Nuklearne elektrane

1
Nuklearne elektrane

• Josip Vukovic

2
Sadržaj

• Uvod
• Princip rada i osnovna podjela
• Sigurnost nuklearnih elektrana (NE )
• Razvoj i cilj nuklearne energetike
• Radioaktivni otpad iz NE
• Razgradnja NE
• Zakljucak

3
Uvod

• Povijesni razvoj, primjena i znacaj nuklearne
  energetike
• razvoj je poceo prije II. svjetskog rata
• vojni nuklearni program Manhattan projekt
  cilj je bio proizvesti atomsku bombu u sklopu
  projekta izgraden je prvi reaktor Chicago pile
  1 prva samoodržavajuca lancana reakcja
  2.12.1942.
• sredinom 50-ih godina dvadesetog stoljeca pocela
  je komercijalna primjena nuklearih reaktora koja
  taje sve do danas
• NE omogucuju raspolaganje energijom velike
  koncentracije
• djelotvorna i ekonomicna primjena u energetici

4
Uvod

• Povijesni razvoj, primjena i znacaj nuklearne
  energetike
• status i znacaj nuklearne energetike
• u pogonu su 444 reaktora (494 u izgradnji i
  remontu)
• SAD (110), Francuska (59), bivši SSSR(46),
  Njemacka (17), Japan (54), Južna Koreja (21),
  Kanada (17), Velika Britanija (23) itd.
• ukupna instalirana elektricna snaga 406136 MWe
• 18 ukupne proizvedane elektricne energije
  svijeta
• radni vijek nuklearnih elektrana 30 60
  godina
• 284 istraživacka reaktora te dodatnih 220
  reaktora u funkciji pogona brodova i podmornica

5
Princip rada i osnovna podjela

• Princip rada
• bit samoodrživa kontrolirana lancana reakcija
• fisija - nuklearna reakcija cijepanja jezgre
  atoma na dva dijela (fisijski fragmenti) pri cemu
  se oslobada velika kolicina toplinske energije
• 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

6
Princip rada i osnovna podjela

• Princip rada
• U-238 apsorbira brze neutrone, U-235 se u
  sudarima sa sporim neutronima raspada na vrlo
  radioaktivne, fisijske produkte, a pri tom se
  oslobada još brzih neutrona

7
Princip rada i osnovna podjela

• Princip rada
• oslobodena 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 (RKP)
• glavni dijelovi
• reaktorska jezgra
• gorivni element (gorivo)
• rashladno sredstvo
• parogenerator
• sigurnosni sustavi

8
Princip rada i osnovna podjela

• Osnovna podjela
• NE se djele 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 inacice
• snage im idu i do 1500MW

9
Princip rada i osnovna podjela
10
Sigurnost nuklearnih elektrana (NE)

• kada ulazimo u razmatranje NE, prvo i osnovno je
  pitanje sigurnosti
• lakovodni reaktor (PWR) koji je danas
  najrašireniji u svijetu ne može eksplodirati kao
  atomska bomba
• sigurnost NE se svodi na ogranicavanje
  ispuštanja radioaktivnih materijala u okoliš
• sigurnosni sustav NE je najrazradeniji sustav
  unutar same elektrane i obuhvaca više razina
  zaštite za same dijelove NE i ostale sustave u
  NE

11
Sigurnost nuklearnih elektrana (NE)

• postoji više razina kojima se osigurava sigurnost
  NE, a najrelevantnija je zaštita po dubini koja
  obuhvaca
• fizicke barijere
• administrativne mjere
• fizicke barijere
• gorivni element (matrica) i njegova obloga
• primarni rashladni krug
• zaštitna posuda (kontejnment)
• sustavi za zaštitno hladenje reaktora
• sustavi za zaštitu reaktorske posude itd.

