Ramowy program zajęć dydaktycznych studiów podyplomowych: ENERGETYKA JĄDROWA Lp. Nazwa przedmiotu 1 2 3 Elementy fizyki jądrowej Podstawy teorii reaktorów Klasyczne i niekonwencjonalne źródła energii Treść przedmiotu Atomowa struktura materii. Emisja i absorpcja promieniowania. Podstawowe własności materii Model atomu wodoru Bohra. Mechanika kwantowa. Atomy wieloelektronowe. Widma atomowe. Widma cząsteczkowe. Jądro atomowe. Rozpady jądrowe i reakcje jądrowe. Cząsteczki elementarne. Elementy astrofizyki. Podstawowe wielkości i jednostki dozymetryczne. Pierwotne procesy oddziaływania promieniowania z materią. Reakcja rozszczepienia jądra atomowego uranu za pomocą neutronu termicznego. Bilans mocy i energii w reakcji rozszczepienia. Reakcje rozpraszania i wychwytu neutronów. Wydajność reakcji jądrowej. Przekroje czynne izotopów rozszczepialnych i paliworodnych dla neutronów termicznych. Reakcja łańcuchowa i cykl neutronowy. Warunek krytyczności reaktora. Współczynnik mnożenia dla układu nieskończenie rozległego. Czteroczynnikowy wzór Fermiego i jego elementy. Ucieczka neutronów z reaktora. Efektywny współczynnik mnożenia. Wpływ stosunku ilościowego moderatora do paliwa jądrowego na współczynnik mnożenia. Stopień wzbogacenia uranu. Wpływ wzbogacenia na współczynnik mnożenia w układzie jednorodnym. Niejednorodność reaktora jądrowego. Wpływ temperatury na parametry reaktora. Rozkład strumienia neutronów i gęstości mocy cieplnej w reaktorze cylindrycznym. Rozkład temperatur w przekroju poprzecznym i w kanale osiowym rdzenia reaktora. Przepływ chłodziwa w obiegu pierwotnym reaktora wodnego ciśnieniowego typu PWR Przemiany energetyczne we współczesnych elektrowniach cieplnych klasycznych i. Czynniki wpływające na sprawność obiegu termodynamicznego w elektrowniach parowych. Straty energii w układzie elektrowni. Podstawowe wyposażenie oraz wskaźniki techniczno- eksploatacyjne elektrowni parowych. Zasady gospodarki skojarzonej cieplnoelektrycznej. Bilanse elektrociepłowni zawodowych i przemysłowych. Elektrownie z turbinami gazowymi. Układy kombinowane gazowo-parowe. Rozwój energetyki jądrowej na świecie. Udział elektrowni w wytwarzaniu energii elektrycznej. Podstawowe typy współczesnych elektrowni oraz elektrowni z reaktorami 3 i 4 generacji. Zdecentralizowane niekonwencjonalne źródła energii, wykorzystywane w gospodarce komunalnej oraz w energetyce przemysłowej. Perspektywy wdrożenia niekonwencjonalnych źródeł energii w Polsce oraz ich przewidywany udział w bilansie paliwowo- energetycznym kraju. Liczba godzin W 16h L 12h Ć 4h L 12h 1
4 5 6 7 Cieplne maszyny przepływowe w elektrowniach Praca elektrowni w systemie elektroenergetycznym Reaktory jądrowe badawcze i energetyczne Gospodarka paliwem jądrowym i odpadami promieniotwórczymi 8 Cykl paliwowy Obiegi cieplne siłowni z turbinami. Typy turbin parowych oraz typy turbin gazowych, przykłady siłowni. Teoria pracy stopnia turbinowego, turbiny wielostopniowe, charaktery- styczne stopnie turbinowe. Główne elementy konstrukcyjne turbin parowych oraz turbin gazowych. Metody regulacji turbin parowych oraz gazowych, zagadnienia rozruchu turbin. Najczęstsze awarie turbin. Retrofity i modernizacje turbin. Sprężarki wirnikowe (zasada pracy sprężarki promieniowej i osiowej, charakterystyki pracy). System elektroenergetyczny jako obiekt regulacji. Struktura systemu jako obiektu sterowania i zarządzania. Regulacja częstotliwości i mocy czynnej. Regulacja napięcia i mocy biernej. Kierowanie i zarządzanie pracą elektrowni w systemie elektroenergetycznym. Planowanie pracy elektrowni. Operatywne sterowanie pracą elektrowni w trybie nadążnym. Komputerowe wspomaganie kierowania i zarządzania pracą elektrowni w systemie elektroenergetycznym. Struktura służb dyspozytorskich w systemie elektroenergetycznym. Obszary informatyzacji systemu elektroenergetycznego. Informatyka w planowaniu pracy i sterowaniu systemem elektroenergetycznym. Struktura