ENERGETYKA JĄDROWA

Projekt elektrowni jądrowej z reaktorem typu PWR

o mocy 1100 MW

Energetyka, st. niestacjonarne

Michał Madera 171741

Dawid Ziąbkowski 176413

1

SPIS TREŚCI

1. Lokalizacja........................................................................................................................3

2. Kryteria decydujące o wyborze lokalizacji........................................................................6

2.1. Odległość od dużych aglomeracji.......................................................................6

2.2. Niewielka gęstość zaludnienia............................................................................6

2.3. Sprzyjające warunki geologiczne, tektoniczne, meteorologiczne i wodne..........7

2.4. Jezioro Kopań, jako naturalny sposób do schładzania elektrowni jądrowej........8

2.5. Korzystna strefa wiatrów.....................................................................................9

2.6. Możliwość przyłączenia do krajowego systemu elektroenergetycznego...........10

2.7. Zapotrzebowanie na energię w północnej części kraju oraz brak jakiejkolwiek

elektrowni w tym rejonie...........................................................................................10

2.8. Infrastruktura......................................................................................................11

2.9. Wyszkolenie odpowiedniej kadry naukowej dla krajowej energetyki jądrowej..12

2.10. Zmniejszenie bezrobocia.................................................................................12

2.11. Środowisko naturalne......................................................................................13

2.12. Teren atrakcyjny turystycznie..........................................................................14

3. Aspety społeczne............................................................................................................14

4. Akcja informacyjna..........................................................................................................15

4.1. Najważniejsze aspekty zawarte w czasie akcji informacyjnej...........................16

5. Podstawowe urządzenia ................................................................................................18

5.1. Reaktor..............................................................................................................18

5.2. Rdzeń reaktora..................................................................................................20

5.3. Wytwornica pary................................................................................................21

5.4. Stabilizator ciśnienia..........................................................................................22

5.5.Turbina...............................................................................................................23

6. Cykl paliwowy..................................................................................................................24

6.1. Rodzaje cykli paliwowych..................................................................................24

6.2. Postępowanie z odpadami promieniotwórczymi...............................................26

6.3. Import paliwa do elektrowni jądrowej................................................................28

7. Dobór urządzeń..............................................................................................................28

7.1. Parametry reaktora PWR..................................................................................28

7.2. Turbina..............................................................................................................30

7.3. Generator..........................................................................................................30

2

1.Lokalizacja

Po wstępnych analizach, dotyczących wyboru lokalizacji pierwszej elektrowni jądrowej w

Polsce zdecydowaliśmy się na wybór miejscowości Kopań, w województwie

zachodniopomorskim w północnej Polsce.

3

Dokładna lokalizacja elektrowni jądrowej znajdowałaby się w miejscowości Kopań, w

powiecie sławieńskim oraz gminie Darłowo.

Miejscowość Kopań w gminie Darłowo to lokalizacja o powierzchni 183 ha opisana

w dokumentach rządowych dotyczących programu jądrowego w latach 80. Jej atutem jest

nieograniczony dostęp do wody słodkiej (0,5 km od jeziora Kopań) i słonej (3 km od linii

brzegowej Bałtyku). Przez gminę przebiegają dwie linie kolejowe. Niedaleko znajduje się

sieć przesyłowa najwyższych napięć, konieczna do wyprowadzenia mocy z elektrowni.

4

Miejscowość Kopań – proponowana lokalizacja

Miejscowość Kopać – zabudowa terenu

5

2.Kryteria decydujące o wyborze lokalizacji elektrowni jądrowej.

Głównymi czynnikami decydującymi o budownie elektrowni jądrowej w tym miejscu

to przede wszystkim :

–

Odległość od dużych aglomeracji miejskich

Miejscowość Kopań pod względem geograficznym położona jest na obszarze

Wybrzeża Słowińskiego, stanowiącego część makroregionu Pobrzeże Koszalińskie, w

odległości ok. 7 km od Darłowa, 62km od Koszalina, 97 km od Słupska oraz 296 km od

Trójmiasta.

–

Niewielka gęstość zaludnienia

Gminę Darłowo zamieszkuje 7774 mieszkańców, natomiast samą miejscowość

Kopań zamieszkuje 125 mieszkańców. W przeliczeniu, liczba osób na kilometr

kwadratowy wynosi 24,41.

6

–

Sprzyjające warunki geologiczne, tektoniczne, meteorologiczne oraz wodne.

Miejscowość od północy ograniczona jest jeziorem Kopań, natomiast od strony

zachodniej jak i wschodniej znajdują się tereny nie przekraczające 100 m n.p.m. Należy

wspomnieć, że w okolicy miejscowości znajdują się tereny, na których powstały farmy

wiatrowe.

Z geologicznego punktu widzenia, Kopań znajduje się na terenie który w

Plejstocenie został objęty zlodowaceniem północnym. Stąd też na tym obszarze znajdują

się żwiry, pisaki, głazy i gliny moreny czołowej. Innym formami, które występują to piaski

eoliczne występujące lokalnie w wydmach, mułki, iły i gytie jeziorne powstałe w epoce

Holocenu. Cały teren posiada budowę geologiczną tarasową.

W wybranej przez nas lokalizacji nie występują rzadne ruchy tektoniczne spowodowane

przesuwaniem się płyt tektonicznych, a co za tym idzie sejsmiczność na tym obszarze jest

bardzo niska.