12
Sigurnost nuklearnih elektrana (NE)

• administrativne mjere
• konzervativan projekt NE
• sustavno školovanje operatora u elektrani
• inspekcija i nadzor opreme
• upravljanje i održavanje opreme sukladno
  odredenim propisima itd.
• postoje dvije vrste analiza sigurnosti NE
• probabilisticke analize
• deterministicke analize

13
Sigurnost nuklearnih elektrana (NE)

• probabilisticke analize
• obuhvacaju matematicko-fizicke modele
• provode se zaosnovne projektne kvarove
• govore nam što ce se dogoditi u slucaju nekog
  preodredenog scenarija
• LOFT, SEMYSCALE (SAD), BETSY (Francuska) itd.
• deterministicke analize
• govore nam kolika je vjerojatnost nekog kvara i
  njegove posljadice
• RIZIK VJEROJATNOST X POSLJEDICE
• postavlja temelje za daljnji razvoj
  vjerojatnosnih analiza
• PSA

14
Sigurnost nuklearnih elektrana (NE)

• Nesrece u NE
• Otok tri milje u SAD (1979.)
• oštecenje jezgre 1979. godine rezultiralo je iz
  niza nesretnih okolnosti u kojima su se dogadale
  pogreške na opremi i pogreške operatera
• rastalila se približno trecina jezgre
• doza zracenja izvan NE nije prelazila razinu
  koja ugrožava stanovništvo
• Cernobilj u Ukrajini (1986.)
• primarni je uzrok nesrece 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 nesrece, više od
  100.000 ljudi evakuirano
• ogroman negativni utjecaj na razvoj nuklearne
  energetike

15
Sigurnost nuklearnih elektrana (NE)

• Nesrece u NE

16
Sigurnost nuklearnih elektrana (NE)

• Usporedbe sa ostalim elektranama
• broj smrtnih slucajeva po milijardi proizvedenih
  kWh elektricne energije
• najveca je smrtnost kod hidroelektrana (101
  slucaj po TWh)
• termoelektrane na ugljen (39 slucajeva po TWh)
• termoelektrane na plin (10 slucajeva po TWh)
• NE (1 slucaj po TWh - ukljucujuci i
  cernobiljsku nesrecu)
• reaktori u Cernobilju ne mogu biti mjerodavni za
  procjenu sigurnosti ostalih tipova NE nisu
  gradeni uz poštivanje opce prihvacenih kriterija
  sigurnosti, ali nisu ni temelj nuklearne
  energetike ni u jednoj zemlji izvan zemalja
  bivšeg SSSR

17
Razvoj i cilj nuklearne energetike

• Razvoj nuklearne energetike i njegovi cimbenici
• cimbenici razvoja
• veci razvojni potencijal
• veca sigurnost pogona
• ekonomicnost
• šira primjena izvan elektroenergetike
• visok izgor nuklearnih sirovina
• recikliranje nuklearnog goriva

18
Razvoj i cilj nuklearne energetike

• Razvoj nuklearne energetike i njegovi cimbenici
• smanjenje emisije CO2 NE ne proizvode CO2,
  SO2, NOx u velikim kolicinama NE ne rade efekt
  staklenika, ne utjecu na ozon
• povecanje potreba za energijom uvjetovano
  porastom standarda sveopce proizvodnje i
  potrošnje dvije milijarde ljudi širom svijeta
  nema pristup elektricnoj energiji
• globalno oslanjanje na fosilna goriva i velike
  hidroelektrane ostati ce trend bar do 2020.
  godine, ali to nece biti dovoljno za
  zadovoljavanje rastucih potreba covjecanstva

19
Razvoj i cilj nuklearne energetike

• Razvoj nuklearne energetike i njegovi cimbenici
• dobro konstruirane NE pokazale su se pouzdanima,
  sigurnima, ekonomski prihvatljivim i ekološki
  dobrocudnim
• do sad se u svijetu nakupilo više od 10000
  reaktor-godina rada, pa se skupilo i potrebno
  iskustvo u iskorištavanju nuklearne energije

20
Razvoj i cilj nuklearne energetike

• Cilj nuklearne energetike
• na buduci razvoj ce utjecati ekonomski,
  politicki, energetski i psihološki cimbenici
• posebna je vrijednost nuklearnih elektrana u
  cinjenici što proizvode energiju bez emisija
  ugljicnog dioksida
• ciljevi za srednjerocno razdoblje (do 2030.)
• poboljšani lakovodni reaktori
• poboljšani teškovodni reaktori
• visokotemperaturni plinom hladeni reaktori
• ciljevi za dugorocno razdoblje (nakon 2030.)
• brzi oplodni reaktori
• fuzijski nuklearni reaktori (ITER)

