Czyste energie wykad 11

  • View
    151

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Czyste energie wykad 11

Czyste energiewykad 11

Energetyka jdrowa cz.2 Ciekawe turbiny wiatrowedr in. Janusz TenetaWydzia EAIiE Katedra Automatyki AGH Krakw 2011

Jak zabezpiecza si elektrownie jdrowe przed uwolnieniem substancji radioaktywnych w przypadku cikich awarii?

Cika awaria na skutek nieprzewidzianych uszkodze ukadw bezpieczestwa oraz bdw ludzkich dochodzi do uszkodzenia i stopienia rdzenia reaktora. Dziaania ratunkowe: obejmuj ograniczenie rozprzestrzeniania si produktw rozszczepienia, poprzez obron zbiornika reaktora przed przetopieniem, oraz poprzez obron szczelnoci obudowy bezpieczestwa.

Jak zabezpiecza si elektrownie jdrowe przed uwolnieniem substancji radioaktywnych w przypadku cikich awarii?

Kolejno dziaa: jak najszybsze obnienie cinienia wewntrz zbiornika reaktora, aby umoliwi zalanie rdzenia reaktora wod z rnych rde o niskim cinieniu oraz aby zmniejszy niebezpieczestwo w przypadku przetopienia zbiornika.

Elektrownia jdrowa z reaktorem EPR (III generacji)

Elektrownia jdrowa z reaktorem EPR (III generacji)

Obudowa bezpieczestwa wytrzymuje nawet dziaanie stopionego rdzenia

Konstrukcja przestrzenna zapewnia odporno na uderzenie samolotu

Co moe zniszczy obudow bezpieczestwa?Wczesne zagroenia (przy powanej awarii): Obejcie obudowy w przypadku rozerwania obiegu pierwotnego wytwornicy pary i awarii zaworw nadmiarowych po stronie wtrnej Rozerwanie zbiornika rektora pod wysokim cinieniem, powodujce gwatowny wzrost cinienia i temperatury Zapon i wybuch wodoru wydzielonego w rdzeniu

Co moe zniszczy obudow bezpieczestwa?Zagroenia dugoterminowe: Brak moliwoci odbioru ciepa z obudowy powoduje powolny wzrost cinienia w jej wntrzu Przetopienie pyty fundamentowej reaktora - mniej grone bo grunt pod obudow ma zdolno filtracji produktw rozszczepienia

Chodzenie stopionego rdzenia i obudowy bezpieczestwa reaktora EPR faza dugoterminowa

Chwytacz rdzenia

Chwytacz rdzenia Chroni dno obudowy bezpieczestwa przed przepaleniem Stabilizuje stopiony rdze bez dodatkowych dziaa Obszar rozpywu rdzenia jest suchy w chwili wypywu rdzenia ze zbiornika Stopiony rdze przepala zawory, wypywa ze zbiornika pod wpywem siy cikoci i rozpywa si w chwytaczu rdzenia Dziki maej prdkoci wypywu nie dochodzi do eksplozji gazowej

Przekrj reaktora EPR1 rdze reaktora 2 zbiornik cinieniowy reaktora 3 pokrywa przetapiana przez rdze 4 dno tunelu przelewowego 5 beton fundamentw obudowy bezpieczestwa 6 tunel przelewowy 7- materia ogniotrway ZrO2 8 chodzenie wodne chwytacza 9 warstwa powierzchniowa przeznaczona na wytopienie 10 chwytacz rdzenia basen dla stopionego rdzenia

Ukad obiegw reaktora EPR projekt Niemiec i Francji

Ukad obiegw reaktora EPR projekt Niemiec i Francji Wykrywanie przecieku w rurocigu obiegu pierwotnego zanim nastpi jego rozerwanie Obrona wgb w razie uszkodzenia jednego elementu wpywajcego na bezpieczestwo reaktora, jego funkcje mog przej inne elementy W razie przecieku do obiegu wtrnego reaktor EPR moe obniy cinienie w obiegu pierwotnym poniej poziomu cinienia w obiegu wtrnym. Nastpi wtedy samoistne zatrzymanie wycieku.