Jezioro Kopań jest jeziorem przybrzeżnym o powierzchni 880 ha. Jest to dość

płytkie jezioro. W najgłębszym jego miejscu ma ono głębokość 4 m, a głębokość średnia

wynosi 1,9 m. Od morza oddziela je wąski pasek lądu.

7

–

Jezioro Kopań jako naturalny sposób do schłodzenia elektrowni jądrowej.

Zasoby wodne Jeziora Kopań w zupełności wystarczają na schłodzenie jednego

dużego jądrowego bloku energetycznego przy zastosowaniu zamkniętego układu

chłodzenia z mokrą chłodnią kominową o ciągu naturalnym.

Chłodzenie w układnie jest niemożliwe. Przepisy Prawa Polskiego zabraniają

przekroczeniu temperatury wód chłodniczych na poziomie większym niż 26 stopni

Celsjusza.

Należy dodać, iż jezioro Kopań w oparciu o badania przeprowadzone w roku 2011

zostało zaliczone do III klasy jakości wody. Klasa III – wody tej klasy czystości mogą być

wykorzystywane jako źródło zaopatrzenia w wodę zakładów przemysłowych z wyjątkiem

tych, dla których wymagana jest klasa I i II oraz do celów nawodnienia terenów rolnych i

ogrodniczych.

8

–

Korzystna strefa wiatrów

Strefa wiatru, w której znajduje się Kopań została zakwalifikowana do pierwszej

kategorii tzw. I wybitnie korzystna. Jest do dużą zaletą zapewniającą bardzo skuteczne

przeciwdziałanie kumulowniu się zanieczyszczeń i ich eliminowanie, które pochodzą z

elektrowni.

9

–

Możliwość przyłączenia do krajowego systemu elektroenergetycznego

W pobliżu znajduje się stacja transformatorowa 110/30 kV w miejscowości Sinicy

dla potrzeb farmy wiatrowej Darłowo wybudowana w 2012 roku oraz stacja

elektroenergetyczna 30/110/400 kV Dunowo (zew. Darłowo).

W rejonie Darłowa znajduje się również MEW - elektrownia przepływowa na rzece Wieprz.

Wszystkie te obiekty mogą być wykorzystane jak również zmodernizowane na potrzebę

budowy elektrowni jądrowej na tym terenie.

–

Zapotrzebowanie na energię w północnej części kraju oraz brak jakiejkolwiek elektrowni

w tym rejonie.

W rejonie Wybrzeża Słowińskiego nie znajduje się żadna duża elektrownia

systemowa. Stanowi to duży problem, który powoduje duży deficyt produkcji energii

elektrycznej powyżej 500 MW. Istniejąca sieć przesyłowa obciążona jest w około 60 % co

daje możliwość wykorzystania istniejących zdolności przesyłowych do wyprowadzenia

mocy z energii jądrowej. Nowa elektrownia polepszyłaby warunki pracy sieci przesyłowej

w tym rejonie i wpłynęłaby na zmniejszenie strat energii w sieciach. Jakość niezawodności

zasilania odbirców znacząco wzrośnie.

Budując w tym obszarze elektrownię jądrową należałoby wykorzystać potencjał w

istniejących już stacjach energetycznych. Możliwa byłaby inwestycja w nowe, bardziej

10

nowoczesne konstrukcje tego typu.

–

Infrastruktura

Niewątpliwie ważnym aspektem jest sieć komunikacyjna. Kopań znajduje się

pomiędzy takimi miastami jak Koszalin czy Słupsk. Większą aglomeracją jest natomiast

Trójmiasto czy chociażby Szczecin. Należy wspomnieć o istniejącej już linii kolejowej

łączącej Koszalin z Trójmiastem.

Ważnym czynnikiem branym pod uwagę jest trasa europejska E28 o łącznej

długości 1160 km łącząca kraje wschodu tj Białoruś, Litwę i Rosję przez Polskę aż po

zachodnie Niemcy. Trasa przebiega przez Trójmiasto i Szczecin. Nie bez powodu

lokalizacja elektrowni jądrowej została wybrana przy bliskiej odległości od Morza

Bałtyckiego.

Jest to kolejną zaletą, która umożliwiłaby pozyskiwanie towarów podczas jej budowy jak

również w trakcie eksploatacji elektrowni – dostarczanie niezbętnych materiałów

budowlanych, cześci zamiennych czy chociażby uranu z innych państw Europy.

11

–

Wyszkolenie odpowiedniej kadry naukowej dla krajowej energetyki jądrowej.

Aby elektrownia jądrowa funkcjonowała poprawnie, wymagana jest do tego

odpowiednia kadra naukowo – techniczna. Reasumując, odległość od takich ośrodków

aglomeracyjnych, jak chociażby Trójmiasto spowodowałoby wzrost nakładów finansowych

dla wykwalifikowanych pracowników i naukwców oraz stworzenie odpowiedniego miejsca

do kształcenia.

–

Zmniejszenie bezrobocia

Budowa tak potężnej inwestycji zapewniłaby dodatkowe miejsca pracy dla tysięcy

ludzi, którzy w tym rejonie Polski żyją głównie z rolnictwa lub z prowadzonych, własnych

działalności gospodarczych. Bezrobocie w powiecie sławieńskim w roku 2010 wynosiła 22

% dla wszystkich z 7774 mieszkańców gminy. Zmniejszyłoby to poziom bezrobocia,

poprawiło i polepszyło standard życia mieszkających tam ludzi.

