Tehnička škola Majdanpek

Nuklearne elektrane

Zašto nuklearne elektrane?

Razvojem nauke i tehnike rasla je i potreba za energijom i čovekova želja da je stvori na što brži i lakši način uz utrošak što manjih količina goriva.

Globalno oslanjanje na fosilna goriva i velike hidroelektrane ostaće trend bar do 2020. godine, ali to neće biti dovoljno za zadovoljavanje rastućih potreba ljudi.

Istorijski razvoj, primena i značaj nuklearne energetike...

razvoj je počeo pre II svetskog rata vojni nuklearni program – “Manhattan” projekt –

čiji je 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 veka počela je komercijalna primena nuklearnih reaktora koja traje sve do danas.

Nuklearne reakcije

Fisija nuklearna reakcija cepanja jezgra atoma na

dva dela (fisijski fragmenti) pri čemu se oslobađa velika količina toplotne energije

FuzijaNuklearna reakcija spajanja jezgara atoma pri

čemu nastaju teža jezgra uz oslobađenje toplotne energije

Fisija

i

Fuzija

Princip rada

oslobođena energija u fisijama U i Pu pretvara se u toplotnu energiju koja greje rashladno sredstvo koje svoju toplotnu energiju predaje vodi koja se greje i prelazi u vodenu paru te odlazi do parne turbine

glavni delovi:gorivi element (gorivo)reaktorska jezgrarashladno sredstvoparogeneratorsigurnosni sistemi

Dobijanje nuklearnog goriva

Sve počinje u rudnicima sirove uranske rude, koja se melje i hemijski pročišćava da bi se dobila koncentrisana uranska ruda “ žuti kolač ” .

“ Žuti kolač ” se dalje nosi na obogaćivanje i izvlačenje u šipke koje se slažu u gorivi element odnosno gorivo nuklearne elektrane.

Sirova uraniujumska ruda

Struktura reaktora

Ono što se postepeno izgrađuje oko jednog takvog gorivog elementa jeste reaktor i njegova u prvom sloju čelična posuda kao prvi stupanj strukture reaktora, potom i betonski štit (conteinment) koji održava čvrstoću strukture reaktora.

Delovi reaktora-ZAŠTITNI ZID

-metalna zaštita-šipke prečnika od 2,5 inča sa rastojanjem od jednog inča

-SUD ZA TEČNOST-čelični cilindar prečnika 182 inča

-SUVI ZID-metalno pojačanje-šipke prečnika od 2,5 inča

-HEMIJSKI ŠTIT-SUD ZA REAKCIJE

-prečnika 70 inča-visoko-kvalitetni čelik napregnut na istezanje od 4-8 inča

-GORIVO-ODBRANBENI ZID-POSTOLJE

…………………………..

Nuklearna centrala je u stvari termocentrala na nuklearno gorivo. Jedina razlika je u tome što nuklearna centrala umesto uglja, nafte ili gasa koristi plutonijum ili uranijum kao pogonsko gorivo.

Vidovi energije

Sve počinje od nuklearne energije koja se pretvara u toplotnu, dalje toplotna energija se pretvara u kineticku energiju vodene pare koja pokreće turbinu i pretvara se u mehaničku energiju, dalje se mehanička energija u generatoru pretvara u električnu, koja se dalje distribuira do krajnjih potrošača.

Turbina

Na slici je dat primer turbine čije lopatice pokreće inercija vodene pare stvarajuci obrtni moment koji se sa vratila turbine prenosi na vratilo generatora naizmenične struje, odpočinjući tako proces stvaranja električne energije.

Uprošćena šema jedne nuklearne elektrane

Nuklearni pogon

Generatori

Postoje dve vrste generatora:

Hidrogeneratori Turbogeneratori

U nuklearnim elektranama se koriste turbogeneratori koji imaju veoma dobre karakteristike.

Karakteristike turbogeneratora

Imaju velike brzine obrtanja 1500 ili 3000o/min.

