Przeróbka wypalonego paliwa(reprocesing)

Cel przeróbki:

- odzysk materiałów rozszczepialnych i paliwowych

- zmniejszenie ilości odpadów radioaktywnych

- przekształcenie odpadów w stabilną formę chemiczną

- stopień oczyszczania U i Pu od aktynowców i produktów rozszczepienia

Metody ekstrakcji

PUREX- selektywna ekstrakcja U i Pu

REDOX- mała wydajność ,

DIAMEX- w odpadach tylko: C,H,N,O

TRUEX- selektywna ekstrakcja Am/Cm

Transmutacja:

-proces przemiany izotopów długożyciowych w krótkożyciowe lub stabilne, albo poddanie ich reakcji rozszczepienia

- wymaga naświetlenia neuronami lub cząstkami ciężkimi

- drogi i mało efektywny

Składowanie odpadów:

- składowisko tymczasowe powierzchniowe (obliczone na składowanie do 500 lat)

- składowisko głębokie do stałego przechowywania odpadów

Składowiska podziemne głębokie:

- głębokie pionowe szyby (do 3000m)

-poziome chodniki na głębokościach 300- 500 m o długości ok. 100m

-poziome długie chodniki (ponad 1000m)

Wymagania dla składowisk odpadów:

- stabilność geologiczna

- brak uskoków i pustych przestrzeni w skałach

- nieprzepuszczalność dla wód powierzchniowych

-nieobecność wód gruntowych

- dobre przewodnictwo cieplne

- małe zainteresowanie terenem

Utwory geologiczne korzystne dla składowiska:

- złoża solne

- skały krystaliczne

- skały alkaliczne

Przechowywanie odpadów w Polsce:

- Krajowe Składowisko Odpadów Promieniotwórczych w Różanie

- składowisko powierzchniowe dla nisko i średnio aktywnych odpadów

- tymczasowe dla długożyciowych

Rodzaje energii:

1. Mechaniczna:

- kinetyczna:

* ruch obrotowy

* ruch posuwisty

* inne rodzaje ruchu

-potencjalna

1. Elektryczna:

-energia pola elektrycznego

- energia ruchu ładunków

1. Promienista:

- promieniowania korpuskarnego

- fal EM

*fale radiowe

*fale FLF

*IR , światło

* UV, RTG, X

1. Cieplna

2. Chemiczna (energia wiązań chemicznych)

3. Jądrowa (energia wiązania nukleonów)

Energia może zmienić swoje formy postacie, przy czym obowiązuje zasada zachowania energii: w izolowanym układzie suma wszystkich rodzajów energii układu jest stała (nie zmienia się w czasie)

Jednostki energii:

- dżul (J)- jednostka energii w układzie Si równa pracy wykonanej na drodze przez siłę 1 N w kierunku jej działania

- kaloria (cal) 4, 1868 J

- elektronowolt (eV) 1,602 *10^-10J

-kilowatogodzina (kWh) 36 00 000J

Moc- określa pracę wykonaną w jednostce czasu (energia przetworzona w jednostce czasu)

Narodziny nowej gałęzi przemysłu: ENERGETYKI:

-rozwój nowoczesnego górnictwa: węglowego, naftowego, gazowego

-opracowanie i udoskonalenie silników cieplnych

-odkrycie indukcji EM: wytworzenie prądu elektrycznego, przesyłanie prądu elektrycznego.

- upowszechnienie urządzeń elektrycznych

Do czego służy energia?:

- wytwarzanie paliw

- przetwarzanie materiałów

- wytwarzanie prądu: światło, ruch, przesył informacji

- pozyskiwanie surowców: paliwa stałe(węgiel kamienny, brunatny, torf), paliwa ciekłe (ropa naftowa), paliwa gazowe (gaz ziemny, biogaz), paliwa nuklearne, rudy metali, materiały mineralne (kruszywa)

Energetyka- dział przemysłu zajmujący się przetwarzaniem jednych form energii w inne możliwe do zastosowania w konkretnych miejscu i czasie oraz przesyłaniem energii.

