ENERGETYKA JĄDROWA WYKŁAD 5

Transkrypt

1 ENERGETYKA JĄDROWA WYKŁAD 5 Gdańsk 2018

2 ENERGETYKA JĄDROWA wykład 5 1. Kilka słów tytułem wstępu 2. Promieniotwórczość a energetyka jądrowa 3. Cykl paliwowy 4. Krajowe doświadczenia, a energetyka jądrowa 5. Polska Elektrownia jądrowa 6. EK a EJ

3

4 PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ A ENERGETYKA JĄDROWA

5 PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ A ENERGETYKA JĄDROWA Pojęcie promieniotwórczości oznacza zdolność niektórych jąder atomowych do wysyłania promieniowania jonizującego. Rys. Zdolność przenikania promieniowania jonizującego

6 PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ A ENERGETYKA JĄDROWA Cząstki alfa niska zdolność przenikania oddają całą swoją energię na bardzo krótkiej odległości duża zdolność do jonizowania tkanek biologicznych (skóry albo narządów) Cząstki beta zdolności pośrednie Cząstki gamma maja słabe działania jonizujące mają wysoką zdolność przenikania, mogą uszkodzić komórki biologiczne w narządach

7 PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ A ENERGETYKA JĄDROWA

8 PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ A ENERGETYKA JĄDROWA

9 PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ A ENERGETYKA JĄDROWA Jednostki miary promieniotwórczości : bekerel (Bq) odpowiada ilości przemian rozpadów jąder atomów promieniotwórczych na sekundę grej (Gy): jest miarą ilości energii(dawki) pochłoniętej na jednostkę masy organizmu narażonego na promieniowanie siwert (Sv): odpowiada ocenie skutków biologicznych pochłonięcia danej energii przez organizm narażony na promieniowanie.

10 PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ A ENERGETYKA JĄDROWA

11 PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ A ENERGETYKA JĄDROWA Skąd bierze się promieniotwórczość?

12 PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ A ENERGETYKA JĄDROWA Jakie są skutki promieniowania dla zdrowia?jak się chronić? Drogi narażenia człowieka na promieniotwórczość Napromieniowanie zewnętrzne: kiedy człowiek znajdzie się na torze promieniowania jonizującego, przybywającego z pewnej odległości, ulega napromieniowaniu Skażenie: człowiek ulega skażeniu, jeśli dotknie substancji promieniotwórczej lub przyjmie ją drogą oddechową bądź pokarmową. Osadzi się na jego skórze albo odłoży w jego narządach.

13 PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ A ENERGETYKA JĄDROWA Jakie są skutki promieniowania dla zdrowia?jak się chronić? Skutki skutki deterministyczne: wysoka dawka promieniowania otrzymana w czasie krótkiej chwili niesie skutki, które można zaobserwować prawie natychmiast. Skutki stochastyczne: poniżej 0,5 Sv nie obserwuje się żadnych skutków krótkoterminowych

14 PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ A ENERGETYKA JĄDROWA Jakie są skutki promieniowania dla zdrowia?jak się chronić?

15 PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ A ENERGETYKA JĄDROWA

16 CYKL PALIWOWY

17 PALIWO W ELEKTROWNI JĄDROWEJ Cyklem paliwowym nazywamy system operacji przemysłowych i procesów technologicznych, których zadaniem jest przygotowanie paliwa do reaktorów jądrowych, wypalenie go w reaktorze a następnie przerób paliwa wypalonego i składowanie odpadów promieniotwórczych 17

18 PALIWO W ELEKTROWNI JĄDROWEJ 1. WYDOBYCIE RUDY URANU uran[nucelar.pl] Uran w stanie naturalnym składa się z 3 izotopów: 99,3 proc. uranu 238; 0,7 proc. uranu 235 oraz śladowych ilości uranu 234 Kopalnia odkrywkowa w Kanadzie [nucelar.pl] 18

19 PALIWO W ELEKTROWNI JĄDROWEJ ZASOBY URANU 19

20 PALIWO W ELEKTROWNI JĄDROWEJ 2. PRODUKCJA KONCENTRATU URANOWEGO Ruda uranowa może zawierać małe ilości uranu, jest więc poddawana przeróbce w miejscu wydobycia i przekształcana w koncentrat mający postać żółtego proszku nazywanego yellow cake, czyli żółtym ciastem Do produkcji energię, stężenie uranu 235 powinno wynosić około 4%. Yellow cake musi zostać poddane obróbce i wzbogacone, aby uzyskać wyższe stężenie uranu

