Laboratorij za termoenergetiko Jedrska elektrarna 1
Zanimivosti, dejstva l. 1954 prvo postrojenje (Obninsk, Rusija): to postrojenje obratovalo še ob prelomu stoletja; ob koncu 2001 so jedrske elektrarne proizvedle cca. 17 % vse el. energije na svetu (cca. 438 jedrskih elektrarn v 32 državah); gospodarne so praviloma pri velikosti 1000 MW; Glede na klasično termoelektrarno: Velika investicijska sredstva Nižji obratovalni stroški z obnovo turbine je možno povečati el. moč elektrarne za 3 4 %; Jedrska elektrarna 2
Jedrski reaktorji (termični reaktorji): glavni sestavni deli Termični reaktorji (sestava): Jedrsko gorivo je vstavljeno v posebne cevi, ki so med seboj vzporedne in postavljene v točno določenih razmikih. Vmesni prostor je izpolnjen z moderatorjem in hladilnimi kanali. jedrsko gorivo - keramične tablete uranovega dioksida - tališče urana 2800 (v jedru goriva nekaj 100 nižje temp.) zaščitna cev - zmanjšanje radioaktivnosti, - korozijska in erozijska zaščita goriva, - material: irkonij moderator - zmanjšuje hitrost nevtronov, - absorbirati sme le določeno količino - Materiali: voda, težka voda, grafit, berilij, berilijev oksid - izbira moderatorja je ključnega pomena za varnost elektrarne hladilni kanal difuzija nevtronov Jedrska elektrarna 3
Jedrski reaktorji (termični reaktorji): glavni sestavni deli reaktorska sredica, E gorivni element, reflektor ali reaktorska lupina (zadržati v reaktorski sredici čim več nevtronov podoben kot moderator) regulacijske palice (za absorbiranje nevtronov: bor, kadmij, srebro), vodenje reg. palic (globlje so, več n 0 se absorbira in manjša je moč reaktorja), tlačna posoda (debela jeklena pločevina), H F G F G pokrov tlačne posode, dovod hladilne snovi (plin - O 2 ali He največkrat v kombinaciji z grafitom ali tekočina, tekočina voda, težka voda) E H odvod hladilne snovi Jedrska elektrarna 4
Jedrski reaktorji: vrste termičnih reaktorjev Iz cca. 15 vrst jih je ostalo le nekaj (dve glavni skupini): o vodno hlajeni in vodno moderirani (85 % vse el. energ. iz jedrskih reaktorjev) - tlačnovodni (PWR) JE Krško - vrelni (WR) - težkovodni (HWR) o plinsko hlajeni in grafitno moderirani (njihova zanesljivost in gospodarnost se ne more primerjati z vodno hlajenimi in vodno moderiranimi reaktorji) primarni oklep uparjalnik črpalka za hladilno snov sekundarni oklep (reaktorsko poslopje) turbinsko poslopje Jedrska elektrarna 5
Jedrski reaktorji: vrste termičnih reaktorjev Tlačnovodni (PWR Pressurized Water Reactor) Vrelni (WR oiling Water Reactor) - ni uparjalnika - samo en tokokrog - ista voda je: - hladilna snov v reaktorju - moderator - delovna snov v turbinskem procesu - malo višji parametri delovne snovi na turbino - rahlo radioaktivna para (zaščita) Jedrska elektrarna 6
Jedrska vs. klasična termoelektrarna - s termodinamičnega vidika je jedrska elektrarna nazadovanje. - krožni proces primerljiv s tistim v klasični termoelektrarni (parametri sveže pare so nižji nižji izkoristek). - na enoto moči večja količina pare večje turbinsko parno postrojenje. T / 560 365 281 200 bar 65 bar 40 bar - jedrska s tlačnovodnim ali vrelnim reaktorjem ima le ST in NT. 180 10 bar x = 0,85 33 0,05 bar 1 0 2 4 6 8 s / (kj/(kg K)) Jedrska elektrarna 7