Obieg wody w przyrodzie

Stabilizująca rola oceanów:

- CO₂ rozpuszczony w wodzie

- CO₂ związany w kwas węglowy i węglanowy: CO₂+H₂O H₂CO₃

- rozpuszczalność CO₂ w wodzie maleje ze wzrostem temperatury

- wysokie ciśnienie sprzyja przechodzeniu CO₂ w stan płynny

Naturalne paliwo jądrowe:

Uran- naturalnie występujący na ziemi pierwiastek promieniotwórczy

- zawartość w rudzie 0,7- 20%

-występowanie w skorupie ziemskiej 2,4 ppm

- możliwy do wykorzystanie po przetworzeniu w ²³⁹ Pu

- minerały: uranit, kamotyt, uranofuran

Tor

- nie jest rozpuszczalny

- zawartość w rudzie 4- 12%

-występowanie w skorupie ziemskiej 12 ppm

- ²³²Th możliwy do wykorzystania w elektrowniach

- zasoby na świecie:

* USA 34%

*Australia 23%

*Indie 22%

*Kanada 8%

*RPA 3%

Wartość opałowa- ilość ciepła wydzielana przy całkowitym i zupełnym spalaniu jednostki masy lub jednostki objętości paliwa, przy czym para wodna zawarta w spalinach nie ulega skropleniu.

Spalanie całkowite- wszystkie palne substancje obecne w paliwie uległy utlenieniu.

Spalanie zupełne- stopnia utlenienia pierwiastków zawartych w paliwie osiągnęły swoje maksymalne wartości.

Energia pierwotna – zawarta w paliwie w miejscu i stanie, w jakim paliwo pierwotnie się znajdowało.

Energia finalna- ilość energii użytecznej uzyskana z paliwa po uwzględnieniu strat wynikających z konwersji, transportu.

Paliwo umowne- paliwo hipotetyczne o umownej wartości opałowej, używane do porównania paliw kopalnych i odnawialnych.

Ropa naftowa- ciekła kopalina złożona z mieszaniny naturalnych węglowodorów gazowych, ciekłych i stałych, z domieszkami azotu i tlenu siarki i zanieczyszczeń. Skład C- 80 – 88%, H- 11- 14,5%, S- 0,01- 6%. Znaczenie: podstawowy surowiec do przemysłu chemicznego, jeden z ważniejszych surowców energetycznych.

Gaz ziemny- Skład: CH₄ ponad 90%, etan, propan, butan, inne związki organiczne, związki mineralne (H₂S)

Metody wydobycia węgla:

- eksploatacja odkrywkowa

-eksploatacja szybowa (głębionowa)

Metoda głębinowa:

- 50% światowego wydobycia

- małe zapotrzebowanie na powierzchnię, możliwość wydobywania surowca w rejonie silnie zurbanizowanym.

- umożliwia wydobycie głębokich pokładów.

- względnie mało wpływa na krajobraz

Metoda odkrywkowa:

- wydobywanie pokładów płytkich

- ogromne zapotrzebowanie na powierzchnię

- ogromny wpływ na powierzchnię

- brak części podziemnej

-metoda względnie tania

Hałdy po górnicze- skała płonna: krzemionka SiO₂, glinokrzemiany

Skład: mieszanki kruszyw: granity, bazalty, kwarcyt, wapienie

- materiał abiotyczny, brak gleb, brak składników pokarmowych, silne wiatry, bardzo trudne warunki termiczne i wodne- pierwotna sukcesja ekologiczna

- materiał o niewielkiej spoistości- możliwe osiadanie lub inne ruchy

- materiał ulega erozji fizycznej- rozdrabnianie pylenie

- materiał ulega erozji chemicznej

Formy hałd: stożek, pryzma, zwał stokowy.

Hałdy pogórnicze- zniszczenia:

- zeszpecenie krajobrazu

- przysypanie naturalnej warstwy gleby i siedlisk z nią związanych

- całkowite zniszczenie naturalnego ukształtowania terenu

- zniszczenie roślinności.