12

–

Środowisko naturalne

W rejonie Kopania znajdują się obszary chronionego krajobrazu. Należałoby zatem

dokonać inwestycji w ochronne zabudowy aby nie naruszyć tych terenów. Jedynym z

większych obiektów jest Słowiński Park Narodowy, który znajduje się ok. 120 km od terenu

objętego budową elektrowni jądrowej

13

–

Teren atrakcyjnie turystycznie

Obszar znajduje się w rejonie atrakcyjnie turystycznym dla ludzi. Jednakże

odpowiednie zabezpieczenie terenu eletrowni jądrowej oraz jego ochrona niestanowiłyby

wykluczenia tego ośrodka wypoczynkowego czy rekreacyjnego.

3. Aspekty społeczne

Tereny, na których w przyszłości miałaby powstać elektrownia jądrowa

charakteryzuje się bardzo niską gęstością zaludnienia – 24 os/km². W województwie

zachodniopomorskim gęstość zaludnienia wynosi 75 os/km² natomiast w całym kraju

121 os/km². Mówiąc krótko, wszystkie skutki uboczne, związane z budową i eksploatają

elektrowni jądrowej oddziaływałyby na małą liczbę ludności zamieszkującą te tereny. Jest

to dość niska wartość, przemawiająca właśnie za tym miejscem.

Ryzyko z budową elektrowni jądrowej stanowiłoby poważny problem z

wyludnieniem okolicznych mieszkańców. Kopań, który został przez nas wybrany nie

stanowi takiego problemu, ponieważ budynki mieszkalne nie znajdują się w obrębie

budowy elektrowni – odległość budynków mieszkalnych od terenu budowy elektrowni

wynosi 1,2 km.

W okolicy przyszłej elektrowni nie znajdują się żadne ośrodki przyrodnicze objęte

ochroną. Jednym z większych kompleksów objętych ochroną jest Słowiański Park

Narodowy. Jest on położony w dużej odległości od planowanej inwestycji. Dbając o

środowisko naturalne w obrębie elektrowni jądrowej, powstałyby specjalne zapory,

zapewniające bezpieczeństwo ptakom jak również całej florze znajdującej się w tym

regionie.

Proponowana przez nas lokalizacja nie jest usytuowana w obrębie wykopalisk

archeologicznych. Nie jest również objęta terenami wydobywczymi z których pozyskuje się

surowce naturalne tj gaz ziemny czy złoża ropy naftowej.

Niewielkim mankamentem jest umiejscowienie ośrodków turystycznie atrakcyjnych

dla ludzi w tym rejnie Polski. Nie jest to przeszkodą dla budowy tak poważnej inwestycji.

Należy wspomnieć, że tak podjęte działania mogłyby spotkać się z negatywnym

podejściem okolicznej ludności do budowy elektrowni jądrowej.

Proponowane przez nas przedsięwzięcia wiązałyby się z dodatkowymi zabezpieczeniami

trenu np. Budowa betonowych bloków i zagrodzeń izolujących tereny elektrowni jądrowej

nie kolidujących z aktywnym wypoczynkiem turystów w tych okolicach.

14

Powierzchnia terenu, dla której zdecydowaliśmy się na budowę elektrowni jądrowej

odznacza się bardzo dużym bezrobociem wynoszącym 24%. Mieszkańcy zamieszkałego

terenu żyją głównie z rolnictwa, własnych działalności gospodarczych i turystycznych,

prowadzonych wraz ze swoimi rodzinami. Niestety zarobki, które pozyskują pochodzą

głównie z okresów letnich i wakacyjnych. Z powodu nieskiego zaludnienia, braku dobrze

rozwiniętego przemysłu i lokalizacji mieszkańcy nie mogą liczyć na stałe źródło

utrzymania. Budowa elektrowni pozwoliłaby na utworzenie nowych miejsc pracy dla

okolicznej ludności na różnych stanowiskach pracy. Brak jakiegokolwiek, preferowanego

wykształcenia kierunkowego nie stanowiłaby problemu ze znalezieniem pracy. Mieszkańcy

mogliby zająć się innymi, równie ważnymi dziedzinami chociażby ochroną i

stacjonowaniem obiektu elektrowni jądrowej.

Należy również wspomnieć, że tak poważna budowa obiektu w Polsce jak i w

miejscu wskazanym przez nas spowodowałaby napływ nowych turystów

zainteresowanych budową elektrowni jądrowej. Przez cały rok, inwestorzy jak i

mieszkańcy mogliby liczyć na stały napływ turystów w tej okolicy w ciągu całego roku.

Przyczyniłoby się to do modernizacji terenu pod kątem hotelarskim, gastronomicznym czy

noclegowym. Również pod względem rozwoju infrastruktury dróg, kolei a może i nawet

portów morskich.

4. Akcja informacyjna

Budowa elektroni jądrowej w Polsce budzi szerokie kontrowersje wśród obywateli

naszego kraju. Po katastrofie elektrowni jądrowej w Czarnobylu na Ukrainie 26 kwietnia

1986 roku, Polacy bardzo sceptycznie podchodzą do pomysłu budowy elektrowni jądrowej

w naszym kraju. Zapominają niestety o wszelakich korzyściach płynących z jej budowy.