21 PALIWO W ELEKTROWNI JĄDROWEJ 3. WZBOGACENIE URANU Yellow cake jest następnie przekształcane do postaci gazowej, UF 6, po czym gaz ten przekształca się z kolei w tlenek uranu, mający postać czarnego proszku. Proszek ten jest prasowany i spiekany, dzięki czemu przybiera formę pastylek o wadze około 6 gramów. Instalacja wzbogacania uranu.[nucelar.pl] 21

22 PALIWO W ELEKTROWNI JĄDROWEJ 4. PRODUKCJA ELEMENTÓW PALIWOWYCH Pastylki są wprowadzane do metalowych rur o długości 4 metrów. Tak napełnione rury zwane są prętami paliwowymi. Zostają one hermetycznie zamknięte i połączone w zestawy paliwowe. 22

23 PALIWO W ELEKTROWNI JĄDROWEJ 5. WYTWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ Po okresie 4 lub 5 lat spalania w rdzeniu reaktora paliwo UO 2 nie zawiera już uranu 235. Zużyte zestawy paliwowe są wówczas usuwane z rdzenia reaktora i przenoszone do budynku paliwowego, a do reaktora wprowadzane jest nowe paliwo. Basen do przechowywania zużytego paliwa 23

24 PALIWO W ELEKTROWNI JĄDROWEJ 6. PRZERÓB WYPALONEGO PALIWA Przeładunek paliwa jądrowego następuje pod wodą, dlatego że zatrzymuje ona promieniowanie radioaktywne. Zużyte zestawy paliwowe są przechowywane przez okres od jednego do dwóch lat w basenie z wodą, gdzie ulegają stopniowej i naturalnej dezaktywacji. Następnie są przewożone do zakładu przetwórczego w La Hague 24

25 PALIWO W ELEKTROWNI JĄDROWEJ 6. PRZERÓB WYPALONEGO PALIWA Proces przeróbki polega na oddzieleniu 96% surowca nadającego się do ponownego użycia (uran i pluton) i odpadów zawartych w zużytym paliwie. Pluton jest poddawany recyklingowi; uzyskuje się wtedy paliwo zwane Mixed Oxyde fuel (MOX), produkowane w zakładzie Melox w Marcoule. Oddzielony zubożony uran, z którego część jest odkładana jako rezerwa, jest używany do produkcji nowego paliwa jądrowego - uranu wzbogaconego po przeróbce. 25

26 PALIWO W ELEKTROWNI JĄDROWEJ 7. SKŁADOWANIE WYPALONEGO PALIWA Odpady radioaktywne powstałe w procesie przeróbki, które nie nadają się już do użytku, są zeszkliwiane, pakowane i izolowane od środowiska poprzez odpowiednie ich składowanie w zakładzie Areva NC w La Hague 26

27 PALIWO W ELEKTROWNI JĄDROWEJ Bezpośrednie promieniowanie z odpadów promieniotwórczych nie stwarza żadnego zagrożenia, bo już kilkumetrowa warstwa ziemi wystarcza, by promieniowanie to nie wydostało się na powierzchnię. Tymczasem odpady składowane są nie kilka, ale kilkaset metrów pod ziemią. 27

28 GENERACJA ENERGII ELEKTRYCZNEJ W EJ

29 STATYSTYKI DOTYCZĄCE REAKTORÓW

30 STATYSTYKI DOTYCZĄCE REAKTORÓW

31 PRODUKCJA ENERGII ELEKTRYCZNEJ W ELEKTROWNI JADROWEJ Kraj Wygenerowane energia w 2014 r. USA Francja Rosja Korea Południowa Chiny Kanada Razem świat 798,6 TWh 418 TWh 169 TWh 149,2 TWh 142,7 TWh 98,6 TWh 2441 TWh

32 PRODUKCJA ENERGII ELEKTRYCZNEJ W ELEKTROWNI JADROWEJ Struktura wytwarzania energii elektrycznej na świecie w 2010 r. Źródło: World Energy Outlook 2012, OECD/IEA, Paryż 2013, s. 182,

33 BUDOWA ELEKTROWNI JADROWEJ Elektrownia jądrowa w liczbach: Shin-Kori, 2 X 1,000 MW PWR Oddana do eksploatacji komercyjnej 28 lutego 2011 Zajmowany teren: ok. 13 hektarów Liczby: Ponad 900 tyś ton betonu Ok. 7,5 mln osób zangażownaych Ok km kabli miesięcy

