Energetika seminarski

8/17/2019 Energetika seminarski

1/14

Univerzitet u TuzliMašinski fakultetProizvodno mašinstvoPredmet: Osnovi energetikeŠkolska godina:2015/1

!eminarski radTema: Pro"es do#i$an$a elektri%ne energi$e kod nuklearni& elektrana

!tudent: Profesor:'i(ova" )din* ++,15/1- .rs" !andira )l$šan van(rof


2/14

Šta je atomska energija?

Atomi (gradivne jedinice materije) mogu biti stabilni i ostati takvi u beskonačost. Drugi atomi se

mogu postojati u nestabilnim formama te se nazivaju radioaktivni izotopi. Kada se veliki atomi podijele u jedan ili više veći atoma! dajući druge čestice i energiju u procesu! nazivamonuklearnom fisijom. "o se dešava zato što je centralni dio atoma (nukleus) razdvojen i fisija jedrugo ime za raspadanje ili razlaganje. #uklearna fisija se mo$e desiti spontano te u tom slučajuto zovemo radioaktivni raspad (konverzija nestabilni radioaktivni izotopa u stabilne atome kojinisu radioaktivni). %o$e se isto tako napraviti na zapovijed! te na taj način dobijamo energiju izatoma u nuklearni elektrana. "aj tip fisije se naziva nuklearna reakcija.

Koliko energije jedan atom može napraviti?

&znena'ujuće veliku količinu. mc*. Ako je energija! m masa! c brzina svjetlosti.Ajnštajnova jednačina govori o tome da mo$emo prevesti malu količinu mase u veliku količinuenergije. + teoriji! ako bismo mogli pretvoriti sedam milijardi atoma idrogena kompletno uenergiju! dobili bismo jedan d$ul (to je otprilike onoliko energije koliko jedna sijalica od ,- potroši za desetinu sekunde.) /tvar je u tome da! ukoliko imamo milijarde i milijarde atoma umaloj količinu mase! trebalo bi da bude moguće napraviti velike količine enegije. "o je u principu ideja iza nuklearni elektrana. + praksi! nuklearne elektrane ne rade tako da uništeatome u potpunosti! nego cijepaju velike atome u manje! više kompaktne! više stabilne atome. "oosloba'a energiju u procesu! energiju koju mo$emo spremiti.

Šta je lančana reakcija?

0ta ako bismo mogli napraviti da se puno atoma pocijepa jedan za drugim1 + teoriji! mogli bismo na taj način osloboditi veliku količinu energije. Ako cijepanje milijarde atoma zvuči kao puno posla! ima jedna stvar koja poma$e u ovome2 neki radioaktivni izotopi će se nastaviticijepati sami sebe automatski što se zove lančana reakcija! proizvodeći energiju u principu kolikodugo oćete.Ako uzmemo neki jako te$ak elemenat! stabilan kao što je uranium3*45. /vaki od njegovi

atoma ima nukleus sa 6* protona i ,74 neutrona. Ako ispalimo neutron na uranium3*45 mo$emoga pretvoriti u uranium3*482 nestabilnu verziju istog atoma (radioaktivni izotop uranijuma) sa 6* protona i ,77 neutrona (onaj jedan dodatni). +ranijum3*48 je previše nestabilan da bi postojaodugo! tako da se cijepa u dva mnogo manja atoma! barium i kripton! osloba'ajući veliku količinuenergije i 9:ispaljujući:: tri zasebna neutrona u isto vrijeme. /uper stvar je što dodatni neutronimogu se sudarati sa ostalim uranium3*45 atomima! te i cijepaju. & svaki put kada se svaki od tiatoma pocijepa! tako'e će osloba'ati neutrone. "ako da jedna fisija jednog atoma uranijuma3*45

2


3/14

jako brzo postaje lančana reakcija osloba'ajući toplinu.

Razlika između nuklearne elektrane i atomske bombe?

+ nuklearnoj bombi lančana reakcija nije kontrolisana i to je ono što i čini destruktivnim. ;ijelalančana reakcija se dešava u djeliću sekunde! kada jedan pocijepani atom proizvodi *!7!