Reaktor APR1400

Reaktor APR1400 prostota i standaryzacja Zmniejszenie liczby elementw skadowych zaliczanych do klasy bezpieczestwa jdrowego Zmniejszenie liczby i wielkoci elementw duych rozmiarw Wprowadzenie pasywnych systemw bezpieczestwa dziaajcych bez potrzeby doprowadzania energii z zewntrz Budowa moduowa. Moduy czone ze sob na placu budowy Standaryzacja elementw i systemw elektrowni Zastosowanie sprawdzonych wczeniej elementw i systemw Ulepszenia we wsppracy czowieka z systemami sterowania i bezpieczestwa elektrowni jadrowej

Podnoszenie poziomu bezpieczestwa w elektrowniach jdrowychEwolucyjne elektrownie jdrowe: Zwikszenie bezpieczestwa poprzez dodawanie cigw bezpieczestwa 4 cigi wtrysku chodzenia awaryjnego, usuwania ciepa powyczeniowego, chodzenia obudowy bezpieczestwa, 4 awaryjne generatory z silnikami Diesla Wzrost kosztw inwestycyjnych i eksploatacyjnych

Podnoszenie poziomu bezpieczestwa w elektrowniach jdrowychPasywne elektrownie jdrowe: Redukcja systemw bezpieczestwa Brak pomp klasy bezpieczestwa, wentylatorw, generatorw z silnikami Diesla, awaryjnego zasilania prdem przemiennym, mniej zaworw zakwalifikowano do klasy bezpieczestwa Bezpieczestwo zapewnia si dziki siom natury Redukcja kosztw inwestycyjnych i eksploatacyjnych

Redukcja iloci krytycznych elementw w elektrowni z reaktorem AP1000

Obszar zajmowany przez EJ

AP1000- zabezpieczenia na wypadek cikiej awarii

Ukad pasywnego zalewania rdzenia reaktora

AP1000 obudowa bezpieczestwaPowoka stalowa 4.45 cm, max cinienie 5.1 bar ciana betonowa ochrona przed promieniowaniem Rdze reaktora znajduje si zawsze pod wod. Zbiorniki z wod znajduj wewntrz obudowy reaktora. Zbiornik reaktora jest chodzony wod od zewntrz.

Czstotliwo cikich awarii

Elektrownia jdrowa z reaktorem AP1000

Elektrownia jdrowa z reaktorem AP1000

Energetyka wiatrowa

PROGNOZY ROZWOJU SEKTORA ENERGETYKI WIATROWEJ NA TLE CAKOWITEGO BILANSU ENERGETYCZNEGO POLSKIPrognoza na rok

Nazwa

Jedn.

2 000

2005

2010 42 570 1 100

2020 52 800 3 000

2030 60 000 5 000

Cakowita moc zainstalowana w kraju Moc elektrowni wiatrowych Udzia aeroenergetyki w oglnej mocy

MW MW %

34 700 37 750 30 450

0,1 1,2

2,6

5,7

8,3

Rys. 76. Strefy energetyczne wiatru w Polsce. Mapa opracowana przez prof. H. Lorenc na podstawie danych pomiarowych z lat 1971 2000.

ENERGIA WIATRU

Charakterystyka energii wiatru. Energia wiatru jest energi pochodzenia sonecznego. Powietrze jest ogrzewane przez promieniowanie, a take dziki konwekcji i przewodzeniu od nierwnomiernie nagrzewanych przez Soce rnych powierzchni na ziemi. Powietrze nad powierzchni nagrzan przez Soce unosi si do gry, co powoduje zasysanie chodnego powietrza np. z nad duej powierzchni zbiornika wody (ocean, morze, jezioro). Wytworzone rnice temperatur i gstoci ogrzanych mas powietrza powoduj przemieszczanie si ich zgodnie z naturalnymi warunkami uksztatowania powierzchni ziemi.

Chodzenie si i opadanie ciepego powietrza Unoszce si ogrzane nad ziemi powietrze Poruszajce si w kierunku ldu schodzone nad wod powietrze

Krenie powietrza nad ldem i zbiornikiem wodnym w cigu dnia. W nocy kierunek wiatru jest odwrotny- wwczas to woda ogrzewa powietrze oddajc ciepo zmagazynowane w cigu dnia.