informatycznodyspozytorskiego systemu sterowania. Struktura i zadania systemu SCADA-DYSTER/EMS na poziomie Krajowej Dyspozycji Mocy (KDM) i obszarowych Dyspozycji Mocy (ODM). Przegląd światowych reaktorów badawczych, ich klasyfikacja oraz zasada budowy. Podstawowe typy reaktorów energetycznych we współczesnych elektrowniach. Cechy konstrukcyjne oraz własności eksploatacyjne. Tendencje rozwojowe w budowie energetycznych reaktorów. Cztery generacje reaktorów. Reaktory badawcze uruchomione w Instytucie w Świerku, ze szczególnym uwzględnieniem reaktora Maria. Przeznaczenie tych reaktorów. Symulator reaktora MARIA: rozruch, normalna praca, stany awaryjne. Program demonstracyjny pracy bloku energetycznego PWR, BWR,CANDU. Ogólna charakterystyka cyklu paliwowego. Paliwa rozszczepialne. Wytwarzanie czystych związków uranu. Wzbogacanie uranu. Wytwarzanie zestawów paliwowych (kaset paliwowych).wypalanie paliwa w reaktorze. Postępowanie z wypalonym paliwem jądrowym: transport, przerób paliwa. Odpady promieniotwórcze. Powstawanie odpadów i ich przerób. Składowanie odpadów promieniotwórczych Kompletny cykl paliowy. Wydobycie rudy uranowej. Produkcja koncentratu uranowego. Wzbogacanie uranu. Produkcja elementów paliwowych. Wytwarzanie energii elektrycznej z paliwa jądrowego. Przerób wypalonego paliwa. Składowanie wypalonego paliwa. W 12h W 8h L 8h 2
9 10 Budowa elektrowni jądrowej Kinetyka reaktora i sterowanie elektrownią jądrową 11 Materiały reaktorowe 12 13 14 Pomiary dozymetryczne Wybrane zagadnienia eksploatacji elektrowni Bezpieczeństwo elektrowni Przygotowanie lokalizacji pod budowę. Materiały specjalne, stosowane w budownictwie EJ (betony, stale, materiały izolacyjne i pokrywcze). Zagadnienia projektowania obudów bezpieczeństwa. Obciążenia użytkowe, technologiczne i specjalne w projektowaniu konstrukcji budowlanych EJ. Problematyka fundamentowania obiektów budowlanych EJ (geologia, hydrogeologia, geotechnika, sejsmika). Technologie i techniki budowlane. Logistyka i organizacja budowy. Optymalizacja czasu budowy. Ogólna charakterystyka elektrowni jądrowej jako obiektu sterowania i regulacji. Cel i zakres sterowania jądrowym zespołem blokowym. Reaktor wodny ciśnieniowy jako obiekt sterowania i regulacji. Stany nieustalone pracy reaktora. Kinetyka reaktora. Efekty reaktywnościowe. Dynamika reaktora. Dynamika obiegu chłodzenia. Organy sterujące reaktora wodnego ciśnieniowego. Oprzyrządowanie pomiarowe reaktorów. Regulacja mocy zespołu blokowego z reaktorem wodnym ciśnieniowym. Układy zabezpieczeń zespołu blokowego. Wymagania dla układów zabezpieczeń. Parametry wyzwalające działanie układu zabezpieczeń. Zasilanie energią elektryczną układu zabezpieczeń. Nastawnie w elektrowniach. Materiały paliwowe: uran metaliczny, tor metaliczny, pluton metaliczny, dwutlenek uranu, węgliki uranu, inne związki toru i plutonu. Materiały koszulkowe: stopy magnezu, stopy cyrkonu, stale nierdzewne. Chłodziwa reaktorowe oraz moderatory. Materiały prętów regulacyjnych. Stale konstrukcyjne i betony konstrukcyjne. Materiały osłonowe: woda, ołów, betony, żelazo, polietylen, bor. Wymagania stawiane materiałom konstrukcyjnym. Monitoring radiologiczny obiektów. Oznaczanie trytu w próbkach wodnych. Licznik promieniowania całego ciała. Licznik promieniowania tarczycy. Kalibracja aparatury dozymetrycznej. Ochrona radiologiczna jako sposób zmniejszenia narażenia personelu elektrowni jądrowej. Spektrometria gamma a środowisko. Rozruch elektrowni jądrowej. Regulacja reaktora energetycznego w czasie eksploatacji elektrowni jądrowej. Odstawianie reaktora w różnych stanach eksploatacyjnych. Charakterystyka stanu paliwa w trakcie eksploatacji reaktora energetycznego. Operacje związane z paliwem. Procesy chemiczne w obiegach elektrowni jądrowej. Kontrola eksploatacyjna stanu urządzeń napromieniowanych podczas pracy reaktora Podstawy zapewnienia bezpieczeństwa elektrowni. System barier powstrzymujących rozprzestrzenianie się produktów rozszczepienia. Układy bezpieczeństwa reaktora wodnego ciśnieniowego. Charakterystyki i przebiegi wybranych możliwych awarii w elektrowniach. Przepisy i zalecenia dotyczące bezpieczeństwa energetyki jądrowej. Raporty L 6h L 2h L 10h W 20h 3