4/14

Brincip osloba'anja nuklearne energije. #ekontrolirani proces se zove atomska bomba! akontrolirani proces je nuklearni reaktor . #ajveći broj reaktora koji su danas u pogonu su reaktori s vodom pod tlakom (BC 3 Bressurized ater reactor). + takvoj vrsti reaktora tekuća voda oplakuje nuklearno gorivo izagrijava se! te teče prema parogeneratoru. Barogenerator je izmjenjivač topline koji odvaja

primarni krug od sekundarnog. Eoda potekla iz reaktora (voda primarnog kruga) ulazi u parogenerator i grije vodu sekundarnog kruga! a zatim se pomoću primarni pumpi vraća ureaktor.Eoda sekundarnog kruga! koja se s primarnom vodom ne miješa! preuzima njenu toplinu krozstijenke cijevi parogeneratora i vrije. #astala para se privodi parnoj turbini! gdje predaje svojuenergiju rotoru turbine (pretvorba toplinske u meaničku energiju). Cotor turbine je na istojosovini kao i rotor električnog generatora! čime se ostvaruje konačna pretvorba energije uelektričnu. Bara izašla iz turbine se odvodi u kondenzator! gdje se ladi i kondenzira! te se pomoću sekundarni pumpi vraća u parogenerator! zatvarajući tako sekundarni krug.

4

http://hr.wikipedia.org/wiki/PWRhttp://hr.wikipedia.org/w/index.php?title=Parogenerator&action=edit&redlink=1http://hr.wikipedia.org/w/index.php?title=Parogenerator&action=edit&redlink=1http://hr.wikipedia.org/wiki/PWRhttp://hr.wikipedia.org/w/index.php?title=Parogenerator&action=edit&redlink=1


5/14

DIJELOVI NE

1. Reaktor

2. Reaktorske rashladne pumpe

3. Generatori pare

4. Tlačna ekspanzijska posuda

5. Visokotlačni dio turbine

6. iskotlačni dio turbine

!. Generator električne ener"ije

#. $eparator pare

%. &re"rijač pare

1'. (ondenzator

11. &umpa kondenzata

12. iskotlačni pred"rijač

13. apojne pumpe

14. Visokotlačni pred"rijač

15. &umpe rashladne )ode

5


6/14

Nuklearni reaktor je naprava u kojoj se odvija postojana kontrolirana nuklearna lančanareakcija (za razliku od nuklearne bombe u kojoj je reakcija eksplozivna inekontrolirana).#ajva$nija primjena nuklearni reaktora je danas u proizvodnji električneenergije (nuklearna energija). &stra$ivački reaktori slu$e za dobivanje radioaktivni izotopa i pokuse s neutronskim zračenjem). #uklearni reaktor sastoji se od reaktorske posude u kojoj senalazi reaktorska jezgra. Flavni dijelovi jezgre nuklearnog reaktorasu gorivo! moderator ! rashladno sredstvo te apsorpcijski materijali. Flavna razlika pojedinitipova reaktora ovisi o izboru materijala ti dijelova.

3 Forivo je srce reaktorske jezgre. /astoji se od peleta koji sadr$e slabo obogaćeniuranijum dioksid koji je postavljen u cijevi duge 4.5m

3 Forivo bi trebalo da bude materijal koji mo$e vršiti fisiju odnosno! čiji nukleus mo$e daizvrši fisiju bombanrdovanjem da bi nastala lančana reakcija. %o$e biti ili +*44! +*45 iBu*46

3 +*45 je najnestabilniji i ima mogućnost odr$avanja lančane reakcije sa neutronima kojiimaju malo energije

3 0ipke bi trebale da mogu raditi na visokim temperaturama i otporne na radijaciju

Forivo bi trebalo da bude zaštićeno od korozije i erozije od strane rasladnog sredstva

Tlačnik je naprava kojom se osigurava konstantan tlak primarnog kruga. + osnovi! to je posudavolumena 7-38- m4 opremljena grijačem snage , 3 * %. agrijavanjem u tlačniku mo$e seispariti odre'ena količina vode! čime se podi$e tlak i sprječava isparavanje u reaktoru.