Krajobraz- zewnętrzny wygląd powierzchni ziemi w określonym miejscu i czasie:

- rzeźba terenu

- wody powierzchniowe

- warunki klimatyczne

- świat zwierzęcy

- świat roślin

- działalność człowieka

Podział krajobrazów:

- pierwotne- zdolne do samoregulacji

- naturalne- częsciowa zdolność do samoregulacji, brak istotnych elementów przestrzennych wprowadzonych przez człowieka

- kulturowe- zachwiana zdolność do samoregulacji , wymagają ochrony pod wpływem działalności człowieka

- zdewastowane- silnie zurbanizowane i zniekształcone, brak naturalnych elementów.

Dotychczasowa praktyka:

- minimalizacja powierzchni zwałowiska

- maksymalizacja efektywności prac urządzeń

- brak uwzględnienia wymogów ochrony krajobrazu

-nie selektywna budowa zwałowisk

- niestosowanie środków i sposobów utrudniających samozapłon paliwa.

Efekty:

-zwałowiska niedostosowane do krajobrazu

- wyskoki koszt

-labilność hałd

- znaczne szkody w środowisku

Kierunki rekultywacji:

- leśny, rekreacyjny, wodny, rolniczy

Deformacje ciągłe- niecka osiadania:

- ilość wydobytych skał i urobek

- typ eksploatacji

- budowa geologiczna terenu

- szybkość osiadania nawet do 1/ rok

Czynniki geologiczne: Zmiany:

- miąższość pokładu - stosunków wodnych

- głębokość zalegania - ukształtowanie powierzchni

- miąższość nadkładu - szaty roślinnej

- budowa górotworu

Deformacje nieciągłe:

- zapadliska

- szczeliny

- progi

- pojawiają się gwałtownie

- trudne do prognozowania

- nieregularny przebieg

- zagrażają obszarowi na których prowadzona jest eksploatacja

Górnictwo: wpływa na środowisko wodne

- wody pochodzenia kopalnego traktowane są jako ściek

- takie wody są bardzo zróżnicowane pod względem składu chemicznego i mineralnego

Obszar drenażu- bszar na powierzchni terenu lub pod ziemią, do którego spływają wody podziemne z utworów wodonośnych. O.d. są doliny rzeczne, zbiorniki wód podziemnych, zagłębienia bezodpływowe, morze, silnie uszczelnione strefy dyslokacyjne, a także obszary sztucznego drenażu

Skutki drenażu:

- obniżenie głębokości zwierciadła wód powierzchniowych

- wysuszenie studni

- zanik źródeł

- wysuszenie ujęć wody

- zmniejszenie zasobów wód powierzchniowych i podziemnych

- zakłócenie bilansu wodnego

Podział wód kopalnych:

- wody słodkie < 600mg/ dm³

- wody przemysłowe 600- 1000mg/dm³; 1000- 3000mg/dm³

- wody miernie zasolone 1800- 7000; 3000- 7000

- solanki >42 000 ; >70 000

Usuwanie substancji zanieczyszczających:

1. W zbiornikach wodnych na powierzchni

2. W wyrobiskach górniczych

- metody specjalne

-procesy samooczyszczania wód

-technologie górnicze

- metody górnicze

Środowiskowe skutki likwidacji kopalń:

-samo wypływy wód podziemnych z otworów badawczych, szybów

- tworzenie się zalewisk

- pogorszenie się jakości wód w wyrobiskach i na powierzchni

- pogorszenie jakości wód powierzchniowych i w ujęciach podziemnych.

Kogeneracja- jednoczesne wytworzenie prądu i ciepła przemysłowego.

Do czego służy woda w elektrowni:

-skraplanie pary w procesie wytwarzania energii

-chłodzenie łożysk, pomp, silników, generatorów, turbin, wentylatorów.

