Nuklearne elektrane

1. Nuklearne elektrane Josip Vuković

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

3. Uvod Povijesni razvoj, primjena i značaj nuklearne energetike • razvoj je počeo prije II. svjetskog rata • vojni nuklearni program – “Manhattan” projekt – cilj je bio proizvesti atomsku bombu – u sklopu projekta izgrađen je prvi reaktor “Chicago pile 1” – prva samoodržavajuća lančana reakcja 2.12.1942. • sredinom 50-ih godina dvadesetog stoljeća počela je komercijalna primjena nuklearih reaktora koja taje sve do danas • NE omogućuju raspolaganje energijom velike koncentracije • djelotvorna i ekonomična primjena u energetici

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

5. Princip rada i osnovna podjela Princip rada • bit – samoodrživa kontrolirana lančana reakcija • fisija - nuklearna reakcija cijepanja jezgre atoma na dva dijela (fisijski fragmenti) pri čemu se oslobađa velika količina 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 oslobađa još brzih neutrona

7. Princip rada i osnovna podjela Princip rada • oslobođena 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 inačice • 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 ograničavanje ispuštanja radioaktivnih materijala u okoliš • sigurnosni sustav NE je najrazrađeniji sustav unutar same elektrane i obuhvaća 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 obuhvaća: • fizičke barijere • administrativne mjere • fizičke barijere: • gorivni element (matrica) i njegova obloga • primarni rashladni krug • zaštitna posuda (kontejnment) • sustavi za zaštitno hlađenje 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 određenim propisima itd. • postoje dvije vrste analiza sigurnosti NE: • probabilističke analize • determinističke analize

13. Sigurnost nuklearnih elektrana (NE) • probabilističke analize: • obuhvaćaju matematičko-fizičke modele • provode se zaosnovne projektne kvarove • govore nam što će se dogoditi u slučaju nekog preodređenog scenarija • LOFT, SEMYSCALE (SAD), BETSY (Francuska) itd. • determinističke 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) Nesreće u NE • Otok tri milje u SAD (1979.) • oštećenje jezgre 1979. godine rezultiralo je iz niza nesretnih okolnosti u kojima su se događale pogreške na opremi i pogreške operatera • rastalila se približno trećina jezgre • doza zračenja izvan NE nije prelazila razinu koja ugrožava stanovništvo • Černobilj u Ukrajini (1986.) • primarni je uzrok nesreće 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 nesreće, više od 100.000 ljudi evakuirano • ogroman negativni utjecaj na razvoj nuklearne energetike

15. Sigurnost nuklearnih elektrana (NE) Nesreće u NE

16. Sigurnost nuklearnih elektrana (NE) Usporedbe sa ostalim elektranama • broj smrtnih slučajeva po milijardi proizvedenih kWh električne energije: • najveća je smrtnost kod hidroelektrana (101 slučaj po TWh) • termoelektrane na ugljen (39 slučajeva po TWh) • termoelektrane na plin (10 slučajeva po TWh) • NE (1 slučaj po TWh - uključujući i černobiljsku nesreću) • reaktori u Černobilju ne mogu biti mjerodavni za procjenu sigurnosti ostalih tipova NE – nisu građeni uz poštivanje opće prihvaćenih 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 čimbenici • čimbenici razvoja: • veći razvojni potencijal • veća sigurnost pogona • ekonomičnost • šira primjena izvan elektroenergetike • visok izgor nuklearnih sirovina • recikliranje nuklearnog goriva

18. Razvoj i cilj nuklearne energetike Razvoj nuklearne energetike i njegovi čimbenici • smanjenje emisije CO2 – NE ne proizvode CO2, SO2, NOx u velikim količinama – NE ne rade efekt staklenika, ne utječu na ozon • povećanje potreba za energijom uvjetovano porastom standarda sveopće proizvodnje i potrošnje – dvije milijarde ljudi širom svijeta nema pristup električnoj energiji • globalno oslanjanje na fosilna goriva i velike hidroelektrane ostati će trend bar do 2020. godine, ali to neće biti dovoljno za zadovoljavanje rastućih potreba čovječanstva

19. Razvoj i cilj nuklearne energetike Razvoj nuklearne energetike i njegovi čimbenici • dobro konstruirane NE pokazale su se pouzdanima, sigurnima, ekonomski prihvatljivim i ekološki “dobroćudnim” • 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 budući razvoj će utjecati ekonomski, politički, energetski i psihološki čimbenici • posebna je vrijednost nuklearnih elektrana u činjenici što proizvode energiju bez emisija ugljičnog dioksida • ciljevi za srednjeročno razdoblje (do 2030.) • poboljšani lakovodni reaktori • poboljšani teškovodni reaktori • visokotemperaturni plinom hlađeni reaktori • ciljevi za dugoročno 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 ćelije 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 budućnosti RH će morati razmotriti i nuklearnu energiju kao opciju za zadovoljavanje sve većih potreba el. energijom • isto tako će se morati pobrinuti za svoj dio radioaktivnog otpada iz NE Krško

23. Radioaktivni otpad iz NE • materijali koji nisu namijenjeni za daljnu uporabu čiji je stupanj radioaktivnosti već 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 sačinjavaju sve radioaktivne otpadne tvari koji nastaju u procesima nuklearnog gorivnog ciklusa i tijekom pogona nuklearnih elektrana • tijekom pogona nuklearnih elektrana potječe 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 predviđena mjesta (unutar elektrane u bazenima za istrošeno gorivo, na odlagalištima itd.)

25. u oceane u svemir u ledene površine u čvrstom tlu 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 slučaju negativne ocjene za produljenje životnog vijeka elektrana trajno obustavlja rad i započinje 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 odgođeno uklanjanje radioaktivnih materijala s lokacije nuklearnog objekta uz odgovarajući nadzor – traje 50 godina • ENTOMB – djelomično uklanjanje radioaktivnih materijala uz dugoročni institucionalni nadzor lokacije –monolitna (betonska) struktura – traje 110 i više godina

29. Zaključak • zadnje tri dekade nuklearna energija ima značajnu ulogu u proizvodnji električne energije • jaki proboj nuklearne energije može se zahvaliti njezinoj čistoći i gotovo nikakvim ispuštanjem stakleničnih plinova • konstantan, čist i pouzdan izvor energije • rješenje problema oko sve većih potreba za energijom moguće samo uz kompromise i nadilaženje predrasuda