Broj pari polova p=1 ili p=2.

Grade se sa punim rotorom i horizontalnim vratilom.

Osna duzina je od 5-7m. Prečnika do 1.5m,da bi

se smanjile znatne centrifugalne sile.

Karakteristike turbogeneratora

Za hladjenje kod novijih reaktora se koriste vodonik i helijum.

Generatori su snage više stotina MVA i napona oko 20 KV.

Transport goriva Potrošnja atomskog

goriva je mala i računa se na grame. Zbog male potrošnje goriva, transport goriva ne utiče na izbor mesta, ali se obično grade u blizini vodenih tokova zbog velike potrebe za rashlsdnim sredstvom.

Automatsko upravljanje

Da bi smo kontrolisali intezitet nuklearne reakcije u reaktoru kao i kompletan rad nuklearnog pogona koristimo sledeću blok šemu automatskog upravljanja.

STRUKTURNA BLOK-ŠEMA SISTEMA AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA

IU OU MD

PU MP

R KZV

Z2

Z1

y0

yu

xvx

x0

x1 x1

x2

Delovi regulacionog kruga:

OU - objekat upravljanja (proces),x1 - regulisana veličina,MD - merni davač (senzor),x2 - regulisana veličina pretvorena,u standardnu merenu veličinu,MP - merni pretvarač,x - regulisana veličina,

ZV - uređaj za zadatu vrednost,x0 - signal zadate vrednosti,K - komparator (detektor signala greške), xv - signal greške,R - regulator (elemenat delovanje regulatora),

yu - upravljačka veličina reg.,PU - pogonski uređaj,y0 - signal vođenja,IU - izvršni uređaj,z1, z2 – poremećaji,y – ulazna veličina.

Primer primene automatskog upravljanja u nuklearnoj elektrani

Intenzitet reakcije kontrolišemo ubacivanjem i izbacivanjem grafitnih šipki u reaktor. One usporavaju neutrone i samim tim usporavaju intenzitet reakcije. Intenzitet reakcije utvrđujemo na osnovu sledećih parametara:

protoka fluida temperaturenivoa zračenja...

Ekonomski aspektMenadžment nuklearne elektrane čini tim

ljudi stručnih profila ekonomskog, mašinskog,elektrotehničkog i pravnog smera, koji su usmereni na kreiranje povećanja proizvodnje u narednom vremenskom periodu.

Visoka cena i nestabilno snabdevanje gorivom ii ekoliški problemi sa snabdevanjem fosilnih goriva(ugalj,nafta i gas) uzrokovali su novi interes za nuklearnu energiju koja je dugo bila zapostavljena...

Posle više od pola veka korišćenja nuklearne energije iskustvo je potvrdilo da je ona bezbedna i ekonomski povoljna. Ekonomija korišćenja nuklearne energije je ista ili bolja od energije fosilnih goriva Nuklearna energija može da bude važna stabilizirajuća komponenta jednog energetskog sistema. Nuklearno gorivo se obnavlja za periode od 18 ili više meseci, i to praktično eliminiše uticaje kratkotrajnih poremećaja na tržištu energije.

Snabdevanje i cena fosilnih goriva su podložni političkim promenama u svetu. U svetu ima 439 aktivnih nuklearnih elektrana i taj broj raste. Nova tehnologija reaktora koji su na tržištu praktično eliminiše pitanje bezbednosti i sigurnosti postrojenja. . Primena standardizovanih projekata elektrana doprineće znatno smanjenju troškova i trajanja izgradnje novih nuklearnih elektrana, a takođe će smanjiti i operativne troškove.

Proizvodna cena kilovat-časa nuklearne elektrane je približna ceni proizvodnje na bazi uglja. Ako se tome doda cena da se kompenzira ekološki negativan efekat, kao što je proizvodnja ugljen-dioksida, onda je nuklearna energija povoljnija.