Przekonanie obywateli a przede wszystkim mieszkańców terenu objętego planem budowy

tak poważnej inwestycji, należałoby przeprowadzić projekt informacyjny. Miałaby ona na

celu przedstawienie ludziom nie tylko negatywnych skutków o których informują media

internetowe czy telewizja ale uświadomić ich, że budowa elektroni jądrowej na terenie

gminy Darłowo ma bardzo dużo zalet i niesie ze sobą wiele korzyści gospodarczych,

finansowych a nawet narodowych.

Aby trafić do jak najszerszego grona odbiorców program informacyjny zostałby

przygotowany w kilku etapach informacyjnych i na wielu płaszczyznach. Pierwszym,

byłyby broszury ulotki i gazetki, zawieracjące szereg najważniejszych informacji

posiadających informację o budowie elektrowni jądrowej. Kolejnym krokiem byłoby

organizowanie spotkań i konferencji na terenie całego kraju lecz przede wszystkim w

15

obrębie regionu objętego budową.

Prowadzenie takiego typu spotkań przez fachowych naukowców czy technologów,

pozwoliłaby na prowadzeniu rozmów i zadawaniu pytań przez ludność zamieszkującą

tereny Kopania i gminy Darłowo. Bardzo ciekawą inicjatywą byłaby organizacja wyjazdów

do naszych zagraniczych sąsiadów, którzy posiadają na terenie swojego Państwa

elektrownie jądrowe – Litwy, Czech, Słowacji, Ukrainy czy Niemiec. Przedstawiciele władz

samorządowych oraz wybrane władze gmin mogliby przekonać się i zapoznać jak

funkcjonują tego typu elektrownie, ile przynoszą korzyści dla terenów i mieszkańców

objętych takim przedsięwzięciem.

Następnym, proponowanym przez nas krokiem byłoby utworzenie specjalnego

ośrodka edukacyjnego, w którym zostałaby kształcona specjalna kadra inżynierów.

Nawiązanie porozumienia w sprawie dofinansowania przez Ministerstwo Nauki i Edukacji

w Polsce tak interdyscyplinarnych kierunków studiów zachęciłaby młodzież do studiowania

i nauki, oraz zapewniłaby pracę w przyszłości.

Nawiązanie współpracy z zagranicznymi przedsiębiorcami oraz ośrodkami

edukacyjnymi z zagranicy spowoduje napływ ludności, inwestorów z innych krajów.

Możliwość wyjazdów szkoleniowych czy chociażby edukacyjnych do innych państw

Europy, w których istnieją elektrownie jądrowe podniesie całą rangę przedsięwzięcia.

4.1. Najważniejsze aspekty zawarte w czasie akcji informacyjnej to :

1. Funkcjonowanie elektrowni jądrowej, budowa oraz zastosowanie reaktorów

WWER - (Wodo-Wodiannoj Energieticzeskij Reaktor – Reaktor Energetyczny Moderowany

Wodą i Chłodzony Wodą) - rosyjski odpowiednik reaktorów PWR. Budowa typowego bloku

z reaktorem WWER jest podobna do PWR, jedynymi większymi różnicami są: konstrukcja

wytwornic pary (poziome w WWER) i kształt przekroju kaset paliwowych (sześciokątny w

WWER). Podwójny obieg czynnika zapobiegający wydostaniu się promieniowania do

atmosfery, zastosowanie wody jako moderatora w przypadku jej wycieku powoduje

zahamowanie reakcji rozszczepienia.

2. Potrzeba wybudowania elektrowni jądrowej w północnej części Polski

spowodowana poprawą funkcjonowania krajowego systemu elektroenergetycznego.

Zminimalizowanie deficytu energii w znajdującej się tam sieci przesyłowej do minimum,

oraz poprawa jej warunków pracy.

3. Dokładna analiza strat paliwa zużywanego w ciągu roku przez elektrownię

16

jądrową i porównanie jej z elektrownią węglową. Zestawienie elektrowni jądrowej o mocy

1000MWe, która potrzebuje rocznie 35 ton uranu z elektorwnią konwencjonalną o mocy

1000MWe, potrzebującą rocznie 2 mln ton węgla. Przedstawienie problemu kończenia się

złóż węgla na terenie Polski oraz oszczędność paliwowa przemawiająca za budową

elektrowni jądrowej.

4. Zestawienie ilości gromadzonych odpadów, które produkuje elektrownia jądrowa i

elektrownia węglowa. Porównanie typów odpadów produkowanych przez obydwa rodzaje

elektrowni. Elektrownia jądrowa o mocy 1000MWe produkuje w ciągu roku około 10 ton

odpadów wysokoaktywnych oraz 100 ton średnio- i niskoaktywnych, które nie emitują do

środowiska naturalnego i otoczenia mieszkających tam ludzi. Elektrownia konwencjonalna

produkuje 7 mln ton odpadów – do 200 tysięcy odpadów stałych m.in. siarki i popiołu,

które emitowane są do środowiska oraz do bezpośredniego kontaktu z człowiekiem.

Przedstawienie elektowni jądrowej jako przyjaznej człowiekowi i środowisku.

5. Dogłębne przedstawienie i zapoznanie się z problemem gospodarki odpadami

promieniotwórczymi powstałymi na skutek pracy elektrowni jądrowej. Przedsatwienie

segregacji odpadów promieniotwórczych odbywającej się pod nadzorem Agencji

Bezpieczeństwa Jądrowego oraz głównych władz Państwa. Dokładny podział odpadów na

niskoaktywne – składowane na powierzchni objętej tym celom, wysokoaktywne –

zabezpieczane i składowane do czasu stworzenia składowisk w formacjach geologicznych

lub ich kondycjonowanie o ponowne wykorzystanie w przemyśle energetyki jądrowej.