34 BUDOWA ELEKTROWNI JADROWEJ

35 BUDOWA ELEKTROWNI JADROWEJ BUDYNEK REAKTORA (REACTOR BUILDING) RB Paliwo i pręty kontrolne (Control Rods) Zbiornik wyrównawczy ciśnienia (Pressurizer) Generator pary (Steam Generator) Zbiornik paliwa (Reactor Vessel) Obieg Borowy bezpieczeństwa Obieg pierwotny (Primary Circuit) Systemy chłodniczy (Cooling System) Systemy zabezpieczenia (Safety system)

36 BUDOWA ELEKTROWNI JADROWEJ WYSPA JĄDROWA (NUCLEAR ISLAND) - NI Wyspa jądrowa zawsze otacza budynek reaktora składa się z 3 różnych budynków nuklearnych: Budynek Nuklearny Budynek Elektryczny Budynek z basenem dezakcywacyjnym

37 BUDOWA ELEKTROWNI JADROWEJ WYSPA JĄDROWA (NUCLEAR ISLAND) NI BUDYNEK DESAKTYWACJI Basen dezaktywacji System chłodzenia basenu System wentylacyjny budynku Zbiornik odpadów ciekłych obieg kontroli chemicznej i objętości System transportu

38 BUDOWA ELEKTROWNI JADROWEJ WYSPA JĄDROWA (NUCLEAR ISLAND) NI BUDYNEK NUKLEARNY System wentylacyjny budynku reaktora i 3 bariery Systemy chłodzenia i komory natryskowej Obwody wtrysków bezpieczeństwa System chłodzenia pośredniego Warsztaty strefy gorącej

39 BUDOWA ELEKTROWNI JADROWEJ WYSPA JĄDROWA (NUCLEAR ISLAND) NI BUDYNEK ELEKTRYCZNY Systemy elektryczne 1szego stopnia sala pilotowania elektrowni /Nastawnia Lokale administracyjne

40 BUDOWA ELEKTROWNI JADROWEJ BUNKIER Systemy bezpieczeństwa drugiego stopnia 2ego stopnia sala pilotowania elektrowni silniki diesle zawory bezpieczeństwa zasilania SG wszystkie systemy potrzebne do bezpiecznego zatrzymania i chłodzenia reaktora podczas wypadku zewnętrznego

41 BUDOWA ELEKTROWNI JADROWEJ MASZYNOWNIA BUDYNEK WIELOFUNKCYJNY: pomieszczenia magazynowe stołówka

42 BUDOWA ELEKTROWNI JADROWEJ Systemy chłodnicze - IIIego obiegu Wieże chłodnicze Stacja pompowania wody z rzeki Baseny chłodnicze bezpieczeństwa Wypuszczenie wody z trzeciego obiegu

43 KRAJOWE DOŚWIADCZENIA A ENERGETYKA JĄDROWA

44 KRAJOWE DOŚWIADCZENIA A ENERGETYKA JĄDROWA Hala reaktora EWA w Instytucie Badań Jądrowych w Świerku (ok roku)

45 KRAJOWE DOŚWIADCZENIA A ENERGETYKA JĄDROWA Pierwszy polski badawczy reaktor jądrowy EWA, uruchomiono 14 czerwca 1958 roku. Była to konstrukcja radziecka typu WWR-S o mocy cieplnej 2 MW, którą następnie Zwiększono do 8 MW a od 1972 roku do 10 MW Reaktor był wykorzystywany do produkcji izotopów promieniotwórczych oraz do badań prowadzonych na wiązkach neutronów z kanałów poziomych. Izotopy promieniotwórcze, wytwarzane w reaktorze EWA, wykorzystywane były głównie w diagnostyce i terapii medycznej, lecz tak że w przemyśle i badaniach naukowych. Dzięki reaktorowi EWA ośrodek Świerk stał się znaczącym w świecie centrum rozwoju badań i technik jądrowych.

46 KRAJOWE DOŚWIADCZENIA A ENERGETYKA JĄDROWA Reaktor Maria uruchomiony w 1974 r. Moc reaktora badawczego to 30 MW Reaktor doświadczalno-produkcyjny obecnie przeznaczony do celów m.in..: napromieniań materiałów tarczowych do produkcji radioizotopów, domieszkowania materiałów półprzewodnikowych, wykorzystania wiązek neutronów dla celów medycznych celów szkoleniowych w zakresie fizyki i techniki reaktorowej. Pierwotnie w reaktorze MARIA eksploatowano paliwo o wzbogaceniu 80% w izotop 235U. W 2000 roku rozpoczęto wprowadzanie do eksploatacji paliwa o wzbogaceniu 36%, a we wrześniu 2012 paliwa o wzbogaceniu 19.7%.

