Upload
isadora-jacobson
View
91
Download
5
Embed Size (px)
DESCRIPTION
SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA Metodika i prikazivanje rezultata znanstvenog rada. Nuklearne elektrane. Ana Gamilec, EEN-ES Dragan Bartolić, EEN-ET. Zašto nuklearne elektrane?. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Nuklearne elektrane
Ana Gamilec, EEN-ES
Dragan Bartolić, EEN-ET
SVEUČILIŠTE U ZAGREBUSVEUČILIŠTE U ZAGREBUFAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVAFAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVAMetodika i prikazivanje rezultata znanstvenog radaMetodika i prikazivanje rezultata znanstvenog rada
Zašto nuklearne elektrane?
o povećanje potreba za energijom uvjetovano porastom standarda sveopće proizvodnje i potrošnje – dvije milijarde ljudi širom svijeta nema pristup električnoj energiji
o 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
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
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
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
Princip rada
Princip rada
bit – samoodrživa kontrolirana lančana reakcija
NENE 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
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 gorivni element (gorivo) rashladno sredstvo parogenerator sigurnosni sustavi
Princip rada
Princip rada
NENE 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
Nesreće u NENE
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 NENE nije prelazila razinu
koja ugrožava stanovništvo
Nesreće u NENE
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
Nesreće u NENE
Usporedbe s ostalim elektranama
broj smrtnih slučajeva po milijardi proizvedenih kWh električne energije:1. najveća je smrtnost kod hidroelektrana (101 slučaj po
TWh) 2. termoelektrane na ugljen (39 slučajeva po TWh)3. termoelektrane na plin (10 slučajeva po TWh)4. NENE (1 slučaj po TWh - uključujući i černobiljsku
nesreću) reaktori u Černobilju ne mogu biti mjerodavni za
procjenu sigurnosti ostalih tipova NENE – nisu građeni uz poštivanje opće prihvaćenih kriterija sigurnosti, ali nisu ni temelj nuklearne energetike ni u jednoj zemlji izvan zemalja bivšeg SSSR
Usporedbe s ostalim elektranama
Sigurnost NENE
smanjenje emisije CO2 – NENE ne proizvode CO2, SO2, NOx u velikim količinama – NENE ne rade efekt staklenika, ne utječu na ozon
dobro konstruirane NENE 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
Ciljevi nuklearne energetike
ciljevi za srednjoročno 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)
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
Fizikalne osnove fuzije
Reakcije od interesa za ostvarivanje kontrolirane fuzije zajedno s potrebnom početnom temperaturom i iznosom dobivene energije
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
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)
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
Fuzijski uređaji s magnetskim ograničenjem plazme
Plazma – električki vodljivaAko 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
Fuzijski uređaji s magnetskim ograničenjem plazme
Princip rada tokamakazasniva 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)
Fuzijski uređaji s magnetskim ograničenjem plazme
Princip rada tokamaka
Fuzijski uređaji s magnetskim ograničenjem plazme
Princip rada tokamaka TEHNOLOŠKI PROBLEMI problemi vezani za:
• mogućnost proizvodnje dovoljno snažnih magn.polja
• dinamičku stabilnost plazme• termičke izolacije
Fuzijski uređaji s magnetskim ograničenjem plazme
Princip rada tokamaka TEHNOLOŠKI PROBLEMI
• reakcijska komora - na visokom potlaku
• toplinski fluks na zidu – velik
• brzi neutroni oštećuju zid komore i čine ga radioaktivnim
• zaštititi okolinu reakcijske komore od fluksa brzih neutrona vanjskim oplodnim omotačima koji će se koristiti za proizvodnju tricija
Reakcijska komora Tokamak uređaja
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
Fuzijski uređaji s magnetskim ograničenjem plazme
Izgled JET eksperimentalnog fuzijskog uređaja
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
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 Institute u Naka-i, 80 km
sjeverno od Tokija• Max Planck Institut für Plasmaphysik u Garching-u, 15 km
sjeverno od Münchena LOKACIJA ZA IZGRADNJU PROJEKTA
• Cadarache, France PREDVIĐENI POČETAK RADA:
• kraj 2016.
Fuzijski uređaji s magnetskim ograničenjem plazme
Cadarache, France
Fuzijski uređaji s magnetskim ograničenjem plazme
Izgled ITER eksperimentalnog fuzijskog reaktora
Fuzijski uređaji s magnetskim ograničenjem plazme
SigurnostInherentno 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
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
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
Fuzijski uređaji s inercijalnim ograničenjem plazme
Fuzijski uređaji s inercijalnim ograničenjem plazme
Indirektno i direktno obasjavanje mete laserom i meta za snop teških iona
Fuzijski uređaji s inercijalnim ograničenjem plazme
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
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.
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
Zaključak
Rješenje problema oko sve većih potreba za energijom moguće samo uz kompromise i nadilaženje predrasuda!
Literatura
1. Danilo Feretić, Uvod u nuklearnu energetiku, Školska knjiga, Zagreb, 1992.
2. Danilo Feretić, Nikola Čavlina, Nenad Debrecin, Nuklearne elektrane, Školska knjiga, Zagreb, 1995.
3. Vladimir Knapp, Petar Kulišić, Novi izvori energije, Školska knjiga, Zagreb, 1985.
4. www.iter.org (25.04.2006.)5. www.jet.org (25.04.2006)6. www.fusion.org (24.04.2006)7. http://www.mojaenergija.hr/index.php/me/
knjiznica/nuklearna_energija/nesrece_u_nuklearnim_elektranama (24.04.2006.)
Pitanja?
Hvala na pažnji!