Parogenerator je naprava koja se nalazi u nuklearnim elektranama s tlakovodnim reaktorima.Bošto se u takvim elektranama vodi ne dopušta ključanje u reaktoru! a svejedno je potrebno proizvesti paru za korištenje parni turbina! tok vode se dijeli u dva kruga! primarni i sekundarni.Brimarnim krugom teče voda koja toplinu proizvedenu fisijama odvodi iz reaktora i predaje jesekundarnoj vodi u parogeneratoru. #a sekundarnoj se strani vodi dozvoljava isparavanje (to se posti$e ni$im tlakom sekundarnog kruga)! te nastala para vrti rotore parni turbina.Barogenerator je komponenta nuklearne elektrane u kojoj se odvija predaja topline iz primarnogu sekundarni krug i isparavanje sekundarne vode. + donjem dijelu se nalazi nekoliko tisuća +3

cijevi kroz koje teče primarna voda. ?ko +3cijevi teče voda sekundarnog kruga! koja s njiuzima toplinu. Bara nastala vrenjem sekundarne vode odlazi prema gornjem dijelu parogeneratora! gdje se nalaze separatori vlage! koji osiguravaju da u pari koja odlazi prematurbinama nema kapljica tekuće vode.Barogeneratori su velike komponente! mase preko stotinu tona! i visine dvadesetak metara.?visno o snazi! nuklearna elektrana će imati odre'en broj reaktora. %o$e se reći da na svakitristotinjak megavata električne snage elektrane dolazi po jedan parogenerator. Bošto sunuklearne elektrane redovito velike snage! u pravilu će imati barem dva parogeneratora.

6

http://hr.wikipedia.org/wiki/Napravahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Nuklearna_lan%C4%8Dana_reakcijahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Nuklearna_lan%C4%8Dana_reakcijahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Nuklearna_bombahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Elektri%C4%8Dna_energijahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Elektri%C4%8Dna_energijahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Nuklearna_energijahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Radioaktivnosthttp://hr.wikipedia.org/wiki/Radioaktivnosthttp://hr.wikipedia.org/wiki/Izotophttp://hr.wikipedia.org/wiki/Izotophttp://hr.wikipedia.org/wiki/Neutronhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Napravahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Nuklearna_lan%C4%8Dana_reakcijahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Nuklearna_lan%C4%8Dana_reakcijahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Nuklearna_bombahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Elektri%C4%8Dna_energijahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Elektri%C4%8Dna_energijahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Nuklearna_energijahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Radioaktivnosthttp://hr.wikipedia.org/wiki/Izotophttp://hr.wikipedia.org/wiki/Neutron


7/14

Parne turbine koje se koriste u nuklearnim elektranama su vrlo slične onima u klasičnimtermoelektranama na ugljen. Cazlika postoji u elektranama s tlakovodnim reaktorima! gdje suturbine nešto veći dimenzija zbog manjeg tlaka pare.+ svim termoelektranama snage iznad stotinjak % postojat će više od jedne parne turbine."urbine se nalaze na zajedničkoj osovini! a razlikuju se po tlaku pare. Bara iz parogeneratora!tlaka oko 8- bar kod tlakovodni! odnosno oko ,5- bar kod reaktora s vodom koja ključa! ulazeu visokotlačnu turbinu. #akon prolaska kroz visokotlačnu turbinu! tlak pare je znatno ni$i. &z pare se prije ulaska u niskotlačnu turbinu dodatno separira vlaga! da bi se spriječila oštećenjalopatica turbine. #iskotlačne turbine su dimenzijama veće od visokotlačni! a ovisno o snazielektrane postojat će više niskotlačni turbina (mo$e se uvesti i GsrednjaG razina tlaka sasrednjotlačnim turbinama).

lektrični generatori u upotrebi u nuklearnim elektranama su najčešće 73polni sinkronigeneratori. lektrična snaga današnji nuklearni elektrana iznosi od 5-- do ,5-- % poreaktoru. #a lokaciji nuklearne elektrane se mo$e nalaziti više reaktora! ali na svaki reaktor dolazi po jedan generator.