Oznaczenia, budowa, skład i podział zależny od zawartości promieniotwórczej pojemników

zawierających odpady, przechowywane w odpowiednio przygotowanych do tego

miejscach. Ponowna eksploatacja pojemników z odpadami promieniotwórczymi.

6. Program zachowania bezpieczeństwa, przepisy bhp oraz plan bezpiecznej pracy

mający na celu uniknięcie nieporządanych efektów związanych z zagrożeniem związanym

z awarią elektrowni jądrowej.

7. Uruchomienie projektu szkolenia odpowiedniego personelu, zapewnienie i

utworzenie nowych miejsc pracy.

Cała akcja informacyjna dotycząca tematu budowy i eksploatacji elektrowni jądrowej ma

na celu przekonanie, że elektrownia jądrowa na terenie Polski a w szczególności w

miejscowości Kopań jest potrzebna i przyniesie za sobą wiele korzyści.

17

6. Podstawowe urządzenia

6.1. Reaktor

Zasada działania elektrowni jądrowej z reaktorem PWR

Największą grupę reaktorów stosowanych aktualnie w energetyce jądrowej

stanowią ciśnieniowe reaktory wodne PWR (WWER).Chłodziwem, a jednocześnie

moderatorem i reflektorem neutronów jest w tych reaktorach lekka woda pod wysokim

ciśnieniem, nie dopuszczającym do wystąpienia wrzenia w obiegu chłodzenia rdzenia

(odparowanie w rdzeniu nie powinno przekroczyć 5%). Ze względu na znaczne

pochłanianie neutronów przez wodór, stosowanie wody jako moderatora zmusza do

stosowania jako paliwa uranu lekko wzbogaconego (2 - 4% 235U). Woda o wysokim

stopniu czystości ma dużą zdolność spowalniania neutronów, co pozwala zmniejszyć

wymiary rdzenia i osiągnąć dużą gęstość mocy, przekraczającą 100 MW/m3 objętości

rdzenia.

Reaktory ciśnieniowe pracują w układzie dwuobiegowym. Obieg pierwotny tworzą:

reaktor, wymiennik ciepła (wytwornica pary), pompy recyrkulacyjne i stabilizator ciśnienia,

obieg wtórny natomiast: wytwornica pary (sprzęgająca oba obiegi), turbina parowa,

skraplacz i układ regeneracyjnego podgrzewania wody zasilającej. Obieg pierwotny jest

podzielony zwykle na kilka (2 - 6) pętli obejmujących wymieniony wyżej komplet urządzeń

połączonych rurociągami. Wynika to z wymagań bezpieczeństwa pracy reaktora, a także z

ograniczonych mocy głównych pomp obiegowych oraz wielkości wytwornic pary.

Wytwornice pary stosowane w elektrowniach z reaktorami ciśnieniowymi są wymiennikami

powierzchniowymi. Woda obiegu pierwotnego przepływa wewnątrz rurek w kształcie litery

U (w układzie pionowym w reaktorach PWR - i poziomym w reaktorach WWER),

zamieniając omywającą je wodę obiegu wtórnego na parę. Wytworzona para nasycona

(niekiedy lekko przegrzana) wykonuje pracę w turbinie parowej.

18

Obieg wtórny jest realizowany analogicznie jak w układzie elektrowni

konwencjonalnej, przy niższych jednak parametrach pary. W celu zapewnienia

odpowiednio wysokich parametrów pary w obiegu wtórnym (decydujących o sprawności

elektrowni), woda w obiegu pierwotnym powinna mieć dostatecznie wysoką temperaturę,

zwykle w granicach 300 - 350°C. Aby nie dopuścić do wrzenia wody w rdzeniu,

pogarszającego warunki wymiany ciepła oraz stabilność pracy reaktora, trzeba w obiegu

pierwotnym utrzymywać ciśnienie wyższe od ciśnienia odpowiadającego temperaturze

nasycenia. Zadanie utrzymywania ciśnienia na wymaganym Poziomie i kompensowania

zmian objętości obiegu pierwotnego spełnia stabilizator ciśnienia.

19

Zamknięte obiegi reaktora PWR: pierwotny (120-160

atm

, 300-350oC) i wtórny (50-60

atm, 270-300oC) oraz otwarty, zewnętrzny obieg wody chłodzącej

Obieg pierwotny:

•

zbiornik reaktora z rdzeniem,

•

wytwornica pary,

•

pompa cyrkulacyjna,

•

stabilizator ciśnienia.

Obieg wtórny:

•

wytwornica pary,

•

turbina parowa,

•

skraplacz,

•

pompa zasilająca,

•

podgrzewacze.

5.2. Rdzeń reaktora

Rdzeń reaktora wraz z zestawami prętów regulacyjnych jest umieszczony za

pomocą specjalnej konstrukcji w ciśnieniowym zbiorniku reaktora, od którego ścian

bocznych jest jeszcze oddzielony osłoną termiczną - zwykle w postaci stalowego cylindra.

Pokrywa górna zbiornika jest zdejmowana podczas przeładunku paliwa i remontów.

