti još puno problema: • jednostavne i učinkovite proizvodnje tableta mete koje bi proizvele 50 do 100 puta veću energiju od one uložene za grijanje i kompresiju • prema sada očekivanoj veličini tableta potrebno ih je oko 100 milijuna godišnje • najviše se radi na eliminiranju nestabilnosti izazvanih nesimetričnim obasjavanjem mete i na razvoju snopova odgovarajućih karakteristika (energetska efikasnost od 10 do 30% i frekvencija ponavljanja pulsa od 5 do 10 Hz) • Fuzijska komora bi morala imati životni vijek bar 30 godina i ne bi smjela biti tretirana kao radioaktivni materijal nakon razgradnje

  41. Fuzijski uređaji s inercijalnim ograničenjem plazme • National Ignition Facility (NIF) • Eksperimentalni inercijski fuzijski reaktor u izgradnji • Puštanje u pogon 2008. • Projekt Ministarstva obrane SAD-a • Početni cilj bio je proučavanje termonuklearnih reakcija • Eliminira potrebu za podzemnim termonuklearnim eksplozijama • Veliki interes pokazuje ministarstvo energije • Zbog mogućnosti proizvodnje električne energije • Osnovne karakteristike: • Laserski pogon (192 zrake) • Mogućnost direktnog i indirektnog pogona • Slično postrojenje gradi se u Francuskoj (Laser Mega Joule) • Očekivano puštanje u pogon 2012.

  42. Zaključak • zadnje tri dekade nuklearna energija ima značajnu ulogu u proizvodnji električne energije • jaki proboj nuklearne energije može se zahvaliti njezinoj čistoći i gotovo nikakvim ispuštanjem stakleničnih plinova • konstantan, čist i pouzdan izvor energije

More Related