Kondenzator je izmjenjivač topline u kojem se para koja je prošla kroz turbine kondenzira!kako bi se mogla vratiti u parogenerator i zatvoriti sekundarni krug. /astoji se od dva dijela! odkoji jedan pripada sekundarnom! a drugi tercijarnom krugu. #akon što svoju energiju preda u

turbini! para je već djelomično kondenzirana! a tlak joj je redovito manji od atmosferskog. #a tajse način iz pare izvlači maksimalna količina energije! odnosno povećava se faktor iskorištenjaelektrane. "akva mokra para ulazi u sekundarni dio kondenzatora. "ercijarnim dijelom teče vodaiz obli$nje rijeke ili mora! koja preuzima preostalu! neiskoristivu toplinu i odvodi je izelektrane.+ primarnom krugu postoji nekoliko rasladni pumpi! ovisno o broju rasladni petlji. Brimarne pumpe su centrifugalnog tipa! pogonjene asinkronim motorom snage oko 8 %!te se njima voda ola'ena u parogeneratoru vraća nazad u reaktor./ekundarne pumpe imajuulogu jednaku onima u termoelektranama na ugljen ili naftuH pumpanje vode iz kondenzatora uisparivač! što je u ovom slučaju sekundarni dio parogeneratora.%anje se pumpe koriste na višemjesta za cirkuliranje rasladni fluida koji odvode toplinu nastalu radom razne opreme!najčešće motora. "e pumpe su pomoćne! odnosno ne sudjeluju direktno u ciklusu kojim se

proizvodi električna energija

!

http://hr.wikipedia.org/wiki/Parni_kondenzatorhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Sisaljkahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Centrifugalna_sisaljkahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Parni_kondenzatorhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Sisaljkahttp://hr.wikipedia.org/wiki/Centrifugalna_sisaljka


8/14

!ijelovi termičkog reaktora

"ezgra termičkog nuklearnog reaktora

Nuklearno gorivo

Keramičke tablete uranova oksida (+?*) koje su slo$ene u gorive šipke i cijevima od cirkonijeveslitine! otporne na visoke temperature. "emperatura u središtu goriva je i preko *---o;. #ajvećidio goriva čini +*4, =).+ran se nalazi u emljinoj kori! gdje je prilično raširen! iako u vrlo malimkoncentracijama.+ranova se ruda najprije drobi i melje te se odstranjuje jalovina.

#a$titna ko$uljica goriva

3 0titi gorivo od erozijskiga djelovanja rasladnog sredstva3 /manjuje radioaktivnost u rasladnom sredstvu

3 %aterijal košuljice mora apsorbirati što manje neutrona (;irkonij3r).

Ras%ladno sredstvo

3 "ekućeH voda (I*?)! teška voda (D*?)3 BlinovitoH ugljični dioksid (;?*)! elij (Ie)

3 ?dnosi veliku količinu topline koja se proizvede fisijom3 Casladno sredstvo ili prenese toplinu drugom mediju ili ako je obična voda korištena

kao rasladno sredstvo pretvara se u paru3 #ajčešće se koriste voda! gas i tečni metali

"rebalo bi da ima sljedeće osobineH

3 /tabilnost pod ekstremnim termalnim uslovima3 #isku tačku topljenja i visoku tačku vrenja3 #e bi trealo da korodira materijal sa kojim dolazi u kontakt

#


9/14

&mamo tri tipa ciklusaH3 Direktni J voda je rasladno sredstvo i izlazi iz reaktora kao para. C 3 @edan ciklus J primarno rasladno sredstvo predaje toplotu vodi u generatoru pare. BC 3 Dva ciklusa J dva rasladna sredstva. Brimarni ide kroz reaktor i predaje toplotu

sekundarnom koji dalje predaje toplotu vodi u generatoru pare

&oderator

3 /manjuje brzinu (kinetičku) energiju brzi neutrona3 Apsorbira malo slobodni neutrona3 %aterijal moderatoraH voda (I*?)! teška voda (D*?)! grafit! berilij (e)! berilij3oksid (e?)

