CYKL PALIWOWY W ENERGETYCE JĄDROWEJ

1. CYKL PALIWOWY W ENERGETYCE JĄDROWEJ • Uran w środowisku; • Wydobycie uranu; • Wzbogacanie uranu; • Produkcja paliwa; • Paliwo dla reaktorów wysokotemperaturowych; • Paliwo wyładowane z reaktora; • Postępowanie z wypalonym paliwem; • Koszt postępowania z wypalonym paliwem; Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/1

2. Uran w środowisku Uran naturalny: 99,29 % - U-238 0,71 % - U-235 0,0055%- U-234 produkt rozpadu U-238 Średnia zawartość uranu na powierzchni ziemi: 2,8 g/tonę Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/2

3. Uran w środowisku Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/3

4. Uran w środowisku Minerały zawierające uran-przykłady Pitchblenda – UO2 Carnolit – K2(UO2)2(VO4)2 3H2O Autunit-CaO(UO3)2P2O5 12H2O Występuje w Polsce Góry Świętokrzyskie Miedzianka Sklodowskit – Mg(UO2)2(HSiO4)2 5H2O Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/4

5. Wydobycie uranu Światowe rozpoznane zasoby uranu – mln ton U <80 $/kgU <130 $/kgU Australia 1,074 1,910 Kazachstan 0,662 0,957 Kanada 0,439 0,532 Poł. Afryka 0,298 0,369 Namibia 0,213 0,287 Rosja 0,158 0,218 Brazylia 0,143 0,309 USA 0,102 0,355 Uzbekistan 0,093 0,153 Pozostali 0,480 0,526 Ogółem 3,622 5,834 Roczne zapotrzebowanie 65 kton Unat Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/5

6. Wydobycie uranu • Przy wydobyciu miedzi – Australia – Olimpic Dam; • Przy wydobyciu złota – Rep. Południowej Afryki; • Kopalnie odkrywkowe – 27%; • Kopalnie głębokie ~ 50%; • Ługowanie głębokie In Situ Leach (ISL) – 20% Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/6

7. Przygotowanie do wzbogacenia Wydobyta ruda uranu jest rozdrabniana i przy pomocy kwasu azotowego jest wydobywany uran w postaci U3O8 tzw. yellowcake. W tej postaci (stabilnej) uran jest transportowany do zakładów wzbogacania Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/7

8. Wzbogacanie ZAKRES WZBOGACEŃ STOSOWANYCHW RÓŻNYCH REAKTORACH • GCR, MAGNOX – Uran naturalny lub lekko wzbogacony - do 1,5%; • CANDU- Uran naturalny lub lekko wzbogacony – do 1,5%; • LWR (PWR, BWR) od 1,6% do 6%; • HTGR – od 10% do 20%; • FBR – Obszar rdzenia – HEU (High Enriched Uranium >20%), strefa powielająca – uran zubożony. Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/8

9. Wzbogacanie Do wzbogacania uran jest podawany w postaci sześciofluorku uranu – UF6 w temperaturze>50oC W tej temperaturze UF6 jest gazem. Moduł dyfuzyjny Wirówka Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/9

10. Wzbogacanie KASKADA UKŁADÓW WZBOGACAJACYCH Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/10

11. Hala wirówek w fabryce wzbogacania NURECO Wzbogacanie Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/11

12. Wzbogacanie Separative Work Units (SWU) Jednostka, określająca nakład pracy przy wzbogacaniu uranu SWU=O*V(xo)+P*V(xp)-Z*V(xz) V(x)=(1-2x)*ln((1-x)/x) P=Z*(xz-xo)/(xp-xo) Z - ilość wprowadzanego do wzbogacenia surowca (U) w kg, xz - wzbogacenie surowca; P - ilość wzbogaconego U w kg, xp – jego wzbogacenie; O - ilość zubożonego U w kg, xo – wzbogacenie zubożonego uranu ; Wzbogacenie porcji uranu dla rocznej eksploatacji bloku EJ 1GWe wymaga 100 000 SWU Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/12

13. Wzbogacanie Porównanie technologii wzbogacania Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/13

14. Wzbogacanie Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/14

15. Produkcja paliwa Po wzbogaceniu uran jest transportowany do wytwórni paliwa jądrowego (w postaci U3O8) gdzie prowadzone jest oczyszczanie produktu, przetwarzanie do postaci UO2 i wytwarzanie spiekanych pastylek. Pastylki te są następnie ładowane do rurek cyrkonowych (1%Nb) wypełnianych helem i szczelnie zamykanych. Tak wykonane pręty paliwa jądrowego są następnie montowane w kasecie paliwowej. Rozbierane kasety Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/15

16. Produkcja paliwa Efekt zmiennego wzbogacenia paliwa w pręcie. 2,5% 3% Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/16

17. Paliwo dla reaktorów wysokotemperaturowych Skład paliwa: UO2; Wzbogacenie: 10% - 20%; Wypalenie: >150 GWd/tU Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/17

18. Paliwo wyładowane z reaktora Paliwo wyładowane z reaktorów LWR: Reaktor PWR: 2,5 tony/TWh 1,25 m3/TWh Reaktor BWR: 3 tony/TWh 1,5 m3/TWh Reaktor HTGR: <1,5 tony/TWh <0,7 m3/TWh Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/18

19. Postępowanie z wypalonym paliwem Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/19

20. Postępowanie z wypalonym paliwem Przerób wypalonego paliwa: Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/20

21. Koszt postępowania z wypalonym paliwem Wariant bez przerobu wypalonego paliwa: T HM – ton Heavy Metals – łączna masa aktynowców w wypalonym paliwie – praktycznie masa uranu w świeżym paliwie Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/21

22. Koszt postępowania z wypalonym paliwem Wariant z przerobem wypalonego paliwa Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/22

23. METODYKA OBLICZEŃ ZDYSKONTOWANYCH KOSZTÓW DZIAŁALNOŚCI gdzie: Ni – nakłady w i-tym roku; Ei – wielkość sprzedanej energii w i-tym roku; p – stopa dyskonta; n – rok, w którym rozpoczęto finansowanie inwestycji; m – rok, w którym zakończono finansowanie inwestycji; p – rok, w którym rozpoczęto sprzedaż energii; l – rok, w którym zakończono sprzedaż energii. Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/23

24. Ocena kosztu gospodarki wypalonym paliwembez przerobu wypalonego paliwa W1 W3 Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/24

25. Koszt gospodarki wypalonym paliwemWariant z przerobem El. jądr. Odpady, wyp. MOX U,Pu Wyp. U U Paliwo MOX Wyp.MOX U Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/25

26. To już wszystko na dzisiaj Dziękuję za uwagę Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/26

27. Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/2

28. Energetyka jądrowa Luty – marzec 2006 Wykład 3/2