15 16 17 Problemy ekonomiczne i prawne elektrowni Ochrona radiologiczna Wymiana ciepła i wymienniki w elektrowniach bezpieczeństwa i dozór jądrowy. Ilościowe oceny niezawodności układów i probabilistyczne oceny bezpieczeństwa elektrowni. Energetyka jądrowa na tle innych zagrożeń dla środowiska naturalnego i społeczeństwa. Koszty roczne wytwarzania energii elektrycznej. Koszty kapitałowe zależne od nakładów inwestycyjnych. Nakłady na budowę elektrowni opalanych paliwem organicznym i elektrowni. Rozkład nakładów inwestycyjnych w okresie budowy elektrowni. Dyskontowanie nakładów rozłożonych w czasie. Współczynniki zamrożenia nakładów i etapowania budowy. Amortyzacja liniowa i progresywna. Koszty eksploatacyjne stałe koszty obsługi i napraw. Koszty eksploatacyjne zmienne koszty paliwa. Koszty jednostkowe paliw organicznych (węgla, ropy i gazu) oraz paliw. Dyskontowanie kosztów eksploatacyjnych. Całkowite zdyskontowane koszty roczne elektrowni. Koszty jednostkowe energii elektrycznej wytwarzanej w elektrowniach na paliwo organiczne i elektrowniach. Koszty dodatkowe związane z ochroną środowiska. Koszty powstające po zakończeniu eksploatacji elektrowni. Czynniki decydujące o efektywności i opłacalności elektrowni : nakłady na budowę elektrowni, stopy dyskontowe i ceny paliw. Przykłady analiz ekonomicznych dla elektrowni budowanych w różnych krajach. Zagadnienia prawne związane z budową i wyborem lokalizacji instalacji. Regulacje krajowe oraz międzynarodowe w odniesieniu do budowy, eksploatacji i deinstalacji obiektów. Budowa atomu, analiza różnic pomiędzy kolejnymi (chronologicznie przed -stawionymi) modelami budowy atomu: atom niepodzielny, model Thompsona, model atomu wodoru Bohr a,- postulaty teorii Bohr a, wyprowadzenie zależności dla promienia orbity elektronu i jego energii Promieniotwórczość. Deficyt masy, Reakcje jądrowe, reakcje rozszczepienia, bilans energii i rozwiązanie zadań wykorzystujących omówione zagadnienia. Kontrolowane i niekontrolowane reakcje jądrowe, Oddziaływanie promieniowania z materią. Naturalne i sztuczne substancje radioaktywne. Skażenie promieniotwórcze środowiska. Odpady promieniotwórcze. Metody pomiarowe i analityczne wykorzystywane przy określaniu aktywności materiałów. Systemy wykrywania skażeń radioaktywnych w Polsce i na świecie Wymiana ciepła w rdzeniu reaktora jądrowego. Charakterystyka odbioru ciepła przez chłodziwo. Opory przepływu i hydrodynamika rdzenia reaktora jądrowego. Wytwornice pary - typy, konstrukcje, materiały, parametry pracy Eksploatacja i remonty wytwornic pary. W+Ć 12h W+Ć 10h W 8h 4
18 Rynki energii elektrycznej Aktualna struktura własnościowa przedsiębiorstw energetycznych w Polsce. Pojęcia: rynek systemowy i rynki lokalne. Rozliczenia taryfowe w elektroenergetyce. Taryfy opłat za energię elektryczną w rozliczeniach między odbiorcami a spółkami dystrybucyjnymi. Składniki opłat w rachunkach za energię elektryczną dla odbiorców. Zasady wyboru taryfy przez odbiorcę. Zróżnicowanie opłat taryfowych w strefach czasowych. Taryfa hurtowa do rozliczeń między wytwórcami a spółkami dystrybucyjnymi. Kontrakty bilateralne na rynku energii elektrycznej. Rynki usług systemowych. Usługi systemowe w zakresie regulacji mocy czynnej. Zakresy regulacji pierwotnej i wtórnej w krajowych elektrowniach. Usługi systemowe w zakresie regulacji mocy biernej. Zasady rozliczeń za usługi systemowe. Usługi przesyłowe. Zasada wolnego dostępu stron trzecich do sieci przesyłowej. Zasady rozliczeń za usługi tranzytowe stosowane na świecie. Wycena usług tranzytowych metodą kosztów wbudowanych. Wycena usług tranzytowych metodą kosztów krańcowych (marginalnych). Razem: 230 5