3 + lančanoj reakciji neutroni koji se proizvode su brzi i nisu vrlo efikasni u proizvodnji fisije+*45. %oderator smanjuje energiju fisijski neutrona na razumne nivoe kroz mnogobrojnesudare

3 Frafit! teška voda i berilijum se najčešće koriste3 %oderator bi trebao da reducira energiju neutrona a ne da i apsorbiraju skroz

3 /pori neutroni tako proizvedeni se lako zarobljavaju nuklearnim gorivo i lančana reakcijamo$e biti odr$avana%oderator bi trebao posjedovati sljedeće osobineH

3 %ogućnost da uspori neutrone bez puno apsorpcije3 Eisoku termalnu kondukciju3 Eeliku tačku topljenja za čvrste moderatore i nisku za tečne3 ?tpornost na koroziju i eroziju3 /tabilnost pod toplinom i radijacijom

#a$titna posuda 'kontejnment(Komponente primarnog rasladnog kruga smještaju se u veliku zaštitnu posudu koja se nazivakontejnment. Kontejnment je projektiran za tlak koji bi u njoj nastao u slučaju pucanjakomponente primarnog kruga (najčešće se pretpostavlja lom primarnog cjevovoda). + tomslučaju bi naglo pao tlak u primarnom krugu i voda bi isparila. Bara bi zajedno sa dijelom

%

http://hr.wikipedia.org/wiki/Cjevovodhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Cjevovod


10/14

radioaktivni nuklida koji se nalaze u primarnom krugu ispunila kontejnment i povisila u njojtlak na -!4 do -!7 %Ba. #a taj tlak je kontejnment i projektiran. ?pisani kvar se tretira kaonajveći projektom predvi'eni kvar (Design asis Accident 3 DA). ?blik kontejnmenta ismještaja komponenata reaktorskog postrojenja s BC3om unutar kontejnmenta se razlikuje projektima različiti proizvo'ača nuklearne opreme

Reaktorska školjka (reflektror)

, atvara reaktorsku $ezgru, eflektrira neutrone da zadri u $ezgri što više neutrona

) #eutroni koji se proizvedu u toku fisije će biti dijelom apsorbovani od strane moderatora

ili strukturni materijala i nekoliko će pokušati izaći iz reaktora što je gubitak ) Fubitak neutrona se mo$e minimizirati ako se reaktor okru$i refkletorom koji će vratiti teneutrone

) Ceflektor se pravi od grafita! berilijuma! I*o! D*o) Botpoma$e fluksu neutrona) Kako generacija toplote zavisi od fluksa neutrona! refkletor izbjegava visoke

temperaturne varijace u jezgri tako što smanjuje fluks

Regulacijske $ipke

3 #amijenjene su za regulaciju toplinskoga učina reaktora3 &zra'ene su iz materijala koji ima svojstvo da jako apsorbiraslobodne neutrone kaoH bor ()! kadmij(;d)! srebro (Ag)3 Bomične su po visini! čime se mijenja uronjenost u reaktorsku jezgru! odnosno apsorpcija neutrona! a time i toplinski učinreaktora

Tlačna posuda reaktora

3 atvara reaktorsku jezgru! školjku i rasladno sredstvo

3 &zra'uje se iz debeloga čeličnog lima (pločevine)

Primarni za$titni 'biolo$ki( $tit

3 etonska zaštita tlačne posude reaktora3 /manjuje zračenje iz jezgre reaktora

*ekundarni za$titni $tit

1'


11/14

3 &zra'en iz debele čelične pločevine i masivnoga betona3 atvara prostor reaktora! isparivača (generatora pare)! te primarni cirkulacijski krug la'enja

Kontrolne $ipke

3 "ipična fisija +*45 u prosjeku proizvede *.5 neutrona. Ako bi to ostavili nekontrolisano bilo bi ,--- fisija za ,- generacija što je nepo$eljno