Znajdują się w niej odpowiednie przepusty do napędu zestawów prętów regulacyjnych w

czasie pracy reaktora. Zbiornik musi wytrzymać ciśnienie ok. 16 MPa, panujące w obiegu

pierwotnym, a ponadto wewnętrzne ścianki muszą być odporne na silnie korozyjne

działanie wody, występujące w wysokich temperaturach. Z tego względu zbiorniki

wykonuje się ze stali ferrytycznej lub stopowej o grubości ścianek 100 - 200 mm,

wyłożonej wewnątrz warstwą stali nierdzewnej.

20

W celu zapewnienia wysokiej jakości zbiornika (zwłaszcza spawów) zbiorniki są w całości

wykonywane w zakładzie wytwórczym i transportowane do elektrowni. Ogranicza to

wymiary, a więc i moc jednostkową reaktora do ok. 3000 MW mocy cieplnej, tj. 1300 MW

mocy elektrycznej bloku jądrowego.

Ze względu na stosunkowo niskie parametry pary w obiegu wtórnym (4,0 - 6,0 MPa),

sprawność elektrowni netto zawiera się w granicach 30- 33%, natomiast wykorzystanie

paliwa, określone wypaleniem, wynosi 10 - 30 MWd/kg (0,864 - 2,59 TJ/kg).

5.3. Wytwornica pary

Wytwornica pary jest dla obiegów pierwotnego i wtórnego jednocześnie elementem

wspólnym i rozddzielającym.

W wytwornicy pary gorąca woda z obiegu pierwotnego przepływa przez tysiące rurek w

kształcie odwróconej litery "U" i oddaje ciepło wodzie w obiegu wtórnym.

Woda w obiegu pierwotnym ma temperaturę 300-350oC i ciśnienie 12-16 MPa (120-160

atm), zawsze wyższe od ciśnienia odpowiadającego temperaturze nasycenia pary. Dzięki

tak wysokiemu ciśnieniu woda w obiegu pierwotnym nie wrze pomimo wysokiej

21

temperatury.

W obiegu wtórnym ciśnienie jest niższe i woda zamienia się w parę. Para wytworzona w

wytwornicy pary w obiegu wtórnym ma ciśnienie 5-6 MPa (50-60 atm) i temperaturę 270-

300oC. Po osuszeniu jest kierowana na turbiny obracające generatory prądu.

Ze względu na ograniczone moce pomp cyrkulacyjnych, zwykle do reaktora podłącza się

od 2 do 6 wytwornic pary, każda z oddzielną pompą cyrkulacyjną. Zespół reaktora,

wytwornicy pary, pompy cyrkulacyjnej i łączących rur nazywamy pętlą.

5.4. Stabilizator ciśnienia

Jest to pionowy cylindryczny zbiornik ciśnieniowy, przyłączony w dolnej części

(wypełnionej wodą) do rurociągu wody gorącej z reaktora. W części wodnej stabilizatora

są zamontowane zanurzeniowe elementy grzejne rezystancyjne, a w części górnej,

tworzącej poduszkę parową, są umieszczone wodne dysze natryskowe, łączone z

rurociągiem wody chłodnej obiegu pierwotnego. W zależności od zmian obciążenia

turbozespołu (zmian poboru pary, a więc i ciśnienia w obiegu pierwotnym) są uruchamiane

elementy grzejne lub dysze natryskowe, kompensując objętość obiegu pierwotnego i

przywracając ciśnienie w tym obiegu. Niezależnie od liczby; pętli obiegu pierwotnego,

stabilizacja ciśnienia w całym obiegu jest realizowana przez jeden stabilizator.

22

Dla zilustrowania działania stabilizatora ciśnienia rozważmy dwie sytuacje spowodowane

spadkiem i wzrostem zapotrzebowania na energię elektryczną.

5.5. Turbina

Podstawowymi cechami odróżniającymi turbiny w elektrowniach jądrowych od

turbin na parę przegrzaną, stosowanych w energetyce konwencjonalnej są : brak części

średniopręznej turbiny, do której doprowadzana jest tzw. para wtórnie przegrzana (brak

przegrzewu w reaktorach energetycznych), duże przepływy pary oraz wzrastające

zawilgocenie pary podczas jej rozprężania, występujące nie tylko w części niskoprężnej

ale i w wysokoprężnej. Wilgotność pary prowadzi do zmniejszenia współczynnika

wewnętrznej sprawności termodynamicznej turbiny, a ponadto powoduje erozję łopatek. W

zależności od różnych czynników największa dopuszczalna wilgotność pary w turbinie nie

może z reguły przekraczać 8-13 %. W celu zmniejszenia wilgotności pary stosuje się wiele

metod, przede wszystkim oddzielenie wilgoci w tzw. separatorach zewnętrznych,

instalowanych między kadłubami turbiny. Oprócz tego łopatki turbin wykonuje się z

materiałów o zwiekszonej odporności na erozję i korozję, a także czasami stosuje się

niższe obroty wirnika – 1500 obr/min (lub odpowiednio 1800 obr/min w Stanach

Zjednoczonych), co umożliwia zwiększenie średnicy końcowych łopatek wirnika.