Woda chłodząca w obiegu otwartym – wpływ na środowisko

Strefa ujęcia:

- zakłócenie przepływu

- brak zmian temp wody w rzece

-zimą podgrzane o 6- 8 C

Strefa podgrzania:

- gwałtowny wzrost temp o 7- 9 C

- zimą o 10- 14 C

Strefa mieszania:

- mieszanie wód, intensywna dyfuzja

- spadek temp 0 3- 6 C

Strefa chłodzenia:

- spadek temp o 3- 6 C

-obecne ciepłe i zimne strugi

-30- 70 km latem

-10- 50 km zimą

Co zmienia się w biotopie wodnym?:

-temperatura

-gęstość i lepkość ośrodka

- zawartość CO2 i O2

- wyższa temp powoduje rozwój fitoplanktonu

-intensyfikacja utleniania osadów dennych

Organizmy w obiegu chłodzącym:

-uszkodzenia termiczne

- szok termiczny

- działanie chemiczne

Zapobieganie:

Termiczne:

- najmniejsze przepływy

- sita

- dobra lokalizacja wyjścia

Mechaniczne

Fizjologiczne

Chłodnie suche:

- woda przepływa w zamkniętych przewodach

- nie styka się bezpośrednio z powietrzem

- brak strat wody

Chłodnie mokre:

- bezpośredni kontakt wody z powietrzem

-straty bezzwrotne wody

Woda ruchoma:

- pobierana z obiegu chłodzenia

- zapotrzebowania: 3- 5% ilości wody chłodzącej

- chłodzenie łożysk, pomp, silników, wentylatorów

Chłodzone wymiennik woda

Urządzenia olej ciepła ruchoma

Mechanizmy:

-termiczny

- płomieniowy

-paliwowy

Smog fotochemiczny skład:

-tlenki azotu

- ozon

- tlenek węgla

Korozja infrastruktury:

-mosty,

-linie energetyczne

- linie kolejowe

- budowle

Oddziaływanie na roślinność:

- bezpośrednie poparzenie tkanek

- zakwaszenie gleby

Metody usuwania tlenków azotu:

a)pierwotne

-odpowiedni dobór paliwa

-obniżenie temp płomienia paleniska

- właściwe zaprojektowanie komory paleniskowej

b) wtórne

-wielostrefowe spalania paliwa

- zmniejszenie współczynnika nadmiaru tlenu

- recyrkulacja do komory paleniskowej

- paleniska niskoemisyjne

- paleniska fluidalne

c) metody sorpcyjne

- absorpcja katalityczna

- absorpcja na materiałach

d) redukcja niekatalityczna

-amoniakiem

- mocznikiem

e) redukcja katalityczna

- amoniakiem

- wodorem

- mocznikiem

Zakład katalityczny 2NO -> O2 + N2

problemy odsiarczania:

- duże natężenie przepływu spalin

- niewielkie stężenie dwutlenku siarki

- duża zawartość pyłu w spalinach

Istota odsiarczania:

Tlenek siarki(kwaśny) +subalkaliczna (zasada) -> subobojętna

Składowisko mokre:

- woda z ujęcia zawracana jest do elektrowni (obieg zamknięty)

- konieczność uzupełniania strat 40 – 15 m3/n na każde 1000MW

- docelowa wysokość składowisk < 30 m

-składowiska nadpoziomowe

- składowiska podpoziomowe

Pylenie składowisk – wilgotność, temperatura, prędkość wiatru, topografia terenu, właściwości odpadów

Zabiegi biologiczne:

-humusowanie

- obsiewanie (możliwe po humusowaniu)

- zakładanie wokół składowisk pasów zieleni

Energetyka konwencjonalna – nowe trendy

1. CCS

2. Wyrost udziału paliw gazowych a struktur zapotrzebowania na energię pierwotną

Zalety:

- niższy koszt wydobycia i transportu

- mniejsza uciążliwość wydobycia dla środowiska

- łatwiejsza kontrola procesu spalania

- brak emisji SO2

- bardzo niskie zapylenie lub brak zapylenia spalin

- brak metali ciężkich w całości procesu

-możliwość spalania gazu w turbinach

- możliwość bezzapłonowego spalania katalicznego

-gigantyczne zasoby metanu w postaci hydratów

wady:

-wysoki koszt instalacji wydobycia i przesyłu

- emisja CO2

gazyfikacja węgla

zalety:

- mniejszy wpływ na środowiska niż

wady:

- skomplikowana technologia

- wysoki koszt instalacji

- częściowe straty energii