21
Razvoj i cilj nuklearne energetike

• Usporedbe
• za elektranu snage 1.000 MW na biomasu potrebna
  je površina od 300.000 km2, za bioulje 24.000
  km2, za vjetar 100-200 km2, za fotonaponske
  celije 20-100 km2, a za nuklearne elektrane do 1
  km2

22
Razvoj i cilj nuklearne energetike

• Stanje u RH
• Hrvatska je u 50-tnom vlasništvu NE Krško
• NE Krško ima snagu 707 MWe
• RH time zadovoljava oko 20 svojih potreba za
  el.energijom
• u buducnosti RH ce morati razmotriti i nuklearnu
  energiju kao opciju za zadovoljavanje sve vecih
  potreba el. energijom
• isto tako ce se morati pobrinuti za svoj dio
  radioaktivnog otpada iz NE Krško

23
Radioaktivni otpad iz NE

• materijali koji nisu namijenjeni za daljnu
  uporabu ciji je stupanj radioaktivnosti vec od
  zakonom propisanih vrijednosti
• dijele se na
• nisko radioaktivan otpad
• srednje radioaktivan otpad
• visoko radioaktivan otpad

24
Radioaktivni otpad iz NE

• radioaktivni otpad iz postrojenja nuklearne
  energetike sacinjavaju sve radioaktivne otpadne
  tvari koji nastaju u procesima nuklearnog
  gorivnog ciklusa i tijekom pogona nuklearnih
  elektrana
• tijekom pogona nuklearnih elektrana potjece iz
  dva osnovna izvora
• aktivacije materijala u reaktoru (nastaju
  aktivacijom neaktivnih izotopa željeza, nikla,
  bora i litija prolazom kroz jezgru reaktora )
• fisija
• radioaktivni materijal se mora skladištiti na za
  to predvidena mjesta (unutar elektrane u bazenima
  za istrošeno gorivo, na odlagalištima itd.)

25
Radioaktivni otpad iz NE

• Gospodarenje radioaktivnim otpadom

Skladištenje
Odlaganje
26
Radioaktivni otpad iz NE

• Postupak sa nisko i srednje radioaktivnim otpadom
• površinako odlagalište

27
Radioaktivni otpad iz NE

• Postupak sa visoko radioaktivnim otpadom

REAKTOR
BAZEN ZA ISKORIŠTENO GORIVO
SKLADIŠTENJE

• ODLAGANJE ??
• duboko podzemno odlagalište
• 10000 godina izolacije
• izgradnja ne prije 2010. godine

28
Razgradnja NE

• po isteku životnog vijeka ili u slucaju negativne
  ocjene za produljenje životnog vijeka elektrana
  trajno obustavlja rad i zapocinje se s postupkom
  njezine razgradnje
• tri scenarija razgradnje
• DECON promptna dekontaminaciju i uklanjanje
  svih radioaktivnih materijala s lokacije
  nuklearnog objekta traje 15-ak godina
• SAFSTOR vremenski odgodeno uklanjanje
  radioaktivnih materijala s lokacije nuklearnog
  objekta uz odgovarajuci nadzor traje 50 godina
• ENTOMB djelomicno uklanjanje radioaktivnih
  materijala uz dugorocni institucionalni nadzor
  lokacije monolitna (betonska) struktura traje
  110 i više godina

29
Zakljucak

• zadnje tri dekade nuklearna energija ima znacajnu
  ulogu u proizvodnji elektricne energije
• jaki proboj nuklearne energije može se zahvaliti
  njezinoj cistoci i gotovo nikakvim ispuštanjem
  staklenicnih plinova
• konstantan, cist i pouzdan izvor energije
• rješenje problema oko sve vecih potreba za
  energijom moguce samo uz kompromise i
  nadilaženje predrasuda