47 KRAJOWE DOŚWIADCZENIA A ENERGETYKA JĄDROWA W ośrodku Świerk zbudowano i uruchomiono szereg zestawów krytycznych i tzw. reaktorów mocy zerowej MARYLA (dwie wersje) Mały Reaktor Laboratoryjny, chłodzony i moderowany wodą, moc cieplna 250 W ANNA, P-ANNA (pierwszy i jedyny polski reaktor prędki), UR-100 AGATA, chłodzony wodą, moderowany wodą i berylem, podobna konstrukcja do Marii, moc 10 W

48 KRAJOWE DOŚWIADCZENIA A ENERGETYKA JĄDROWA Eksploatacja, obiektów jądrowych wymaga zapewnienia właściwego poziomu bezpieczeństwa i ochrony radiologicznej kraju. W tym celu powołano Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej, aby sprawowało ochronę przed negatywnymi skutkami promieniowania jonizującego na społeczeństwo i osoby narażone zawodowo na skażenia radiologiczne.

49 KRAJOWE DOŚWIADCZENIA A ENERGETYKA JĄDROWA Rys. Miejsca poboru próbek środowiskowych na terenie i w otoczeniu ośrodka w Świerku

50 KRAJOWE DOŚWIADCZENIA A ENERGETYKA JĄDROWA W ramach kontroli zanieczyszczeń promieniotwórczych środowiska przeprowadza się systematyczne pomiary radioaktywności wybranych elementów środowiska naturalnego, pośród których analizowane są m.in.: aerozole atmosferyczne z terenu i otoczenia ośrodka; wody powierzchniowe z rzeki Wisły i rzeki Świder; wody wodociągowe (pitne) z terenu ośrodka; wody podziemne z terenu ośrodka; wody studzienne z okolicznych gospodarstw; wody drenażowo-deszczowe spływające z terenu ośrodka do rzeki Świder czy opad atmosferyczny z terenu ośrodka.

51 KRAJOWE DOŚWIADCZENIA A ENERGETYKA JĄDROWA Rys. Analiza całkowitej aktywności beta w wodach drenażowych na terenie ośrodka w Świerku,

52 Całkowita aktywność beta, Bq/dm3 KRAJOWE DOŚWIADCZENIA A ENERGETYKA JĄDROWA 8 Całkowita aktywność w ściekach Ośrodka Świerk rok Rys. Analiza całkowitej aktywności beta w ściekach z przepompowni ośrodka w Świerku

53 KRAJOWE DOŚWIADCZENIA A ENERGETYKA JĄDROWA Rys. Analiza całkowitej aktywności beta w wodach wodociągowych w ośrodku w Świerku

54 KRAJOWE DOŚWIADCZENIA A ENERGETYKA JĄDROWA Rys. Analiza zawartości radionuklidów w aerozolach w otoczeniu ośrodka w Świerku

55 KRAJOWE DOŚWIADCZENIA A ENERGETYKA JĄDROWA Rys. Porównanie emisji gazów cieplarnianych przy wytwarzaniu energii elektrycznej z wykorzystaniem różnych nośników energii pierwotnej

56 POLSKA ELEKTROWNIA JĄDROWA

57 ANALIZA PRZEDSIĘWZIĘCIA ELEKTROWNI JĄDROWEJ ŻARNOWIEC W BUDOWIE W ŚWIETLE WYMAGAŃ STAWIANYCH LOKALIZACJOM WSPÓŁCZESNYCH ELEKTROWNI JĄDROWYCH Przedsięwzięcie Elektrownia Jądrowa Żarnowiec nie było pierwszym krajowym doświadczeniem w zakresie budowy reaktora jądrowego w Polsce Nim zapadła decyzja Komisji Planowania przy Radzie Ministrów 19 grudnia 1972 roku, rozważane był lokalizacje w pasie nadmorskim: okolice Szczecina, Ustka, Hel, Lubiatowo, Przegalina, Biała Góra, a w okresie późniejszym rejon Dolnej Odry [1]. Ostatecznie Komisja wyznaczyła na lokalizację pierwszej polskiej elektrowni jądrowej wieś Kartoszyno nad jeziorem Żarnowieckim