Ruch wirowy Ziemi (sia Coriolisa) oraz prdy morskie take maj wpyw na kierunki przemieszczania si mas powietrza. Szacuje si, e okoo l2% energii promieniowania sonecznego, ktre dociera do powierzchni Ziemi, jest zamieniane na energi kinetyczn wiatru. Jest to rwnowane mocy ok. 2700 TW. Miejsca odpowiednie do zainstalowania siowni wiatrowych i wykorzystania energii wiatru maj potencja energetyczny o mocy ok. 40 TW.

Opacalno Doln granic opacalnoci eksploatacji maych turbin wiatrowych (56 kW) jest prdko wiatru 4 m/s, natomiast dla duych elektrowni wiatrowych prdko 5,5 m/s. Grn granic pracy duych elektrowni jest prdko 30 m/s.

Charakterystyki pracy turbin wiatrowychP [kW]3000 2.5 MW 2500

2000

1500

1.3 MW

1000

500

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

[m/s]

Rys. 2.31. Przykadowe krzywe mocy dla siowni wiatrowych; Regulacja typu stall 1.3MW; Regulacja typu pitch 2.5MW.

Elektrownie wiatrowe s tak projektowane, aby produkoway energi elektryczn tak tanio jak to tylko moliwe. Generalnie projektuje si je tak, aby oddaway maksymaln moc przy wietrze o prdkoci 15m/s.

Nie opaca si produkowa elektrowni, ktre bd osiga maksimum mocy przy silniejszych wiatrach, poniewa wystpuj one niezwykle rzadko.

Paradoksalnie wiksze prdkoci wiatru dla zwykej elektrowni s niekorzystne. Konieczne jest wtedy wytracenie nadmiaru energii wiatru, aby chroni j przed uszkodzeniem.

Cechy energii wiatruJedn z najistotniejszych cech energii wiatrowej jest jej dua zmienno, zarwno w przestrzeni (geograficzna) jak i w czasie. Prdko wiatru, a wic i energia jak mona z niego czerpa, ulega zmianom dziennym, miesicznym i sezonowym. Zarwno w cyklu dobowym jak i sezonowym (latozima) obserwuje si korzystn zbieno miedzy prdkoci wiatru a zapotrzebowaniem na energi. Poniewa energia uzyskiwana z wiatru jest na og dostpna wwczas, gdy jest potrzebna, moe czciowo wyprze z sieci energetycznej tradycyjne elektrownie. To w efekcie pozwoli na redukcj emisji spalin.

Cechy energii wiatruSpadek temperatury od 15 do 0C przy staym cinieniu powoduje wzrost gstoci powietrza i tym samym wzrost energii kinetycznej wiatru o ok. 6%.

Natomiast wzrost temperatury powietrza od 15 do 30C powoduje spadek mocy o ok. 5%. Przy staej temperaturze wzrost cinienia, np. od 973 hPa (730 mmHg) do 1037 hPa (770 mmHg), spowoduje wzrost energii kinetycznej powietrza o ok. 6%.

Zalenoci opisujce energi wiatru

Energia wiatru jest wprost proporcjonalna do prdkoci wiatru w potdze trzeciej, przy czym prdko wiatru zmienia si wraz z wysokoci, a dodatkowo zaley od uksztatowania terenu. Przy powierzchni Ziemi prdko wiatru rwna si zeru, co jest spowodowane siami tarcia. Siy te sprawiaj, e tylko 1/4 energii kinetycznej wiatru przypada na wiatry wiejce na wysokoci do 100 m, pozostae 3/4 energii maj wiatry wiejce wyej ni 100 m.

Jednak ze wzgldw technicznych i ekonomicznych budowanie tak wysokich siowni wiatrowych jest nieopacalne.

Przeszkody terenowe

Wiatr2H

H

2H

20H

Rys. 70. Strefa zaburze przy opywie przeszkody.

Podstawow zasad waciwego planowania jest zachowanie odpowiedniej odlegoci turbin wzg