3 a stabilnu lančanu reakciju svaka fisija bi trebala da proizvede još jednu fisiju. "ako davišak od ,.5 neutrona mora biti spriječeno u proizvodnji dalji fisija

3 Kontrolne šipke su materijali koji apsorbiraju neutrone3 Kadmijum ili boron se koriste kao apsorberi. %ogu se pomjerati unutra i van3 Kada su u jezgri apsorbuju neutrone i usporavaju reakciju3 @ačina reakcije se kontroliše pomjeranjem šipki ručno ili automatski

/ljedeće osobineH

3 Adekvatnu sposobnost da predaju toplotu3 /tabilnost pod visokom temperaturom i radijacom3 ?tpornost na koroziju i eroziju3 Dovoljno meaničke snage3 %ogućnost gašenja reaktora gotovo instantno

+,R

3 Koristi deminiraliziranu vodu koja slu$i kao modeator! rasladno sredstvo ili izvor pareza turbinu

3 "oplina se proizvodi nuklearnom fisijom u jezgri reaktora i ovo daje da voda kua proizvodeći paru

3 Casladna voda se dr$i na >5 bara tako da vrsi na *


12/14

Kontrolisanje snage mo$e biti preko šipki. Bovećavajući tok vode kroz jezgru prouzrokujemo više voda da moderira neutrone tako da imamo više snage./manjivanjem toka vode! smanjuje se snaga u reaktoru."urbina u C je dio reaktorskog ciklusa tako da para direktno ulazi u turbinu iz

reaktorske jezgre. /amim tim! para mo$e biti readioaktivna i turbina mora biti zaštićenaod radijacije. Brednost C je da je jednostavno i ima malo komponenti. #edostatak jemogućnost naglog povećanja pritiska pare što će uzrokovati više vode u jezgri te višemoderacije neutrona i povećanje snage. %o$e istopit jezgru

P,R

3 Eoda se zadr$ava u primarnom ciklusu3 Eoda teče kroz reaktorsku jezgru i izolirana je od turbine i tako voda funkcioniše kao

moderator i rasladno sredstvo3 Eoda iz primarnog ciklusa proizvodi paru u sekundarnom koja pokreće turbinu u

Cenkinovom ciklusu3 Brednost je što nekakvo curenje goriva u jezgri ne bi predao nikakve radioaktivne

supstance turbini i kondenzatoru3 ?graničanje na BC je kritična temperatura vode od 4>7 L;3 BC ima bolju Karno efikasnot od C

+potreba vode kao moderatora je va$na sigurnosna karakteristika BC 3 %oderacija neutrona zavisi od gustine moderatora

3 /vako povećanje temperature u jezgri BC prouzrokuje da se voda širi i postaje manjegusta! samim tim smanjuje moderaciju neutrona

BrednostiH3 Ceaktori pod pritiskom vode su veoma stabilni zbog njiove tendencije da proizvedu

manje snage rastom temperature3 ;iklus turbine je odvojen od primarnog ciklusa i nije kontaminiran3 bog obogaćenog uranijuma koji se koristi kao gorivo! BC mogu koristiti normalnu

vodu kao moderator u odnosu na skuplju tešku vodu

#edostaciH

3 Casladno sredstvo mora biti pod visokim pritiskom da bi spriječio vrenje na visokojtemperaturi.

3 #e mogu se BC ponovo nadopunjavati gorivom dok rade3 %o$emo ili koristiti obogaćen uranijum sa običnom vodom kao moderatorom! ili obični

uranijum ali sa teškom vodom kao moderatorom

12


13/14

*adržaj

,. 0ta je to atomska energija1............................................................................................,*. Koliko energije mo$e jedan atom proizvestiMMMMMMMMMMMMMMMM...,4. 0ta je to lančana reakcija1..............................................................................................,7. Cazlika izme'u nuklearne elektrane i bombe1............................................................ ..*

13


14/14

5. Kako nuklearna elektrana radi1.................................................................................... .*8. Dijelovi nuklearne elektraneMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM.7>. Dijelovi termičkog reaktoraMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM..>

Documents

Energetika seminarski