Jedrska elektrarna Krško primarni krog uparjalnik izločevalnik vlage (odvodnjavanje) 1 2 10 11 3 4 2-stopenjski odvodnjavanje jedrski reaktor 9 12 13 14 15 pregrevalni k pare 5 22odv 8 16 17 18 19 7 6 21 20 Jedrska elektrarna 8
Ekspanzijske krivulje dušenje (1 2) pregrevanje pare 62 bar 277,8 4 8,7 bar 260,7 h / (kj/kg) ekspanzija v ST (2 12) 1 2 11 11 9 bar 12 12 16 17 18 19 22 16 17 18 19 22 0,053 bar 22a 5 5 izločevanje kondenzata - odvodnjavanje (22 22a) s / (kj/kgk) Jedrska elektrarna 9
Uparjalnik tlačnovodni reaktor - loči primarni krog od sekundarnega (turbinskega) - toplota reaktorske delovne snovi (voda) se prenaša na delovno snov parnega krožnega procesa (voda) - tlak vode na reaktorski strani je več kot 2x večji (preprečitev uparjanja) - cevni prenosnik toplote (ena od močneje obremenjenih naprav postrojenja) F E nazaj na shemo E F G dovod napajalne vode odvod sveže (suhe) pare dovod hladilne snovi iz reaktorja povratek hladilne snovi v reaktor snopi cevnih prenosnikov toplote obročni razdelilnik napajalne vode izločevalniki kapljic nosilne konzole G Jedrska elektrarna 10
Izločevalnik kondenzata in pregrevlnik pare - zelo veliko različnih izvedb - lokacija: med ST in NT - 40 % vseh kapljic se izloči že na krivinah cevovoda iz ST do izločevalnika - preostale se ujamejo v žične blazine in padajo navzdol - turbinska para pred pregrevanjem mora imeti čim manjšo vlažnost (0,1 0,3 %) F E F dovod sveže pare iz reaktorja odvod kondenzata sveže pare iz visokotlačne turbine dovod vlažne pare odvod kondenzata turbinske pare odvod pregrete pare v nizkotlačno turbino izločevalnik kondenzata pregrevalnik turbinske pare E nazaj na shemo Jedrska elektrarna 11
Jedrska elektrarna Krško Jedrska elektrarna 12
Naloga Za poenostavljen krožni proces iz jedrske elektrarne na shemi določi: a) masni tok pare skozi nizkotlačno turbino b) notranja izkoristka visokotlačnega in nizkotlačnega dela turbine c) skupni izkoristek krožnega procesa d) izkoristek procesa z idealno turbino e) skupni izkoristek parne turbine Upoštevaj še: padec tlaka skozi uparjalnik je 7 bar padec tlaka skozi ponovni pregrevalnik je 1 bar na obeh straneh prenosnika odvedeni toplotni tok v kondenzatorju je 1311 MW Jedrska elektrarna 13
Naloga pregrevalnik pare izločevalnik kondenzata visokotlačna turbina nizkotlačna turbina uparjalnik generator reaktor kondenzator kondenzatna črpalka napajalna črpalka napajalni rezervoar Jedrska elektrarna 14
Naloga T p x m bar kg/s 1 63 1 970 2 3 10 0,86 4 5 1 6 260 7 0,05 8 0 9 10 10 0 11 12 13 14 0 15 0 padec tlaka skozi uparjalnik je 7 bar padec tlaka skozi ponovni pregrevalnik je 1 bar na obeh straneh prenosnika odvedeni toplotni tok v kondenzatorju je 1311 MW Jedrska elektrarna 15
Postopek reševanja - parametri vode in pare T p x m bar kg/s 1 63 1 970 2 = (1) = (1) = (1) 3 10 0,86 4 = (3) = (3) = (3) 5 = (4) 1 6 260 = (5) - 1 7 0,05 8 = (4) 0 9 = (8) = (10) 10 10 0 11 = (10) = (1) + 7 12 = (3) = (3) = (3) 13 = (1) = (1) = (1) 14 = (13) - 1 0 15 = (4) 0 padec tlaka skozi uparjalnik je 7 bar padec tlaka skozi ponovni pregrevalnik je 1 bar na obeh straneh prenosnika odvedeni toplotni tok v kondenzatorju je 1311 MW Jedrska elektrarna 16
Postopek reševanja - masni tokovi m 2 = m 3 m 5 = m 6 Jedrska elektrarna 17