Proizvodna cena kilovat-časa nuklearne elektrane je približna ceni proizvodnje na bazi uglja. Ako se tome doda cena da se kompenzira ekološki negativan efekat, kao što je proizvodnja ugljen-dioksida, onda je nuklearna energija povoljnija.

Najveća komponenta cene po kilovat-času kod nuklearnih centrala jeste cena investicije: kupovina opreme, izgradnja i finansiranje. Velike snage generatora su važan faktor za izbor lokacije za integraciju nuklearne elektrane u električnu mrežu i baziran je na energetskim karakteristikama mreže kao i infrastrukturi.

Pitanje finansiranja nuklearne elektrane je najvažnije s obzirom na visoku cenu opreme i izgradnje. Jedan od načina da se nuklearna elektrana gradi je kroz saradnju sa internacionalnim korporacijama sa punim ili delimičnim vlasništvom

Pitanje finansiranja nuklearne elektrane je najvažnije s obzirom na visoku cenu opreme i izgradnje. Jedan od načina da se nuklearna elektrana gradi je kroz saradnju sa internacionalnim korporacijama sa punim ili delimičnim vlasništvom. Izgradnja nuklearne elektrane je vrlo intenzivna u pogledu zapošljavanja kvalifikovanih radnika za betonsku gradnju, varilaca, električnih instalatera, vodoinstalatera i osoblja za obezbeđenje.

U vreme izgradnje nuklearne električne elektrane, koja traje od četiri do šest godina, broj zaposlenog osoblja može da pređe 4.000. Održavanje i operacije zahtevaju značajan kvalifikovan personal od 400 do 600 ljudi. A izgradnja i eksploatacija nuklearne elektrane mogu da budu važan doprinos lokalnoj privredi.

Rentabilnost je takodje veoma bitan faktor. Izrazava se kao zahtev da se ostvari maksimalni dohodak za sto manje angazovanih sredstava u samom procesu reprodukcije

To ustvari znaci da je osnovni motiv povecanje kapitala a ono zavisi od mnogobrojnih faktora. Neki od njih su

-ekonomicnosti proizvodnje(gde je cilj proizvodnja odredjene kolicine dobara sa minimumom troskova.)

-ekonomicnosti proizvodnje(gde je cilj proizvodnja odredjene kolicine dobara sa minimumom troskova.)

Opasnost po životnu sredinu

Sama nuklearna elektrana nije opasna po životnu sredinu, najopasniji je nuklearni otpad koji se dobija kao produkt potrošnje nuklearnog goriva, i za čije skladištenje moraju biti ostvareni posebni uslovi. Za skladištenje otpada je odgovorna ekološka služba nuklearne elektrane, koja je sastavni deo stručnog tima.

Problem emisije CO2 rešava se katalizatorima tako da je emisija svedena na najmanju moguću meru.

Odlaganje otpada

Nuklearni otpad se odlaže u čeličnu burad koja se skladišti u visoko armiranim betonskim sarkofazima.

Zabluda oko visokih dimnjaka

Zbog velike količine vodene pare koja se oslobađa u izlaznom kolu turbine uvedeni su i visoki dimnjaci radi što boljeg pražnjenja sistema, tako da je dim koji se javlja u stvari vodena para koja nije štetna za okolinu.

Nuklearne katastrofe

U ne tako dugom postojanju nuklearnih elektrana,došlo je do par katastrofa od kojih je najveća bila u ČERNOBILJU koja je izazvana ljudskim faktorom, čije se posledice osećaju i dan danas.

Zaključak

Uprkos borbi čovečenstva protiv upotrebe nuklearnog goriva,smatramo da je upotreba nuklearnih centrala sa ekonomskog aspekta isplatljivija od hidro i termo elektrana uz obezbedjenje visokih standarda zaštite životne sredine.

Prezentaciju napravili: Učenici: Milanov Srđan M41 Jasenski Dušan E41 Đurišić Pavle Ek41

Profesori: Munćan Dragoslav Petreski Zoran