58 ANALIZA PRZEDSIĘWZIĘCIA ELEKTROWNI JĄDROWEJ ŻARNOWIEC W BUDOWIE W ŚWIETLE WYMAGAŃ STAWIANYCH LOKALIZACJOM WSPÓŁCZESNYCH ELEKTROWNI JĄDROWYCH Inwestycja miała zajmować powierzchnię 425 ha przeznaczonych na siłownię, zaplecze i obiekty towarzyszące

59 ANALIZA PRZEDSIĘWZIĘCIA ELEKTROWNI JĄDROWEJ ŻARNOWIEC W BUDOWIE W ŚWIETLE WYMAGAŃ STAWIANYCH LOKALIZACJOM WSPÓŁCZESNYCH ELEKTROWNI JĄDROWYCH CZYNNIKI DECYDUJĄCE O WYBORZE W LATACH 70 TYCH: Wieloletnie badania hydrologiczne, hydrotechniczne, sejsmiczne, meteorologiczne i demograficzne Brak na północy Polski elektrowni dużej mocy o znaczącej roli w systemie elektroenergetycznym. Jezioro żarnowieckie zapewniałoby dostęp do dostatecznie dużego zbiornika wody chłodzącej dla elektrowni jądrowej wyposażonej w 4 bloki energetyczne WWER 440 o łącznej mocy ok MW

60 ANALIZA PRZEDSIĘWZIĘCIA ELEKTROWNI JĄDROWEJ ŻARNOWIEC W BUDOWIE W ŚWIETLE WYMAGAŃ STAWIANYCH LOKALIZACJOM WSPÓŁCZESNYCH ELEKTROWNI JĄDROWYCH CZYNNIKI DECYDUJĄCE O WYBORZE W LATACH 70 TYCH: Rozważany region posiadał korzystną dla planowanej inwestycji niewielka gęstość zaludnienia oraz dostateczna odległość od większych skupisk ludności (powyżej 15 km) Dodatkowy atutem była nieznaczna odległość planowanej elektrowni od szczytowo-pompowej elektrowni wodnej Żarnowiec, (planowano wspólne wykorzystanie zaplecza i infrastruktury budowlanej).

61 ANALIZA PRZEDSIĘWZIĘCIA ELEKTROWNI JĄDROWEJ ŻARNOWIEC W BUDOWIE W ŚWIETLE WYMAGAŃ STAWIANYCH LOKALIZACJOM WSPÓŁCZESNYCH ELEKTROWNI JĄDROWYCH Polska nie posiada żadnej elektrowni jądrowej, ale w odległości do ok. 310 km od granic jest 9 czynnych elektrowni jądrowych (24 bloki - reaktorów energetycznych) o łącznej elektrycznej mocy zainstalowanej brutto ok. 15,5s GWe.

62 ANALIZA PRZEDSIĘWZIĘCIA ELEKTROWNI JĄDROWEJ ŻARNOWIEC W BUDOWIE W ŚWIETLE WYMAGAŃ STAWIANYCH LOKALIZACJOM WSPÓŁCZESNYCH ELEKTROWNI JĄDROWYCH LOKALIZACJA WSPÓŁCZESNEJ ELEKTROWNI JĄDROWEJ Wytyczne Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej (MAEA) zalecają w ramach cyklu przygotowań rozwoju energetyki jądrowej m.in. dokonanie studium analizy ewentualnych lokalizacji elektrowni jądrowej

63 ANALIZA PRZEDSIĘWZIĘCIA ELEKTROWNI JĄDROWEJ ŻARNOWIEC W BUDOWIE W ŚWIETLE WYMAGAŃ STAWIANYCH LOKALIZACJOM WSPÓŁCZESNYCH ELEKTROWNI JĄDROWYCH Etap 1 Etap 2 Etap 3 Etap 4 Etap 5 Badania charakterystyk wykonalności projektu na danym gruncie Wstępne badania gruntu Ścisłe badania gruntu i charaktery - zacja lokalizacji Wydanie raportu ER (Environnmental Report) oraz rozdziału 2ego raportu PSAR (Preliminary Safety Analysis Report) wydanie pozwolenia budowy 6 miesięcy 6 miesięcy 10 miesięcy 12 miesięcy 6 miesięcy

64 PORÓWNANIE EJ Z EK

65

66 Dziękuję za uwagę