Turbiny na parę nasyconą cechuje dwukrotnie większe jednostkowe zapotrzebowanie na

parę niż w przypadku turbin z międzystopniowym przegrzewem pary. Parę nasyconą

23

doprowadza się rurociągami parowymi do części wysokoprężnej turbiny. Z części

wysokoprężnej para kierowana jest do separatora pary – podgrzewacza, skąd jest

doprowadzana do niskoprężnej części turbiny w celu wykonania dalszej pracy

mechanicznej. Ponieważ objętość właściwa pary nasyconej przy rozprężaniu do ciśnienia

około 5 kPa, panującego zwykle w skraplaczach, wzrasta około 1000 razy, więc przyjmuje

się rozwiązanie, w którym jeden kadłub wysokoprężny współpracuje z trzema kadłubami

niskoprężnymi. Oznacza to, że w typowej elektrowni o mocy elektrycznej 1000 MW są

potrzebne trzy skraplacze, po jednym pod każdym z trzech kadłubów części niskoprężnej

turbiny. Strumień masy wody chłodzącej w elektrowni jądrowej (a więc i wydajność oraz

moc odpowiednich pomp wody chłodzącej) jest o około 50 % większy niż w elektrowni

jądrowej, a także częściowo ( około 6-8% ) unoszenia ciepła przez komin w elektrowni

konwencjonalnej.

6. Cykl paliwowy

6.1. Rodzaje cykli paliwowych

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.

24

Główne ogniwa cyklu paliwowego to :

•

wydobycie rudy uranowej;

•

produkcja koncentratów uranowych;

•

przemiana U3O8 w UF6;

•

wzbogacenie uranu w izotop U-235;

•

wytwarzanie materiałów paliwowych;

•

produkcja elementów paliwowych;

•

wypalenie paliwa w reaktorze;

•

składowanie paliwa wypalonego;

•

przerób paliwa wypalonego;

•

przerób odpadów promieniotwórczych;

•

ostateczne składowanie odpadów promieniotwórczych.

Wszystkie operacje, poczynając od wydobycia rudy uranowej do wyprodukowania

zestawów paliwowych, prowadzone są przy niskim poziomie promieniowania jądrowego i

składają się na tzw. początkową część cyklu.

25

Operacje z paliwem wypalonym, począwszy od wyładowania paliwa z rdzenia reaktora do

usunięcia odpadów promieniotwórczych na składowiska prowadzone są przy wysokim

poziomie promieniowania jądrowego i nazywa się je końcową częścią cyklu.

Cykl paliwowy może być otwarty lub zamknięty.

W cyklu paliwowym zamkniętym paliwo wypalone podlega procesowi przerobu w wyniku

którego odzyskuje się materiały rozszczepialne nie wypalone do końca w reaktorze. Są

one ponownie wykorzystywane do wytwarzania świeżych elementów paliwowych.

W cyklu paliwowym otwartym paliwo wypalone nie jest regenerowane. Omija się trudny

technologicznie proces przerobu, składując wypalone paliwo w taki sposób, aby w

przyszłości istniała możliwość poddania go recyklizacji.

Z punktu widzenia używanych rodzajów materiału rozszczepialnego i paliworodnego

można wyróżnić kilka rodzajów cykli paliwowych :

•

cykl uranowy - najbardziej opanowany technologicznie z rozszczepialnym uranem

U-235 jako paliwem,

•

cykl uranowo-plutonowy - pluton Pu-239 służy jako materiał rozszczepialny a uran

U-238 jako materiał paliworodny; pracują w nim reaktory prędkie,

•

cykl torowo-uranowy - jako materiał rozszczepialny służy uran U-233 powstały z

paliworodnego toru Th-232 po pochłonięciu neutronu termicznego.

6.2. Postępowanie z odpadami promieniotwórczymi

System barier zapobiegających rozprzestrzenianiu się substancji

promieniotwórczych oraz pochłaniających promieniowanie składa się z 6 elementów:

1. Tworzenie trudno rozpuszczalnych związków chemicznych (koncentratów)

wiążących izotopy promieniotwórcze

2. Materiał wiążący (spoiwo), który służy do zestalania odpadów, co przeciwdziała

rozsypaniu, rozproszeniu, rozpyleniu i wymywaniu substancji promieniotwórczych,

np. beton (osłona biologiczna), asfalt, polimery organiczne i masy ceramiczne

3. Opakowanie odpadów, zabezpieczające je przed uszkodzeniami mechanicznymi,

działaniem czynników atmosferycznych i kontaktem z wodą. Stałe lub zestalone

odpady zamykane są w pojemnikach metalowych lub betonowych i w tej postaci

przewożone i składowane

4. Betonowa konstrukcja składowiska, zabezpiecza odpady przed dzialaniem

czynników atmosferycznych, zapobiega korozji opakowań oraz migracji substancji

26

promieniotwórczych z miejsca ich składowania

5. Struktura geologiczna terenu. Teren. asejsmiczny, niezatapialny (np. w czasie

powodzi) mało przydatny gospodarczo i oddalony od skupisk ludzkich. Poziom wód

gruntowych niższy od poziomu składowiska, a skład podłoża musi przeciwdziałać

migracji radionuklidów

6. Impregnująca warstwa bitumiczna pokrywająca wierzchnią warstwę betonu,

zapobiega m.in. przenikaniu wód opadowych do strefy składowania odpadów,

uniemożliwia korozję opakowań oraz wymywanie substancji promieniotwórczych

Wyboru lokalizacji składowiska nie dokonuje się przypadkowo. Muszą istnieć

sprzyjające warunki geologiczne i hydrogeologiczne terenu, ludność musi mieć

zagwarantowaną ochronę przed uwolnieniem się odpadów promieniotwórczych, należy

zabezpieczyć składowisko przed przypadkowym wejściem na jego teren osób postronnych

a także należy zagwarantować bezpieczeństwo ludności zarówno w okresie działania

składowiska jak i po jego zamknięciu. Niezbędne są również rekompensaty finansowe dla

ludności, ponieważ obecność składowiska obniża wartość terenu i zabudowań , a ludność,

w obawie o swoje zdrowie, będzie domagała się lepszej opieki medycznej, sprawniejszego

systemu ratowniczego, lepszych dróg dojazdowych. Zmniejszeniu ulegną też wpływy z

podatków, więc trzeba je równoważyć opłatami operatora składowiska.

Schemat głębokiego składowiska geologicznego w Clab w Szwecji (grafika: Jan M.Rojmar,

27

źródło: SKB)

Równie istotną kwestią jest akceptacja społeczna składowiska. Ludność terenu, na

którym planuje się zainstalować składowisko musi mieć pewność, że w każdej chwili

będzie mogła skontrolować prawidłowość działania składowiska poprzez wybrane przez

siebie służby monitorujące środowisko naturalne, i że zawsze będzie traktowana jak

równorzędny partner. Ważna jest umiejętność rzeczowej i życzliwej rozmowy z

reprezentantami lokalnej społeczności i edukacja ludności od najwcześniejszych lat.

Odpowiedzialni za pracę składowiska muszą więc na terenie swego działania prowadzić

odpowiednią edukację dotyczącą promieniowania jonizującego.

Składowiska odpadów wysokoaktywych w Szwecji i Finlandii cieszą się dużym poparciem

okolicznych mieszkańców (70-90%).

6.3. Import paliwa do elektrowni jądrowej

W przyszłości nie będzie problemów z dostępnością paliwa jądrowego.

Przedstawiciele państw Europy, przodujący w światowym rynku uranu i usług jądrowego

cyklu paliwowego charakteryzują się bardzo dużą konkurencyjnością, zwłaszcza w

odniesieniu do koncentratu uranowego. Ceny zarówno uranu jak i usług cyklu (konwersja,

wzbogacanie izotopowe, produkcja zestawów paliwowych) utrzymują się na relatywnie

niskim poziomie i trendów, zgodnie z większością prognoz, zostanie utrzymany co

najmniej do 2030 r.

Dodatkowe zabezpieczenie dla państw członkowskich Unii Europejskiej stwarza Agencja

Dostaw Euratomu (ESA), która w sytuacjach kryzysowych może tworzyć zapasy uranu.

Ponadto ESA może prowadzić zakupy zbiorowe dla państw UE. Istnieją także plany

zapewniania paliwa jądrowego na szczeblu globalnym dla wszystkich potencjalnych

użytkowników rozwijane na szczeblu Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej (MAEA).

28

7 Dobór urządzeń

7.1. Parametry reaktora PWR obranego w projekcie firmy Westinghouse

Electric:

–

Parametry

PWR

Moc cieplna reaktora, MW

3411

Moc elektryczna, MW

1100

Sprawność elektrowni, %

32

ZBIORNIK REAKTORA
średnica wewnętrzna, m

4

wysokość, m

12

grubość cianek (min/max), cm

20

RDZEŃ REAKTORA
śednica, m

3,4

aktywna długość paliwa, m

3,7

masa rdzenia, t

125

gęstość mocy, kW/l

98

zestaw paliwowy

15×15

otwarty

liczba zestawów

193

całkowita liczba prętów paliwowych

39372

całkowita masa paliwowa (UO2), t

98

gęstość mocy w paliwie, MW/t

38

PALIWO
materiał paliwowy

UO2

średnica pastylki paliwowej, mm

9

materiał koszulki

Zircaloy-4

średnica zewnętrzna koszulki, mm

10,7

grubość koszulki, mm

0,6

projektowane średnie wypalenie, MW · d/t

32000

wzbogacenie paliwa świeżego
(doładowywane)

3,2% 235U

paliwo wypalone zawiera 235U

0,9%

239Pu + 241Pu

0,6%

roczne przeładunki

1/3 wsadu

okres trwania przeładunku, d

17 (min)

CHŁODZENIE
chłodziwo

H2O

całkowity wydatek wody, m3/s

17

ciśnienie, MPa

15,5

temperatura u wlotu do rdzenia, °C

289

29

temperatura u wylotu z rdzenia, °C

325

nominalna temperatura koszulki, °C

347

nominalna temp. wewn. pręta paliwowego,
°C

2282

maksymalny strumień cieplny na
powierzchni

koszulki, MW/m2

1,4

MODERATOR

H2O

ciśnienie, MPa

15,5

temperatura na wejściu °C

289

temperatura na wyjściu°C

325

7.2. Turbina

Zasilanie parą o temperaturze 300°C pod ciśnieniem 4,5 MPa. Z części

wysokoprężnej para jest kierowana do separatora i przegrzewacza oraz z upustów do

trzech podgrzewaczy regeneracyjnych. Z upustów części nisko prężnej strumień pary

kierowany jest do pozostałych trzech podgrzewaczy. Para wylotowa z turbiny trafia do

skraplacza, w którym panuje ciśnienie 0.005 kPa. Turbina została wykonana na

zamówienie przez firmę ALSTROM.

7.3. Generator

W projekcie został wybrany generator wykonany z serii GIGATOP 4 przez firmę

ALSTOM o mocy 260 MW oraz prędkości obrotowej 3000 obr/min. Posiada chłodzenie

wodno – wodorowe i pracuje w klasie B (130°C) zamiast najniższej, dzięki temu osiąga

lepszy stopień bezpieczeństwa.

30

31